大型铁路综合交通枢纽项目一般在方案中标后开始实施方案设计和初步设计。此时，建筑的总体形态及功能布局已基本确定。BIM技术在此阶段的主要应用是基于建筑基本方案确定的前提条件下，对建筑局部造型进行优化比选和各项性能化模拟，避免出现“硬伤”。在均衡评估多方面因素后获得较优的结果，为下一阶段各专业的设计开展打下良好的基础。
对局部建筑造型进行优化比选的工作，主要目的是在造型的尺度、比例上进行推敲。BIM技术可以提供即时的外观三维可视化效果，即时演示和评估建筑与结构的关系、可视化检测建筑室内空间关系等内容。以往，此项工作往往依靠3dsMAX等工具完成。现在，主流的BIM软件均能实现此功能，无需在外部效果图软件平台上完成工作再将结果返回到2D制图软件中，工作效率得到提高，如图3-4、图3-5所示。
图3-4 站房渲染模型
建筑性能化模拟主要是利用各种辅助模拟技术软件对建筑的可持续性进行定性或者定量的评估与分析。主要是对建筑在风（气流、风压场）、光（自然采光）、热（太阳辐射、维护结构热工）、声（声场、音效）、能（空调节能）、流（客流组织及疏散）、烟（火灾排烟）等方面进行室内及周边范围的综合评估。借助计算机辅助技术，现在的建筑师已经能够更加量化地得到建筑建成后的各项性能模拟结果。这些结果通过多种形式，如云图、矢量图、轨迹图、粒子图、等距图、色散图等，向建筑师展示。提前对建筑可能存在的多种状态进行了模拟，以得到最优的结果；提前验证了建筑的各种性能和实际使用效能。均衡多种因素后，对建筑采取合适的工程技术措施，以达到特定的使用效果和目标。
图3-5 广场渲染模型
1.风环境模拟与优化
建筑风环境模拟主要是研究空气气流在建筑室内外的运动状况及对建筑的影响。模拟主要采用CFD仿真软件，如Autodesk Simulation CFD、PHOENICS、Fluent、AirPak等。利用这些软件可以模拟建筑物室外气流运动情况，得到气流的粒子图、极限图、压力云图等直观结果，向设计师展示出内外部气流方向、气流密度分布、压力分布等，方便快捷地指导建筑设计。模拟结果对于调整建筑造型、改善建筑组群分布、避免“峡谷效应”、缩少气流死角、提高风环境舒适性等有着重要的指导意义。
CFD，英语全称（Computational Fluid Dynamics），即计算流体动力学，是流体力学的一个分支。CFD是近代流体力学、数值数学和计算机科学结合的产物。它以电子计算机为工具，应用各种离散化的数学方法，对流体力学的各类问题进行数值实验、计算机模拟和分析研究，以解决各种实际问题。
CFD仿真模拟为自然气流流动路径、气压分布情况、最大布局等提供科学参考依据。为建筑进行绿色建筑评估提供理论数据支持。为建筑优化后满足绿色建筑对于新人活动区风速小于5m/s，严寒寒冷地区建筑物前后压差小于5Pa，不出现气流旋涡区和死角区等要求提供设计参考。
对站房风环境的模拟与优化可以优化站房布局，为更加合理地设置站房的开窗位置、开窗面积提供参考。同时，可以为寒冷地区站房设计中的门斗设置方式提供建议，以达到减少渗透风、降低建筑采暖能耗的目的（图3-6～图3-8）。
2.光环境模拟与优化
建筑光环境模拟主要是研究建筑物内外部光（太阳辐射）环境分布情况及对人的影响。不同的光照条件对人的影响是不同的，人的不同活动状态对光环境的需求也是不同的。在建筑设计中需尽量避免照度不够或炫光的情况发生，同时也需要能够最大限度地利用自然采光，以降低人工采光带来的能源消耗（图3-9）。
图3-6 站房CFD分析图（室外风场风压）
图3-7 典型气候日的风场风压分析
图3-8 站房CFD分析图（粒子效果）
