德國科隆輕軌11號線 擴(kuò)建規(guī)劃的BIM應(yīng)用

隨著經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展，人口增長、交通需求、交通空間和運(yùn)輸能力與受影響人群和環(huán)境之間總有著難以調(diào)和的矛盾。因此，檢查基礎(chǔ)設(shè)施各方面的兼容性，共同優(yōu)化工程解決方案，提高其接受度，是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的重點(diǎn)。如今的技術(shù)為解決這一問題提供了許多創(chuàng)新方案，例如德國科隆鐵路樞紐擴(kuò)建工程所使用的建筑信息模型（BIM）技術(shù)。該工程的項(xiàng)目之一是在科隆列車總站東北側(cè)邊緣為輕軌11號線（S11）建設(shè)一個附加的中間站臺（圖1）。

1 S11擴(kuò)建項(xiàng)目

科隆鐵路樞紐是德國鐵路股份公司（DB）線路網(wǎng)絡(luò)中車流量最大的區(qū)域之一，而科隆列車總站是其核心組成部分。11條線路在這里匯合;每天有超過1 000列區(qū)域客運(yùn)列車和200多列長途客運(yùn)列車經(jīng)過這里;有28 萬多名旅客在這里集散。

科隆位于德國北萊茵—威斯特法倫州（以下簡稱“北威州”），是經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口增長非常迅速的城市。預(yù)計(jì)至2025年，此地的客運(yùn)列車數(shù)量將相應(yīng)增加。

多年來，科隆及其周邊地區(qū)的鐵路樞紐的潛力已幾乎挖掘殆盡。在運(yùn)營過程中，即使發(fā)生微小的異常情況也可能對整個地區(qū)的鐵路運(yùn)輸產(chǎn)生負(fù)面影響。貨物運(yùn)輸和旅客運(yùn)輸難以實(shí)現(xiàn)從公路到鐵路的交通轉(zhuǎn)換。而且，科隆—波恩發(fā)展區(qū)至今還不能開行更多的區(qū)域客運(yùn)列車。

為了滿足不斷增長的運(yùn)輸需求，必須大力提高科隆輕軌線路網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)輸能力，并為其他交通方式提供高效的線路網(wǎng)絡(luò)。為此，德國聯(lián)邦運(yùn)輸和數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施部（BMVI）將科隆鐵路樞紐擴(kuò)建工程納入了《聯(lián)邦交通基礎(chǔ)設(shè)施計(jì)劃2030》中，并歸入“需求緊迫的新項(xiàng)目”類別。該工程包括可逐步實(shí)施的17個基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目，目的是為本地、區(qū)域和長途旅客提供更加全面、可靠的服務(wù)。其基本理念是結(jié)合優(yōu)化的運(yùn)營流程，有效緩解鐵路樞紐的運(yùn)輸壓力，并為未來交通量的增大做好準(zhǔn)備。

擴(kuò)建科隆輕軌主線（S11）是在科隆鐵路樞紐中擴(kuò)建輕軌的關(guān)鍵項(xiàng)目。該主線連接科隆會展中心/道依茨公司站和科隆列車總站。該項(xiàng)目將在科隆列車總站東北側(cè)（即背對科隆大教堂的一側(cè)）修建一個附加的中間站臺。為此，還需要新建一座連接站臺的上跨橋。

對于該項(xiàng)目，DB下屬工程與咨詢有限責(zé)任公司（DB Engineering & Consulting GmbH）科隆辦事處已于2017年春季完成了基礎(chǔ)調(diào)查工作，在2018年9月將初期規(guī)劃提交給DB下屬線路網(wǎng)絡(luò)子公司（DB Netz AG）和DB下屬車站與服務(wù)子公司（DB Station & Service AG）。

2 科隆列車總站現(xiàn)狀帶來的挑戰(zhàn)

科隆列車總站位于市區(qū)內(nèi)（圖2），西北側(cè)緊鄰科隆大教堂，東側(cè)有萊茵河和霍亨索倫橋，因此輕軌主線的軌道只能向東北的布雷斯勞廣場方向延伸。列車總站主入口之一的A、B 2條通道連接布雷斯勞廣場。布雷斯勞廣場站是地鐵換乘站。列車總站東北部還有乘客和員工停車區(qū)，東南部有出租車停車區(qū)、地下停車場、公交車站等。S11的現(xiàn)有橋梁結(jié)構(gòu)于1987年建成，是當(dāng)時輕軌擴(kuò)建第2階段項(xiàng)目的組成部分，而現(xiàn)今規(guī)劃的線路要與之相連。這些橋梁起于科隆列車總站的東頭，跨過Trankgasse街上方的鐵路軌道、約翰內(nèi)斯大街和車站的A、B通道。

