对铁路车站声场设计进行分析，论述合理的建声设计对客运广播系统的重要性，其中混响时间是定量分析建筑声环境的常用指标。通过对Revit进行二次开发，利用BIM模型快速计算房间混响时间值。结合RevitAPI，介绍在BIM模型中添加信息、过滤元素及提取信息的方法

    作为铁路车站旅服系统的重要组成部分，客运广播系统需要为旅客及时提供清晰、准确的引导服务，在车站旅服区域内，广播系统声场的效果影响到旅客对车站服务质量优劣的直观判断，因此铁路车站声场设计十分重要，且受到了广泛关注。

    声场设计包括建筑声场设计（简称建声设计）和扩声声场设计（简称扩声设计）。建声设计包括建筑物各房间的结构设计、尺寸形状设计以及装修设计等方面，通过合理的建声设计以达到合理的混响时间，避免产生声聚焦、颤动回声等问题；扩声设计主要是扬声器系统指标的选择、扬声器数量的确定、放置位置及角度的选择，合理的扩声系统设计可以保证声压级高、声音清晰、声场均匀等。

    在建筑声环境可能存在问题的情况下，为了使广播系统最终能达到令人满意的效果，在进行具体工程项目设计时，广播系统设计者有必要先对建声设计的合理性进行评估，如果经过分析和计算，发现建声设计存在较大缺陷，应对改善建筑声学缺陷提出合理可行的方案，包括吸声材料选择及声音扩散、隔声等方面的建议，需由建筑设计者确认后方可实施。若广播系统设计者仅从自身角度进行设计，而没能及时分析并发现建筑声学的设计问题，广播系统的声场效果就无法保证。

    车站建筑声环境分析

    混响时间是对建筑声环境进行分析的常用指标，在声场中所有可能影响音质的声学参量中，混响时间是在设计过程中可以定量计算的、比较精细的指标。

    混响时间概述

    混响时间的定义为：当声源停止发声后，声压衰减60dB所需要的时间，以s为单位，与房间容积、房间装饰材料、温度及湿度有关。若混响时间过短，人

    耳听到的声音会枯燥、发干、不亲切不自然；若混响时间过长，人耳听到的声音会有含混不清的感觉；混响时间合适时，声场会表现出非常出色的效果，声音圆润饱满，不干瘪、不拖沓。

    目前新建车站常采用玻璃幕墙、大理石等石材及乳胶墙面作为室内装饰材料，这些材料均为高反射材质，吸声系数较低。如果房间的装修面均选用此类材质，且不采取一定的吸音措施，非常容易导致房间的混响时间过长。

    混响时间计算

    混响时间的计算方法通常有3种，分别是赛宾公式、依林公式和考虑空气吸收作用的依林-努特森公式。其中，赛宾公式假设声能是连续衰减的，在室内总吸声量的值较小、混响时间长的情况下，混响时间的实测值与赛宾公式的计算值比较一致。依林公式认为反射声能不像赛宾公式所假设的那样连续衰减，而是由于声波与界面的每次碰撞都引起衰减，所以呈阶梯形衰减。依林公式比赛宾公式更加接近实际情况，特别是在室内表面平均吸声系数较大的情况下。然而，赛宾公式和依林公式都只考虑了室内材质和物体表面的吸收作用，没有考虑室内空气的吸收作用，依林-努特森公式对此进行了修正，考虑了空气温湿度的影响，并将空气吸收系数引入到公式中。在此利用依林-努特森公式计算混响时间：

        T60为混响时间，s；

        V为房间容积，m³；

        S为房间总表面积，㎡；

        -α为室内各界面的平均吸声系数；

        m为空气吸声系数

    基于BIM的混响时间计算

    BIM模型不仅是三维可视化的，更是参数化的、包含附加信息的。BIM模型完成后，其与几何形状相关的长度、高度、面积、体积等信息，以及与界面装修材质相关的吸声系数等信息都包含或可以附加到模型属性中。作为广播系统设计者，利用建筑设计方提供的BIM模型信息能快速计算出各房间的混响时间。建筑声学分析能够让广播系统设计者及时反馈建筑声学设计的不足，即使在建筑结构无法改变的情况下，也可通过玻璃幕墙覆盖光纱、增加绿植敷设、增加吸声板等方式来改善声环境。

    BIM技术在声场设计中的应用

    建模应用

    车站建筑模型通常采用Revit软件建立。车站建筑建模后，对模型进行浏览检视，模型包含各界面的几何相关信息和装修材质信息，建筑模型通常不包含各材质的吸声系数、空气吸声系数等内容，需要附加到模型对应室内表面的实例属性下。

    对于某些大型车站，由于整体建筑模型体量较大，除需要进行声场分析的区域及相关信息外，多余的内容会影响信息的提取和添加，进而影响运行效率，因此建议将有效信息提取后重新建立简单模型，模型能够表达候车厅、售票厅、出站厅等需要进行声场分析的公共区域几何特性，保留相关界面和吸声物体即可。