光环境模拟主要采用以下几种仿真软件，如Autodesk Ecotect、Dialux、Radiance、PK-PM-Daylight等。模拟内容主要为建筑物的自然采光、人工采光、照度均匀度分布情况及可视度分析。利用光环境模拟软件可以得到建筑物内部的等照度曲线图、自然光采光系数分布图，能够为站房的遮阳设计、门窗设计、人工照明等设计提供参考。最大限度地利用自然光，降低能耗，避免室内照度不均匀情况的发生，选择适当的开窗位置和形式，配备性能参数合适的灯具。同时，可以验证不同遮阳方案和不同的天窗方案的合理性（图3-10）。
图3-9 站房夏至日1400室外光照模拟
图3-10 站房秋分日1400室内光照模拟
3.热环境模拟及优化
建筑热环境主要指针对建筑围护结构热工性能、传热过程、建筑节能、日照辐射分析等问题的研究。通过研究相关问题，比选不同方案下的建筑热工效果，确定合适的热工方案。热环境模拟主要包括日照模拟、建筑物表面日照辐射量分析、建筑物表面温度分析、围护结构热工性能分析等内容。通常主要采用PBECA2008、Sunlight、AutodeskEcotect、Fluent等软件进行此项工作（图3-11）。
日照模拟主要倾向于建筑物单体及组群的日照时间计算，分析组群中各单体建筑之间的遮挡关系。针对大型交通枢纽而言，主要研究其各部位的日照时间情况。日照模拟可以得出建筑全年任意天内的全天日照时数、任意时刻的辐射分布和温度分布情况。从而可以实现最大限度地利用太阳能，避免不合理的遮挡和辐射，设置合理的遮阳方案等。
建筑物表面日照辐射量分析和温度分析主要研究的是太阳辐射下，建筑物表面日照量的多少以及围护结构在日照情况下的温度分布情况。根据研究的结果可以对围护结构进行有针对性的热工性能加强，以达到增加保温性能、减少室内空调能耗的目的。
围护结构热工性能分析是针对围护结构的保温传热能力进行的模拟。通常，该分析是在建筑进行施工设计时完成。由于节能设计为国家强制性规定，已经成为建筑设计必不可少的程序，提前在方案阶段结合其他性能分析手段开展分析，确定围护结构的热工方案，可以达到最佳的节能效果，避免出现节能不达标的问题（图3-12）。
图3-11 站房候车厅热环境模拟分布三维效果图(www.xing528.com)
图3-12 幕墙日照功率分布（幕墙在不同挑檐情况下温度分布不同）
大型铁路综合交通枢纽候车大厅通常都为高大空间。如何获得较好的空调送风效果，保证旅客获得更好的人体舒适度感受，暖通工程师面临着巨大的挑战。通过BIM技术可以模拟空间内某处的人体舒适度，从而验证空调方案的有效性和合理性。通过调整空调喷口的高度、间距、风速，可以得到不同的结果。通过对这些不同结果的比对，可以定量地确定相对较优的空调送风方案。同时，对整个候车大厅空调系统运行后的气流路径、温度分布进行模拟，也可以更加直观地认识空调送风方案整体的有效性。空调启动后，整个大厅不同位置在不同时刻的温度分布情况可以一目了然。最终达到稳态时大厅的温度分布情况也可以很清晰地看到。这在以往的设计中是无法想象的（图3-13、图3-14）。
图3-13 室内某处人体舒适度分析
图3-14 站房室内不同高度断面空调工作情况下温度分布图
图3-14 站房室内不同高度断面空调工作情况下温度分布图（续）
4.声环境模拟及优化
建筑声环境对于人体的影响是很重要的，但是往往又最容易被设计者忽视。一个纷繁嘈杂的候车空间对于旅客心理的影响是相当负面的，它会加重旅客的焦虑和不安全感。所以对于大型铁路综合交通枢纽的设计而言，声环境的设计绝对应该被重视。但是区别于对音质有很高要求的观演建筑，交通建筑的声环境设计更侧重于吸声降噪，提高厅堂音质。目前，国内的大型铁路交通枢纽建筑的候车厅大多为高大空间，在控制噪声和混响时间方面未做过多的研究和考虑。通常在基本建成或建成后，根据实际使用效果，现场实测环境背景噪声、混响时间和广播清晰度后，再采用设置细声装置的办法来解决大厅的声学品质问题。而通过BIM技术，设计者可以在设计前期，就能对建成后的建筑声环境进行模拟，以确定合适的吸声降噪方案，达到改善建筑声环境品质的目的（图3-15）。
