地铁车站给排水设计中的BIM技术研究

任志群 李晨 林晨

地铁车站给排水设计中的BIM技术研究

任志群 李晨 林晨

铁道第三勘察设计院集团有限公司 天津 300240

摘要建筑信息模型（BIM）作为当今建筑设计领域内的热点话题，近年来也逐渐被应用于地铁站点的设计中，给排水专业不可避免地面对如何在地铁站中实现BIM的问题。结合专业特点，阐述了BIM理念的内涵及其在地铁给排水设计中的应用。最后，对地铁站给排水设计中BIM建模存在的不足进行了探讨。

关键词BIM 给排水设计 地铁站 碰撞检查

中图分类号： TL353文献标识码： A

1、前言

1.1地铁工程设计现状及特点

目前，随着我国城市化步伐的进一步加快，各大中城市轨道交通的建设也陆续展开，其缓解地面交通压力、缩短出行时间的优势越加得以体现。

地铁车站建设是城市轨道交通工程的重要组成部分，属于复杂的地下工程，具有建设周期长，投资额度大，外部条件复杂，涉及专业多，组织协调工作繁重等特点[1]。换乘站等重要客流集散地的地铁车站，往往与商业开发相结合，也使得地铁车站的设计显得尤为复杂。因此，地铁车站特别需要科学合理的规划设计、缜密细致的施工组织和健全周到的运营维护机制[2]。地铁工程作为重要的基础设施之一，其工程质量和建设进度直接影响着市民的出行，较高的社会关注度也对地铁工程实施提出了更高的要求。

1.2传统二维制图设计的弊端

地铁车站工程一个显著的特点就是涉及到专业众多，尤其是对于环境控制、给排水及水消防、动力照明、综合监控等设备专业，管线都要布置在吊顶上方的有限空间内，各专业管线间不可避免的出现交叉与重叠[3]。传统的二维制图在面对如此复杂的综合管线设计也暴露出其弊端：首先，各专业通常会以平面图的形式来表示三维空间内的管线布置形态，导致空间整体表现力不足；其次，各专业能够处理好各自专业内的管线，但对其他专业管线位置知之甚少，造成各个专业信息孤立，形不成整体；最后，二维制图中不能够直观的体现管道碰撞关系，人为对每个碰撞点的检查又需花费很长时间，甚至可能造成返工。

1.3 地铁站设计中给排水专业特点

（1）系统多

地铁车站给排水设计主要包括消火栓系统、生产生活给水系统、生活污水系统、废水系统及气体灭火系统等。各系统之间独立性较强，并且不同于建筑专业按楼层划分的设计模式，给排水各系统的管线通常位于多个平面，某种管线的调整往往需要多个平面图上进行，往往会因疏忽而导致疏漏。

（2）孔洞多

给排水专业的管线在穿越隔墙和中板时，需要向土建专业提供要求，便于土建设计人员在设计中提前预留孔洞。但通常土建施工图设计提前于设备专业，因此需要给排水设计人员具有丰富的设计经验和前瞻性，以避免出现孔洞预留尺寸有误差，不合乎要求等情况。

（3）阀门等管道配件多

给排水每个管道系统上都安装有很多阀门及仪表配件，但这些往往需要根据厂家提供的样本才能详细了解具体尺寸，在设计时设计人员考虑较多的往往是管道的安装，而忽视了阀门等管道配件的尺寸。

2、BIM技术的内涵及其在地铁给排水工程设计中的应用

2.1 BIM理念的引入

建筑信息模型（Building Information Modeling，简称BIM）是指将建筑工程项目中的单一构件或物体作为基本元素，将描述基本元素的几何数据、物理特性、施工要求、价格资料等相关信息有机地组织起来，形成一个数据化的建筑模型，作为整个建筑工程项目的数据资料库[4]。

BIM的概念从设计流程上并没有打破传统地铁站的设计方式，同样还是建筑专业根据各专业房屋要求进行房屋整体布置，地下结构专业设计框架结构，之后机电专业完善车站各系统。与二维CAD制图不同的是，在整个设计过程中，各个专业之间不断的进行信息的交互，不断进行整体性的调整与修改，直到达到最优方案[5]。这个过程在CAD制图阶段通常进行几遍甚至十几遍，而基于BIM的设计过程则是在同一个模型中时刻进行的，每个专业的修改在别的专业来看是实时更新的，这就提高了信息传递的效率，缩短了信息反馈的时间。

在地铁设计与施工过程中，基于BIM理念的设计模型的建立便于更加直观地对甲方进行汇报及展示，及早的发现设计中的问题；使得施工单位能够更好地按照设计图纸施工，避免信息传递过程中的疏漏。

2.2 BIM技术为地铁给排水设计提供更便捷的解决方案

（1）可视化设计

在传统地铁站给排水设计中，首先是由建筑提供给排水专业分层平面图和典型剖面和立面图。再由给排水设计人员根据平、立、剖面建筑图信息整合并还原整体建筑设计[6]，并进行管路布置。由于信息理解与分析的能力不同，在信息传递过程中往往会出现失真现象。而采用BIM技术后，建筑专业提供建筑信息模型时，下序专业能够很直观的读取设计信息，提高了信息获取的完整性和有效性。同时，建筑专业设计人员对给排水专业的要求也能够比较直观的进行检查，及时提供反馈信息。

