陳慶周， 隋偉， 張潔貞， 趙媛， 麻景瑞

（1. 山東軌道交通勘察設計院有限公司；2. 方圓標志認證集團山東有限公司）

1 引言

在地鐵車站地下空間設計中，BIM 技術的應用發(fā)揮著重要的作用。通過BIM 技術，可以實現(xiàn)地鐵車站模型的精確建立、可視化展示和綜合分析，從而提升設計的質(zhì)量和效果。此外，BIM 技術還支持碰撞檢測、沖突解決、數(shù)據(jù)管理和協(xié)調(diào)等方面，為地鐵車站的可持續(xù)性設計和維護管理提供了有力支撐。

2 地鐵車站地下空間設計

2.1 地鐵車站地下空間的特點和要求

地鐵車站地下空間是一個重要的城市交通樞紐，需要滿足高效的客流運輸需求。由于地鐵車站是大量人員進出的場所，必須具備寬敞的站廳、站臺和通道，以確保人流的順暢流動，并提供充足的安全出口和應急通道，還需要考慮人們的舒適感受，如合理的通風系統(tǒng)、舒適的溫度和濕度控制等。地鐵車站作為公共交通樞紐，必須具備高度的安全性，包括防火、防爆、防盜等措施，因而地下空間的設計應遵循相關安全標準和法規(guī)，設計合理的疏散通道和安全設施，以確保乘客在緊急情況下能夠迅速撤離[1]。此外，地鐵車站地下空間還需要兼顧功能性和美觀性，應與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，體現(xiàn)城市形象和風格，車站的功能性也至關重要，應合理布局售票處、候車區(qū)、洗手間、商店等，以滿足乘客的各種需求。在設計過程中，需要通過優(yōu)化能源利用、減少廢物產(chǎn)生和提高材料的可持續(xù)性，地鐵車站地下空間設計可以降低對環(huán)境的影響，并提高整體的可持續(xù)水平。

2.2 傳統(tǒng)地下空間設計存在的問題和局限性

傳統(tǒng)地下空間設計缺乏全面的數(shù)據(jù)和信息支持，傳統(tǒng)設計中通常依賴手工繪制的平面圖和剖面圖，無法準確捕捉到地下空間的復雜性和細節(jié)，導致設計結果存在誤差和不完善之處。地下空間設計涉及多個專業(yè)領域，包括交通、結構、給排水、電力等，傳統(tǒng)設計往往是各個專業(yè)獨立進行，缺乏有效的溝通和協(xié)調(diào)機制，導致各個專業(yè)之間存在沖突和不一致性，影響整體效果。此外，傳統(tǒng)地下空間設計缺乏實時的交互性和可視化展示，無法實時反映出地下空間的變化和效果，設計者和決策者很難準確評估設計方案的可行性和效果，導致決策的盲目性和風險，且對于復雜的地下地質(zhì)條件和地下設施的考慮較為有限。地下空間的設計必須充分考慮地質(zhì)特征、地下水位、地下管線等因素，以避免工程風險和沖突。地下空間的設計不僅僅是一次性的決策，還需要隨著時間的推移進行管理和更新，傳統(tǒng)設計由于缺乏有效的管理平臺和工具，使得方案的實施和后續(xù)管理困難重重。

3 BIM技術在地下空間設計中的應用

3.1 3D建模和可視化

傳統(tǒng)的地下空間設計依賴于平面圖和剖面圖，無法全面呈現(xiàn)地鐵車站的復雜性和細節(jié)。采用BIM技術，可以建立一個三維的虛擬模型，包含地鐵車站的各個組成部分，如站廳、站臺、通道、設施等，以及與之相關的地下管線、地質(zhì)情況等信息。完成對地鐵車站地下空間的模型建立后，可以通過數(shù)據(jù)采集、測量和掃描等手段，獲取真實場地的準確數(shù)據(jù)，如地形地貌、建筑結構、地下管線等，并在BIM 軟件中進行處理和整合，形成一個高精度的三維模型，快速調(diào)整和優(yōu)化各個空間元素的布局和尺寸，以滿足設計要求。在地鐵車站地下空間的可視化展示和分析方面，BIM技術提供了強大的功能和工具，對地鐵車站模型進行多角度、多層次的展示，包括平面圖、立面圖、剖面圖和三維視圖等，以呈現(xiàn)地下空間的空間布局和組織結構，BIM技術還支持虛擬現(xiàn)實（VR）和增強現(xiàn)實（AR）等技術的應用，通過頭戴式顯示器或移動設備，使設計者和決策者能夠身臨其境地體驗地鐵車站的地下空間，更好地理解設計意圖和空間關系。通過地鐵車站地下空間的可視化展示，設計者和決策者可以直觀地評估和比較不同方案的優(yōu)劣，發(fā)現(xiàn)潛在的問題和沖突，并及時做出調(diào)整和改進，并應用該技術對地下空間的各項指標進行分析和評估，如人流分布、通風效果、疏散能力等，以提供科學依據(jù)和數(shù)據(jù)支持，為設計決策提供參考[2]。

