BIM正向设计及应用——以青藏线西宁至格尔木提质工程德令哈站站房项目为例

王滨

中铁第一勘察设计院集团兰州铁道设计院有限公司 甘肃 兰州 730000

1 工程概况

本项目以正向设计为设计理念，通过BIM设计团队与专业设计人员一对一的模式，共同开展全专业、全流程的BIM正向设计。本次设计分为新建站房和既有站房改造两部分，新建站房中间为单层，设置进站大厅、商务候车区、综合服务中心、客服用房，两侧为二层，设置出站厅、行包用房与车站管理用房及设备机房等[1]。既有站房调整旅客卫生间布局，原售票厅改为商务候车区，原二层部分车站管理用房改为商务候车室。车站站场总规模为2台7线，建筑面积10878.9m2，设计上追求形体与自然环境的和谐统一，在满足使用功能的同时又兼顾经济与美观。

2 BlM组织与应用环境

2.1 BIM应用目标

BIM中心明确BIM应用目标：基于三维可视化的BIM正向设计，可以全面控制设计效果 ，有效提高专业配合质量，BIM模型的二三维数模联动，可以解决“图模不一致”的问题，并实现计算可视化，提高设计的附加值。

2.2 BIM团队组织架构

本项目由建设单位西宁站改造工程建设指挥部负责项目协调，中国铁道科学研究院集团有限公司电子计算技术研究所提供第三方BIM咨询，铁一院总工办牵头针对本工程的特点及需求迅速组建BIM项目部，BIM工程师职责分工清晰明确。

2.3 BIM软硬件配置

图1 BlM软件技术路线

本项目应用的软件以Revit为主，辅助盈建科，鸿业、斯维尔等BIM应用软件以及定制开发的BIM项目协同管理平台开展正向协同设计。

3 BlM正向设计实施

3.1 建筑专业BIM正向设计

通过BIM模型完成前期方案比选，从外观造型、材质、功能用途等多方面、多角度对比确定设计方案；利用斯维尔、鸿业等软件完成节能、消防设计；通过插件的一键平面、一键立面、剖面图、楼梯平面详图、卫生间详图等命令对BIM模型快速进行标注，实现建筑设计方案更直观。

3.2 结构专业BIM正向设计

利用YJK for Revit软件计算完进行活载、恒载导算，模型同步到工作集；自动出柱、梁、板、基础施工图，导出上部结构计算书、下部结构计算书；实时动态生成三维钢筋数据来进行三维设技术交底。

3.3 给排水专业BIM正向设计

利用BIM软件布置卫浴；确定给水立管（冷水、热水给水）的位置，立管不得穿梁、柱，立管的位置应根据房间功能，尽量设置在用水房间内或靠近用水房间；然后进行排水立管位置的确定，布置室内排水主管道（公共卫生间、公共盥洗室的排水形式采用异层排水）；定义好卫浴后，利用软件进行给水以及排水自动设计[2]。利用鸿业的给水、排水计算功能，生成给水以及排水水力计算书，根据出具的给水计算书、排水计算书，计算好管径以后赋回BIM模型中。

3.4 暖通专业BIM正向设计

在暖通专业的BIM正向设计工作中，热负荷计算是最为核心的一部分内容。利用BIM热负荷计算，选择房间性质及热负荷类型，批量修改房间采暖设计温度；计算结果导回Revit中自动布置散热器；使用一键标注命令快速出具采暖平面图和系统图来指导现场施工。

3.5 电气专业BIM正向设计

利用BIM软件进行照明标准管理，照明标记及照度计算；根据计算结果自动布灯，并出具照度计算书；利用快速标注出照明平面图、电气平面图、消防应急与疏散照明平面图、防雷平面图、综合布线图来指导现场施工。

