基于BIM技術(shù)的地鐵車(chē)站照度分析應(yīng)用

趙文祥

（中鐵二院華東勘察設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，浙江 杭州310000）

地鐵照明系統(tǒng)是維持地鐵正常運(yùn)行的重要組成部分，也是地鐵系統(tǒng)耗能巨大的部分之一，如何選取合適的燈具并合理布置燈具，從而在滿足照明規(guī)范的前提下，提高燈具照明效率，減少照明用電量，有效降低照明系統(tǒng)能耗一直是地鐵照明設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之一。[1]BIM技術(shù)擁有參數(shù)化、可視化等特點(diǎn)，基于BIM模型的照度分析可精準(zhǔn)得出建筑物內(nèi)特定區(qū)域的照度值。本文針對(duì)某地鐵站BIM建模后，對(duì)初始照明設(shè)備布置方案進(jìn)行照度仿真分析，進(jìn)而對(duì)初始方案優(yōu)化得出最佳照明布置方案。

1 BIM軟件及照度仿真軟件

1.1 Ecotect Analysis仿真軟件

本次照度分析采用的Ecotect Analysis仿真軟件，主要負(fù)責(zé)針對(duì)地鐵站房的普通照明燈具、應(yīng)急疏散照明燈具和應(yīng)急標(biāo)識(shí)布置方案，進(jìn)行照度優(yōu)化分析。Ecotect Analysis是Autodesk公司研發(fā)的一款全面分析建筑熱環(huán)境、光環(huán)境、聲環(huán)境的計(jì)算機(jī)模擬分析軟件，它采用有限差分法，利用網(wǎng)格將分析所在平面根據(jù)用戶需要分割成多個(gè)分析單元，對(duì)每一節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析。[2]

Ecotect可以進(jìn)行人工，自然光照明計(jì)算，并以三維圖表輸出采光系數(shù)、照度等數(shù)據(jù)。Ecotect為設(shè)計(jì)者提供了三維視覺(jué)的交互式信息反饋，除了標(biāo)準(zhǔn)化的圖表信息報(bào)告，分析結(jié)果還能直接在建筑表面和空間上顯示出來(lái)，使得建筑師能夠了解并展現(xiàn)出建筑實(shí)際運(yùn)行性能。

1.2 基于BIM和Ecotect軟件結(jié)合的模型建立

BIM建模軟件采用的是Revit。Revit是Autodesk公司一套系列軟件的名稱(chēng)，可幫助建筑設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)、建造和維護(hù)質(zhì)量更好、能效更高的建筑。Revit是我國(guó)建筑業(yè)BIM體系中使用最廣泛的軟件之一，與Ecotect之間提供了很好的數(shù)據(jù)接口，便于數(shù)據(jù)的導(dǎo)入導(dǎo)出。

地鐵站照明分為：車(chē)站站廳、車(chē)站站臺(tái)、出入口通道、樓梯和辦公室，本文主要針對(duì)地鐵車(chē)站站廳及站臺(tái)區(qū)域照明情況進(jìn)行分析優(yōu)化。

2 地鐵車(chē)站普通照明仿真過(guò)程及優(yōu)化

2.1 初始方案評(píng)估

（1）平面布置與設(shè)施布局

某地鐵站由地下兩層組成，地下一層為站廳層，地下二層為站臺(tái)層，站臺(tái)設(shè)兩組電扶梯和一組樓梯至站廳層，并設(shè)一部升降電梯站臺(tái)層，通過(guò)Revit建立簡(jiǎn)化車(chē)站模型如圖1、圖2所示。

站臺(tái)層公共區(qū)長(zhǎng)115.868m，寬10.476m，高4.65m，站廳層公共區(qū)長(zhǎng)79.7m，寬19.55m，高5.2m。初始燈具布置，如圖3、圖4所示。

（2）仿真模擬過(guò)程

在Revit中建立車(chē)站簡(jiǎn)化BIM模型，導(dǎo)入Ecotect軟件進(jìn)行人工照明照度有限元仿真分析。建模過(guò)程中，我們分別以站廳層和站臺(tái)層乘客區(qū)域作為計(jì)算區(qū)域，應(yīng)用方案初始的燈具布置方案及燈具參數(shù)，分析站廳層和站臺(tái)層的照度是否滿足設(shè)計(jì)要求，如不滿足要求，則對(duì)初始方案進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化。

