韓文君 梁 園 胡今強(qiáng)

(1. 常州市軌道交通發(fā)展有限公司 江蘇常州 213001；2. 中鐵第五勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司 北京 102600)

1 引言

GIS 與BIM 融合后將全面解決GIS 三維模型信息內(nèi)容簡單、BIM 模型獨(dú)立分散的現(xiàn)實(shí)問題[1]。BIM 使建筑物具備詳細(xì)的內(nèi)部空間幾何及功能語義信息[2]。 依托建筑信息模型BIM 可以提高軌道交通建設(shè)質(zhì)量、加快施工進(jìn)度，保證施工安全，完善軌道交通智能化建設(shè)[3]。 BIM 與GIS 的集成與融合對未來建筑物的精細(xì)化發(fā)展起到重要作用[4]。 地鐵建設(shè)中需將模型進(jìn)行拆分，根據(jù)階段任務(wù)在平臺中合理展示。 地鐵車站模型拆分原則是實(shí)現(xiàn)城市軌道交通BIM 與GIS 的融合的關(guān)鍵技術(shù)之一，我國相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)針對地鐵車站模型拆分原則涉及內(nèi)容很少。 本文分析城市軌道交通中車站、市政管線、周邊建構(gòu)筑物、風(fēng)險源建筑分別選擇不同搭建平臺，按位置區(qū)域、專業(yè)、地上地下等原則拆分后集成到GIS 應(yīng)用平臺中[5]，可實(shí)現(xiàn)BIM 數(shù)據(jù)與GIS 平臺高效率對接。

2 地鐵車站及場地環(huán)境建模拆分

城市軌道交通建設(shè)過程中，除地下車站本身的方案，在建設(shè)過程中受場地環(huán)境影響較大。 場地環(huán)境主要是市政管線、周邊建構(gòu)筑物、風(fēng)險源建筑等。 在BIM-GIS 交互平臺中，為實(shí)現(xiàn)地鐵車站的重要應(yīng)用，車站及場地環(huán)境需建立合理的建模拆分體系。

2.1 地鐵車站建模拆分

2.1.1 車站拆分要素

為了實(shí)現(xiàn)BIM-GIS 交互平臺應(yīng)用需要，對車站主體及附屬必須建模拆分。 車站拆分要素應(yīng)包括：項目、階段、車站、專業(yè)、區(qū)域等基本要素。 基本要素納入車站建模拆分時，應(yīng)有拆分優(yōu)先等級，其優(yōu)先等級順序見表1。

2.1.2 區(qū)域拆分

拆分要素中最低層級為區(qū)域，因此受前面所有層級要素影響，其中影響區(qū)域拆分主要是階段、專業(yè)兩個基本要素。 對車站區(qū)域進(jìn)行劃分時，應(yīng)針對不同階段下，各專業(yè)建模按照不同區(qū)域進(jìn)行拆分。階段建議劃分為建設(shè)過程中5 個重要階段，區(qū)域按照主體、風(fēng)道、出入口、區(qū)間。 建筑、結(jié)構(gòu)專業(yè)的各階段建模拆分詳見表2[6]。

表2 結(jié)構(gòu)及建筑專業(yè)各階段建模拆分

2.2 場地環(huán)境建模拆分

2.2.1 市政管線

市政管線建模按專業(yè)拆分即可，一般分為8 個部分，見表3。 其管線尺寸較大：電力管溝模型、燃?xì)夤軠?管線模型、上水管溝/管線模型、熱力管溝模型、污水管線模型、雨水管溝/管線模型。 另外尺寸較小的市政管線：電信管線模型、其他。 后兩個部分的市政管線由于尺寸較小，可根據(jù)具體要求選擇是否搭建模型。

表3 市政管線建模拆分

以環(huán)境調(diào)查資料為準(zhǔn)，搭建模型的幾何信息有場地內(nèi)既有管線定位、尺寸、埋深，非幾何信息有管線所屬系統(tǒng)、環(huán)境安全等級、材質(zhì)、是否改移等。

2.2.2 周邊建構(gòu)筑物

地鐵沿線建構(gòu)筑物范圍邊界以車站、區(qū)間、車輛段停車場外輪廓邊界外50 ～100 m 范圍及設(shè)計特殊要求的范圍。 采用3Dmaxs 等平臺搭建周邊建構(gòu)筑物模型集成到GIS 應(yīng)用平臺中，規(guī)劃控制線等在GIS 應(yīng)用平臺中集成[7]，后期施工階段搭建施工圍擋、施工場地等采用BIM 軟件搭建。 周邊建構(gòu)筑物建模拆分見表4。

表4 周邊建構(gòu)筑物拆分

2.2.3 風(fēng)險源建筑

地鐵全線風(fēng)險源模型根據(jù)風(fēng)險源分級進(jìn)行搭建，按單體建筑進(jìn)行拆分，見表5。 根據(jù)具體情況可對單體建筑再次拆分為地上、地下兩部分以便于方案展示及優(yōu)化。 特、一級風(fēng)險源應(yīng)作為必做項進(jìn)行模型搭建[8]。

