基于BIM可視化技術(shù)在杭州東站中的應(yīng)用

高永剛 李光金

（中國建筑科學(xué)研究院建筑工程軟件研究所，北京 100013）

基于BIM可視化技術(shù)在杭州東站中的應(yīng)用

高永剛 李光金

（中國建筑科學(xué)研究院建筑工程軟件研究所，北京 100013）

本文簡述了基于BIM可視化技術(shù)在杭州東站工程項目中的成功應(yīng)用。杭州東站工程作為“長三角”最重要的現(xiàn)代化綜合交通樞紐，屬于巨型樞紐火車站項目，其主體鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜、形式多樣，施工方案設(shè)計選取的難度很大。實施中利用PKPM三維建模和施工模擬等技術(shù)，很好地解決了樞紐工程結(jié)構(gòu)的復(fù)雜空間關(guān)系以及施工方案的制定。通過建筑信息模型（BIM）的建立，更好地完善了設(shè)計和施工方案。

建筑信息模型（BIM）；虛擬現(xiàn)實（VR）；杭州東站；鋼結(jié)構(gòu)；設(shè)計可視化

1 項目概況和特點

杭州東站作為“長三角”最重要的現(xiàn)代化綜合交通樞紐，是全國新建的九個省會城市巨型樞紐火車站中的“收官之作”，總投資約19億元，屬特大型交通建筑。杭州東站，由現(xiàn)在的火車東站原址上擴(kuò)建而成，建成后將成為浙江省以及杭州市規(guī)模最大的現(xiàn)代化綜合交通樞紐中心，杭州市民和游客通過客運(yùn)專線、城際鐵路、磁浮交通、干線鐵路、地鐵、公路、公交、運(yùn)河水運(yùn)等，都能在這里實現(xiàn)“零換乘”。

圖1 杭州東站工程項目效果圖

圖2 杭州東站主體鋼結(jié)構(gòu)模型局部

杭州東站的設(shè)計構(gòu)思由“錢塘大潮”幻化而成。該建筑采用“黑、白、灰”的色調(diào)，主體呈現(xiàn)“圓潤流暢”的形態(tài)，中間高、兩側(cè)低的造型形成高低起伏的整體形態(tài)，優(yōu)美而富有流動感，仿佛錢塘江大潮一般舒展流暢，具有杭州鮮明的地域特點。整個站場總建筑面積約24萬平方米，其中站房面積就有8萬平方米，5層結(jié)構(gòu)，地上2層，地下3層。地上分別為高架層和火車站臺層；地下一層為出站大廳，還設(shè)有出租車及社會車輛停車場；地下二、三層為地鐵站臺層。車站進(jìn)出參考機(jī)場模式，采取“上進(jìn)下出”，旅客從車站兩側(cè)高架以及廣場入站，旅客出站則在地下一層，可直接坐出租車出站，也可再下到地下二、三層，乘地鐵離開。整個車站的立面寬度達(dá)到240米，縱深為473米，其中屋頂有三個大跨，最大一跨有64米。

杭州東站樞紐工程三維造型復(fù)雜多樣，其大跨度鋼結(jié)構(gòu)體系設(shè)計方案，給設(shè)計和施工都帶來了巨大的挑戰(zhàn)。由于整個車站空間形體關(guān)系復(fù)雜，鋼桁架形式多樣且數(shù)量巨大，同時又有多種變截面巨型格構(gòu)柱，如圖2即為杭州東站主體鋼結(jié)構(gòu)模型局部。而且，車站還是混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)的組合形式，因此項目施工方案的制定和選取、施工進(jìn)度的控制和安排、協(xié)調(diào)溝通方案及修改都成為技術(shù)難點。因此最終采用基于BIM可視化技術(shù)，借助于PKPM三維建模和三維施工模擬等系列軟件構(gòu)建空間實體模型，并在此基礎(chǔ)上完成施工方案的制定以及效果展示。

2 三維建模和施工方案

以往由于技術(shù)受限，建筑設(shè)計和模型構(gòu)建的主要表現(xiàn)方式一直是二維圖紙。隨著基于BIM可視化技術(shù)和虛擬仿真（VR）技術(shù)的出現(xiàn)，空間造型設(shè)計和施工方案規(guī)劃等有了強(qiáng)有力的技術(shù)支持，應(yīng)用也越來越廣泛。杭州東站樞紐工程項目空間造型復(fù)雜多樣，占地面積很大，這類模型如果只用二維圖紙的方式來表現(xiàn)具有很大的難度，而且對于之后施工方案的規(guī)劃和選取也有相當(dāng)?shù)碾y度。而基于BIM可視化技術(shù)，借助于PKPM建模和模擬軟件的三維空間建模，所有的構(gòu)件都是參數(shù)化的，從而構(gòu)成了完整的三維模型。整個三維模型就是一個包含所有項目中需要數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，既可以提取或修改構(gòu)件實體的幾何參數(shù)和空間位置參數(shù)，也可以進(jìn)行相關(guān)的工程量統(tǒng)計等。同時還可以在此基礎(chǔ)上做三維虛擬漫游設(shè)置，將整個項目完整地展示出來。

