BIM技术及在铁路客站设计中的应用

哈日其嘎 周彦华

[摘  要]：文章解释了BIM的概念，分析了BIM技术的设计方法，总结归纳了BIM在施工和运维中的应用，并以兰州西、重庆西站为例详细分析了BIM在铁路客站建设过程中的应用以及取得的效果。BIM技术经济、高效、实用，契合铁路工程建设可持续发展的战略目标，对推动BIM技术在工程技术中的发展与应用具有重要的指导意义。

[关键词]：BIM设计; BIM应用; 铁路客站

U291.6+1A

随着科技进步和信息时代的到来，建筑行业也发生着日新月异的变化，其中BIM技术的出现为提高建设水平提供了新的契机。BIM技术在建设中的使用解决了传统二维设计中无法解决的复杂空间多元化设计难题，确保了项目的高品质顺利实施，同时为后期建筑运维提供了数据保障。铁路客站是个极为复杂的建筑系统，通过BIM技术的应用使建设与运维深度结合，建设过程更加科学，运维更加便利。

1 BIM的概念与设计

BIM（Building Information Modeling）建筑信息模型就是通過数字化技术在计算机中建立一座虚拟建筑，并包含建筑物所具有的真实信息。其应用贯穿于整个项目全生命周期的设计、施工和运营管理各个阶段。

1.1 BIM的设计

BIM在不同设计阶段和不同项目中的作用各不相同，以有利于提高设计质量和设计效率为目标而进行应用。

1.1.1 前期性能化设计

在设计的前期可以利用BIM进行的性能化设计包括：

（1）场地设计：场地高程设计一般较为复杂，建筑与场地BIM模型完成后，可直接一次系统性的检查整体场地和建筑的匹配度、还可进行土方算量、挖填方平衡、竖向设计优化等。

（2）光环境模拟：根据太阳高度角对场地进行全天的日照模拟，为方案的总体布局提供依据（图1）。

（3）风环境模拟：利用计算机流体动力学（CFD）方法，对建筑外环境中的风流动情况进行模拟，对建筑外环境中的风流动情况进行模拟（图2）。

（4）疏散模拟：利用BIM可以模拟出人员疏散的时间，每个疏散出口所疏导的人数等。

（5）烟气模拟：在BIM中通过计算模拟火灾发生时烟气的扩散速度与时间，对设计方案进行校对。

1.1.2 2D-3D的辅助设计

2D-3D的辅助设计是指整个设计还是通过传统二维设计方式进行，绘制二维图纸然后将其转换成三维模型，再对已有二维设计进行校正的应用（图3）。这种应用可以实现：

（1）碰撞检测：目前90%的BIM应用是通过碰撞检测功能发现设计中错、漏、碰问题。

（2）管线综合：相比二维管线，显然三维直观的管线系统更能反映真实的空间状态，通过BIM三维模型，进行管线综合，能够真实反映空间净高。

（3）工程量的统计：BIM设计模型可以直接提量，且当模型更新时明细表统计量同步自动更新，从而对传统算量起到辅助验证作用。

（4）VR/AR表达：通过扫描二维码可以在手机终端或利用专业的VR设备对设计进行真实场景的体验和模拟。

1.1.3 2.5D辅助设计

在一些复杂的项目中，整体比较规整但局部非常复杂，复杂部分传统的二维图纸已无法表达清楚，这时设计还是采用二维设计，但复杂部分可以用BIM直接进行三维设计，然后将三维模型导成二维图纸出图，这种BIM应用即为2.5D辅助设计（图4）。

1.1.4 BIM三维设计

特别复杂的项目，用传统二维设计无法表达或者效率极低的时候，比如迪士尼的城堡项目可以直接采用BIM进行正向设计，各专业都在三维模型上工作，最后直接三维出图或者生成二维图纸出图，这对设计的准确性和设计效率非常有益（图5、图6）。

1.2 BIM在建筑工程中的应用

1.2.1 BIM在施工中的应用

BIM技术的出现除了可以提高设计质量和设计效率外，对施工阶段也有着诸多的益处，主要体现在：

（1）4D模拟施工：4D施工模拟就是把三维模型加上时间概念，模拟施工现场情况，从而更加直观对施工进度进行预判、控制，更加科学地进行施工组织与筹划，节约社会资源。

（2）辅助钢结构深化设计：将钢结构深化模型导入BIM软件，辅助检查钢结构深化模型是否与原设计意图匹配。

（3）辅助幕墙深化设计：在BIM模型上进行幕墙安装设计，进行幕墙构造空间验证，使幕墙构件的加工更加准确，减少因加工后与现场的不匹配而引起的返工。

（4）机电安装设计：根据精装要求、现场安装工序条件等，对机电模型进行深化设计，确保安装可行。

（5）3D施工管理平台：通过搭建可视化施工管理平台实现对现场质量和安全工作的管理。 此外，BIM模型可以作为载体对现场质量问题进行管理，基于模型的质量问题记录、问题销项，是提高质量管理的有效手段。

