BIM與GIS融合在軌道交通附屬一體化方案設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

陳法仲 盧海朝 胡今強(qiáng)

（1.常州市軌道交通發(fā)展有限公司 江蘇常州 213001；2.中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 北京 102600）

1 引言

隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，越來越多的線路及地下車站對城市景觀及環(huán)境影響越來越大［1］，BIM與GIS的融合可直觀地發(fā)現(xiàn)線路及地下車站與周邊環(huán)境的關(guān)系［2］。BIM可通過模型體現(xiàn)車站及區(qū)間設(shè)計(jì)的精確尺寸、標(biāo)高及占位信息，能夠精確模擬出建設(shè)完成后的車站及車站附屬情況［3］。GIS通過獲取地理信息還原現(xiàn)狀場景情況，展現(xiàn)車站周邊的大場景，能夠直觀了解車站附屬建設(shè)條件［4］。將BIM與GIS集成至同一個(gè)平臺中，是實(shí)現(xiàn)地下車站附屬工程一體化設(shè)計(jì)一種非常有效的技術(shù)方法。我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及文章針對BIM與GIS融合在城市軌道交通附屬一體化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用論述較少。本文分析了將BIM與GIS技術(shù)融合，在GIS可視化交互平臺中可實(shí)現(xiàn)出入口、風(fēng)亭、冷卻塔等與地面商業(yè)街一體化方案應(yīng)用，使設(shè)計(jì)方案不僅滿足相關(guān)規(guī)范要求且更為合理。

2 地下車站及周邊建構(gòu)筑物模型

城市軌道交通工程是在城市中修建的快速且大運(yùn)量的交通工程［5］。地下車站的風(fēng)亭、出入口、冷卻塔等附屬建筑物及地面設(shè)備應(yīng)充分考慮對環(huán)境景觀的影響［6］，實(shí)現(xiàn)地下車站的附屬建筑物、地面設(shè)備與周邊建構(gòu)筑物一體化設(shè)計(jì)。在BIM-GIS交互平臺中，為實(shí)現(xiàn)該一體化應(yīng)用，地下車站及周邊建構(gòu)筑物需有合理的建模要求。

2.1 地下車站

采用Autodesk Revit軟件建立地下車站的BIM模型［7］，為實(shí)現(xiàn)一體化設(shè)計(jì)應(yīng)用，需要進(jìn)行模型的拆分［8］。模型拆分按照專業(yè)、區(qū)域等基本要素［9］，附屬工程一體化設(shè)計(jì)的模型主要為建筑、結(jié)構(gòu)、通風(fēng)空調(diào)共三個(gè)專業(yè)的模型［10］，具體建模原則見表1。

表1 地下車站三個(gè)專業(yè)建模

2.2 周邊建構(gòu)筑物

地鐵沿線建構(gòu)筑物范圍邊界以車站、區(qū)間、車輛段停車場外輪廓邊界外50～100 m范圍及設(shè)計(jì)特殊要求的范圍。采用3ds Max等平臺搭建周邊建構(gòu)筑物模型［11］，集成到BIM-GIS可視化交互平臺中，規(guī)劃控制線等在BIM-GIS可視化交互平臺中集成［12］，周邊建構(gòu)筑物建模拆分見表2。

表2 周邊建構(gòu)筑物建模

3 車站附屬一體化設(shè)計(jì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50157—2013）針對地鐵車站風(fēng)亭的防火設(shè)計(jì)有相關(guān)規(guī)定，其中風(fēng)亭間距應(yīng)符合以下規(guī)定：

（1）當(dāng)采用側(cè)面開設(shè)風(fēng)口的風(fēng)亭時(shí)，進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)、活塞風(fēng)口部之間的水平凈距不應(yīng)小于5 m，且進(jìn)風(fēng)與排風(fēng)、進(jìn)風(fēng)與活塞風(fēng)口部應(yīng)錯(cuò)開方向布置或排風(fēng)、活塞風(fēng)口部高于進(jìn)風(fēng)口部5 m。

（2）當(dāng)采用側(cè)面開設(shè)風(fēng)口的風(fēng)亭時(shí)，進(jìn)風(fēng)與排風(fēng)、進(jìn)風(fēng)與活塞風(fēng)亭口部之間的水平凈距不應(yīng)小于10 m；活塞風(fēng)亭口部之間、活塞風(fēng)亭與排風(fēng)亭口部之間水平間距不應(yīng)小于5 m。

《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》（GB 51298—2018）針對地鐵車站安全通道出入口的防火設(shè)計(jì)有相關(guān)規(guī)定，其中消防專用通道出入口的間距應(yīng)符合以下規(guī)定：

