基于BIM可视化技术在杭州东站中的应用

高永刚 李光金

（中国建筑科学研究院建筑工程软件研究所，北京 100013）

基于BIM可视化技术在杭州东站中的应用

高永刚 李光金

（中国建筑科学研究院建筑工程软件研究所，北京 100013）

本文简述了基于BIM可视化技术在杭州东站工程项目中的成功应用。杭州东站工程作为“长三角”最重要的现代化综合交通枢纽，属于巨型枢纽火车站项目，其主体钢结构设计复杂、形式多样，施工方案设计选取的难度很大。实施中利用PKPM三维建模和施工模拟等技术，很好地解决了枢纽工程结构的复杂空间关系以及施工方案的制定。通过建筑信息模型（BIM）的建立，更好地完善了设计和施工方案。

建筑信息模型（BIM）；虚拟现实（VR）；杭州东站；钢结构；设计可视化

1 项目概况和特点

杭州东站作为“长三角”最重要的现代化综合交通枢纽，是全国新建的九个省会城市巨型枢纽火车站中的“收官之作”，总投资约19亿元，属特大型交通建筑。杭州东站，由现在的火车东站原址上扩建而成，建成后将成为浙江省以及杭州市规模最大的现代化综合交通枢纽中心，杭州市民和游客通过客运专线、城际铁路、磁浮交通、干线铁路、地铁、公路、公交、运河水运等，都能在这里实现“零换乘”。

图1 杭州东站工程项目效果图

图2 杭州东站主体钢结构模型局部

杭州东站的设计构思由“钱塘大潮”幻化而成。该建筑采用“黑、白、灰”的色调，主体呈现“圆润流畅”的形态，中间高、两侧低的造型形成高低起伏的整体形态，优美而富有流动感，仿佛钱塘江大潮一般舒展流畅，具有杭州鲜明的地域特点。整个站场总建筑面积约24万平方米，其中站房面积就有8万平方米，5层结构，地上2层，地下3层。地上分别为高架层和火车站台层；地下一层为出站大厅，还设有出租车及社会车辆停车场；地下二、三层为地铁站台层。车站进出参考机场模式，采取“上进下出”，旅客从车站两侧高架以及广场入站，旅客出站则在地下一层，可直接坐出租车出站，也可再下到地下二、三层，乘地铁离开。整个车站的立面宽度达到240米，纵深为473米，其中屋顶有三个大跨，最大一跨有64米。

杭州东站枢纽工程三维造型复杂多样，其大跨度钢结构体系设计方案，给设计和施工都带来了巨大的挑战。由于整个车站空间形体关系复杂，钢桁架形式多样且数量巨大，同时又有多种变截面巨型格构柱，如图2即为杭州东站主体钢结构模型局部。而且，车站还是混凝土结构和钢结构的组合形式，因此项目施工方案的制定和选取、施工进度的控制和安排、协调沟通方案及修改都成为技术难点。因此最终采用基于BIM可视化技术，借助于PKPM三维建模和三维施工模拟等系列软件构建空间实体模型，并在此基础上完成施工方案的制定以及效果展示。

2 三维建模和施工方案

以往由于技术受限，建筑设计和模型构建的主要表现方式一直是二维图纸。随着基于BIM可视化技术和虚拟仿真（VR）技术的出现，空间造型设计和施工方案规划等有了强有力的技术支持，应用也越来越广泛。杭州东站枢纽工程项目空间造型复杂多样，占地面积很大，这类模型如果只用二维图纸的方式来表现具有很大的难度，而且对于之后施工方案的规划和选取也有相当的难度。而基于BIM可视化技术，借助于PKPM建模和模拟软件的三维空间建模，所有的构件都是参数化的，从而构成了完整的三维模型。整个三维模型就是一个包含所有项目中需要数据的数据库，既可以提取或修改构件实体的几何参数和空间位置参数，也可以进行相关的工程量统计等。同时还可以在此基础上做三维虚拟漫游设置，将整个项目完整地展示出来。

