BIM在地铁车站建筑设计中的应用

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在新时代背景下，城市化进程的加速，地铁作为城市交通的重要组成部分，相关车站建筑设计显得尤为重要。传统的地铁车站设计方法存在诸多局限，如设计过程中各专业之间的沟通不畅会导致错漏碰缺等问题频发，以及材料明细表编制耗时耗力且易出错等。然而，BIM技术的出现为地铁车站建筑设计带来了革命性的变革。BIM技术具有三维可视化、参数化设计、协同设计和材料明细表自动生成等优点，可以有效解决传统设计方法存在的许多问题。同时，该技术可以提高设计效率，优化设计方案，并降低施工成本。因此，深入探讨BIM技术在地铁车站建筑设计中的应用，对推动地铁车站建筑设计的现代化进程具有重要意义。

1 BIM在地铁车站建筑设计中的应用分析

1.1 三维可视化设计

在以往的地铁车站设计中，设计师以平面图为主要构思形式，而最终的结果也是平面图。虽然，这种方法较为简单，出图速度也较快，但是，对一些比较复杂的立体图形，如果不能在脑海中进行立体构思，就难以在建筑过程中进行准确还原。BIM技术的引入解决了这个难题。在站点设计中，设计师运用该技术可以将平面上的点、面等要素转化为立体目标，生成三维可视化设计图（如图1）。BIM技术三维设计的实现，既方便了对复杂形状的表示，又方便了空间冲突检测。同时，BIM技术将空间碰撞划分为“硬型”与“软型”。其中，刚性冲突指的是实体间的相互碰撞；“软冲突”是指物体之间的距离、间距达不到相应的构造要求，尽管它们之间没有发生冲突。例如，在地铁车站的设计中T形换乘站的换乘节点位置的空间关系比较复杂，在平面设计时，经常会遇到诸如楼梯上的净高不能满足行人通行的需要，楼梯下面的净高也不能满足车辆的限制[1]。通过BIM建模可以更直观地检测出建筑的空间位置，从而避免这类问题的出现，它能让设计者的设计意图更直接、更容易地表现出设计结果，也更容易与业主进行交流。

图1 三维可视化设计图

1.2 参数化设计

在地铁车站建筑设计中，参数化设计是BIM技术的一大亮点。通过BIM平台，设计师可以轻松地为每个建筑构件赋予丰富的参数信息，这些参数不仅包含几何尺寸，还包括材料类型、物理性能、力学特性、设计属性以及相关的厂商信息和价格数据。这种参数化的设计方式，使得每一个建筑构件都变成了一个智能实体，能响应设计的变化并自动更新。例如，在车站自动扶梯的设计中，传统的设计方法要求设计师通过人工对自动扶梯的升降高度、吊钩的位置进行人工计算，同时考虑车站的坡度、坡度、箱体的长度等多种因素。这不仅耗时耗力，还容易出错。然而，在BIM环境下，设计师只需建立扶梯的BIM模型，并输入相关的参数，BIM软件就能自动计算出扶梯的提升高度和吊钩位置。此外，BIM模型还能根据设计的变化自动更新，生成新的扶梯平剖面图，从而大大提高设计的效率和精确度。这种参数化的设计方法，不仅简化了设计流程，还降低了设计错误的风险，为地铁车站建筑设计的优化提供了有力的支持[1]。

1.3 协同设计

传统的协同设计多采用网络通讯软件、网络资源库、网络管理平台等网络平台来传递各个专业的文档，并进行信息交流。BIM技术的协同设计是在统一的设计平台上进行的，每个专业的设计师都可以自由地对自己的设计进行修改，同时，其他专业的设计师也会得到相应的修改通知，从而对自己的专业设计内容进行改进。这种协作设计方法能有效地避免因信息传递不及时而引起的错、漏、碰、缺等问题，确保设计模型的精确性，提高设计效率。在相同的模型基础上，地铁站点设计团队进行多学科的联合设计，可以节约很多的建模时间。以地铁车站建筑与结构专业为例，在传统的设计方式下，由建筑设计师通过CAD绘制出车站建筑的平面图和剖面图，再将CAD文件传送给结构设计师。在了解了建筑的设计意图后，结构设计师利用PKPM、ETABS、MIDAS等对其进行三维造型，再对其进行计算和分析。当建筑物的设计方案发生变化时，设计师必须重新修改其计算模式。在地铁工程中，由于涉及的专业较多，设计界面也比较复杂，往往需要进行相应的调整，增加了设计师的工作负担。但是，在相同的BIM模型基础上，由结构专业所建立的分析和计算模式，可以在施工结束后直接使用。同时，BIM结构分析软件能自动识别结构构件和非结构构件，实现非结构构件的荷载转换和结构简图的自动转换，从而降低结构设计师的建模工作量和预处理时间[2]。