排風(fēng)井、活塞風(fēng)井與消防專用通道出入口之間不應(yīng)小于5 m。

4 附屬工程一體化應(yīng)用案例分析

4.1 車站概況

常州市軌道交通1號線一期工程文化宮站為1號線與2號線的換乘站，采用“T”字換乘，位于常州市商業(yè)、金融中心的和平北路、延陵西路交叉口，1號線文化宮站位于和平北路下南北向設(shè)置，2號線文化宮站位于延陵西路下東西向設(shè)置。1號線文化宮站為14 m島式站臺地下三層車站，共設(shè)3個(gè)出入口和4個(gè)風(fēng)亭，其中2號出入口及2號、3號、4號風(fēng)亭位于開發(fā)地塊內(nèi)。2號線文化宮站為14 m島式站臺地下二層車站，共設(shè)置9個(gè)出入口、4組風(fēng)亭，1號線與2號線車站同期實(shí)施。車站總平面布置見圖1。

圖1 車站總平面圖

4.2 地下車站及周邊建構(gòu)筑物建模

以2號出入口和6號安全口及相關(guān)風(fēng)亭、冷卻塔為例，將BIM與GIS技術(shù)融合實(shí)現(xiàn)車站附屬工程一體化設(shè)計(jì)應(yīng)用，其相關(guān)的地下車站及周邊建構(gòu)筑物建模見表3。

表3 地下車站及周邊建構(gòu)筑物建模

4.3 2號出入口一體化設(shè)計(jì)

（1）2號出入口處冷卻塔的優(yōu)化

將2號出入口處車站附屬BIM模型導(dǎo)入BIMGIS可視化交互平臺后，發(fā)現(xiàn)冷卻塔和商業(yè)走廊統(tǒng)一采用玻璃幕墻圍擋，雖然保證了美觀性，但玻璃幕墻封堵嚴(yán)密，不利于冷卻塔排風(fēng)，影響冷卻塔功能；且冷卻塔與商業(yè)走廊之間未設(shè)置隔墻，冷卻塔工作時(shí)排風(fēng)及產(chǎn)生的噪聲影響到商業(yè)走廊，且行人可進(jìn)入冷卻塔范圍內(nèi)，無法保障行人的安全，也對冷卻塔的維護(hù)造成不利影響。

在GIS平臺中將方案優(yōu)化，將冷卻塔周邊圍擋改為欄桿，保證通風(fēng)，且在冷卻塔和商業(yè)走廊之間設(shè)置隔墻，優(yōu)化前和優(yōu)化后的冷卻塔方案見圖2。

圖2 優(yōu)化冷卻塔方案

（2）3號風(fēng)亭組的優(yōu)化

將3號風(fēng)亭組BIM模型導(dǎo)入BIM-GIS可視化交互平臺后發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)存在問題：3號風(fēng)亭組的新風(fēng)百葉設(shè)計(jì)在商業(yè)走廊內(nèi)，無法引進(jìn)新風(fēng)；排風(fēng)百葉直接朝向居民區(qū)，對環(huán)評不利。

3號風(fēng)亭組的BIM模型導(dǎo)入BIMGIS可視化交互平臺后，調(diào)整該處風(fēng)亭百葉出風(fēng)方案，活塞風(fēng)孔面積由25 m2減至24 m2，將朝街的新風(fēng)及活塞風(fēng)百葉設(shè)置在東側(cè)，排風(fēng)百葉頂出，新風(fēng)與活塞風(fēng)百葉間距為10 m，排風(fēng)與活塞風(fēng)百葉間距為5 m，優(yōu)化前和優(yōu)化后的3號風(fēng)亭組方案見圖3。

圖3 3號風(fēng)亭組優(yōu)化方案

（3）1號風(fēng)亭組的優(yōu)化

將1號風(fēng)亭組BIM模型導(dǎo)入BIM-GIS可視化交互平臺后發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)存在問題：1號風(fēng)亭組新風(fēng)、排風(fēng)、活塞風(fēng)等百葉均設(shè)計(jì)在風(fēng)亭同一側(cè)，與地面一體化商業(yè)結(jié)合后，間距不滿足規(guī)范要求。

與BIM-GIS可視化交互平臺中商業(yè)進(jìn)行一體化考慮后優(yōu)化1號風(fēng)亭組的設(shè)計(jì)方案。優(yōu)化方案將3處風(fēng)亭百葉分別設(shè)置在除商業(yè)走廊外的3個(gè)側(cè)面，保證不同功能百葉間距滿足要求。新風(fēng)與活塞風(fēng)百葉、排風(fēng)間距分別為10 m，排風(fēng)與活塞風(fēng)百葉間距為5 m，優(yōu)化前和優(yōu)化后的1號風(fēng)亭組方案見圖4。

圖4 1號風(fēng)亭組優(yōu)化方案

4.4 6號安全口一體化設(shè)計(jì)

將4號風(fēng)亭組BIM模型導(dǎo)入BIM-GIS可視化交互平臺后發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)存在問題：新排風(fēng)亭、6號安全口與冷卻塔整體布置較零散，風(fēng)亭、安全口與冷卻塔之間間距較大，故占地面積較大，且新風(fēng)孔與活塞孔間距不滿足規(guī)范要求。