4 BlM模型应用

利用BIM技术，综合考虑结构实际标高，机电设备施工方案等情况下，利用BIM技术可视化和碰撞检查功能，及时发现构件之间的碰撞，生成碰撞报告。事前对设计错误进行预警并修正，避免返工，材料浪费，做到节约环保，绿色施工。根据碰撞报告，由建筑专业负责人组织结构、给排水、暖通、电气负责人召开BIM协调会，制定调整方案，综合考虑施工规范和施工工序，结合施工预留空间、支吊架设计等施工需求进行管线综合优化，达到最合理的综合排布效果和支吊架综合利用。在完成综合排布的楼层内，真人模拟查看管线净高和综合排布，也可查看各个管线的详细信息，对比管线排布后建筑物的净高与装饰吊顶是否有冲突，将净高不符合要求的地方，形成净高分析报告反馈给各专业设计人进行模型的修改。

5 BlM创新应用

5.1 室外风环境模拟

将BIM模型导入建筑性能分析平台，进行模型分析，建筑BIM设计师可以调整建筑群朝向、间距、形状和绿化景观布局等，优化建筑群自然通风效果，通过不同方向的风速计算得出成果来反馈给设计人员来确定建筑的外立面和建筑方位，输出模拟报告书进行绿建评价[3]。通过对模型进行室外通风模拟分析分析，高度在Z=1.5m，建筑物外风速在0.00m/s到1.5m/s之间，小于5m/s，不会影响人的室外正常活动，无风区域很少，有利于污染物的扩散。

5.2 室内自然通风模拟

通过对模型进行分析，建筑物室内风速在0.00m/s到1.91m/s之间，平均风速为1.8m/s，室内空气流动合理，没有出现不流动的区域，旋涡较少，通风效果良好。

方案一：男女卫生间采用隔墙分开，使用的门为M1021，卫生间空间狭小，通风效果差。

方案二：将检补票间移除，男女卫生间采用门洞的方式进出，采用隔墙分开，卫生器具并排放置，卫生间空间充足，通风效果良好。

通过对卫生间门窗位置及开口大小进行调整，计算导出卫生间自然通风模拟分析报告，最终确定第二种设计方案为最优方案。

5.3 采光分析模拟

依据《建筑采光设计标准》（GB50033-2013)，车站前外立面为幕墙，出站后方外立面为混凝土墙，分析室内自然光临界照度（lx）值得出车站进站大厅采光效果优于候车厅采光效果。

方案一：夹层男卫生间窗户为C1221。

方案二：夹层男卫生间窗户为C1521，同时在右侧增加从一层至夹层的楼梯。

BIM设计人员对夹层的房间开窗面积和楼梯布置进行两种不同设计方案的采光分析对比，输出采光模拟分析报告，最终确定第二种设计方案为最优方案。

5.4 负荷能耗分析

通过对模型进行负荷计算模拟分析，得出全年的逐时负荷，可以清晰地看出任何时间建筑物的能耗负荷，可以为建筑外围护结构的调整做对比分析参数，合理布置空调系统，节能减排，推动绿色建筑设计。

通过对建筑物全年的负荷能耗分析：

方案一：屋顶为两侧为钢结构网架屋顶，室外空调机环网架布置。

方案二：屋顶两侧采用混凝土屋顶，室外空调机及通风风管根据下层房间分布布置，降低空调系统能耗消耗。

方案二中的室外空调机布置方案及通风风管排布方案更优于方案一，选择方案二。

6 结束语

青藏铁路西宁至格尔木段提质工程德令哈站站房项目BIM正向设计是BIM中心积极探索房建类项目全专业、全流程BIM正向设计模式的应用典范，通过BIM设计与专业设计团队的深度融合，改善了传统设计分散低效的配合单模式，再结合BIM项目管理平台将设计生产的所有信息以共享构件模型为数据入口进行结构化归集，充分梳理各设计专业间的逻辑关联和配合时序，整合针对工程计算、系统设计、工程量提取及施工图生成等关键环节的应用软件，开发软件数据交互的专项插件，完善设计模板以强化参数化驱动建模及出图效率，达成设计数据同步可视化联动效能，优化正向设计流程和适用模式，提高整体设计质量与效率。