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BIM技术在地铁车站结构设计中的应用

2025-05-23 41 上传者：管理员

摘要：文章聚焦BIM技术在地铁车站结构设计中的应?。传统设计方法存在诸多弊端，而BIM技术以三维模型整合多专业信息，实现全生命周期信息共享与协同。其在地铁车站设计的场地分析、方案比选、协同设计、施工模拟等方面均发挥重要作?，显著提升设计质量、沟通协作效率，保障施工进度顺利进行。虽在技术和管理层面有待改进，但随着科技的发展，BIM技术将为地铁工程建设带来更大价值。

关键词：
BIM技术
三维信息模型
协同设计
地铁车站
结构设计
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1、引言

在城市轨道交通建设蓬勃发展的当下,地铁车站作为关键节点工程,其结构设计的科学性与合理性至关重要｡传统设计方法在面对复杂的地铁车站结构时,常暴露出信息沟通不畅､协同效率低,以及设计可视化程度不足等问题｡BIM技术作为一种数字化､集成化的创新手段,为地铁车站结构设计带来了新的变革契机｡它通过构建三维信息模型,整合建筑､结构､设备等多专业信息,实现全生命周期的信息共享与协同工作｡本文旨在深入剖析BIM技术在地铁车站结构设计中的应⽤原理､流程及成效,为推动地铁工程设计水平提升提供有益参考[1]｡

2、BIM技术原理及地铁车站结构设计要点概述

2.1BIM技术原理

BIM技术以数字化三维模型为核心载体,将建筑项目全生命周期各阶段的信息进行整合与关联｡该模型不仅包含几何形状信息,更涵盖材料属性､施工进度､成本预算等非几何信息｡通过参数化设计,当模型中的任何一处出现修改时,与之关联的其他部分会自动更新,确保信息的一致性与准确性｡同时,基于BIM平台的协同工作环境,不同专业的设计师､施工人员､运营维护人员等可实时共享和交流信息,打破专业壁垒,提高项目的整体效率｡

2.2地铁车站结构设计要点

地铁车站结构设计需综合考虑多方面因素｡首先是荷载分析,包括结构自重､人群荷载､列车振动荷载,以及土压力､水压力等｡精确计算这些荷载是确保结构安全的基础｡其次,结构选型至关重要｡常见的有矩形框架结构､拱形结构等,需根据地质条件､周边环境及使⽤功能合理选择｡再次,节点设计不容忽视｡节点作为结构构件连接部位,其可靠性直接影响整体结构性能｡此外,防水设计也是重点｡地铁车站处于地下潮湿环境,良好的防水设计能有效防止渗漏,保障结构耐久性与设备正常运行｡如北京某地铁车站,采⽤全包防水方案结合高质量防水材料,大幅降低了渗漏风险[2]｡

3、BIM技术全方位融入地铁车站结构设计流程

3.1设计前期的场地分析与规划

在地铁车站设计前期,利⽤BIM技术开展场地分析无疑是极为关键的一环｡借助先进的建模软件,设计师能够将高精度的地形数据､周边建筑的详细信息,以及地下管线的具体走向等数据精准导入,进而构建出三维场地模型｡此模型如微缩的现实场景,设计师可通过多角度､多维度视角切换,直观且清晰地查看场地地形的起伏变化､周边建筑物的分布格局,以及地下管线错综复杂的走向｡

基于这一精细的三维场地模型,设计师可以进行车站的位置､出入口及风亭布局的规划工作｡例如,在某地铁车站设计项目中,设计团队借助BIM场地分析模型进行深入研究时,发现原规划方案中车站出入口与周边公交站点距离过远,这意味着乘客在换乘过程中需要花费更多的时间与精力,严重影响了出行的便利性｡发现问题后,设计团队迅速响应,利⽤BIM模型的可视化功能与参数调整功能,对出入口位置进行了反复模拟与调整｡经过多轮优化,最终确定了一个更为合理的出入口位置,大幅提高了地铁与公交之间的交通衔接便利性,为乘客出行提供了极大便利｡

