黃波，劉夏彬

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 建筑與城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，湖北 武漢 430063）

1 工程概況

襄陽(yáng)東站位于襄陽(yáng)市東南方向東津新區(qū)，距襄城區(qū)約9 km，距襄州區(qū)約11 km，是襄陽(yáng)三大客運(yùn)火車(chē)站之一，也是西武、鄭渝高鐵和襄荊宜城際鐵路上的重要節(jié)點(diǎn)。

襄陽(yáng)東站建筑總規(guī)模213 582 m2，其中站房建筑面積79 986 m2，遠(yuǎn)期（2030年）高峰時(shí)段發(fā)送量為4 500人/h，最高聚集人數(shù)為4 000人，建筑總高度50.1 m，為上進(jìn)下出式高架車(chē)站，總設(shè)計(jì)規(guī)模9臺(tái)20線（見(jiàn)圖1）。

圖1 襄陽(yáng)東站效果

2 BIM應(yīng)用目的

目前我國(guó)已初步形成BIM技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和政策體系，關(guān)于BIM的推進(jìn)政策陸續(xù)出臺(tái)，BIM技術(shù)正逐步在全國(guó)各城市推廣。該工程為大型站房項(xiàng)目，工程體量大，設(shè)計(jì)及施工難度大，采用傳統(tǒng)方式已難滿(mǎn)足工程需求［1］，因此應(yīng)用BIM技術(shù)在工程推進(jìn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)以下施工目的：

（1）精確設(shè)計(jì)與方案優(yōu)化。傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)通常設(shè)計(jì)方式粗獷，而大型站房又易存在設(shè)計(jì)死角，因此需要借助BIM技術(shù)輔助相關(guān)專(zhuān)業(yè)精確設(shè)計(jì)、完善內(nèi)容；此外BIM技術(shù)可視化有助于設(shè)計(jì)師直觀感受，從而在比選中優(yōu)化方案。

（2）提高協(xié)同設(shè)計(jì)質(zhì)量與效率。與一般民建相比，鐵路站房設(shè)計(jì)包含的專(zhuān)業(yè)繁多，以站房工程為例，除土建、機(jī)電外，還包含站場(chǎng)路基、橋梁、接觸網(wǎng)、地鐵等，接口繁多內(nèi)容復(fù)雜，因此需要各專(zhuān)業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量與溝通效率，避免資源浪費(fèi)［2］。

（3）交付與展示多樣化。二維圖紙與交底文件是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式的交付內(nèi)容，但對(duì)于復(fù)雜空間容易出現(xiàn)交付不清的狀況，使用BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)在圖紙及交底文件中以三維方式表達(dá)交付難點(diǎn)［3］，此外可結(jié)合VR技術(shù)直觀展示功能空間、立面造型等以供快速?zèng)Q策。

（4）輔助施工減少誤差。相比于設(shè)計(jì)階段，施工過(guò)程中的重難點(diǎn)直接影響工程質(zhì)量、進(jìn)度、造價(jià)，BIM技術(shù)在施工過(guò)程中可以起到積極作用，包括預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)與拼裝，施工進(jìn)度模擬，施工構(gòu)件定位等。

（5）建立BIM模型標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。搭建BIM模型需要統(tǒng)一完善的規(guī)則［4］，否則模型過(guò)于繁復(fù)難以輔助設(shè)計(jì)施工、實(shí)現(xiàn)施工目的。該項(xiàng)目中分別編制了計(jì)劃作業(yè)表、BIM技術(shù)規(guī)范、機(jī)電安裝工程BIM應(yīng)用實(shí)施手冊(cè)等。建立標(biāo)準(zhǔn)不是一蹴而就的，襄陽(yáng)東站工程優(yōu)先完成了標(biāo)準(zhǔn)框架的搭建，尚有諸多內(nèi)容待完善。

3 BIM應(yīng)用方式

3.1 基于精確設(shè)計(jì)與方案優(yōu)化的應(yīng)用

3.1.1 模型空間精確定位

襄陽(yáng)東站屋面為異形結(jié)構(gòu)，采用金屬屋面系統(tǒng)加玻璃天窗系統(tǒng)，雙曲面形態(tài)的外幕墻為鋁單板及玻璃幕墻系統(tǒng)，具有定位復(fù)雜、比例難控制等特點(diǎn)，通過(guò)Rhino構(gòu)建幾何控制系統(tǒng)，從形體基準(zhǔn)控制線、形體底層控制線、表層基準(zhǔn)控制線、外表皮控制面、中部幕墻系統(tǒng)、整體形態(tài)等系統(tǒng)中生成規(guī)則，界定各個(gè)建筑系統(tǒng)構(gòu)件的參照邊界（見(jiàn)圖2），為各個(gè)建筑系統(tǒng)之間的“拼合”創(chuàng)造定位依據(jù)。

