[摘  要]：结构设计在地铁车站设计众多专业中处于主导性地位，在工程投资、工程安全、建设工期、工程质量等方面起决定性的作用。目前，BIM技术在地铁工程的应用仅局限于建筑三维建模、管道综合和4D施工模拟等方面，在车站结构设计过程中的应用相对缺乏。文章通过调查分析目前BIM技术在地铁车站设计中的应用现状，对BIM技术在地铁车站结构设计中的应用进行探讨和研究，以某地铁车站为例，进行三维可视化设计、配筋施工图设计和结构工程数量统计应用，极大提高沟通、设计效率，提高设计质量。本文研究表明BIM技术在地铁车站结构设计中的应用是可行的，研究成果可供工程实际中采用BIM技术开展地铁车站结构设计参考。

[关键词]：BIM技术; 地铁车站; 结构设计; 可视化设计; 配筋设计

U231.4A

BIM（Building Information Modeling）即建筑信息模型，被誉为建筑业第二次革命，早已成为工程建设领域研究、创新应用的热点。BIM技术的核心是一个三维的数据库，它集成了项目各参与方在设计阶段、施工建造阶段、运营管理维护阶段的大量工程信息，在建筑生命周期内供各参与方进行数据的存储、查询、调用和修改，从而实现建筑物生命周期内各工程建设阶段以及各阶段所有参与方之间工程信息的交互共享。BIM技术具备了三维可视化、模型参数化、工程设计建造管理的协同化，4D施工模拟、可出图性、工程量统计等技术优势[1-3]。

根据中国城市轨道交通协会统计，截至2020年9月30日，中国内地累计有41个城市开通城轨交通运营线路7 141.55 km，其中地铁5 514.92 km，占比77.22%。仅2020年上半年获批项目涉及新增线路长度共272.54 km，新增投资共2 306.15亿元[4]。轨道交通是补短板、增后劲、惠民生的重要手段，同时也是基建投资、宏观经济对冲的重要方向之一。地铁工程具有生命周期长、投资大、风险高、发展快、专业多、空間局限等特点，对设计人员水平、设计文件质量要求高。特别是近年来，大规模车站、交通综合体建设越来越多，传统设计方式和设计工具难以满足工程建设需要，BIM技术应用于地铁车站设计将极大促进地铁车站设计质量和工作效率的提升。

目前，BIM技术在地铁工程领域已经取得一些应用，在地标性、示范性和规模较大的工程上不乏成功案例，但是主要局限于三维建模、碰撞检测、4D施工模拟、工程量统计等几个方面[5-8]。结构设计在地铁车站众多专业中起着主导性作用，在投资、安全、工期方面起决定性的作用，研究BIM技术在地铁车站结构设计中的应用具有重大的价值。

1 BIM技术在地铁车站结构设计中的应用

1.1 可视化设计

随着我国经济水平的提升，地铁建设已经由交通线发展成地下交通网，建设一大批超大规模车站和交通枢纽。传统二维设计在大规模、复杂车站设计中捉襟见肘，BIM技术可视化优势发挥重大作用。

BIM技术可实时、准确地将建筑设计师的设计方案呈现在眼前，建筑设计师可直接在三维模型中推敲设计体量、建筑造型和功能布局等。结构设计师可以依靠BIM技术的三维漫游等技术在建模模型上确定结构设计广方案，进行结构构件尺寸的设计，更好地考虑结构方案与建筑设计的适配性等。

本文以某地下4层双柱车站为例，进行BIM可视化设计。本站因工程地质、周边环境的限制，采用地下4层双柱明挖车站（带物业），2个物业出入口、2组风亭组、安全出入口和无障碍电梯均采用顶出的方式，车站基坑深度约40 m，长约160 m。地下1层为物业层，地下2层为站厅层，地下3层为设备层，地下4层为站台层。本站具有规模大、投资高、内部空间关系复杂、设计周期短的特点，传统二维设计很难满足设计需求。基于Revit软件进行BIM技术在地铁车站三维可视化设计应用，创建整个车站主体结构、顶出物业出入口、两组风亭组、内部楼扶梯、站台板、设备夹层板的建筑结构三维模型。模型不仅涵盖了建筑隔墙、门、楼板开孔情况，也包含了结构梁、板、柱、墙。

本站BIM技术应用主要发挥作用：

（1）极大提高了设计过程中各专业间的有效沟通，优化了功能房间的布置，确保了结构梁、柱的尺寸和建筑限界满足要求。

（2）三维可视化的设计，比较直观的展现了设计方案，方便业主、施工单位对设计方案的理解，在方案比对和方案汇报过程中表现优异。

（3）进行关键节点剪刀梯、顶出出入口可视化设计，在有限空间内完成复杂节点设计。

本站利用BIM技术进行三维可视化设计，短期内完成和稳定了设计方案，提高设计质量和效率（图1～图3）。

1.2 配筋施工图设计

目前地铁车站结构配筋施工图还是以手动绘制钢筋的方式完成，工作繁琐、工作量大、自动化程度很低，导致施工图往往错误比较多，耗时比较长。地铁车站与地上结构和普通地下结构存在较大的差异，地铁结构梁、板、柱尺寸比较大，含钢量也比较大。因地下空间有限，柱子横截面尺寸受限，柱子为满足抗震的要求，多采用复合箍筋以提高柱子的轴压比。顶底纵梁为满足建筑功能和限界净空要求，实现管线和房间布置，梁截面高度和宽度受限，导致梁需要配置多排纵向钢筋。而在楼扶梯基坑的位置和设备区往往需要底纵梁下翻，顶纵梁上翻，进行反梁设计。