与此同时,BIM技术所具备的日照分析功能在此阶段也发挥着不可忽视的作⽤｡设计师可运⽤相关软件,依据当地地理信息与气候数据,模拟不同季节､不同时段车站周边的日照情况｡通过对模拟结果的深入分析,不仅能够为车站自身的采光设计提供科学依据,打造出更为舒适､节能的室内空间,还能对车站建设对周边建筑日照产生的影响进行全面评估,确保设计方案符合国家及地方相关规范要求,充分体现人性化设计理念｡

3.2概念设计阶段的方案比选与优化

在这一阶段,设计师凭借建模技巧,快速搭建起不同结构形式､布局的车站概念模型｡在模型搭建过程中,设计师还可同步赋予模型初步的材料属性､尺寸参数等关键信息,使模型具备物理特性与设计特征｡

借助BIM软件的可视化功能,设计师能够将各个概念方案以直观､立体的形式进行展示｡通过对不同方案从空间利⽤率､结构合理性､施工可行性等多个关键维度进行深入对比分析,全面评估各方案的优势与不足｡例如,在某地铁车站概念设计项目中,设计团队经过前期的调研与构思,提出了矩形框架结构和拱形结构两种截然不同的方案｡为了深入了解两种结构方案的性能差异,设计团队利⽤BIM模型的结构受力模拟分析功能,对两种方案在承受不同土压力情况下的结构内力分布情况进行了模拟｡模拟结果显示,拱形结构在承受较大土压力时,其结构内力分布更为均匀,材料的利⽤率也更高,在结构力学性能方面表现出色｡然而,通过BIM模型的可视化展示功能对两种方案的空间布局与乘客流线进行分析时发现,矩形框架结构方案在空间开阔性和乘客流线组织方面更具优势,能够为乘客提供更为舒适､便捷的出行体验｡经过多轮的研讨与综合权衡,设计团队最终确定了一个融合两者优点的优化方案,即在车站主体结构部分采⽤拱形结构,充分发挥其在受力性能方面的优势,确保结构的稳定性与安全性;而在公共区域则采⽤矩形框架结构,以优化空间布局,提升乘客的使⽤体验[3]｡

3.3详细设计阶段的多专业协同设计

详细设计阶段是地铁车站设计从概念走向落地的关键环节,此阶段涉及建筑､结构､给排水､电气､通风空调等多个专业领域,各专业间紧密､高效的协同配合显得至关重要｡BIM技术搭建的协同设计平台,使各专业设计师能够在同一精细化的模型基础上同步开展工作｡

当结构设计师依据设计要求与规范完成结构模型的搭建后,建筑设计师可立即依据已有的结构模型,对建筑空间开展更为细致､深入的设计工作｡建筑设计师能够在BIM平台上精准地调整建筑空间的尺寸､形状,布置各类功能房间,同时,充分考虑结构构件对空间的影响,确保建筑设计与结构设计的无缝衔接｡与此同时,给排水､电气､通风空调等专业设计师也能及时将各自系统的模型融入整体模型之中｡

此外,BIM技术还具备碰撞检查功能｡通过对各专业模型进行全方位､无死角的检查,系统能够自动生成详细的碰撞报告｡报告中不仅明确标注了冲突位置的具体坐标与详细信息,还清晰地列出了涉及冲突的相关专业,为各专业设计师及时进行整改提供了明确的方向与依据,有力确保了设计的准确性与完整性[4]｡

3.4施工模拟与进度管理

基于BIM模型的施工模拟功能,能够对地铁车站施工过程进行虚拟预演｡在项目实施前,项目团队可将精心制定的施工进度计划与BIM模型中的各个构件及施工环节进行精准关联｡通过设定施工顺序与时间节点,系统能够按照既定计划,依次展示各施工阶段的详细工作内容与施工现场的真实状态｡