由于交叉的地鐵隧道（圖3）和布雷斯勞廣場/科隆列車總站地鐵站現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的限制，無法按常規(guī)使用現(xiàn)有柱網(wǎng)來建設(shè)規(guī)劃軌道或平臺橋梁。為了根據(jù)現(xiàn)有布局對新建筑物下部使用狀況進(jìn)行擴(kuò)展和改善，計(jì)劃采用軸網(wǎng)建設(shè)橋墩。這一決定也是出于城市規(guī)劃建設(shè)的考慮。

3 利用 BIM 技術(shù)的規(guī)劃

由于該項(xiàng)目規(guī)模大且極具復(fù)雜性，因此對其進(jìn)行跨專業(yè)的規(guī)劃也面臨許多挑戰(zhàn)。為了實(shí)現(xiàn)各專業(yè)之間更好的協(xié)作，并獲得直觀的視覺化效果，該項(xiàng)目的規(guī)劃利用了BIM技術(shù)。

BIM建模從創(chuàng)建3D現(xiàn)狀模型開始。由于對規(guī)劃模型的要求很高，因此項(xiàng)目人員使用3D激光掃描方法采集點(diǎn)云和360°強(qiáng)度圖像，并用它們生成360°地形全景圖;進(jìn)行大規(guī)模測量，利用讀取的測量數(shù)據(jù)為點(diǎn)云標(biāo)定地理參考;然后將生成的點(diǎn)云轉(zhuǎn)換為Revit格式的3D測量模型。這是所有專業(yè)進(jìn)一步規(guī)劃的基礎(chǔ)。每個專業(yè)都以此為基礎(chǔ)創(chuàng)建自己的專業(yè)模型，并將其整合到3D協(xié)作模型中（圖4）。此外，還通過添加地理信息系統(tǒng)（GIS）數(shù)據(jù)，描述地形，以及生成數(shù)字化環(huán)境模型。

為規(guī)劃科隆S11擴(kuò)建項(xiàng)目，項(xiàng)目人員創(chuàng)建了一個公共數(shù)據(jù)環(huán)境（CDE），可以保存和調(diào)用規(guī)劃團(tuán)隊(duì)在規(guī)劃過程中的規(guī)劃信息。項(xiàng)目人員還通過組織良好且高度標(biāo)準(zhǔn)化的流程對數(shù)據(jù)管理、協(xié)調(diào)和傳輸進(jìn)行規(guī)范，這既可以確保信息透明、安全，也能促進(jìn)項(xiàng)目參與者之間更好的溝通和理解。

所有專業(yè)的人員可以使用統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)模型（在該結(jié)構(gòu)模型中，對象按專業(yè)進(jìn)行分類，注釋和定位），共同參與規(guī)劃。這樣能夠有效減少內(nèi)部測試的次數(shù)以及創(chuàng)建的相似文檔的數(shù)量，從而優(yōu)化規(guī)劃方面的資源管理。采用虛擬設(shè)計(jì)審閱（VDR）技術(shù)時，項(xiàng)目參與者可對規(guī)劃結(jié)果有一個清晰的概覽，并且所有人獲得的信息水平相同。其中的許多信息是在規(guī)劃階段通過3D結(jié)構(gòu)模型創(chuàng)建、實(shí)現(xiàn)可視化、得到分析，以及用于不同用途。通過3D結(jié)構(gòu)模型可以輕松地進(jìn)行碰撞檢測，以及證明復(fù)雜建筑幾何形狀的可行性。

BIM技術(shù)在方案研究方面也有顯著優(yōu)勢。除了具有相鄰槽形和支柱結(jié)構(gòu)的工程基礎(chǔ)設(shè)施之外，還可以將地上、地下結(jié)構(gòu)的交通基礎(chǔ)設(shè)施，以及信號、接觸網(wǎng)、供電和地下電纜等設(shè)施設(shè)備都無碰撞地導(dǎo)入模型中。通過將成本和用量數(shù)據(jù)導(dǎo)入模型，還可以進(jìn)行成本和收益比較，從而提出不同的方案。這樣就可以針對優(yōu)選方案進(jìn)行透明的決策。此外，還可使用參數(shù)化的3D模型對所研究的方案進(jìn)行渲染。

4 公眾參與

為了使交通建設(shè)項(xiàng)目得到公眾的更多理解和接受，從而加快項(xiàng)目的實(shí)施或使其成為可能，北威州政府于2018 年成立了交通聯(lián)盟，該聯(lián)盟由該州交通部管轄，由來自經(jīng)濟(jì)界、科學(xué)界和公眾的80多名成員組成。

