地鐵車站給排水設計中的BIM技術研究

任志群 李晨 林晨

地鐵車站給排水設計中的BIM技術研究

任志群 李晨 林晨

鐵道第三勘察設計院集團有限公司 天津 300240

摘要建筑信息模型（BIM）作為當今建筑設計領域內的熱點話題，近年來也逐漸被應用于地鐵站點的設計中，給排水專業不可避免地面對如何在地鐵站中實現BIM的問題。結合專業特點，闡述了BIM理念的內涵及其在地鐵給排水設計中的應用。最后，對地鐵站給排水設計中BIM建模存在的不足進行了探討。

關鍵詞BIM 給排水設計 地鐵站 碰撞檢查

中圖分類號： TL353文獻標識碼： A

1、前言

1.1地鐵工程設計現狀及特點

目前，隨著我國城市化步伐的進一步加快，各大中城市軌道交通的建設也陸續展開，其緩解地面交通壓力、縮短出行時間的優勢越加得以體現。

地鐵車站建設是城市軌道交通工程的重要組成部分，屬于復雜的地下工程，具有建設周期長，投資額度大，外部條件復雜，涉及專業多，組織協調工作繁重等特點[1]。換乘站等重要客流集散地的地鐵車站，往往與商業開發相結合，也使得地鐵車站的設計顯得尤為復雜。因此，地鐵車站特別需要科學合理的規劃設計、縝密細致的施工組織和健全周到的運營維護機制[2]。地鐵工程作為重要的基礎設施之一，其工程質量和建設進度直接影響著市民的出行，較高的社會關注度也對地鐵工程實施提出了更高的要求。

1.2傳統二維制圖設計的弊端

地鐵車站工程一個顯著的特點就是涉及到專業眾多，尤其是對于環境控制、給排水及水消防、動力照明、綜合監控等設備專業，管線都要布置在吊頂上方的有限空間內，各專業管線間不可避免的出現交叉與重疊[3]。傳統的二維制圖在面對如此復雜的綜合管線設計也暴露出其弊端：首先，各專業通常會以平面圖的形式來表示三維空間內的管線布置形態，導致空間整體表現力不足；其次，各專業能夠處理好各自專業內的管線，但對其他專業管線位置知之甚少，造成各個專業信息孤立，形不成整體；最后，二維制圖中不能夠直觀的體現管道碰撞關系，人為對每個碰撞點的檢查又需花費很長時間，甚至可能造成返工。

1.3 地鐵站設計中給排水專業特點

（1）系統多

地鐵車站給排水設計主要包括消火栓系統、生產生活給水系統、生活污水系統、廢水系統及氣體滅火系統等。各系統之間獨立性較強，并且不同于建筑專業按樓層劃分的設計模式，給排水各系統的管線通常位于多個平面，某種管線的調整往往需要多個平面圖上進行，往往會因疏忽而導致疏漏。

（2）孔洞多

給排水專業的管線在穿越隔墻和中板時，需要向土建專業提供要求，便于土建設計人員在設計中提前預留孔洞。但通常土建施工圖設計提前于設備專業，因此需要給排水設計人員具有豐富的設計經驗和前瞻性，以避免出現孔洞預留尺寸有誤差，不合乎要求等情況。

（3）閥門等管道配件多

給排水每個管道系統上都安裝有很多閥門及儀表配件，但這些往往需要根據廠家提供的樣本才能詳細了解具體尺寸，在設計時設計人員考慮較多的往往是管道的安裝，而忽視了閥門等管道配件的尺寸。

2、BIM技術的內涵及其在地鐵給排水工程設計中的應用

2.1 BIM理念的引入

建筑信息模型（Building Information Modeling，簡稱BIM）是指將建筑工程項目中的單一構件或物體作為基本元素，將描述基本元素的幾何數據、物理特性、施工要求、價格資料等相關信息有機地組織起來，形成一個數據化的建筑模型，作為整個建筑工程項目的數據資料庫[4]。

BIM的概念從設計流程上并沒有打破傳統地鐵站的設計方式，同樣還是建筑專業根據各專業房屋要求進行房屋整體布置，地下結構專業設計框架結構，之后機電專業完善車站各系統。與二維CAD制圖不同的是，在整個設計過程中，各個專業之間不斷的進行信息的交互，不斷進行整體性的調整與修改，直到達到最優方案[5]。這個過程在CAD制圖階段通常進行幾遍甚至十幾遍，而基于BIM的設計過程則是在同一個模型中時刻進行的，每個專業的修改在別的專業來看是實時更新的，這就提高了信息傳遞的效率，縮短了信息反饋的時間。

在地鐵設計與施工過程中，基于BIM理念的設計模型的建立便于更加直觀地對甲方進行匯報及展示，及早的發現設計中的問題；使得施工單位能夠更好地按照設計圖紙施工，避免信息傳遞過程中的疏漏。

2.2 BIM技術為地鐵給排水設計提供更便捷的解決方案

（1）可視化設計

在傳統地鐵站給排水設計中，首先是由建筑提供給排水專業分層平面圖和典型剖面和立面圖。再由給排水設計人員根據平、立、剖面建筑圖信息整合并還原整體建筑設計[6]，并進行管路布置。由于信息理解與分析的能力不同，在信息傳遞過程中往往會出現失真現象。而采用BIM技術后，建筑專業提供建筑信息模型時，下序專業能夠很直觀的讀取設計信息，提高了信息獲取的完整性和有效性。同時，建筑專業設計人員對給排水專業的要求也能夠比較直觀的進行檢查，及時提供反饋信息。