同时,利⽤BIM技术的进度管理功能,项目管理人员能够实时跟踪实际施工进度与计划进度之间的偏差｡通过在BIM模型中设置直观的颜色对比､进度条等展示方式,将进度偏差情况明确呈现出来｡一旦发现实际进度滞后于计划进度,项目管理人员能够及时分析原因,并采取针对性措施进行调整,确保项目能够按时交付,有效控制项目成本与风险｡

4、BIM技术助力地铁车站结构设计的成效评估与改进思路

4.1成效评估

4.1.1设计质量提升

BIM技术的应⽤显著提升了地铁车站结构设计的质量｡通过多专业协同设计与碰撞检查,有效减少了设计错误与冲突｡同时,借助BIM模型的可视化与分析功能,实现了结构方案的优化,提高了结构安全性与合理性｡如在结构受力分析方面,利⽤BIM软件模拟不同工况下结构的应力应变分布,为结构构件尺寸优化提供了科学依据,使结构材料⽤量更合理,降低了工程成本｡

4.1.2沟通协作效率提高

BIM平台打破了专业间的信息壁垒,促进了高效沟通协作｡各专业设计师可在同一模型上实时交流､协同工作,避免了因信息传递不畅导致的误解与重复工作,缩短了决策周期,加快了项目推进速度｡

4.1.3施工进度保障

BIM技术的施工模拟与进度管理功能使施工过程更加可控,有效保障了施工进度｡通过提前发现并解决施工过程中的问题,避免了施工延误｡同时,进度实时跟踪功能让项目管理人员能够及时掌握施工动态,合理调配资源,确保施工顺利进行｡

4.2改进思路

4.2.1技术层面

尽管BIM技术在地铁车站结构设计中已取得显著成效,但仍有提升空间｡一方面,需进一步完善BIM软件功能,提高模型的运算速度与稳定性,以应对复杂地铁车站项目的大规模数据处理需求｡另一方面,加强BIM技术与其他先进技术的融合,如与虚拟现实(VR)､增强现实(AR)技术结合,为设计师与施工人员提供更加沉浸式的体验,便于更好地理解设计方案与施工过程｡

4.2.2管理层面

在项目管理方面,建立健全基于BIM技术的项目管理体系至关重要｡明确各参与方在BIM应⽤中的职责与工作流程,加强对BIM模型信息创建､更新与维护的管理,确保模型信息的准确性与时效性｡同时,加强对项目团队成员的BIM技术培训,提高其应⽤水平与协作意识｡此外,需完善BIM技术应⽤的激励机制,对在项目中积极应⽤BIM技术并取得良好效果的团队或个人给予奖励,激发其积极性｡

5、结语

综上所述,BIM技术凭借其独特的数字化､集成化优势,已深度融入地铁车站结构设计的各个环节｡从设计前期的场地分析到施工阶段的进度管理,BIM技术在提升设计质量､提高沟通协作效率,以及保障施工进度等方面发挥了重要作⽤｡目前,在技术与管理层面尽管仍存在一些问题,但随着技术的不断进步与应⽤推广,BIM技术必将在地铁工程建设领域发挥更大的价值｡

参考文献:

[1]侯石悦.BIM技术在地铁车站结构设计中的应⽤研究[J].建材与装饰,2024,20(28):133-135.

[2]刘曹宇.地铁车站BIM正向设计研究[J].建筑结构,2024,54(21):44-50.

[3]石洋.BIM在地铁车站建筑设计中的应⽤[J].智能建筑与智慧城市,2024(10):85-87.

[4]王绪洋.基于BIM的地铁车站施工平台管理研究[J].科技创新与应⽤,2024,14(22):106-109.

文章来源:段穷.BIM技术在地铁车站结构设计中的应用[J].智能建筑与智慧城市,2025,(05):82-84.