該聯(lián)盟嘗試通過促成公眾早期參與交通項(xiàng)目規(guī)劃，加速規(guī)劃進(jìn)程，其開展的2個示范項(xiàng)目之一就是科隆鐵路樞紐輕軌擴(kuò)建項(xiàng)目。其原因在于，德國的基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目規(guī)劃通?？稍趲啄陜?nèi)完成，但由于反對和訴訟，項(xiàng)目獲得批準(zhǔn)往往需要很長時間，有時甚至是幾十年。通過從一開始就讓公眾和利益相關(guān)方參與到項(xiàng)目規(guī)劃中，并盡可能顧及各方利益以使項(xiàng)目得到各方的接受，可以縮短這一過程。公眾參與方式有以下3種。

（1）在線對話。聯(lián)盟與公眾在www.sbahnkoeln.de網(wǎng)站上的在線對話是其與公眾就擴(kuò)建S11問題進(jìn)行交流的開始。聯(lián)盟通過在該網(wǎng)站上公開項(xiàng)目計(jì)劃書、航拍照片和其他細(xì)節(jié)信息向公眾展示了規(guī)劃要點(diǎn)。根據(jù)網(wǎng)上公開內(nèi)容，相關(guān)各方可以隨時通過互聯(lián)網(wǎng)查詢相關(guān)信息或去現(xiàn)場了解情況，向規(guī)劃者、項(xiàng)目發(fā)起人及其合作伙伴提問，并提出自己的建議。

（2）信息交流會。網(wǎng)絡(luò)上的對話不能代替面對面的交流。而聯(lián)盟主辦的2個信息交流會為公眾提供了與項(xiàng)目參與方代表、規(guī)劃者進(jìn)行深入討論的機(jī)會。信息交流會沒有遵循固定的流程，而是由公民自由決定何時開會，何人參會，目的是讓盡可能多的人表達(dá)他們的看法和建議。

（3）磋商。與政治界、經(jīng)濟(jì)界、科學(xué)界和相關(guān)協(xié)會中的人士進(jìn)行公開、透明的對話是公眾參與的一種重要方式。在項(xiàng)目初期規(guī)劃時，科隆市成立了6個工作組，以協(xié)調(diào)規(guī)劃理念;同時，還與環(huán)保局、環(huán)保協(xié)會召開了協(xié)商會。從2018年春季開始，公眾可以就S11擴(kuò)建規(guī)劃提出問題，進(jìn)行討論，表達(dá)訴求。在線對話收到了300多個反饋，600多人參加了信息交流會。從那時起，規(guī)劃者一直在整理公眾的建議，權(quán)衡不同的利益，研究這些建議在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的可行性。大多數(shù)建議得到了采納，規(guī)劃也據(jù)此做出了相應(yīng)調(diào)整。根據(jù)公眾意愿調(diào)整后的新規(guī)劃將作為優(yōu)選方案得以實(shí)施。

5 結(jié)論

在現(xiàn)有建筑基礎(chǔ)上（特別在居民密集區(qū)）進(jìn)行建設(shè)，需要在初步規(guī)劃階段采取考慮到各種挑戰(zhàn)的規(guī)劃方法。各種因素（包括現(xiàn)有的地上和地下基礎(chǔ)設(shè)施、管道系統(tǒng)、電纜線路、留給所規(guī)劃基礎(chǔ)設(shè)施的局促空間和較短施工時間，以及各個需要考慮的利益相關(guān)方）嚴(yán)重限制了項(xiàng)目規(guī)劃的自由度和隨后的建設(shè)自由度。在過去，由于只能在一定程度上考慮上述因素，因此初期規(guī)劃的詳細(xì)程度不夠，往往會導(dǎo)致規(guī)劃的不確定性。

在科隆列車總站S11擴(kuò)建項(xiàng)目中，上述因素都存在，因此早在規(guī)劃開始時，即在基礎(chǔ)調(diào)查和初期規(guī)劃階段（工作階段1和階段2）就根據(jù)《德國建筑師與工程師計(jì)費(fèi)法定標(biāo)準(zhǔn)》（HOAI），選擇了一種特殊的項(xiàng)目處理辦法。為解決現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施和空間狹小帶來的問題，在規(guī)劃核心階段采用了BIM技術(shù)。為使居民、環(huán)境協(xié)會、運(yùn)營商及其他參與方盡早接受項(xiàng)目方案，規(guī)劃人員展示了BIM規(guī)劃的結(jié)果以及項(xiàng)目的其他可視化效果。為了使各個利益相關(guān)者能在初期規(guī)劃階段表達(dá)自己的訴求，并盡可能全面地將其想法納入規(guī)劃之中，北威州交通聯(lián)盟將該項(xiàng)目作為試點(diǎn)項(xiàng)目來開展。這是能夠在短短2年內(nèi)完成基礎(chǔ)調(diào)查和初期規(guī)劃的前提條件之一。

參考文獻(xiàn)

[1]Amir Safiri， Jens Sch?fer. Ausbau der S-Bahn-Linie S 11 im Hauptbahnhof K?ln[J]. Der Eisenbahn Ingenieur，2019（11）：25-28.

蘇靖棋 編譯

收稿日期 2020-01-18