BIM技术在铁路站区一体化设计中的应用

站区一体化涵盖站房、站前广场、生产生活房屋站场等工程，根据各工程的专业特点，站区 BIM设计要素构成见图1。

站区一体化设计中，BIM技术在站房部分的适应范围相当广泛。对于体量较小的站房，BIM技术可以帮助设计师更精确地掌握建筑的空间布局和细节设计;对于大型综合交通枢纽，通过BIM技术，可以实现对整个枢 纽的协同设计和优化，设计师可以在三维模型中模拟人流、车流等交通情况，评估不同设计方案的效果和影响。

为解决传统设计过程中存在的问题以及实现专业接口之间的设计优化，从数据产生、管理及应用完整性角度出发，站区一体化BIM整体应用方案可概括为“一套标准，两个平台，若干BIM 设计应用”(见图2)，进而实现工程点、线、面多角度的 BIM 设计及可视化展示应用，从根本上保证项目设计阶段的整体BIM应用水平。

图2　站区BIM设计应用整体架构

在站区一体化设计过程中，基于BIM技术产生的交付成果，包括但不限于三维数字模型、设计优化分析报告、模拟动画与指导文件。其中，三维数字模型是 BIM交付物的核心部分，这些模型精确展示了铁路站区的空间布局、建筑结构、设备配置等关键信息，也是研发站区一体化数字展示系统的基础数据。

2.1 BIM协同设计管理平台搭建

为对三维设计成果进行有效的审查管控，基于协同设计管理平台的设计周期状态更改机制，建立BIM模型审核流转机制，支持根据不同的审批业务需求自定义工作流程，并在大并发用户量、海量数据的应用环境下高效、稳定运行(见图5)。

2.2 BIM三维设计模拟

自方案设计阶段开始，以Revit软件为主，辅以3Dmax、Rhino等三维设计手段，完成站区一体化工程所有专业要素的 BIM模型，并在三维可视化环境中对车站既有规划进行多方案设计模拟。通过 BIM 技术可以直观高效地分析工程与周边环境的位置关系，验证工程项目可行性，提前发现工程要素之间的碰撞点，进而达到建筑集约布置、节约土地、减少投资以及站城融合的目的(见图6)。

(1)外立面协调性的三维表达。外立面协调主要关注站区所涉工程的整体效果和风格。在BIM设计过程中，可以通过材质的设置精确表达工程外立面的细节、材料、颜色和纹理，从而展现新建站区的整体风格和特点。同时，在虚拟空间中还可模拟站区在不同视角和光照条件下的视觉效果，从而更好地评估和优化外立面设计。

(2)空间形态一体化三维表达。空间形态一体化强调站区与城市周围环境的相互影响。在BIM设计过程中，可以通过对站区工程与周围环境关系的精细化建模，展现站区与城市空间的融合程度。例如，可以模拟站区单体与站前市政道路、绿化设计、水系等周围环境的互动关系，从而评估站区对城市空间形态的影响。

图5 BIM模型审核流转机制

图6　基于遥感影像与站区BIM模型的融合对比

(3)站内外乘客交通流线的三维表达。基于地下通廊、站台、站房以及站前市政道路BIM模型，通过虚拟技术手段对站房内外的客流、车流、物流等流线进行分析，模拟乘客进出站的通行路线，及时发现流线交叉、拥堵等问题。根据分析结果，可以对设计方案进行优化，合理安排流线，提高车站运营效率。

(4)站区四电接口的三维表达。针对站区范围内的四电接口进行 BIM 专项设计，根据设计图纸建立过轨线槽、排水沟、接触网立柱模型。主要实现对电缆过轨接口工程模型表达、场段综合管线接口工程优化设计以及设计协调性检查，及时发现设计冲突，减少变更和返工，提升工程建设质量。

通过碰撞干涉检查(见图7)，发现站区一体化工程在四电接口方面主要存在如下冲突类型:电缆沟与给排水管线碰撞冲突，四电专业设备基础与其他专业构件碰 撞冲突，桥梁上接触网支柱与桥梁结构冲突，站场接触网支柱基础与排水沟、电缆井、过轨管冲突。

2. 3　站区一体化数字展示系统

2. 3. 1　模型轻量化处理

为更好表现站区一体化所涉工程在立面协调及景 观统筹等方面的三维设计表现效果，借助三维开发引擎平台强大的场景实时渲染表现力，开发数字展示系统，对设计成果进行集中统一展示，并可作为未来三维数字客站信息系统的基础，提升 BIM 交付成果质量。