不仅如此，在给排水设计人员完成专业设计后，能够真实直观地获取管道和阀门配件的具体尺寸和空间位置，把传统CAD的系统由分层体现转化为整体空间构型。

（2）协同设计

BIM设计的另一个最显著的特点是协同设计，即在BIM模型的构建过程中，全部专业都能够同步参与其中，不存在二维CAD模式下的滞后性。例如Autodesk公司提供的BIM解决方案Revit软件中，在完成协同设计过程时，很关键的一个因素就是工作集模式。把每个专业的设计内容以工作集的形式在模型中进行体现，每个专业工作集具有独立的修改权限，充分保证专业之间的互不干扰。而且，同一专业内的各个系统也可以创建不同的工作集，保证了各系统之间互不干扰。比如给排水专业可以创建消火栓系统、生产生活给水系统、生活污水系统和废水系统等工作集，各个系统模型可以独立创建，以不同管材和填充颜色进行区分。在后期对模型中各系统进行检查时，可以关闭与待检查系统不相关的其余专业和本专业其余的工作集，使得系统显现更加清晰。

比如，给排水专业需要在建筑墙体上布置暗装消火栓或冲洗水栓。在确定具体位置后，系统会立即生成一个请求发送到建筑专业设计人员，经核实批准后，即可将消火栓放置在建筑墙体上，建筑设计人员也同时获取了其位置的信息，避免了专业间提供资料的过程，保证了设计的高效率。

（3）参数化设计

BIM技术彻底改变了在二维CAD给排水设计中，以线条的形式表示各种管线、器材和阀门配件，并且辅以标注和注释的设计模式。在Revit中进行建筑信息模型的设计时，每个专业的信息都可以被直观的进行读取，三维模型中的线条和构件在创建的过程中，都进行特定的赋值，自身携带可被读取的信息，这对于不同专业间信息交流十分便利。例如，在传统地铁站生产、生活给水系统设计过程中，水力计算结果需要通过特定软件进行核算，而采取BIM技术则可以直接读取每个卫生器具和设备的参数信息，并在设定管道水力特性后，自动对实际管径设计进行模拟及修正，极大的提高了设计效率。

（4）材料表统计

在传统设计过程中，图纸绘制完成后需要对工程量进行统计并以此为基础进行工程概算。由于种类多，信息量大，整个过程耗时耗力。不仅如此，由于地铁工程设计方案在前期受到外部影响较大，建筑方案的调整对给排水设计必将会造成影响，进而导致了工程量及概算结果的变化。在这个过程中，人为因素造成的误差对于概算的影响是不可估量的。而在BIM技术中，由于管线和设备都是参数化设计的，在工程量统计时便减少了人为统计的作业环节。并且，BIM具有按照要求生成材料表的功能，且材料表可以根据模型参数的修改自动更新。

3、Revit软件对给排水专业在实际应用中存在的问题

（1）国内尚无适合国内规范与标准的BIM解决方案

笔者在本文中阐述地铁BIM模型建立是在Autodesk Revit的环境下完成的，模块和标准不能很好的适应国内环境。目前，国内尚无厂家为BIM提供解决方案，也没有在Revit环境下开发出成熟的适合国内标准和设计师习惯的插件，很多机械设备的欠缺和标准的不同更为模型建立带来不便。

（2）Revit软件二维功能不完善

一个模型的建立，也要以图纸的形式指导施工，但Revit软件中二维的管道标注缺少对系统类别的区分，各系统管道在平面图上仅能够以颜色作为区分，好多管道调整和标记需要手动完成，极大降低模型建立的效率。

（3）模型构件族库严重不足

地铁设计不同于普通民建，其中涉及到很多特殊机械设备与管道配件等，而目前Revit仅提供部分常用族库，并没有针对地铁设计给出特殊族库的选择，例如污水一体化提升设备、冲洗水栓、倒流防止器、消防设备箱等。

4、结束语

利用BIM思想建立的三维模型，不仅能够直观的展示空间模型，而且每个模型构件自身都携带可读取的信息。这对于整个项目全生命周期的各个阶段实现数据共享与交流起到极大促进作用。虽然BIM建模是一个繁琐的过程，但前期投入的增加可以为后期节省很大的工作量，这相当于BIM将整个工程阶段提前化。BIM着眼于项目的全生命周期，为施工建设和维护管理提供极大便利，必将成为地铁设计行业的大势所趋。

参考文献

[1] 苏斌，苏艺等. BIM在地铁站点工程中的应用探索[J]. 土木建筑工程信息技术，2013（6）:95~100.

[2] 柯尉. BIM技术在地铁车站工程中的应用初探[J]. 铁道勘测与设计，2014（2）:39~43.

[3] 于金勇，林敏. BIM技术在地铁安装工程中的应用[J]. 土木建筑工程信息技术，2013（4）：86~91.

[4] 李雄华. BIM技术在给水排水工程设计中的应用研究[D]. 华南理工大学, 2009, 5~6.

[5] 赵昕. 建筑给水排水专业面临BIM抉择[J]. 给水排水，2012（11）：85~91.

[6] 梁超，濮文渊等. BIM在建筑给排水工程设计中的应用[J]. 给水排水，2012（1）：142~144.