BIM与GIS融合在轨道交通附属一体化方案设计中的应用

陈法仲 卢海朝 胡今强

（1.常州市轨道交通发展有限公司 江苏常州 213001；2.中铁第五勘察设计院集团有限公司 北京 102600）

1 引言

随着城市轨道交通的快速发展，越来越多的线路及地下车站对城市景观及环境影响越来越大［1］，BIM与GIS的融合可直观地发现线路及地下车站与周边环境的关系［2］。BIM可通过模型体现车站及区间设计的精确尺寸、标高及占位信息，能够精确模拟出建设完成后的车站及车站附属情况［3］。GIS通过获取地理信息还原现状场景情况，展现车站周边的大场景，能够直观了解车站附属建设条件［4］。将BIM与GIS集成至同一个平台中，是实现地下车站附属工程一体化设计一种非常有效的技术方法。我国相关标准及文章针对BIM与GIS融合在城市轨道交通附属一体化设计中的应用论述较少。本文分析了将BIM与GIS技术融合，在GIS可视化交互平台中可实现出入口、风亭、冷却塔等与地面商业街一体化方案应用，使设计方案不仅满足相关规范要求且更为合理。

2 地下车站及周边建构筑物模型

城市轨道交通工程是在城市中修建的快速且大运量的交通工程［5］。地下车站的风亭、出入口、冷却塔等附属建筑物及地面设备应充分考虑对环境景观的影响［6］，实现地下车站的附属建筑物、地面设备与周边建构筑物一体化设计。在BIM-GIS交互平台中，为实现该一体化应用，地下车站及周边建构筑物需有合理的建模要求。

2.1 地下车站

采用Autodesk Revit软件建立地下车站的BIM模型［7］，为实现一体化设计应用，需要进行模型的拆分［8］。模型拆分按照专业、区域等基本要素［9］，附属工程一体化设计的模型主要为建筑、结构、通风空调共三个专业的模型［10］，具体建模原则见表1。

表1 地下车站三个专业建模

2.2 周边建构筑物

地铁沿线建构筑物范围边界以车站、区间、车辆段停车场外轮廓边界外50～100 m范围及设计特殊要求的范围。采用3ds Max等平台搭建周边建构筑物模型［11］，集成到BIM-GIS可视化交互平台中，规划控制线等在BIM-GIS可视化交互平台中集成［12］，周边建构筑物建模拆分见表2。

表2 周边建构筑物建模

3 车站附属一体化设计相关标准

《地铁设计规范》（GB 50157—2013）针对地铁车站风亭的防火设计有相关规定，其中风亭间距应符合以下规定：

（1）当采用侧面开设风口的风亭时，进风、排风、活塞风口部之间的水平净距不应小于5 m，且进风与排风、进风与活塞风口部应错开方向布置或排风、活塞风口部高于进风口部5 m。

（2）当采用侧面开设风口的风亭时，进风与排风、进风与活塞风亭口部之间的水平净距不应小于10 m；活塞风亭口部之间、活塞风亭与排风亭口部之间水平间距不应小于5 m。

《地铁设计防火标准》（GB 51298—2018）针对地铁车站安全通道出入口的防火设计有相关规定，其中消防专用通道出入口的间距应符合以下规定：

排风井、活塞风井与消防专用通道出入口之间不应小于5 m。

4 附属工程一体化应用案例分析

4.1 车站概况

常州市轨道交通1号线一期工程文化宫站为1号线与2号线的换乘站，采用“T”字换乘，位于常州市商业、金融中心的和平北路、延陵西路交叉口，1号线文化宫站位于和平北路下南北向设置，2号线文化宫站位于延陵西路下东西向设置。1号线文化宫站为14 m岛式站台地下三层车站，共设3个出入口和4个风亭，其中2号出入口及2号、3号、4号风亭位于开发地块内。2号线文化宫站为14 m岛式站台地下二层车站，共设置9个出入口、4组风亭，1号线与2号线车站同期实施。车站总平面布置见图1。

图1 车站总平面图

4.2 地下车站及周边建构筑物建模

以2号出入口和6号安全口及相关风亭、冷却塔为例，将BIM与GIS技术融合实现车站附属工程一体化设计应用，其相关的地下车站及周边建构筑物建模见表3。

表3 地下车站及周边建构筑物建模

4.3 2号出入口一体化设计

（1）2号出入口处冷却塔的优化

将2号出入口处车站附属BIM模型导入BIMGIS可视化交互平台后，发现冷却塔和商业走廊统一采用玻璃幕墙围挡，虽然保证了美观性，但玻璃幕墙封堵严密，不利于冷却塔排风，影响冷却塔功能；且冷却塔与商业走廊之间未设置隔墙，冷却塔工作时排风及产生的噪声影响到商业走廊，且行人可进入冷却塔范围内，无法保障行人的安全，也对冷却塔的维护造成不利影响。

