近年来，我国的城市轨道交通呈现快速发展态势，庞大的建设规模和建成后的巨量资产给城市轨道交通的建设方和运营方带来巨大挑战，如何高质量地完成城市轨道交通的建设任务和运营运行管理任务，成为当前城市轨道交通行业的重要难题。

BIM作为当前建设行业的一项革命性技术，其价值已获得行业的普遍认可。BIM在民用建筑领域的应用起步较早，应用也较为成熟。近年来BIM在城市轨道交通行业也得到了快速的应用和发展，但其应用的深度和广度明显不足，尤其在地铁车站设计中，BIM的应用更多集中在设计阶段的碰撞检查、管线综合等，能够实现设计阶段的施工图校验，但对设计的合理性和建成后的运营运行管理支撑还缺少科学、系统的考虑。

本文立足某地铁车站，结合BIM技术，借鉴BIM在民用建筑行业中的建筑性能分析方法，对地铁车站进行基于BIM的建筑性能分析，包括人流疏散模拟、CFD通风模拟以及车站的照度模拟，根据模拟分析的结果对地铁车站设计中的人员疏散、通风口设置以及车站照明等方案设计的合理性进行评估，实现对设计的合理性检验，也为地铁在建成后的运行管理提供了一定的数据参考。

该典型地铁车站为地下双层岛式车站，地下一层为站厅层，地下二层为站台层，车站总长200m。车站主体总建筑面积为12 334.91m²，有4个主地面出入口，内设两部2.6m宽楼梯，两部净宽1m的上行自动扶梯，其BIM基础模型如图1所示。自动扶梯设计通过能力为8 190人/h；站厅层采用上送上回的送风方式；站内所有照明灯具选用I类灯具（LED光源），公共区共有照明装饰灯具316套（正常照明装饰灯具245套，应急照明装饰灯具71套）。

(1）模拟软件功能：采用Pathfinder软件，分析在近远期人流高峰时段及突发事件下该车站人员疏散情况。

(2）数据传递：利用车站BIM模型，导出DWG格式文件，进而导入人流疏散分析软件作为模型基础。模型分为站台层和站厅层，站台层标高0.0m，站厅层标高5.1m，层间通过楼梯和自动扶梯连接。

(3）参数设置：按照《某市轨道交通工程初步设计总说明》预估该地铁站2019年和2041年早高峰时段由北向南的客流量设置人员总数，确定疏散人员比例，女性为45%，男性为55%。其中，女性速度为1.1m/s，肩宽41cm；男性速度为1.3m/s，肩宽为46cm，人员舒适性密度为0.61m²/人。

(1）由结果导出的视频文件可以看出，随着等待时间的增加，乘客在选择出口时出现了舍近求远的情况，如表1所示。

(2）乘客在选择疏散出口时，通常采取就近原则，这种现象在站台层尤为明显。当乘客到达站厅层选择地铁站出口时，除了考虑上述原则，还会考虑各个出口聚集的乘客数量及出口的通行能力等因素，因而出现部分乘客放弃就近出口而选择其他出口的情况。

(3)2019年地铁站早高峰时段，从北到南方向，下站994人，上站437人，总人数为1 431人；2041年地铁站早高峰时段，从北到南方向，下站1775人，上站628人，总人数为2 403人。模拟得出的疏散时间如表2所示。

(1）《地铁设计规范》（GB 50157—2003）规定，“出入口楼梯和疏散通道的宽度，应保证在远期高峰小时客流量时，6min内将列车乘客和站台候车的乘客以及工作人员安全撤离站台。”从此模拟结果可知，该车站设计满足疏散规范要求。

(2)2041年高峰时段总疏散人数为2 403人，共用时385s(6min 25s），超出规范6min的要求。通过模拟数据可知，人员在闸机、出口、楼梯等处的拥堵比较明显，排队时间过长，影响了整体的疏散速度。因此在实际运行中，为保证运行安全，可通过甩站、限流等措施防止安全事故的产生，同时采用手机支付等新技术手段，改善人流出入闸机的速度，使之满足疏散要求。

(1）确定算法：采用Fluent软件、标准k-e双方程模型以及SIMPLE算法，利用有限容积法解决三维稳态不可压缩粘性流体的湍流流动问题。

(2）模型简化：人体散热负荷均匀分布在空间内，两个扶梯简化为与实际尺寸相同的斜板，售票厅简化为长方体，不考虑两侧设备机房对公共区域的影响。

(3）网格划分：为保证网格质量，采用分块划分、局部加密的网格划分方式，共划分网格64 000个。

(4）入口边界：模拟选用常见的矩形散流器顶送风口，送风口尺寸为800mm×300mm，送风量为2 000m³/h，计算得速度入口的边界条件为2.32m/s，风口边界条件温度设为291.15K。入口紊流动能k为0.008，紊流耗散e为0.005。