由于站区一体化 BIM 原生模型体量庞大，必须对 其进行轻量化处理，才能实现整个场景在数字展示系统中的高效率运转。BIM轻量化处理是指根据所选可视化引擎的数据加载特点，在满足信息无损、模型精度、使用功能等要求的前提下，利用模型精简、逻辑简化以及场景资源共用等技术手段，在不改变模型承载信息的前提下，降低模型的复杂度和数据量，从而实现高效加载和渲染显示。

在站区一体化 BIM 技术解决方案中，专业三维模 型以Revit制作为主，强调基于族构件，通过参数设置实现对相似图元几何尺寸的精确控制。因此，在三维开发场景中，可通过构件元素的生成特点，结合 BIM模型几何参数信息，利用资源共用的方式进行重构，减少冗余资源的装载，进而提高系统运行效率。

通过对站区工程各专业 BIM 模型特点进行分析， 分别采用以下2种方式实现轻量化处理，轻量化处理流程见图8。

（1） 对于标准截面的线型构件，例如矩形梁、嵌 板玻璃、管道、风管等构件，通过利用中心线、截面等信息在UE场景中通过脚本开发进行重生成；

（2） 对于源于统一族的构件，在场景中引用同一 标准共享资源并通过脚本开发进行重生成。该轻量化技术解决方案涵盖了客站模型中绝大多数类型的构件，且可以通过开发实现轻量化构件自动生成，避免过多的人工干预，由于轻量化效率高，因此对大体量模型仍然具有较好的效率提升效果。

2. 3. 2　系统功能

研发的数字展示系统作为交互式全景漫游平台， 提供定位导航、站点切换、信息查询以及自动巡航等一系列功能 （见图 9）。系统优势主要体现在以下方面：

（1） 对 BIM 成果的集成化展示，便于设计和建设 管理人员交互式查看设计效果。

（2） 基于该系统可以快速制作任意路径的场景漫 游视频，便于针对现场实际情况进行方案汇报。

（3）系统能够展示站区一体化所涉及各个工程专业 间的空间相互关系以及接口处的衔接设计。同时，基于装饰装修BIM模型，可快速获取装修三维效果。

（4） 系统作为站区工程的数字底座，通过定义统 一的数据交换格式和接口协议，可以实现模型数据与其他系统数据的无缝对接。

某新建高速铁路涵盖 6 座车站，站区工程整体设 计范围达 20 余万平米，其中站房总计面积 9.5 余万 平米 ，沿线铁路生产生活房屋总规模 7.5 余万 平米 。该线路客站站区的建设为体现当地文脉，建设单位提出“一站一景”高标准规划设计要求。为响应相关需求，该项目站区在工程设计阶段，全过程应用了 BIM 技术，通过三维协同设计模拟，重点对站区所涉专业要素以及专业接口衔接细节进行精细化表达 （见图 10）。充分利用可视化特点，分析及优化解决站内与站外的接口碰撞，尤其是对室内公共区装修、四电接口、景观围墙和地下旅客通道流线进行重点表达，有效提升了设计质量，规避了施工中可能遇到的建设难题。

根据站区 BIM 设计成果开发的数字展示系统 （见图11），通过资源优化及轻量化处理，大大降低了重复性资源对系统运行效率的影响，资源数量减少至构件总量的5%~8%，极大提高了场景运行流畅度，有效提升系统用户体验。基于设计模型，开发全线站区工程一体化数字展示系统 （见图 12），实现三维设计成果的数字化交付，打造国铁领域内可复制、可推广的智慧站区一体化BIM设计示范项目。

图10　线路站点站区三维设计图

（1） 针对新建站区一体化设计提供完整的 BIM 技 术解决方案，利用 BIM 技术在设计协同、可视化及虚拟仿真方面的技术优势，确保各个设计专业间的一致性，清晰展现站区工程的整体空间布局，有效解决专业工程间易产生的冲突问题，避免后期产生施工返工，造成经济损失。

（2） 基于三维开发平台，利用 BIM 原始模型资源构建站区一体化数字展示系统，解决了模型轻量化处理、数模分离以及场景重构问题，能够将模型在可视化平台中的负载率降至 10% 左右，使得大体量模型能够高效运行，同时利用图形平台 GPU 运算能力，提升系统的三维可视性效果，充分展现了站区工程的整体性及设计意图。

（3） 构建的数字展示系统还可作为站房运维阶段业务管理平台的基础，结合实时监控，获取各项运维管理业务数据、设备信息，通过三维数字展示系统的支撑，可以实现对运维业务数据的集成，及时发现和解决问题，提升运营管理的水平。