例如，在北京地鐵1 號線玉泉路站項目施工過程中，通過BIM技術建立了精確的地鐵車站模型，并進行了多層次的可視化展示和分析。施工團隊通過數(shù)據(jù)采集和測量等手段獲取了地鐵車站工地的準確數(shù)據(jù)，為后續(xù)的地鐵車站模型建立提供了基礎?；谶@些數(shù)據(jù)建立了地鐵車站的三維模型，包括站廳、站臺、通道、設施以及與之相關的地下管線等要素，并結合實際工程要求，對各個構件進行了準確的尺寸和布置設計，確保模型的精確性和可靠性。模型可以模擬不同施工階段的狀態(tài)，如基坑開挖、結構施工、設備安裝等，幫助施工團隊直觀了解每個施工階段的空間布置和進展情況，為施工計劃和資源安排提供依據(jù)。施工團隊還利用BIM模型進行施工進度和資源的管理，對不同施工任務進行時間計劃和資源分配，實現(xiàn)施工進度的控制和優(yōu)化，BIM模型與施工進度的集成可以實現(xiàn)實時的進度監(jiān)控和調(diào)整，有助于及時發(fā)現(xiàn)和解決施工延誤或沖突。

3.2 碰撞檢測和沖突解決

BIM技術可以實現(xiàn)對地鐵車站地下空間的碰撞檢測，早期發(fā)現(xiàn)和解決潛在的沖突問題，從而提高設計質(zhì)量和工程效率。施工團隊可在BIM模型中輸入各個專業(yè)的設計數(shù)據(jù)，如結構、管線、設備等，BIM軟件可以進行三維空間的碰撞檢測，自動檢測不同元素之間的沖突。例如管線與結構的交叉、設備與通道的重疊等，通過可視化展示和分析，設計者和設計團隊可以直觀地發(fā)現(xiàn)沖突問題，避免后期施工階段的重大糾正和調(diào)整。一旦發(fā)現(xiàn)碰撞和沖突問題，BIM 技術提供了多種方法和工具來解決這些問題，空間調(diào)整和優(yōu)化能夠重新布局或調(diào)整元素的尺寸、位置和方向，以消除沖突。

各個專業(yè)團隊還可以通過BIM軟件進行協(xié)同設計，實時共享設計數(shù)據(jù)和進度，及時解決沖突問題。此外，還可以使用BIM 軟件提供的沖突檢測和沖突解決工具，如碰撞矩陣、沖突報告等，幫助設計者和設計團隊更好地管理和解決沖突。通過BIM技術進行碰撞檢測和沖突解決可以顯著減少設計階段的錯誤和沖突，降低施工風險和成本。該技術還為地鐵車站的地下空間施工提供了更高的質(zhì)量和工程效率，減少了后期的變更和調(diào)整，提升地鐵車站地下空間的整體可行性和可操作性。

3.3 數(shù)據(jù)管理和協(xié)調(diào)

在地鐵車站地下空間設計中，通過建立地鐵車站地下空間的BIM數(shù)據(jù)庫，利用BIM技術實現(xiàn)不同專業(yè)之間的數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)和共享，可以實現(xiàn)信息的一致性、準確性和及時性，提高設計效率和質(zhì)量。

在建立地鐵車站地下空間的BIM數(shù)據(jù)庫的過程中，需要收集、整合和管理各個專業(yè)的數(shù)據(jù)，存儲和管理地鐵車站地下空間的所有相關信息，并提供一個中心化的平臺供各個專業(yè)團隊進行數(shù)據(jù)輸入、共享和查詢，不同專業(yè)之間可以共享同一數(shù)據(jù)源，避免了數(shù)據(jù)的重復錄入和信息的不一致性。