圖2 Rhino實(shí)現(xiàn)模型空間精確定位

3.1.2 方案細(xì)化與比選

專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)可以在設(shè)計(jì)BIM模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行深化加工，建立系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)模型，對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析，結(jié)合設(shè)計(jì)需求和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對(duì)防火玻璃幕墻、石材幕墻、鋁板幕墻等節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，選擇最優(yōu)方案。以幕墻為例，利用BIM模型中的分格信息，增加角鋼、鋼管、防水鋼板、泡沫封堵等細(xì)部構(gòu)件，達(dá)到與實(shí)際一致的效果（見(jiàn)圖3）。

圖3 幕墻細(xì)化示意圖

3.2 提高協(xié)同設(shè)計(jì)質(zhì)量與效率的應(yīng)用

3.2.1 搭建整體模型

站場(chǎng)專(zhuān)業(yè)利用Bentley Power Civil中橫斷面模板和廊道的功能，可以建立站場(chǎng)路基面、路基邊坡、路基填筑體、腳墻、排水溝等模型。橋梁專(zhuān)業(yè)實(shí)現(xiàn)在Catia模型轉(zhuǎn)換為Revit能夠完全識(shí)別的模型，并將Catia模型數(shù)據(jù)整理為其他平臺(tái)可識(shí)別的通用數(shù)據(jù)。整合完成的模型見(jiàn)圖4。

3.2.2 結(jié)構(gòu)預(yù)留預(yù)埋

預(yù)留預(yù)埋圖代替了原有設(shè)計(jì)藍(lán)圖，更正了圖紙中的少、漏、錯(cuò)現(xiàn)象，大大提高的留洞精確度可避免后期安裝中的結(jié)構(gòu)開(kāi)洞現(xiàn)象，既節(jié)約工期又提高了質(zhì)量［5］（見(jiàn)圖5）。

圖4 襄陽(yáng)東站整合模型

3.2.3 機(jī)電管線綜合

管線綜合排布具有一定原則［6］，例如“電管在上風(fēng)管在下”“有壓管讓無(wú)壓管”“小管讓大管”，此外有排水坡度要求的管道，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙要求的安裝尺寸、標(biāo)高和流體走向進(jìn)行布置，通風(fēng)（包括防排煙）與空調(diào)風(fēng)管緊貼消防噴淋管道安裝（需預(yù)留保溫層空間），當(dāng)風(fēng)管與消防噴淋頭位置重疊時(shí)，按消防規(guī)范要求設(shè)置噴淋頭與風(fēng)管的間距或?qū)⑾绹娏茴^引至風(fēng)管底部安裝，并避開(kāi)風(fēng)口位置。

MEP模型完成后連接土建模型進(jìn)行碰撞檢查及本專(zhuān)業(yè)自身管線深化，以確保自身管線排布合理美觀［7］，提前預(yù)知碰撞點(diǎn)并出具碰撞報(bào)告，以滿(mǎn)足其他單位安裝要求（見(jiàn)圖6）。

圖5 結(jié)構(gòu)預(yù)留預(yù)埋圖

圖6 機(jī)電管線綜合碰撞處

3.2.4 建筑空間凈高分析

根據(jù)BIM模型對(duì)不同功能區(qū)進(jìn)行凈高分析，并對(duì)不同功能區(qū)進(jìn)行不同顏色填充，管線優(yōu)化過(guò)程中不滿(mǎn)足凈高區(qū)域進(jìn)行特別標(biāo)注，協(xié)助管線深化設(shè)計(jì)，指導(dǎo)施工（見(jiàn)圖7）。

圖7 建筑空間凈高示意圖

3.3 交付與展示多樣化的應(yīng)用

3.3.1 管線綜合正向出圖

施工方深化的管線排布方案經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)方確認(rèn)后，直接由Revit進(jìn)行三維出圖，并明確標(biāo)注管線走向、標(biāo)高、與其他專(zhuān)業(yè)的位置關(guān)系。為機(jī)電管線安裝作準(zhǔn)備（見(jiàn)圖8）。

圖8 管線綜合正向出圖

3.3.2 復(fù)雜節(jié)點(diǎn)可視化交底

按傳統(tǒng)方式先施工現(xiàn)場(chǎng)樣板，完成樣板后再大面積施工，襄陽(yáng)東站工期僅為14個(gè)月，十分緊張，工人進(jìn)場(chǎng)就必須全面施工，因環(huán)梁節(jié)點(diǎn)十分復(fù)雜，摸索時(shí)間多，耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，要求在傳統(tǒng)方式上積極尋找新的施工工藝工法。基于BIM技術(shù)對(duì)于復(fù)雜施工節(jié)點(diǎn)，提前三維1∶1放樣，確定節(jié)點(diǎn)處鋼筋下料長(zhǎng)度和連接方式，從而保證復(fù)雜節(jié)點(diǎn)高質(zhì)高效施工完成（見(jiàn)圖9）。

