地铁出入口通道参数化设计研究

艾万民，徐来，蔡维龙

（广东省重工建筑设计院有限公司，广州510670）

1 引言

地铁因其对大型城市发展的独特贡献，重要性日益凸显。广州市《关于进一步加快推进我市建筑信息模型（BIM）技术应用的通知》（穗建CIM〔2019〕3 号）要求自2020 年1 月1 日起城市轨道交通工程在规划、设计、施工及竣工验收阶段采用BIM 技术[1]。地铁出入口是地下空间与外部空间的唯一联系，是车站功能的重要组成部分[2]，一般由阶梯式通道、水平通道门和口部地面建筑等构成。白智强等[3]建议对出入口进行标准化。通过广东省重工建筑设计院有限公司参与设计的G 省5 条新建地铁典型车站出入口BIM 正向设计情况进行了研究。发现出入口阶梯段，由于存在斜板，建模过程复杂。为满足净高要求，顶板需要反复调整，设计效率低。因此，对阶梯式通道的研究具有必要性和急迫性。

参数化设计来源于CAD 时代，指通过改动图形的某一部分或某几部分的尺寸自动完成对图形中相关部分的改动，从而实现对图形的驱动。在BIM 时代具有了新的生命力，邓绍军等通过参数化手段对地铁车站平面移动式车库单双柱情况下，纵向、横向的空间布局开展了研究，达到增加车位数量，降低单位造价的目的；陈奇良利用Revit Dynamo 工具，找到管片参数化设计的实现方法，并通过编程对该方法进行了验证；徐晨应用解析几何方法对管片坐标进行了计算， 研究了对管片模型拼装点位进行参数化控制的方法。 这些研究促进了BIM技术在轨道交通行业的发展，为地铁参数化设计提供了参考。但对于地铁出入口通道参数化设计方法研究还比较少。

通过对G 省G 市12 号线地铁车站进行深入研究发现斜段斜坡段的形式大致相似，分为楼梯、扶梯、垂直电梯、扶梯底坑、集水坑、扶梯顶板、检修口、防护墙等部分，共包含地面标高、通道标高、安全超高、客流量、通道宽度、离壁墙宽度约80个参数，可分为独立参数、默认参数和因变参数3 大类。 独立参数根据实施条件和设计意图确定； 默认参数根据相关设计标准、手册、规范、专家经验等确定；因变参数可以用独立参数、默认参数进行表达。 因此，对阶梯式通道具有进行参数化设计的基础条件。

2 关键参数和规则及修正机制

2.1 基础参数与楼扶梯

地面标高ZDM、通道地面标高ZTD、安全超高ZCG为独立参数。ZDM、ZTD与出入口的周边实施条件相关；ZCG与防洪设计相关。总提升高度Z为：

楼扶梯的提升高度与一致。Z确定后，可选定扶梯型号。扶梯的其余参数皆为默认参数，由设备厂商提供。其中，上平台长XFTS、下平台长XFTX、扶梯宽YFT、倾斜角度ɑ 对建筑设计影响较大为关键参数，因变参数扶梯长度XFT可表示为：

若楼梯梯级高ZST，楼梯总梯级数NSTZ可表示为Z/ZST，第i梯段梯级数可表示为NST（i）。踏步宽XST，平台长XPT，第i梯段水平长度XLT（i）和竖直高度ZLT（i）。以第1 梯段第1 梯级顶为起点，到第i梯段第j梯级顶的水平距离XLT和竖直距离ZLT可表示为：

通道宽度Y，通道预留装修厚度YZX、楼扶梯净距YLFT、扶梯净距YFFT按标准出入口的“两扶一楼”考虑，当楼梯在中间时，楼梯宽度YLT可表示为：

当楼梯在边上时：

楼梯梯段板厚度TTDB为独立变量，由结构计算确定。为获得较好的使用体验，不同梯段NST（i）应尽量保持一致，梯段数为NLTD，则NST（i）可表示为式6，NST（i）取大值的梯段数NLTD1可用式（7）表示。