BIM技術還可以將不同專業(yè)之間的數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)和共享，不同專業(yè)的設計團隊可以將各自的設計數(shù)據(jù)輸入BIM 模型中，該技術為設計團隊提供了協(xié)作功能，包括實時共享數(shù)據(jù)、版本控制、沖突檢測等，可以及時了解其他專業(yè)的設計變更和進展情況，及時進行協(xié)調(diào)和調(diào)整，避免沖突和交叉問題的發(fā)生。例如，在香港地鐵西港城站設計施工過程中，該項目團隊利用BIM技術建立了一個綜合的BIM數(shù)據(jù)庫，集成了來自不同專業(yè)的設計數(shù)據(jù)，包括結構、供電、通風、給排水等各個方面的信息[3]。在該BIM 數(shù)據(jù)庫中，結構團隊可以將結構設計數(shù)據(jù)輸入BIM 模型中，供電團隊根據(jù)這些數(shù)據(jù)進行電力系統(tǒng)設計，并實時更新到BIM模型中，也就是說，各個專業(yè)團隊可以及時了解其他專業(yè)的設計變更和進展情況，實現(xiàn)協(xié)同工作和溝通。通過數(shù)據(jù)管理和協(xié)調(diào)的應用，可以實現(xiàn)地鐵車站地下空間設計中的多專業(yè)協(xié)同工作，提高設計的準確性和一致性，設計者和決策者可以更加全面地了解整個地鐵車站地下空間的情況，做出更明智的決策，并降低后期施工階段的風險和成本。

3.4 可持續(xù)性和維護管理

可持續(xù)性和維護管理是地鐵車站地下空間設計中的重要考慮因素，而BIM 技術提供了有效的工具和方法來支持可持續(xù)性設計和維護管理，BIM 技術在地下空間設計中的可持續(xù)性考慮方面發(fā)揮了重要作用，可以進行能源模擬和分析，評估地鐵車站的能耗情況，優(yōu)化能源利用和節(jié)能措施。例如，在設計階段模擬不同的能源系統(tǒng)和設備配置，評估其對能源消耗的影響并選擇最優(yōu)方案，BIM 技術還支持可持續(xù)材料選擇和生命周期評估，幫助設計者選擇環(huán)保和可再生材料，并評估建筑設施的整體環(huán)境影響[4]。通過這些可持續(xù)性考慮，地鐵車站的地下空間設計可以實現(xiàn)資源的有效利用、能源的節(jié)約和環(huán)境的保護。

在倫敦地鐵系統(tǒng)中，BIM 技術被廣泛應用于地鐵車站的維護管理，整合各種設備和設施的信息，包括維修記錄、維護手冊、設備參數(shù)等，維護團隊可以實時查看和更新維護信息，進行設備的監(jiān)控和維護計劃的制定。例如，維護人員可以在BIM 模型中標記設備的維修歷史和維護計劃，定期進行設備檢查，并及時記錄和更新維護信息，提高維護的效率和準確性，降低設備故障率，延長設備的使用壽命，減少維修成本和能源消耗。

除了維護管理，BIM 技術還可以支持地鐵車站的設施管理和運營管理，基于該技術建立的模型可以實時查看和更新地鐵車站的設施信息，包括設備位置、維修歷史、設備保養(yǎng)計劃等，對于設施的合理布局和運營管理至關重要[5]。在運營管理方面，BIM技術可以實現(xiàn)對地鐵車站的運營數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測和分析，為運營決策提供數(shù)據(jù)支持和參考。

4 結語

BIM技術在地鐵車站地下空間設計中的應用研究涵蓋了多方面，通過BIM技術的應用，可以實現(xiàn)精確的地鐵車站模型的創(chuàng)建和可視化展示，提升設計的準確性和可行性。同時，BIM 技術還能進行碰撞檢測和沖突解決，避免施工中的問題和延誤。在數(shù)據(jù)管理和協(xié)調(diào)方面，BIM 技術能夠?qū)崿F(xiàn)不同專業(yè)之間的數(shù)據(jù)共享和協(xié)同工作，提高設計和施工的效率。