图3-15 站房室内空调工作情况下气流速度分布图
声环境模拟主要通过研究建筑物物理表面（含室内）噪声分布情况，通过噪声声线图、声强线图、混响时间测算结果直观地为建筑声环境设计提供指导。主要的模拟软件有Au- todesk Ecotect、SoundPLAN、Cadna/A、RAYNOISE等。模拟内容主要为建筑物的混响时间、声强线。
大型交通枢纽通常候车厅较大，体积一般在百万立方米级别，混响时间基本都在5s以上。这对声环境设计提出了很高的要求。如何尽可能缩短混响时间是大型交通枢纽声环境模拟需要解决的问题。通过BIM技术，可以很方便地模拟建筑建成后的声环境效果。同时，模拟结果也对如何缩短混响时间提出了指导性建议。
5.能耗模拟与优化
建筑能耗包含建筑物建设过程中和使用过程中所消耗的能耗两部分。通常认为两种过程能耗之比为2∶8左右。如何降低建筑使用过程中的能耗成为了设计师需要重点考虑的问题。而能耗模拟正好能满足设计师的需求。利用BIM技术，可以比较容易地模拟一年中建筑物采暖、通风、空调、照明、热水等方面所消耗的能源。能耗模拟主要采用EnergePlus、Equest、Autodesk Ecotect等。因为建筑的能耗受很多因素的影响，如所处地区、建筑造型、平面尺寸、建筑朝向、窗墙比、遮阳方式、围护结构传热性能等，设计师可以调整不同的初始参数，模拟不同情况下的建筑物工况，得到全年逐日（月）的能耗结果。对于优化建筑设计、节约能源、降低资源消耗量、减少温室气体排放有着前瞻性作用。
6.危急情况下人员疏散模拟和优化
大型铁路综合交通枢纽建筑面临的危险因素多，威胁概率大，远高于普通民用建筑。这些危险因素包括火灾、爆炸、人质劫持、恐怖主义等各种威胁公共安全的犯罪活动。火灾一直是建筑设计中重点考虑的问题。发生火灾后人员的疏散、有毒烟气的扩散、疏散口及路径的布置直接影响疏散效率。如何在危险发生后，快速地疏散人群，确保尽可能多的旅客的人身安全，也是大型交通枢纽建筑设计中需要考虑的问题。
利用BIM技术可以比较容易地进行人流疏散模拟和烟气扩散模拟，模拟结果对于指导建筑的疏散设计有重要的参考意义。目前常用的疏散模拟软件有Pathfinder、Building EXO-DUS、Simulex等。上述疏散模拟软件都有直观的图形化操作界面并且在一定程度上考虑了心理因素对疏散的影响，同时也加入了建筑内动态变化的各种情况对疏散的影响，疏散模拟更接近真实的疏散。通过对人员疏散的模拟，可以更清楚直观地了解到危急情况下人员疏散情况。对可能存在的影响疏散的因素进行规避和取消，对疏散口及通道的位置、宽度、个数进行更加精细的设计，以确保建筑内人员的安全（图3-16、图3-17）。
图3-16 Pathfinder软件界面
图3-17 站房高架候车厅人流疏散模拟
火灾情况下，有毒烟气的扩散直接威胁着建筑物内人员的安全。而扩散规律无疑对于建筑设计有着重要意义。BIM技术可以模拟建筑内某处发生火灾时，燃烧物产生的烟气扩散的情况。通过对烟气扩散情况的模拟，可以让设计者更加直观地了解烟气的扩散规律，从而更加科学合理地布置排烟窗和排烟口，确保人员安全（图3-18～图3-20）。
图3-18 烟气流动结果
图3-19 火源烟气扩散模拟
图3-19 火源烟气扩散模拟（续）
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