中铁电气化局集团北京建筑工程有限公司
摘要：BIM(BuildingInformationModeling)即建筑信息模型，被称为建筑业第二次革命，已经成为建筑业关注和研究的热点。在地铁建筑的整个建筑工程周期中，设计和施工人员都可以利用BIM模型进行各种设计分析，并进行施工模拟和施工管理。利用商业软件，对地铁车站内气流组织的数值进行模拟，可以计算出比较准确的车站内流场数据，从而对地铁站内整个通风排烟系统进行全面的评价。因为计算快速、准确、代价低等特点，数值模拟方法得到了广泛的运用。通过对室内空气流动的数值模拟，可以得到建筑空间各处流动场的分布。本文应用流体力学方法进入地铁车站模型的车站，对出站过程进行了瞬间模拟，得到了不同工业状况下地铁车站内的气流场分布。
关键词：BIM；地铁站模型；气流；数值模拟
1引言
作为一种现代交通工具，地铁越来越受到人们的重视。人们愈发关注地铁的环境质量问题，包括地铁车站和隧道内部的温度、湿度、气流速度和噪声等[1]。地铁车厢内的空调己成为必需品，地铁列车的热量大量增加，使地铁内的空气、周围的土壤和隧道墙等温度快速提升[2]。各种设备的运行和乘客都释放出大量的热量，如不及时排出，将使车站和区间隧道的温度上升，乘客无法承受在这种环境中。作为地铁系统的重要环节，车站环境是地铁环控制设计中必须重点考虑的问题。以往人们都运用现场测量的实验方法地铁车站内空气的流动情况，从而判断通风排烟系统设计的合理性[3]。这样不仅费用昂贵，费用也很高，效果也不太理想。
BIM被称为建筑业第二次革命，已经成为建筑业关注和研究的热点。地铁结构复杂，设备数量非常多，建设资金投入巨大[4]。在地铁建筑的整个建筑工程周期中，设计和施工人员都可以利用BIM模型进行各种设计分析，可以进行施工模拟和施工管理[5]。数值模拟方法具有计算快速、准确、代价低等特点，因此得到了越来越广泛的应用[6]。通过室内空气流动的数值模拟，可以得到建筑空间各处流动场的分布。国家城市化进程的不断推进，中国地铁工程和设计中BIM技术的应用相对较慢，应用价值需要在工程实践中发掘[7]。本文基于BIM技术，在考虑站内人员的流动影响情况下，对地铁站模型内流场进行了实验测定及数值模拟，并与传统的地铁站设计方案进行了比较。
2测试方法与基本假设
2.1测试方法
典型的工艺测量可基于先前的理论分析确定所测量的对象和所需的设备，并根据常规测量方法获得期望的参数。传统的测量装置和测量方法对地铁环境的测量有很大的限制，往往不能满足实际测量的需要。基于BIM技术的优化模型可以解决建筑设计和节能设计过程中数据转换的问题，能够提高工作效率[8]。BIM技术可用于将数据输入到模型中以构建虚拟模型。图1是BIM建筑过程优化模型。
图1BIM建筑工程优化模型
图2地铁车站几何模型
通风系统正常运行时，风机风量、风门开状态固定，各管道流量实质上不变化，气流大致为一方向的稳态流动。地铁系统中风速测量所采用的方法采用热线风速自动记录仪记录地铁运行周期中选定过流断面内的一点或几个点处的瞬时风速，以此来取得通过该截面的风量参数。
2.2基本假设
在严格意义上，地铁系统中的空气流是复杂的三维、可压缩的、不稳定的湍流流。在地铁在区间隧道内行驶阶段，沿着列车的运动方向的空气流在三维流动中是支配性的[9]。在BIM模型中进行碰撞检测后，可以创建、安装和安装支持衣架的特定位置，并使用BIM模型进行逻辑布局优化管线的排列方式[10]。当列车以高速高速行驶，阻断较大的隧道或通过隧道的出入口时，空气的压缩率比较明显。除了进行一定的最优化以外，根据实际应用、理论计算、误差容许等要求，可以合理简化数据结果。
地铁车站内的空气流动是一种极其复杂的三维非稳态湍流。列车的运动、风机的运行以及车站的人员流动都使车站内的空气流动更加复杂。图2所示为地铁站的几何模型。
在通风系统中，空气从车站的开口的送风口进入，然后通过车站的排风口流出。在实验现场进行多个事例的实验测定，将其中的1个实验条件的实测数据作为边界条件，具体的实验结果如表1所示。
表1排风口风速与温度
3.2模拟结果分析
图3是单一列车进入时车站各出入口的气流速度的时间变化。在列车进入的过程中，出入口A和换装口B的气流流动方向最初从车站流向外界，向车站内空气排出站外。出入口A以及B的气流速度慢慢减少的话，这2个出入口最终通过废气变换为吸气，一定量的新风被供给到站点内。但是在列车进入过程中列车停车后的一段时间内，出入口C和换装口D的气流流动方向总是从站流向外界，即在空气排放站外，气流速度逐渐减小。在列车进入过程中，活塞风的一部分进入站台，另一部分通过惯性和列车的推进进入车站的前方隧道。图4表示列车进入时前方隧道内活塞风量随时间变化情况。
图4前方隧道内的活塞风量随时间的变化
4结论
伴随着人口的迅速增长，世界各地主要城市的交通越来越拥挤，这迫使地铁系统以更快的速度发展。由于列车的活塞效应，列车进站过程中车站的各出入口可以起到吸气或排气的作用。在列车进入过程中，列车停车时的前方进出口总是排气，列车停车时的后方进出口先是排气再吸气。本文介绍了一种基于BIM技术的地铁环境流速测量方法，并在缩小尺寸的地铁站模型内进行了模拟实验。在本文的研究中，利用了商用软件对地铁车站内环境进行计算机数值模拟的实验验证。采用数值模拟的方法可为更复杂的地铁车站内通风系统的预测提供经验和依据。在地下铁环控制系统中，活塞风的控制利用研究是一个复杂的长期改进的过程，未来还需在此基础上进行进一步的研究。
参考文献
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