圖9 環(huán)梁節(jié)點(diǎn)BIM模型與安裝實(shí)景

3.3.3 VR交互展示

利用BIM技術(shù)對(duì)精裝圖紙進(jìn)行三維建模，經(jīng)實(shí)材貼圖后制作成漫游視頻，通過(guò)身臨其境的視覺(jué)、空間感受，及時(shí)發(fā)現(xiàn)裝飾墻面、地面、天花板的做法和材質(zhì)及內(nèi)部的布局等設(shè)計(jì)缺陷問(wèn)題。此外通過(guò)制作旅客進(jìn)站乘車(chē)虛擬場(chǎng)景模擬了站房建成后旅客乘車(chē)流向。該系統(tǒng)集高鐵車(chē)站BIM展示、站內(nèi)漫游、宏觀瀏覽、信息可視化、旅客進(jìn)站乘車(chē)等功能于一體，同時(shí)增加選擇行程、路線搜尋與違禁物安檢等特色體驗(yàn)，滿(mǎn)足旅客出行感受，賦予體驗(yàn)者更多的靈活度與趣味性（見(jiàn)圖10）。

圖10 旅客乘車(chē)流向VR體驗(yàn)

3.4 基于輔助施工減少誤差的應(yīng)用

3.4.1 異型曲面加工生產(chǎn)

在Rhino平臺(tái)中，借助插件Grasshopper軟件，通過(guò)編寫(xiě)程序?qū)δＰ瓦M(jìn)行曲率分析，優(yōu)化表皮，將曲面板擬合成平面板，降低曲面版比例。利用BIM技術(shù)對(duì)候車(chē)廳兩側(cè)天花河岸轉(zhuǎn)弧板建模，對(duì)每個(gè)板塊進(jìn)行單獨(dú)編號(hào)，并按照板塊編號(hào)加工生產(chǎn)與拼裝，給施工帶來(lái)了極大便利（見(jiàn)圖11）。

3.4.2 單元模塊3D打印

3D打印是快速成型技術(shù)的一種，是以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。通常采用數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。基本流程為：三維建?！Ｐ筒鸱终{(diào)整→打印參數(shù)設(shè)置→構(gòu)件打印→構(gòu)件處理→方案模擬，項(xiàng)目中以采光天窗龍骨為例探索3D打?。ㄒ?jiàn)圖12）。

3.4.3 施工模擬與工序展示

施工模擬與工序展示可以在Navisworks軟件中展開(kāi)（見(jiàn)圖13），4D模擬功能通過(guò)將模型幾何圖形與時(shí)間日期關(guān)聯(lián)起來(lái)，制定施工或拆除順序，從而分析項(xiàng)目活動(dòng)，解決施工排序問(wèn)題。

圖11 河岸鋁板BIM模型及實(shí)景圖

圖12 采光天窗龍骨3D打印

圖13 Navisworks施工模擬

3.4.4 輕量化協(xié)同管理平臺(tái)

BIM協(xié)同管理平臺(tái)通過(guò)將模型輕量化，使其在普通智能手機(jī)中即可實(shí)現(xiàn)BIM模型瀏覽、漫游、屬性查看、剖切、測(cè)量、過(guò)濾、查詢(xún)等各種操作，通過(guò)模型實(shí)時(shí)討論及分享，可以精確定位問(wèn)題位置，在線生成報(bào)告，實(shí)時(shí)通知相關(guān)人員，提高了BIM模型應(yīng)用普及性和便捷性（見(jiàn)圖14）。

圖14 協(xié)同管理平臺(tái)示意圖

4 結(jié)束語(yǔ)

BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)、交付、施工應(yīng)用中均起到了積極的推進(jìn)作用，但由于軟硬件的限制，BIM工具的功能還不夠完善、本地化程度還不夠，以及BIM技術(shù)服務(wù)商的支持能力參差不齊等原因限制了BIM的廣泛應(yīng)用。隨著技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用實(shí)踐的推動(dòng)，BIM技術(shù)將進(jìn)一步在投標(biāo)、施工設(shè)計(jì)、成本管控、材料采購(gòu)、施工管理等方面得以推廣。未來(lái)的設(shè)計(jì)趨勢(shì)將由二維走向三維［8］，達(dá)到一個(gè)新的階段。伴隨我國(guó)BIM行業(yè)的日趨成熟及人們對(duì)建筑美學(xué)更高的追求，BIM軟件在設(shè)計(jì)施工運(yùn)維應(yīng)用上將更加廣泛、更加成熟，BIM必將成為行業(yè)技術(shù)主流。