本文以某站为例，以Structural Analysis-Default CHNCHS为项目样板，对车站基本构件梁、柱、板、墙进行配筋，生成标准断面和节点大样图。通过软件Revit进行结构设计配筋有2种方式，一通过软件自带配筋功能，二是通过速博插件。速博插件以构件为分类，按梁、板、柱、墙的配筋特点设置钢筋配筋对话框，实际工程桩根据需要按类别进行配筋。目前，速博插件并不能完全满足地铁结构配筋的需要，因为地铁结构受力和配筋与地上建筑有较大的差别，例如柱多采用复合箍筋，梁采用多排受力筋。通过Revit自带的配筋功能配筋更灵活，其包含了断面配筋、面积筋、路径筋、钢筋网片、保护层、钢筋接头等功能。断面配筋中包含了53种钢筋的形状，能满足地铁车站结构配筋中梁、柱的纵筋和箍筋，板、墙配筋的纵筋、分布筋和拉筋的配置。板的配筋还可以通过配筋功能中面积筋进行快速的配置。采用两种方式相结合的配筋方式效率更高，首先采用速博包配置大部分钢筋，再采用Revit自带的配筋功能补充柱复合箍筋和梁的多排纵筋（图4～图9）。

通过本文研究，目前BIM技术Revit软件配筋功能满足地铁车站结构配筋的要求，梁、柱、板、墙配筋以及构件节点配筋处理与工程实际情况相吻合。基于Revit软件BIM技术地铁车站配筋施工图设计其优势在于直接进行三维实体布筋，通过剖面直接生成二维配筋图，三维与二维配筋实时联动，保持一致。基于Revit软件BIM技术地铁车站配筋施工图设计不仅直接生成二维施工图，而且模型可以直接用于工程量的统计，缩短设计周期同时提高工程量计算的准确性和效率。

1.3 工程量统计

随着地铁工程建设速度加快，建设规模加大，一大批大规模4层站、换乘站、交通综合体涌现。这些站点建设工期长、投资大，对造价预算、决算要求更高，工程量计算越来越复杂，工程量统计精确性要求越来越高，传统工程量统计的方式已经很难满足工程需要。基于Revit软件BIM技术设计能够快速、精确、详细的对工程数量进行统计，极大提高数据利用效率、缩短工程量计算时间，提高工程量统计的精确性。

在工程量统计中，结构专业钢筋、混凝土工程量尤为繁琐，工程量最大、对造价起决定性的控制作用。本文研究基于Revit软件混凝土、钢筋工程量统计，快速生成混凝土、钢筋的明细表，大大提高结构工程量统计准确性。结构明细表的创建按类别分为：结构基础、结构柱、结构梁系统、结构钢筋、结构桁架、结构框架等。创建明细表对话框还可以进行明细表属性定义，包含统计项目族类型、体积、长度、材质、标高、重量、制造商、部件代码等，也可以根据自己需要定义统计项目。此外，在明细表对话框还可以进行布尔运算，根据长度、体积等筛选出自己需要统计的项目。在明细表中可以灵活设置属性、成组、解组、隐藏等各个状态[9]。本文对地铁车站结构混凝土、钢筋进行工程统计，部分统计结果明细表如表1～表3所示。

2 结论

BIM（Building Information Modeling）即建筑信息模型正逐步推广应用于地铁工程，为地铁工程设计、施工、运维提供的较大的便利，在降成本、减工期、提质量方面做出重要贡献。

本文调查分析目前BIM技术在地铁车站应用的现狀、不足及前景，研究BIM技术在地铁车站结构设计应用，以某地铁车站为例进行三维可视化设计、配筋施工图设计、工程量统计3个方面应用研究，提高设计质量和效率，表明BIM技术在地铁车站结构设计中的应用是可行的，研究成果可供工程实际中采用BIM技术开展地铁车站结构设计参考。

参考文献

[1] Czmocha， A.P.kala， Traditional Design versus BIM Based Design[J]. Procedia Engineering， 2014， 91 ： 210-215.

[2] Shen， W.， Shen， Q.， & Sun， Q. . Building information modeling-based user activity simulation and evaluation method for improving designer-user communications[J]. Automation in Construction， 2012， 21： 148-160.

[3] 杨陈相.基于BIM技术的地铁车站协同设计及结构计算研究[J].铁道标准设计，2017，61（12）：105-109.

[4] 中国城市轨道交通协会.2020年前三季度中国内地城轨交通线路概况[EB/OL].（2020-09-30）[2020-12-30]. https：//www.camet.org.cn/xxfb/6847.

[5] 邵越.BIM技术在地铁车站工程中的应用初探[J].智能城市，2020，6（1）：134-135.

[6] 刘华丽，徐铁山.BIM技术在地铁车站结构设计中的应用[J].资源信息与工程，2017，32（3）：177+181.

[7] 靳明波，张德峰，南文治，等.BIM技术在轨道交通枢纽车站施工中的应用[J].现代交通技术，2019，16（6）：88-92.

[8] 宋聪聪.城市轨道交通规划中与其他交通衔接问题研究[J].建材与装饰，2019（32）：253-254.

[9] 刘燕，周捷.BIM技术在地铁车站结构设计中的应用研究[J].中国新技术新产品，2019（2）：26-27.