表5 特、一級風(fēng)險工程建模要求

地下部分采用BIM 軟件搭建模型，地上部分采用3Dmaxs 等平臺集成到GIS 應(yīng)用平臺中[9]。

3 工程案例分析

3.1 車站概況

常州市軌道交通1 號線一期工程同濟(jì)橋站為單柱雙跨地下兩層島式站臺車站，車站外包長度187.6 m，標(biāo)準(zhǔn)段外包寬度為19.7 m，總建筑面積11 412.63 m2，采用明挖施工法。 車站東北向?yàn)閲┬露夹^(qū)，西北向?yàn)槔硐胫袑W(xué)、田家炳中學(xué)原址，西南向?yàn)楸Ｗo(hù)建筑，東南向?yàn)樘覉@綠地，影響管線為電力、燃?xì)狻⑸纤芫€?，F(xiàn)狀同濟(jì)橋高架橋路連至吊橋路桃園路。 車站共設(shè)置2 組風(fēng)亭、4 個出入口，車站總平面布置見圖1。

圖1 同濟(jì)橋站平面布置

3.2 車站BIM 結(jié)構(gòu)及建筑建模

同濟(jì)橋站按照施工圖設(shè)計階段要求，根據(jù)各專業(yè)拆分原則將模型項目拆分[10]。 結(jié)構(gòu)專業(yè)拆分為車站主體結(jié)構(gòu)BIM 模型、風(fēng)道結(jié)構(gòu)BIM 模型、出入口結(jié)構(gòu)BIM 模型；建筑專業(yè)拆分為車站建筑結(jié)構(gòu)BIM 模型、風(fēng)道建筑BIM 模型、出入口建筑BIM模型。

主體結(jié)構(gòu)BIM 模型指車站主體永久結(jié)構(gòu)模型，包括結(jié)構(gòu)外墻、結(jié)構(gòu)梁、結(jié)構(gòu)板、結(jié)構(gòu)柱、預(yù)留洞口等；主體建筑BIM 模型包括設(shè)備區(qū)隔墻、構(gòu)造柱、門窗、公共區(qū)樓扶梯和欄桿、電梯、公共區(qū)閘機(jī)和欄桿，設(shè)備管理用房區(qū)樓梯和扶手等。

車站結(jié)構(gòu)及建筑風(fēng)道、出入口BIM 模型應(yīng)包括地下部分的外墻、梁、板、柱、內(nèi)隔墻、門窗、樓扶梯和欄桿；地上部分的外墻、梁、板、柱、內(nèi)隔墻、門窗、樓扶梯和欄桿、地面臺階、 雨棚[11]。 考慮到設(shè)計階段對方案調(diào)整、一體化設(shè)計單位對地面亭優(yōu)化整合、減少方案調(diào)整優(yōu)化的模型與BIM-GIS 可視化交互平臺對接的工作量等因素，需將風(fēng)道、出入口模型合理拆分[12]，以提高模型修改及與BIM-GIS 可視化交互平臺對接的效率。

同濟(jì)橋站出入口模型分為4 個部分：西北象限3 號出入口、東北象限2 號出入口、西南象限4 號出入口及小里程端風(fēng)道、東南象限1 號出入口。 風(fēng)道模型為大里程端1 號風(fēng)道，拆分模型文件情況見表6 和表7，建筑專業(yè)BIM 建模拆分見圖2。

表6 結(jié)構(gòu)專業(yè)施工設(shè)計階段建模拆分

表7 建筑專業(yè)施工設(shè)計階段建模拆分

圖2 同濟(jì)橋站建筑BIM 建模拆分

3.3 市政管線建模

市政管線模型按專業(yè)拆分模型，同濟(jì)橋站市政管線模型分為以下6 個部分：電力管溝模型(1 800 ×2 000、2 000×2 100 尺寸類型)、燃?xì)夤軠?管線模型(1 000 ×680 等尺寸類型)、上水管溝/管線模型(3 000 ×2 700 等尺寸類型)、熱力管溝模型(3 600×2 500等尺寸類型)、污水管線模型(φ1 050 等尺寸類型)、雨水管溝/管線模型(φ1 500 等尺寸類型)，見圖3。

圖3 市政管線建模拆分

3.4 周邊建構(gòu)筑物及風(fēng)險源建模

同濟(jì)橋站西南象限為大成紡織集團(tuán)有限公司(混2，保護(hù)建筑)，距車站主體基坑約23.0 m；西北象限為理想中學(xué)房屋(混3-5)，距車站主體基坑最近約25.0 m；車站東側(cè)為國泰新都小區(qū)房屋(混3 ～20，條形基礎(chǔ))，距車站主體基坑最近約18.5 m，現(xiàn)狀同濟(jì)橋高架橋路連至吊橋路桃園路，采用3Dmaxs 整體建模。