1.4 施工模拟与碰撞检测

在地铁车站建筑设计的复杂环境中，施工模拟与碰撞检测是BIM技术提供的两大核心功能，它们对提前识别并解决潜在问题、优化设计方案以及降低施工成本具有至关重要的作用。施工模拟是BIM技术在地铁车站建设过程中的一种重要应用。首先，通过BIM模型，设计师可以模拟整个施工过程，从基坑开挖、主体结构施工到装修安装等各个阶段，都可以在虚拟环境中进行预演。这种模拟不仅限于简单的三维动画展示，还能模拟施工过程中的各种复杂情况，如施工顺序、资源调配、时间节点等。其次，通过施工模拟，设计师可以直观地了解施工过程中的各个环节，发现可能存在的问题和风险，从而提前进行设计和施工方案的优化。最后，碰撞检测则是BIM技术在地铁车站建筑设计中另一项关键功能。在传统的设计方法中，由于各专业之间缺乏有效的沟通和协调，很容易出现空间碰撞、设备布置不合理等问题。这些问题在施工阶段往往会导致大量的变更和返工，不仅增加了施工成本，还可能影响工程进度和质量。然而，在BIM环境中，设计师可以利用碰撞检测功能，对BIM模型进行全方位的检查和分析。通过碰撞检测，可以及时发现并解决空间碰撞、设备布置不合理等潜在问题，从而避免施工过程中的冲突和矛盾[3]。

1.5 绿色建筑设计

一方面，BIM模型设计师可以模拟建筑的能耗、采光、通风等性能，从而优化设计方案，实现节能减排的目标。在地铁车站建筑设计中，采光和通风是影响车站舒适性和能源利用效率的重要因素。通过BIM技术，设计师可以模拟车站在不同时间、不同天气条件下的采光和通风效果，进而优化窗户和通风口的布置，提高车站的自然采光和通风能力。这不仅可以提升车站的舒适性，还能减少人工照明和空调系统的能耗，实现节能减排的目标[4]。另一方面，BIM技术还可以帮助设计师进行建筑能效的分析和评估。通过BIM模型，设计师可以计算建筑的能耗指标，如能耗密度、能效比等，从而评估建筑的能效水平。这有助于设计师在设计阶段就考虑建筑的能效问题，并采取相应的措施进行优化。

2 BIM在地铁车站建筑设计中的案例分析

2.1 某地地铁15号线车站设计

某地地铁15号线作为某市的交通枢纽工程，其车站设计充分展现了BIM技术的强大实力。设计师先利用BIM模型，不仅实现了车站结构和功能的精细化模拟，还通过深入的分析，对空间布局和设施配置进行了全面优化。这一过程中BIM技术的参数化设计特性使得车站的每一个细节都被精准把控，从而确保了设计的合理性和人性化。接着，BIM模型还为施工和运营阶段提供了宝贵的数据支持，为某地地铁15号线的顺利建成和高效运营奠定了坚实基础。

2.2 某地地铁11号线彩虹桥站设计

首先，在该项目中BIM技术不仅被用于施工模拟和碰撞检测，还通过细致的模拟分析，提前识别并解决了大量潜在的设计问题。其次，BIM技术生成的材料明细表为施工方的材料采购和施工管理提供了精确指导，有效降低了施工成本。最后，该项目还将VR技术与BIM技术相结合，实现了车站主体的虚拟漫游。这一创新应用不仅为施工人员提供了直观、生动的施工指导，还极大地提升了施工效率和安全性，展现了BIM技术在地铁车站建筑设计中的无限可能。

2.3 某地地铁7号线一期工程供电工程

在该项目中，BIM技术不仅被用于施工模拟和碰撞检测，还通过精细的模拟分析，共发现了1650个碰撞点。设计团队根据这些碰撞点，及时对设计方案进行了优化调整，有效避免了大量的拆改返工。该项目还利用BIM技术建立了电缆模型，对工程量及电缆敷设路径进行了优化排布。依托BIM技术强大的统计分析功能，项目团队生成了详细的材料清单表，并根据BIM工程量核对实际损耗量，实现了精准的成本管控。这一深度应用不仅提升了工程效率，更降低了工程成本，某地地铁7号线的顺利建成和高效运营提供了有力保障。

3 结语

BIM技术在地铁车站建筑设计中的应用，显著提高了设计效率、优化了设计方案、降低了施工成本。未来，BIM技术将为地铁车站建筑设计带来更多的创新和发展机遇，推动地铁车站建筑设计向更加智能化、可视化和可持续化的方向发展。