對(duì)于建筑室內(nèi)照明來(lái)說(shuō)，其包含有自然采光和人工照明，通常人們把物體表面所得到的光通量與這個(gè)物體表面積的比值稱(chēng)作照度E，單位為lx（勒克斯）。[3]

圖1 站廳層

圖2 站臺(tái)層

圖3 站臺(tái)層公共區(qū)燈具布置平面圖

圖4 站廳層公共區(qū)燈具布置平面圖

根據(jù)城市軌道交通照明的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 16275-2008城市軌道交通照明》，站臺(tái)層和站廳層各位置的照度要求見(jiàn)表1。

表1 城市軌道交通各類(lèi)場(chǎng)所正常照明的標(biāo)準(zhǔn)值

2.2 BIM模型設(shè)置

如圖5、圖6所示。

圖5 站臺(tái)層燈具布置Ecotect圖

圖6 站廳層燈具布置Ecotect圖

初始燈具參數(shù)見(jiàn)表2所示。

表2 初始燈具參數(shù)

根據(jù)初始燈具參數(shù)，對(duì)不同燈具建立了燈具BIM模型，并設(shè)置初始燈具參數(shù)模型，如圖7所示。

（1）原方案站臺(tái)層照度仿真結(jié)果

如圖8、圖9所示。根據(jù)國(guó)標(biāo)要求，站臺(tái)層標(biāo)準(zhǔn)照度值為150lx，初始方案中平均照度為98.6lx，低于標(biāo)準(zhǔn)值，且有些區(qū)域照度分布不均勻，需要進(jìn)行優(yōu)化。

（2）原方案站廳層照度仿真結(jié)果

從圖10、圖11可以看出，站廳層的立柱區(qū)域照度較高且不均勻，整體平均照度為133.1lx，不滿足標(biāo)準(zhǔn)，需要進(jìn)行優(yōu)化。

2.3 優(yōu)化分析

根據(jù)仿真結(jié)果，我們對(duì)站臺(tái)層和站廳層的燈具布置及燈具選型進(jìn)行了一定的優(yōu)化，首先針對(duì)站臺(tái)的燈具布置，我們擬采用的布置方案如圖12、圖13所示，紅色的LED面板燈為我們優(yōu)化后的布置。

因?yàn)檎緩d層和站臺(tái)層整體照度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)燈具的型號(hào)與參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的更改，優(yōu)化后的各燈具的參數(shù)見(jiàn)表3所示。

優(yōu)化后的站臺(tái)層照度分布，如圖14、圖15所示。

優(yōu)化后站臺(tái)層平均照度達(dá)到150.96lx，滿足標(biāo)準(zhǔn)，且照度分布較均勻。

優(yōu)化后的站廳層照度分布，如圖16、圖17所示。

優(yōu)化后站廳層平均照度達(dá)到211lx，去掉墻體與立柱區(qū)域，照度滿足標(biāo)準(zhǔn)，且照度分布較均勻，在售票區(qū)域的照度達(dá)到300lx，滿足標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

圖7 各類(lèi)型燈具BIM模型

圖8 站臺(tái)層照度平面圖

圖9 站臺(tái)層照度三維圖

圖10 站廳層照度

圖11 站廳層照度三維圖

圖12 站臺(tái)層優(yōu)化燈具布置

圖13 站廳層優(yōu)化燈具布置

圖14 優(yōu)化后的站臺(tái)層照度平面圖

圖15 優(yōu)化后的站臺(tái)層三維照度圖

通過(guò)建立BIM模型進(jìn)行分析及仿真，將三維參數(shù)化燈具族布置在具有空間信息的房間內(nèi)，這樣可以更接近真實(shí)情況，反映當(dāng)前照明設(shè)計(jì)的效果。[4]

結(jié)合BIM的照度分析減少了原始模型的創(chuàng)建時(shí)間，并可以通過(guò)在BIM軟件中實(shí)時(shí)調(diào)整燈具的照明參數(shù)，更加快捷地展現(xiàn)照度分析結(jié)果并進(jìn)行優(yōu)化，從而給廣大乘客提供舒適的照明環(huán)境，使照明具有人性化；大幅度提高照明效果的同時(shí)，還可以節(jié)省大量的能耗費(fèi)用。

圖16 優(yōu)化后的站廳層照度平面圖

表3 優(yōu)化燈具參數(shù)

圖17 優(yōu)化后的站廳層三維照度圖