利用BIM-GIS可視化交互平臺整合地面風(fēng)亭，調(diào)整風(fēng)亭位置減少占地范圍，新風(fēng)井分兩個(gè)孔分別設(shè)置在兩面墻，使?jié)M足距離要求，并將6號安全口門調(diào)整為側(cè)開，盡量拉開與排風(fēng)亭出風(fēng)百葉的間距。優(yōu)化前和優(yōu)化后的6號安全口方案見圖5、圖6。

圖5 6號安全口優(yōu)化方案

圖6 6號安全口占地范圍優(yōu)化

4.5 BIM-GIS可視化交互平臺的一體化設(shè)計(jì)效果

2號出入口一體化、6號安全口一體化設(shè)計(jì)中的地下車站出入口、風(fēng)亭、冷卻塔及周邊建構(gòu)筑物模型導(dǎo)入在BIM-GIS可視化交互平臺中，實(shí)現(xiàn)上述設(shè)計(jì)方案優(yōu)化。2號出入口、6號安全口、冷卻塔及相關(guān)風(fēng)亭的BIM模型與BIM-GIS平臺融合，實(shí)現(xiàn)文化宮站附屬工程一體化應(yīng)用設(shè)計(jì)效果，見圖7、圖8。

圖7 2號出入口一體化設(shè)計(jì)效果

圖8 6號安全口一體化設(shè)計(jì)效果

圖7可見，設(shè)計(jì)階段中地下車站BIM模型和周邊建構(gòu)筑物三維地理信息模型進(jìn)入BIM-GIS可視化交互平臺后，真實(shí)展示出了地下車站出地面附屬建筑對周邊城市景觀的影響，設(shè)計(jì)不合理的細(xì)節(jié)問題得到逐一排查。使冷卻塔、風(fēng)亭組、出入口與商業(yè)街完美地實(shí)現(xiàn)一體化設(shè)計(jì)。對2號出入口、3號風(fēng)亭組及1號風(fēng)亭組與商業(yè)街進(jìn)行整體性考慮，綜合設(shè)計(jì)，形成單體建筑，和諧互融。同時(shí)對各風(fēng)亭之間間距不滿足規(guī)范要求的進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其滿足地鐵設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)范。兩者的融合真實(shí)地反映出了對地鐵周邊居民區(qū)的影響，達(dá)到了對城市景觀的優(yōu)化。

圖8可見，車站附屬模型在與周邊場景融合之后，可清晰地反映出各地面附屬單體在周邊環(huán)境中的布置情況，可清楚地分析其布置合理性。對4號風(fēng)亭組與周邊環(huán)境結(jié)合進(jìn)行整體考慮，在滿足風(fēng)亭之間間距要求的前提下，整合地面風(fēng)亭，減少占地，優(yōu)化了設(shè)計(jì)方案，減少了對周邊環(huán)境景觀的影響。

5 結(jié)束語

地下車站附屬工程一體化設(shè)計(jì)采用BIM與GIS融合技術(shù)，對各出入口、風(fēng)亭、冷卻塔與商業(yè)街等周邊建構(gòu)筑物整體能非常有效地優(yōu)化。本次結(jié)合文化宮站模型進(jìn)入BIM-GIS可視化交互平臺中的實(shí)例，提出一體化設(shè)計(jì)方案，取得以下成效：

（1）地下車站BIM模型由建筑、結(jié)構(gòu)、通風(fēng)空調(diào)專業(yè)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行搭建，可模擬車站建成情況，體現(xiàn)車站規(guī)模及各出地面附屬設(shè)施布置，為一體化設(shè)計(jì)提供模型基礎(chǔ)。

（2）周邊建構(gòu)筑物采用3ds Max進(jìn)行模型創(chuàng)建，獲取地理信息進(jìn)入BIM-GIS可視化交互平臺，重現(xiàn)車站周邊真實(shí)環(huán)境布置，為一體化設(shè)計(jì)提供環(huán)境基礎(chǔ)。

（3）將車站模型與周邊建構(gòu)筑物模型集成至BIM-GIS可視化交互平臺，實(shí)現(xiàn)了地下車站附屬工程（出入口、風(fēng)亭）、地面設(shè)備（冷卻塔）與車站區(qū)域地面建筑（商業(yè)街）的一體化設(shè)計(jì)，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，減小了對城市景觀及環(huán)境的影響。

（4）對風(fēng)亭、出入口、商業(yè)街整體考慮地面設(shè)計(jì)方案，優(yōu)化位置及間距，冷卻塔布置與商業(yè)街、周邊建筑相結(jié)合，優(yōu)化布置及商業(yè)街的外立面造型。

（5）對不同功能要求的風(fēng)亭、冷卻塔在BIM-GIS可視化交互平臺中整體考慮，優(yōu)化出風(fēng)百葉、進(jìn)風(fēng)百葉的位置，與冷卻塔結(jié)合在一起，滿足規(guī)范間距要求，且優(yōu)化減少永久占地面積。