（6）数字化、工厂化、预制化加工：将BIM模型中的构件导出，列出模型清单，在工厂中进行精准预制，从而提高复杂构件的制作和安装精度。

铁路与公路哈日其嘎， 周彦华： BIM技术及在铁路客站设计中的应用

1.2.2 BIM在运维中应用

BIM运维是指一整套基于BIM技术开发的，以工作流程为基础，对建筑的设备设施、空间、人员进行智能化多维管理的建筑管理工具。这些管理工具是以BIM模型为载体，关联了资产、设施、设备、资料等信息，以围绕运维阶段的需要，采用了物联网、异构体系集成、移动互联、二维码等应用技术，实现基于三维动态建筑数据的资产与设施设备管理。众所周知，对于建筑项目来讲，其生命周期主要分为早期的规划设计阶段、中期的施工阶段及后期的营运维护管理阶段。从建筑投入建设到后期持续运营的整体生命周期中（大于50年），建造费用占总投入的20%，后期运营费用占总投入的80%。传统的建筑运维管理存在纸质文件资料过多、管理难度大、工单管理落后、沟通成本、人员流动性对管理的影响较大等问题。采用BIM运维后可以有效解决这些问题，极大提高运营管理效率和质量。BIM运维主要包括设备设施管理、能源管理、空间管理、智能化管理、资料管理和安全管理等模块，主要应用体现在几方面：

（1）设施及资产管理。设施资产管理基于运维管理平台主要实现资产盘点、折旧管理、报表管理、设施维护提醒以及包括会务以及租赁管理等功能模块集成，方便建筑全过程设施和工程资产的有效管理。

（2）运营信息集成。基于BIM技术的运维平台，实现了运维信息集成化、可视化的功能，提高了物业管理信息化水平，通过用能统计、电能管理、用水管理、用气管理、人流管理、安防管理等模块的集成应用，更好地体现绿色建筑和智慧建筑的理念。

（3）设备运营维护。通过运维平台可以对建筑各层设备进行三维可视化浏览，随时调看设备的基础参数信息、动态信息。也方便维保工单追踪，对设备故障作出及时响应。在遇到设备故障时，可以自动报警并第一时间通知维保责任人及时处理。

（4）多终端操作。BIM运维平台实现了数据集成，各子系统（楼宇自控、火灾报警、安防监控、办公自动化等系统模块）相对独立运行，用户可在网页端、IOS端、安卓端任意选择登陆方式，自由查看相关的信息，也方便协调各子系统的相互合作关系，完成系统的联动控制。

3 BIM在铁路客站中的应用

3.1 BIM在兰州西站设计中的应用

兰州西站是全路第一座运用BIM设计的客站（图7）。BIM技术在兰州西项目中主要运用包括：

（1）运用BIM技术对兰州西站高架候车厅进行疏散模拟，校对和确定疏散口位置和疏散宽度，以保证在紧急情況下旅客能够安全疏散。

（2）通过光环境模拟检验和调整立面与屋顶的开窗面积、开启方式，达到白天在不开灯的情况下候车厅有足够的照度，以实现绿色节能的目标。

（3）对车站进行风环境模拟，设计出合理的建筑风环境，进一步指导建筑内的自然通风设计。

（4）在BIM模型中通过碰撞检测协助，共计发现问题175处（其中建筑、结构专业问题55处，机电设备管线问题120处）并调整解决，提高了设计质量，减少了施工中返工、延误工期等问题（图8、图9）。

（5）对于复杂部位进行剖切三维展示，便于参建各方更好理解图纸，减少误解。基于设计阶段的BIM应用，将设计阶段的BIM成果转移到了施工阶段，在施工阶段也进行了BIM应用的尝试，根据BIM模型进行站房施工模拟搭建，提前了解施工中可能碰到的返工、窝工等问题，提高施工效率，建设工期由24个月减少到18个月;BIM技术用于4D施工管理以控制工程进度，更加直观表达施工情况。在设计和施工阶段采用BIM技术的基础上，也对BIM运维进行了尝试，将设计建造过程中的各类数据加以收集处理并模型可视化，结合运营期间的相应数据，采用大数据管理的模式和方法，以期打造全数字化维护管理系统。由于缺少BIM全生命周期应用的前期策划，施工阶段设备信息录入不全等原因，最后兰州西站BIM运维的应用没有达到预期效果。

3.2 BIM技术在重庆西站设计中的应用

重庆西站与兰州西站属于同时期的车站（图10），设计时间稍晚于兰州西站，在兰州西站BIM运营经验的基础上，对重庆西站复杂部位进行了BIM设计，主要包含方面有：

（1）对复杂幕墙运用BIM技术进行找形和板块分割。由于重庆西站立面有双曲面，如何通过模数化的板块实现造型，并在安装中精准定位以达到设计效果是影响重庆西站成败的重要因素，但通过传统二维设计很难实现这一目标，而借助BIM技术进行三维找形和板块分割就相对容易达到效果。

（2）在重庆西站预应力清水混凝土雨棚的设计中，使用BIM技术实现了雨水管及各种电线、信息管线的精准预埋，为实现清水混凝土雨棚的完美效果打下了坚实的基础。基于设计阶段的BIM应用，重庆西站在施工阶段也应用BIM技术实现了部分4D现场施工管理、幕墙复杂构件及局部单元的工厂化、预制化建造，对重庆西站正立面效果和清水混凝土雨棚效果的呈现起了巨大作用。

4 结束语

本文由BIM技术的概念展开，分析了BIM的设计原理及BIM在建筑工程中的应用，重点论述了在兰州西和重庆西站中BIM技术的使用情况BIM技术的研究和推广应用，对我国建筑工程的发展与进步、提高工程质量与运维效率具有十分重要的意义，尤其是对功能复杂的建筑有十分重要的参考价值。

参考文献

[1] 郑健.铁路旅客车站细部设计[M].北京：人民交通出版社， 2010： 13-20.