建筑施工是复杂的动态系统，它通常包括多道工序，而其关系复杂，直接影响着项目施工的进程。模拟施工过程就是为了通过仿真手段，设计和制定施工方案，同时也可以发现实际施工中存在的问题或可能出现的问题，因此对实际施工进行仿真是非常必要的。而对实际施工仿真的基础就是建模，BIM模型正是包含了几何模型信息、实体属性、工程信息等完整信息的三维实体模型，充分满足了三维造型展示和后期工程量统计等一系列的需求。

三维几何模型是BIM建模的基础，是贯穿于建筑生命周期的核心数据，包含了丰富的工程信息，通过建筑几何数据可以得出建筑物构件的体积、空间位置、拓扑关系等工程信息。杭州东站项目是大型复杂钢结构体系，施工难度很大，基于BIM可视化技术三维空间建模可以更好的进行设计和模拟各种施工方案，从而达到正确选择合理、有效、安全方案的目的。图3是杭州东站钢结构巨型支撑柱模型图。杭州东站整个钢结构体系主要靠多个巨型格构柱支撑，每个格构柱都是变截面形式，这样的结构只有在三维模型中可以更清晰、更直观的展现效果和做各种设计和施工方案。在吊装方案设计中，履带吊吊装范围、吊装重量，以及站房钢结构自身的空间位置制约，都直接影响到方案的选择，在此过程中的基于BIM技术构建的三维模型提供了良好的支持。

杭州东站站房顶棚以及中间的高架层，都是由纵向桁架和横向桁架组合而成。站房顶棚横向桁架（如图4所示）是由多组弧形桁架排列而成，同样纵向桁架（如图5所示）也是由多组桁架排列而成，最终纵向和横向桁架组合成复杂的网架体系。对于如此大型且复杂的钢结构体系，施工难度非常大。因此，站台结构的屋架钢结构施工、高架层钢结构施工方案的选取也同样是在基于BIM技术的三维模型基础上设计出来的，方案安全合理，并大大节省了时间，缩短了项目的工期。

图3 杭州东站钢结构巨型支撑柱模型

图4 杭州东站钢结构格构柱支撑顶棚桁架模型示意图

3 总结

在建筑施工领域，基于BIM可视化技术和VR技术的应用越来越广泛。VR技术的重要作用就是将现实或方案设计模拟出来，可以更方便更形象的去感知和体会，对方案的理解和决策都发挥了重要的作用。在杭州东站工程中就充分利用了虚拟仿真技术，形象直观的展示工程各阶段的情况，从而指导方案的设计。同时，虚拟仿真在车站施工过程中的风险控制方面也有着相当大的作用，比如巨型格构柱的吊装和组装、站房顶棚和高架层钢结构的吊装和安装过程的风险控制等。而基于BIM技术构建的三维空间模型是虚拟仿真和风险控制的模型基础，渲染图片、漫游动画等虚拟仿真成果都是在此基础上完成和实现的。

基于BIM可视化技术在杭州东站工程中发挥了非常重要的作用，通过基于BIM的车站三维实体建模，可以满足BIM几何数据针对建筑工程不同阶段的应用要求。在工程中，从复杂钢结构的三维建模，到施工方案的设计，以及虚拟仿真和风险控制等，都与基于BIM可视化技术有着直接的关系，从而提高了BIM模型数据的利用率和可重用性。

图5 杭州东站钢桁架站房顶结构局部模型图

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［4］张跃，张丛哲.土木工程中虚拟现实技术的发展与展望.计算机世界，1998，（5）.

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Application of BIM-based Design Visualization in the Hangzhou-East Railway Station Project

Gao Yonggang，Li Guangjin
（Institution of Building Engineering Software，China Academy of Building Research，Beijing 100013，China）

This paper mainly summarizes the successful application of BIM-based design visualization in the Hangzhou-East Railway Station project.For Hangzhou East Railway Station project，as one of giant hub stations，its main steel structure is highly complex and quite difficult to construct.By means of three-dimensional modeling and construction simulation software of PKPM series，the complex spatial relations and steel erection installation of the structure are solved well.Building information modeling（BIM）improved design and construction programs better.

Building Information Modeling；Virtual Reality；Hangzhou-East Railway Station；Steel Structure；Design Visualization

TU201.4；TP391.9

A

1674－7461（2010）04－0055－04

高永刚（1976－），男，硕士，工程师。主要从事虚拟现实技术（VR）与建筑施工领域的研究和应用。E-mail：yonger1010＠163.com