建筑施工是復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)，它通常包括多道工序，而其關(guān)系復(fù)雜，直接影響著項目施工的進(jìn)程。模擬施工過程就是為了通過仿真手段，設(shè)計和制定施工方案，同時也可以發(fā)現(xiàn)實際施工中存在的問題或可能出現(xiàn)的問題，因此對實際施工進(jìn)行仿真是非常必要的。而對實際施工仿真的基礎(chǔ)就是建模，BIM模型正是包含了幾何模型信息、實體屬性、工程信息等完整信息的三維實體模型，充分滿足了三維造型展示和后期工程量統(tǒng)計等一系列的需求。

三維幾何模型是BIM建模的基礎(chǔ)，是貫穿于建筑生命周期的核心數(shù)據(jù)，包含了豐富的工程信息，通過建筑幾何數(shù)據(jù)可以得出建筑物構(gòu)件的體積、空間位置、拓?fù)潢P(guān)系等工程信息。杭州東站項目是大型復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)體系，施工難度很大，基于BIM可視化技術(shù)三維空間建?？梢愿玫倪M(jìn)行設(shè)計和模擬各種施工方案，從而達(dá)到正確選擇合理、有效、安全方案的目的。圖3是杭州東站鋼結(jié)構(gòu)巨型支撐柱模型圖。杭州東站整個鋼結(jié)構(gòu)體系主要靠多個巨型格構(gòu)柱支撐，每個格構(gòu)柱都是變截面形式，這樣的結(jié)構(gòu)只有在三維模型中可以更清晰、更直觀的展現(xiàn)效果和做各種設(shè)計和施工方案。在吊裝方案設(shè)計中，履帶吊吊裝范圍、吊裝重量，以及站房鋼結(jié)構(gòu)自身的空間位置制約，都直接影響到方案的選擇，在此過程中的基于BIM技術(shù)構(gòu)建的三維模型提供了良好的支持。

杭州東站站房頂棚以及中間的高架層，都是由縱向桁架和橫向桁架組合而成。站房頂棚橫向桁架（如圖4所示）是由多組弧形桁架排列而成，同樣縱向桁架（如圖5所示）也是由多組桁架排列而成，最終縱向和橫向桁架組合成復(fù)雜的網(wǎng)架體系。對于如此大型且復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)體系，施工難度非常大。因此，站臺結(jié)構(gòu)的屋架鋼結(jié)構(gòu)施工、高架層鋼結(jié)構(gòu)施工方案的選取也同樣是在基于BIM技術(shù)的三維模型基礎(chǔ)上設(shè)計出來的，方案安全合理，并大大節(jié)省了時間，縮短了項目的工期。

圖3 杭州東站鋼結(jié)構(gòu)巨型支撐柱模型

圖4 杭州東站鋼結(jié)構(gòu)格構(gòu)柱支撐頂棚桁架模型示意圖

3 總結(jié)

在建筑施工領(lǐng)域，基于BIM可視化技術(shù)和VR技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。VR技術(shù)的重要作用就是將現(xiàn)實或方案設(shè)計模擬出來，可以更方便更形象的去感知和體會，對方案的理解和決策都發(fā)揮了重要的作用。在杭州東站工程中就充分利用了虛擬仿真技術(shù)，形象直觀的展示工程各階段的情況，從而指導(dǎo)方案的設(shè)計。同時，虛擬仿真在車站施工過程中的風(fēng)險控制方面也有著相當(dāng)大的作用，比如巨型格構(gòu)柱的吊裝和組裝、站房頂棚和高架層鋼結(jié)構(gòu)的吊裝和安裝過程的風(fēng)險控制等。而基于BIM技術(shù)構(gòu)建的三維空間模型是虛擬仿真和風(fēng)險控制的模型基礎(chǔ)，渲染圖片、漫游動畫等虛擬仿真成果都是在此基礎(chǔ)上完成和實現(xiàn)的。

基于BIM可視化技術(shù)在杭州東站工程中發(fā)揮了非常重要的作用，通過基于BIM的車站三維實體建模，可以滿足BIM幾何數(shù)據(jù)針對建筑工程不同階段的應(yīng)用要求。在工程中，從復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的三維建模，到施工方案的設(shè)計，以及虛擬仿真和風(fēng)險控制等，都與基于BIM可視化技術(shù)有著直接的關(guān)系，從而提高了BIM模型數(shù)據(jù)的利用率和可重用性。

圖5 杭州東站鋼桁架站房頂結(jié)構(gòu)局部模型圖

［1］雷軍波，李世其.工程施工中虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用.施工技術(shù)，2003，32（12）.

［2］高永剛.建筑工程可視化施工模擬.工程三維模型與虛擬現(xiàn)實表現(xiàn)（第二屆工程建設(shè)計算機(jī)應(yīng)用創(chuàng)新論壇），2009，（9）.

［3］張希黔，張利.虛擬仿真技術(shù)在建筑工程施工中的應(yīng)用現(xiàn)狀和展望.施工技術(shù)，2001，30（8）.

［4］張躍，張叢哲.土木工程中虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展與展望.計算機(jī)世界，1998，（5）.

［5］傅筱.建筑信息模型帶來的設(shè)計思維和方法的轉(zhuǎn)型.建筑學(xué)報，2009，（1）.

［6］高永剛，李兆金，董智力.BIM技術(shù)在銀川火車站工程中的應(yīng)用.土木建筑信息技術(shù)，2010，（3）.

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

高永剛（1976－），男，碩士，工程師。主要從事虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）與建筑施工領(lǐng)域的研究和應(yīng)用。E-mail：yonger1010＠163.com