不僅如此，在給排水設計人員完成專業設計后，能夠真實直觀地獲取管道和閥門配件的具體尺寸和空間位置，把傳統CAD的系統由分層體現轉化為整體空間構型。

（2）協同設計

BIM設計的另一個最顯著的特點是協同設計，即在BIM模型的構建過程中，全部專業都能夠同步參與其中，不存在二維CAD模式下的滯后性。例如Autodesk公司提供的BIM解決方案Revit軟件中，在完成協同設計過程時，很關鍵的一個因素就是工作集模式。把每個專業的設計內容以工作集的形式在模型中進行體現，每個專業工作集具有獨立的修改權限，充分保證專業之間的互不干擾。而且，同一專業內的各個系統也可以創建不同的工作集，保證了各系統之間互不干擾。比如給排水專業可以創建消火栓系統、生產生活給水系統、生活污水系統和廢水系統等工作集，各個系統模型可以獨立創建，以不同管材和填充顏色進行區分。在后期對模型中各系統進行檢查時，可以關閉與待檢查系統不相關的其余專業和本專業其余的工作集，使得系統顯現更加清晰。

比如，給排水專業需要在建筑墻體上布置暗裝消火栓或沖洗水栓。在確定具體位置后，系統會立即生成一個請求發送到建筑專業設計人員，經核實批準后，即可將消火栓放置在建筑墻體上，建筑設計人員也同時獲取了其位置的信息，避免了專業間提供資料的過程，保證了設計的高效率。

（3）參數化設計

BIM技術徹底改變了在二維CAD給排水設計中，以線條的形式表示各種管線、器材和閥門配件，并且輔以標注和注釋的設計模式。在Revit中進行建筑信息模型的設計時，每個專業的信息都可以被直觀的進行讀取，三維模型中的線條和構件在創建的過程中，都進行特定的賦值，自身攜帶可被讀取的信息，這對于不同專業間信息交流十分便利。例如，在傳統地鐵站生產、生活給水系統設計過程中，水力計算結果需要通過特定軟件進行核算，而采取BIM技術則可以直接讀取每個衛生器具和設備的參數信息，并在設定管道水力特性后，自動對實際管徑設計進行模擬及修正，極大的提高了設計效率。

（4）材料表統計

在傳統設計過程中，圖紙繪制完成后需要對工程量進行統計并以此為基礎進行工程概算。由于種類多，信息量大，整個過程耗時耗力。不僅如此，由于地鐵工程設計方案在前期受到外部影響較大，建筑方案的調整對給排水設計必將會造成影響，進而導致了工程量及概算結果的變化。在這個過程中，人為因素造成的誤差對于概算的影響是不可估量的。而在BIM技術中，由于管線和設備都是參數化設計的，在工程量統計時便減少了人為統計的作業環節。并且，BIM具有按照要求生成材料表的功能，且材料表可以根據模型參數的修改自動更新。

3、Revit軟件對給排水專業在實際應用中存在的問題

（1）國內尚無適合國內規范與標準的BIM解決方案

筆者在本文中闡述地鐵BIM模型建立是在Autodesk Revit的環境下完成的，模塊和標準不能很好的適應國內環境。目前，國內尚無廠家為BIM提供解決方案，也沒有在Revit環境下開發出成熟的適合國內標準和設計師習慣的插件，很多機械設備的欠缺和標準的不同更為模型建立帶來不便。

（2）Revit軟件二維功能不完善

一個模型的建立，也要以圖紙的形式指導施工，但Revit軟件中二維的管道標注缺少對系統類別的區分，各系統管道在平面圖上僅能夠以顏色作為區分，好多管道調整和標記需要手動完成，極大降低模型建立的效率。

（3）模型構件族庫嚴重不足

地鐵設計不同于普通民建，其中涉及到很多特殊機械設備與管道配件等，而目前Revit僅提供部分常用族庫，并沒有針對地鐵設計給出特殊族庫的選擇，例如污水一體化提升設備、沖洗水栓、倒流防止器、消防設備箱等。

4、結束語

利用BIM思想建立的三維模型，不僅能夠直觀的展示空間模型，而且每個模型構件自身都攜帶可讀取的信息。這對于整個項目全生命周期的各個階段實現數據共享與交流起到極大促進作用。雖然BIM建模是一個繁瑣的過程，但前期投入的增加可以為后期節省很大的工作量，這相當于BIM將整個工程階段提前化。BIM著眼于項目的全生命周期，為施工建設和維護管理提供極大便利，必將成為地鐵設計行業的大勢所趨。

參考文獻

[1] 蘇斌，蘇藝等. BIM在地鐵站點工程中的應用探索[J]. 土木建筑工程信息技術，2013（6）:95~100.

[2] 柯尉. BIM技術在地鐵車站工程中的應用初探[J]. 鐵道勘測與設計，2014（2）:39~43.

[3] 于金勇，林敏. BIM技術在地鐵安裝工程中的應用[J]. 土木建筑工程信息技術，2013（4）：86~91.

[4] 李雄華. BIM技術在給水排水工程設計中的應用研究[D]. 華南理工大學, 2009, 5~6.

[5] 趙昕. 建筑給水排水專業面臨BIM抉擇[J]. 給水排水，2012（11）：85~91.

[6] 梁超，濮文淵等. BIM在建筑給排水工程設計中的應用[J]. 給水排水，2012（1）：142~144.