(5）出口边界：回风口（兼排烟风口）各种变量按局部单向化处理，出口处的扩散系数为0，速度方向设为垂直回风口，地铁4个出口设置为自由压力出口。

(6）固体边界：墙体设置为常壁温边界条件，温度设置为22℃；

(7）环境温度：当地夏季室外平均温度为28℃，室内初始温度的设置较室外温度低2～3℃，设为300K。

通过对该地铁站站厅层进行CFD模拟，得出站厅层公共区域的平均风速为1.02356m/s，平均温度为293.93K，平均压强为9.9469Pa，同时得出以下四个特征平面的风速、温度、压力的云图。

(1)Z=0.1m（人体脚踝处）高度平面模拟结果：

由平面云图可知，Z=0.1m高度处风速分布在0.15～0.25m/s；温度分布在21～23℃。

(2)Z=1.1m（人体直立行走活动区域）高度平面模拟结果：

由平面云图可知，Z=1.1m高度处公共区域风速分布梯度较大，送风口附近0.3m/s；温度大部分分布在19～20℃。

(3)Z=1.6m（人体直立行走活动区域）高度平面模拟结果：

由平面云图可知，Z=1.6m高度处公共区域风速分布梯度较大，送风口附近小部分区域风速为0.5m/s，大部分区域风速为0.25m/s；温度大部分分布在19～20℃。

(4)Z=3.0m（吊顶平面）高度平面模拟结果：

由平面云图可知，Z=3.0m高度处公共区域风速分布梯度较小，平面风速多为0.6m/s左右；温度大多分布在19～20℃。

(1）在人体活动区域Z=0.1～1.6m范围内，当Z≥1.1m时，公共区域平均温度约为20℃，较舒适度标准规定的22～25℃略低，会有轻微的冷风感。

(2）空调系统运行时，公共区域两侧靠墙区域分布有送风口，使得该区域温度较低，中间区域为回风口，使得中间区域温度较高。在地铁站实际使用时，人员主要集中在中间区域，因此在进行此类地铁站设计时，应在中间区域增加送风口，以提高公共区域的舒适水平。

(3）实际运行中，应在高峰期和非高峰期采取不同的供风策略，在满足舒适度的前提下实现节能运行。

将BIM模型导入Ecotect的照明分析软件中，通过创建灯具模型并设置灯具相关参数，对地铁站室内照明进行模拟，为照明设计提供数据参考。

通过对站厅层公共区域照明模拟结果、出口处及公共区域照明模拟结果、不同区域功率密度及照度均匀度进行分析，结果如下：

(1）站厅层公共区域的平均照度达到了2 1 8 l x，满足《城市轨道交通照明》（G B/T16275—2008）规定的200lx标准值，照度均匀度为0.725，满足其不小于0.7的要求。

(2）站台层公共区域的平均照度为146lx，略小于标准值150lx，可以近似认为满足要求，但其照度均匀度为0.623，低于相关要求，因而照度分布均匀度不足。

(3)1号和2号出入口的平均照度均满足标准值150lx的要求，照度均匀度也较高，可以认为1号和2号出入口的照明灯具布置过剩，可以考虑减少其灯具数量，降低成本。

(4)4号出入口长度较长，形状与1号和2号出入口也有所区别，其平均照度为178lx，满足平均照度要求，但是照度均匀度较低。

本文通过引入基于BIM的建筑性能模拟方法对地铁车站设计进行模拟分析，验证了原设计的合理性，并对其运行策略提供了数据支持，结论如下：

(1）原设计中的疏散设计基本满足规范要求。当车站高峰期停留人数超过2 043人时，闸机、出口、楼梯和自动扶梯处排队现象比较严重，建议采取甩站、限流等运行措施，防止事故发生，保证车站的正常运行；同时考虑采用手机支付等新技术手段改善人流出入闸机的速度，进一步满足疏散要求。

(2）原设计中的空调送风口主要设置在靠墙边侧，回风口设置在中间区域，在实际运行中，人流主要集中在车站中间区域，而在模拟分析结果中，中间温度高，两侧温度低，温度分布不均匀，舒适度不足。建议在后续的设计中，通过在车站中间位置适当增加一定数量的送风口，实现温度的均匀分布，提高舒适度。实际运行中，在高峰期和非高峰期应分别采取不同的供风策略，在满足舒适度的前提下实现节能运行。

(3）原设计中站台层和站厅层的照明设计基本满足规范要求，站台层的照度均匀度较低，可通过调整灯具位置改善照度均匀度。1、2号出入口的平均照度及照度均匀度较高，说明两个出入口的灯具数量设计过多，不利于节能。

当前在地铁车站的设计合理性及设计优化方面缺乏有效的量化评估方法和依据，而本文提出的基于BIM技术的建筑性能模拟方法，可以为地铁车站的合理性评估及设计优化提供一种可行的分析方法，并为地铁车站的绿色设计和绿色运行提供了重要的数据基础。