在GIS平台中将方案优化，将冷却塔周边围挡改为栏杆，保证通风，且在冷却塔和商业走廊之间设置隔墙，优化前和优化后的冷却塔方案见图2。

图2 优化冷却塔方案

（2）3号风亭组的优化

将3号风亭组BIM模型导入BIM-GIS可视化交互平台后发现设计存在问题：3号风亭组的新风百叶设计在商业走廊内，无法引进新风；排风百叶直接朝向居民区，对环评不利。

3号风亭组的BIM模型导入BIMGIS可视化交互平台后，调整该处风亭百叶出风方案，活塞风孔面积由25 m2减至24 m2，将朝街的新风及活塞风百叶设置在东侧，排风百叶顶出，新风与活塞风百叶间距为10 m，排风与活塞风百叶间距为5 m，优化前和优化后的3号风亭组方案见图3。

图3 3号风亭组优化方案

（3）1号风亭组的优化

将1号风亭组BIM模型导入BIM-GIS可视化交互平台后发现设计存在问题：1号风亭组新风、排风、活塞风等百叶均设计在风亭同一侧，与地面一体化商业结合后，间距不满足规范要求。

与BIM-GIS可视化交互平台中商业进行一体化考虑后优化1号风亭组的设计方案。优化方案将3处风亭百叶分别设置在除商业走廊外的3个侧面，保证不同功能百叶间距满足要求。新风与活塞风百叶、排风间距分别为10 m，排风与活塞风百叶间距为5 m，优化前和优化后的1号风亭组方案见图4。

图4 1号风亭组优化方案

4.4 6号安全口一体化设计

将4号风亭组BIM模型导入BIM-GIS可视化交互平台后发现设计存在问题：新排风亭、6号安全口与冷却塔整体布置较零散，风亭、安全口与冷却塔之间间距较大，故占地面积较大，且新风孔与活塞孔间距不满足规范要求。

利用BIM-GIS可视化交互平台整合地面风亭，调整风亭位置减少占地范围，新风井分两个孔分别设置在两面墙，使满足距离要求，并将6号安全口门调整为侧开，尽量拉开与排风亭出风百叶的间距。优化前和优化后的6号安全口方案见图5、图6。

图5 6号安全口优化方案

图6 6号安全口占地范围优化

4.5 BIM-GIS可视化交互平台的一体化设计效果

2号出入口一体化、6号安全口一体化设计中的地下车站出入口、风亭、冷却塔及周边建构筑物模型导入在BIM-GIS可视化交互平台中，实现上述设计方案优化。2号出入口、6号安全口、冷却塔及相关风亭的BIM模型与BIM-GIS平台融合，实现文化宫站附属工程一体化应用设计效果，见图7、图8。

图7 2号出入口一体化设计效果

图8 6号安全口一体化设计效果

图7可见，设计阶段中地下车站BIM模型和周边建构筑物三维地理信息模型进入BIM-GIS可视化交互平台后，真实展示出了地下车站出地面附属建筑对周边城市景观的影响，设计不合理的细节问题得到逐一排查。使冷却塔、风亭组、出入口与商业街完美地实现一体化设计。对2号出入口、3号风亭组及1号风亭组与商业街进行整体性考虑，综合设计，形成单体建筑，和谐互融。同时对各风亭之间间距不满足规范要求的进行优化设计，使其满足地铁设计相关规范。两者的融合真实地反映出了对地铁周边居民区的影响，达到了对城市景观的优化。

图8可见，车站附属模型在与周边场景融合之后，可清晰地反映出各地面附属单体在周边环境中的布置情况，可清楚地分析其布置合理性。对4号风亭组与周边环境结合进行整体考虑，在满足风亭之间间距要求的前提下，整合地面风亭，减少占地，优化了设计方案，减少了对周边环境景观的影响。

5 结束语

地下车站附属工程一体化设计采用BIM与GIS融合技术，对各出入口、风亭、冷却塔与商业街等周边建构筑物整体能非常有效地优化。本次结合文化宫站模型进入BIM-GIS可视化交互平台中的实例，提出一体化设计方案，取得以下成效：

（1）地下车站BIM模型由建筑、结构、通风空调专业根据设计图纸进行搭建，可模拟车站建成情况，体现车站规模及各出地面附属设施布置，为一体化设计提供模型基础。

（2）周边建构筑物采用3ds Max进行模型创建，获取地理信息进入BIM-GIS可视化交互平台，重现车站周边真实环境布置，为一体化设计提供环境基础。

（3）将车站模型与周边建构筑物模型集成至BIM-GIS可视化交互平台，实现了地下车站附属工程（出入口、风亭）、地面设备（冷却塔）与车站区域地面建筑（商业街）的一体化设计，优化设计方案，减小了对城市景观及环境的影响。

（4）对风亭、出入口、商业街整体考虑地面设计方案，优化位置及间距，冷却塔布置与商业街、周边建筑相结合，优化布置及商业街的外立面造型。

（5）对不同功能要求的风亭、冷却塔在BIM-GIS可视化交互平台中整体考虑，优化出风百叶、进风百叶的位置，与冷却塔结合在一起，满足规范间距要求，且优化减少永久占地面积。