    附加信息添加

    在Revit中可以通过添加项目参数的方式，为指定类型添加参数。可将吸声系数作为实例属性，添加到墙面、地面、吊顶以及其他吸声物体的族类别中。

    添加项目参数

    添加完成后，吸声系数能够在属性面板上显示，并且可在RevitLookup中查找到该参数对应的属性与方法，以便在Revit二次开发时获取相关信息。

    属性面板上显示“吸声系数”

    RevitLookup中查看“吸声系数”

    RevitAPI

    Revit系列的所有产品都提供了协助调用外部命令和应用的程序接口API，供用户将其应用程序集成到Revit产品中。利用RevitAPI可以访问模型的图形及参数数据、创建修改及删除模型元素、批量完成重复工作、执行BIM分析等。RevitAPI允许使用者利用任何与.NET兼容的语言来编程，在此选用在MicrosoftVisualStudio2019平台下采用C#语言进行二次开发。

    RevitAPI的开发有外部命令（Externalcommand）和外部应用（Externalapplication）2种方式。2种方式的区别为：外部命令本质上是对execute()方法的重载，通过RevitSDK将该功能加载并嵌入到Revit中，在execute()方法中添加用户程序、编辑代码；外部应用是一种比外部命令更加高级的方式，对应的IExternalAppli⁃cation接口有2个抽象函数OnStartup()和OnShutdown()，用户可以通过在外部应用中重载上述2个函数，在Revit启动和关闭时编写所需的功能，该方式可在Revit面板中增添不同功能的按钮。

    使用元素过滤器获取元素

    用来迭代以及过滤元素的主要类是收集器（FilteredElementCollector），利用FilteredElementCollector（Documentdocument）的构造方式，收集器可以由文档进行构造，此时迭代会从文档所有的元素进行。FilteredElementCollector提供了1组方法，用户可用其设置查询和过滤感兴趣的元素集。可以利用快捷方法OfClass()过滤出墙、天花板、楼板、门、窗、幕墙等不同元素，以便对其进一步操作。

    使用RevitAPI获取参数

    对于元素参数的获取，可以利用Element.Parameters获取所有参数，也可通过Element.get_Parameter()获取所需的单个参数。可通过4种方式来选择参数：

        参数的名字（string类型）

        BuiltInParameter参数枚举

        Definition参数定义

        Guid参数的guid

    其中，效率最高的方法是BuiltInParameter参数枚举。通常利用Revit的lookup插件来查找参数的BuiltInParameter：首先打开lookup的snoopcurrentselection选项，在parameters中选择对应的参数再双击definition，即可看到该参数BuiltInParameter对应的枚举值。使用get_Parameter（BuiltInParameter.枚举值）便可在程序中获取该参数。

    查看BuiltInParameter

    开发流程与应用

    开发流程

    得到建筑专业提供的房间上序资料后，就可进行混响时间的计算。根据实际情况，选择直接利用建筑模型或是保留相应参数构造简化模型。为了实现自动计算房间的混响时间，需要对Revit进行二次开发。

    需要进行声场分析的区域主要为人员密集的公共区域，这些区域通常背景噪声较大，广播系统的效果直接影响能否准确传递列车到发、旅客安全及突发事件处理等信息，关系到旅客服务的质量。在车站中，主要对候车、售票、出站等区域的声环境进行分析。

    BIM模型除了包含各个区域的几何模型及相关参数外，还包含内部装修界面的相关材质信息，这些参数和信息共同构成了房间声环境分析的基础数据。然而，对应不同类型元素所需要提取的参数种类和数量存在差异，例如，为了计算房间容积，需要提取墙体的高度参数，而对于地面，只需提取其面积而无需长度、宽度等参数。又如，在计算墙体材质表面积时，需要用整个区域的面积减去门、窗等面积，而对于天花板只需要考虑整体面积即可。因此，在提取元素参数前应先过滤出不同元素并分别提取。

    提取出房间高度、材质表面积、吸声系数等参数后，分别计算出房间的容积和材质平均吸声系数，再根据给定的空气吸声系数表，在某个温湿度下（如室内温度取20℃、湿度取50%）获取空气吸声系数。利用上述数据，计算得到房间的混响时间。

    应用案例

    某小型车站（约3000㎡）的候车厅长约48.0m、宽约23.0m、吊顶高度约11.2m。各装修面情况如下：地面和内墙均为花岗岩；吊顶为铝条板；四面有玻璃幕墙、玻璃窗及实木门、防盗门。

    候车厅Revit简化模型

    添加不同装修材质对应的吸声系数后，即可运行混响时间计算的插件，在Revit的“附加模快”选项卡下选择“外部工具”载入程序，运行程序后即可计算得到房间的混响时间。

    通过“外部工具”载入程序

    BIM软件避免了繁琐的计算过程，运算完成后，可以将自动计算的混响时间参数添加到对应族的类型属性中。

    添加“混响时间”参数到类型属性

    利用Revit模型及其提供的参数，通过RevitAPI进行二次开发后，可快速计算得到建筑物各房间的混响时间参数。利用该参数可以评价建筑声场设计的合理性，从而为扩声声场设计奠定基础

    内容来源：

    铁路BIM联盟成员单位——中国铁路设计集团有限公司

    张妍君.Revit二次开发在铁路车站声场设计中的应用[J].铁路技术创新.

    （铁路BIM联盟文章，转发请注明出处）

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