2.2 扶梯底坑

扶梯底坑的下底坑深度ZDKD、下底坑长度XDKD、下底坑板厚TDKD、斜段底坑深度ZDKS、斜段底坑板厚TDKS、斜段底坑板倾斜角度ɑDKS、上底坑深度ZDKU、上底坑长度XDKU、上底坑板厚TDKU，ɑDKS与ɑ 一致。扶梯上平台终点与扶梯上底坑端墙顶一致，上底坑长度XDKU可表示为：

扶梯下平台终点与扶梯下底坑端墙顶一致，下底坑长度XDKU可表示为：

2.3 通道盖板

通道斜盖板与水平段通道顶板相连，倾斜盖板角度ɑ，通道顶板起坡点与最后一梯级的水平距离XGBLT为独立参数；斜盖板与水平盖板相连，水平盖板的位置由盖板覆土要求、楼扶梯对顶板的要求共同确定。最小覆土深度为ZGBE，水平盖板的厚度为TGBH，由覆土确定的水平盖板内侧到地面高度ZGBD1：

净高要求为ZPTX，盖板预留装修厚度为ZZX，口部投影在楼梯上的第m梯段第n梯级，由楼梯确定的水平盖板内侧到地面高度ZGBD2：

由扶梯梯确定的水平盖板内侧到地面高度ZGBD3：

水平盖板的位置主要由覆土情况确定，当不满足楼扶梯对顶板要求时，采用水平盖板局部起角的方式进行处理。起角度数ɑGBH、起角高度ZGBH，水平盖板内侧到地面高度ZGBD：

若ZGBD=ZGBD1，则触发起角度数、高度的修正机制：

若ZGBD=ZGBD2，则触发起角度数、高度的修正机制：

若ZGBD=ZGBD3，则触发起角度数、高度的修正机制：

3 程序开发步骤

ARCHICAD 软件（简称AC）为BIM 正向设计工作提供了良好的工作平台，可以快速创建包含丰富工程信息的三维模型。图软公司为AC 软件内置了参数化编程语言，语句格式类似于Basic 语言，具有规范化、参数化、轻量化的特性[4]。因此，本文的开发思路及目标是：通过研究关键参数、关键规则、关键触发（修正）机制，确定独立参数和BIM 模型控制点，建立三维模型。主要步骤如下：

1）设置参数的类型和范围。GDL 编辑器的参数类型在参数面板中设置，以梯段数为例，变量面板中有十个选项，第一个选项可设置显示状态，如梯段数为自动计算无须输入，为“×”类型；第二项为参数名；第三项为参数类型，梯段数为整数；最后一项为默认值，如无更新，该值参与计算。如图1 所示。

图1 参数的类型设置示意图

2）设置规则和触发条件。通过条件判断，设定触发标准，完成不同情形下的设计。如水平盖板内侧到地面高度ZGBD，取不同的值，控制不同起角角度和位置。

3）生成子程序。子程序有2 种：一种是独立的GSM 文件，如扶梯；一种是在主程序内写成程序块，调试完成后以“字符串：”开始，“RETURN”结束。

4）调用子程序。对于独立的GSM 文件，在主程序中用“CALL”调用，对于主程序中的程序块用“GOSUB”命令调用。生成的三维模型如图2 所示。

4 结语与展望

本文通过对地铁出入口BIM 正向设计过程的分析，将阶梯式通道作为参数化研究的重点。借鉴知识驱动的智能化设计思路，总结了阶梯式通道设计过程中的参数、规则和触发（修正）条件，形成关于阶梯式通道设计的知识库；利用GDL语言以知识库驱动三维模型，并封装成参数化设计工具。

该方法与传统BIM 设计相比，建立了参数之间的联系，减少了独立参数，提高了设计和修改的效率；设计过程通过计算机自动计算、修正，减少了出错概率。

随着BIM 技术应用的深入，参数化设计和智能化设计成为未来的必然方向。轨道交通设计对于功能性的要求远大于对于建筑艺术的追求。标准、手册、规范、专家经验是轨道交通设计的主要依据。若将这些依据整合成知识库，形成标准化的知识规则和逻辑推演过程，参数化设计和智能化设计极有可能在轨道交通设计领域中首先实现。本文通过对出入口阶梯段的参数化研究，以期为地铁设计行业的参数化和智能化提供参考和思路。

图2 出入口三维模型示意图