周邊風(fēng)險建筑按單體建筑進(jìn)行拆分，拆分為地上、地下兩部分。 同濟(jì)橋及周邊建筑可將地上與地下建構(gòu)筑物拆分以便于方案展示及優(yōu)化，搭建拆分的地上、地下部分模型見圖4。

圖4 風(fēng)險源建筑建模拆分

3.5 模型與BIM-GIS 可視化交互平臺對接

按上述建模拆分后，車站設(shè)計模型拆分為車站主體模型、車站附屬模型、市政管線模型、周邊建構(gòu)筑物、風(fēng)險源模型共5 大部分，各個部分根據(jù)具體模型內(nèi)容進(jìn)行再次拆分，將模型傳入BIM-GIS 可視化交互平臺。同濟(jì)橋站BIM 模型與GIS 平臺數(shù)據(jù)交互情況見圖5。

圖5 BIM-GIS 可視化交互平臺展示

圖5 a 可見，施工設(shè)計階段中車站BIM 結(jié)構(gòu)及建筑模型進(jìn)入BIM-GIS 可視化交互平臺后，形成項目工程結(jié)構(gòu)目錄樹。 第一級目錄為常州軌道交通1號線，第二級目錄為施工圖設(shè)計等階段，第三級目錄為同濟(jì)橋站，第四級目錄為建筑、結(jié)構(gòu)、風(fēng)險源、市政管線等專業(yè)，第五級目錄為主體、出入口1、出入口2、出入口3、出入口4、風(fēng)道1，按照車站BIM 建模拆分導(dǎo)入BIM-GIS 平臺后，可自動實(shí)現(xiàn)分線路、分車站及分專業(yè)的工程精細(xì)化管理及架構(gòu)，在此基礎(chǔ)上對各專業(yè)分區(qū)域進(jìn)行管理，同時優(yōu)化了平臺承載能力，更精細(xì)區(qū)域內(nèi)設(shè)備、材料的管理通過制定區(qū)域查找、篩選等平臺功能實(shí)現(xiàn)。

圖5b 可見，車站BIM 模型、市政管線模型、周邊建構(gòu)筑物模型、風(fēng)險源模型進(jìn)入BIM-GIS 可視化交互平臺后，形成集成應(yīng)用平臺，通過平臺功能實(shí)現(xiàn)對車站方案匯報、配合優(yōu)化、臨時永久占地表達(dá)、房屋拆遷評估分析等，對地鐵建設(shè)空間幾何信息、空間功能信息、施工管理信息、設(shè)備等各專業(yè)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行集成與一體化管理，形成的三維基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，為各項BIM 應(yīng)用輸出數(shù)據(jù)。

4 結(jié)束語

地鐵車站建模應(yīng)基于BIM-GIS 平臺應(yīng)用，從車站主體及附屬、市政管線、周邊建構(gòu)筑物、風(fēng)險源建筑等模型拆分進(jìn)行綜合研究。 本次結(jié)合同濟(jì)橋模型進(jìn)入BIM-GIS 平臺的實(shí)例，提出一種建模拆分體系，取得以下成效：

(1)建模拆分體系成果中應(yīng)包含車站主體及附屬、市政管線、風(fēng)險源模型、周邊建構(gòu)筑物等模型。模型進(jìn)入BIM-GIS 平臺后，保障了城市軌道交通BIM 與GIS 的融合和數(shù)據(jù)間高效率交互。

(2)車站采用BIM 平臺建模應(yīng)根據(jù)項目、階段、車站、專業(yè)、區(qū)域等基本要素拆分，提升了BIM-GIS平臺自動實(shí)現(xiàn)分線路、分車站及分專業(yè)的工程精細(xì)化管理效率。

(3)市政管線建模按專業(yè)拆分，主要為熱力管溝、電力管溝、上水管溝等尺寸較大的專業(yè)管線，電信等尺寸較小，可根據(jù)工程要求選擇是否搭建模型，不過多占用平臺內(nèi)存，保證運(yùn)行效率。

(4)周邊建構(gòu)筑物主要采用3Dmaxs 等平臺搭建模型集成到GIS 應(yīng)用平臺中，規(guī)劃控制線等在GIS 應(yīng)用平臺中集成，提升了數(shù)據(jù)信息管理和應(yīng)用擴(kuò)展開發(fā)。

(5)風(fēng)險源建筑按單體建筑進(jìn)行拆分為地上、地下兩部分，地上部分主要采用3Dmaxs 等平臺搭建模型，地下部分采用Revit 等BIM 建模平臺搭建，兩部分集成到BIM-GIS 交互平臺中。 地面部分可視化強(qiáng)且內(nèi)存占用少，地下部分?jǐn)?shù)據(jù)精細(xì)且采集應(yīng)用率高，極大提升了城市軌道交通中BIM 和GIS 的融合及數(shù)據(jù)交互。