BIM技术在地铁车站暖通系统设计中的应用

2020-11-29

中国科技纵横 2020年17期

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉 430063）

0.引言

随着我国城市化步伐的不断加快，城市轨道交通飞速发展，地铁作为城市轨道交通的重要组成部分，其地下车站具有空间小、专业多、管线复杂等特点。在传统CAD设计过程中，不仅暖通专业与土建专业甚至各系统专业之间协调配合工作量巨大，而且从设计到施工过程中也易出现孔洞遗漏、管线碰撞、检修空间不足等问题。随着BIM技术的发展与应用，可极大提高专业协同工作效率、优化各专业管线排布、减少差错漏碰等问题，同时有助于降低施工成本、缩短施工工期、提高施工质量。

1.地铁车站暖通系统设计概述

地铁车站暖通系统主要由隧道通风系统和车站通风空调系统组成，主要为乘客提供过渡性舒适的环境，为地铁工作人员和设备提供良好的工作条件，为设备提供良好的运行环境。同时，当发生火灾时，通风空调系统为乘客和消防人员提供新鲜的空气并排除烟气和控制烟气流向，保证乘客安全地疏散。阻塞运行时，保证区间隧道的温度满足列车空调冷凝器的运行要求。

1.1 隧道通风系统

隧道通风系统包括区间隧道通风系统和车站隧道通风系统，主要负责在列车正常运行时有效排除隧道内余热余湿，确保隧道内最高平均温度小于40℃。列车阻塞时，向阻塞区间提供一定的通风量，控制隧道温度满足列车空调器正常运行及补充列车内乘客所需的新风量。列车火灾时，及时排除烟气和控制烟气流向，保证乘客疏散及消防扑救需要[1]。

1.2 车站通风空调系统

车站通风空调系统包括车站公共区通风空调系统、车站设备管理用房通风空调系统和车站空调水系统。正常运营时，车站公共区通风空调系统为乘客提供过渡性舒适环境，车站设备管理用房通风空调系统为工艺设备提供良好的运行环境、为工作人员提供舒适的工作环境，车站空调水系统为大、小系统提供冷冻水满足空调器运行、调节要求。火灾时，迅速排除烟气或阻断火源、烟气，同时为乘客提供一定的相对于疏散方向的迎面风速，诱导乘客安全疏散[2]。

2.BIM技术在车站暖通设计中的应用

地铁系统中的暖通系统复杂、管线繁多，主要包括车站公共区通风空调系统风管、车站设备管理用房通风空调系统风管、防排烟系统风管、冷冻水管、冷凝水管、冷媒管等，很多管道线汇聚在一处直接导致机房、走廊和房间管道繁杂，并且各个线路互相交叉和重叠。因此在使用传统CAD二维设计的过程中，通常只会对平面中的大致排列布局和位置进行分析，直观查看的难度较大，最后致使施工环节发生多次管道线路互相碰撞、穿梁以及难以排布的问题。通过对BIM技术的合理应用有助于对管道在各个位置的整体排列布局进行分析，考虑设备和管道的具体运行情况，进而满足设计的要求，大大节省了空间，确保性能，为施工提供便利[3]。

暖通专业BIM设计需准备几点基础资料：（1）建筑、结构可链接的设计文件、项目坐标等；（2）完整的设备族库，合理的机械设备族库有助于实现管线和设备的连接；（3）合适的项目样板文件，符合项目需求的样板文件可以大大提高设计效率，为后期工作夯实基础。

BIM技术在暖通设计中的应用主要从四个方面进行展开：（1）平面图绘制。首先对建筑区域进行合理划分，明确管线系统种类，再根据管道特性完成对应类型管道的绘制工作，并对各系统建立各自的过滤器，同时完成管道与空调器、风机、冷水机组、水泵等设备及阀门的连接。设备区内走道和环控机房的风管线最为复杂，在绘制时需要密切观察管线碰撞情况，使用BIM可视化技术认真观察三维视图旋转情况。根据过滤条件，设置自动化检测，检测相应类型的碰撞。风系统绘制时应注意风口、阀门、设备、弯头、三通、堵头等构建与风管的连接情况，保证系统连接完整，并进行系统完整性检查，完整的系统模型方可进行水力计算，并根据水力计算结果优化系统设计方案。（2）剖面图、系统图绘制。相较于传统CAD技术，剖面图和系统图的绘制更加简便，剖面图根据需要确定剖面位置，直接形成相应的剖面图，系统图也可根据视图设置自动生成，大大提高设计效率。（3）设备材料表统计。地铁车站工程较为庞大和复杂，在实际施工过程中会形成大量的参数信息，通过对BIM技术的合理使用能够突破传统数据统计模式，在信息建模的作用下快速产生设备明细表，对阀门的数量、材料、管道长度等进行自动化统计。（4）布局出图。基于模型文件生成相应图纸，包括平面图、剖面图、立面图、局部放大图、详图、明细表、图纸目录等，且这些图纸内容均与模型文件相互关联，同时可以在Revit软件中直接批量导出为PDF图纸[4-5]。

3.BIM技术在车站暖通设计中的应用优势

（1）可视化。BIM模型和现场管线布置可实现一一对应的效果，能够将暖通系统的管线及设备布置情况完全显示出来，对于顺利开展施工具有重要的指导作用。并且还能够通过横纵剖面甚至三维视图全面显示管线及设备布置，清晰直观。（2）管线优化。设计人员进行模型的整合，实现对整体模型的平行协调后，可利用碰撞检测功能。通过检测的详细报告发现视觉上难以发现的问题，例如互相碰撞及干涉问题，并进行有效修正，完成管线的优化[6-7]。（3）协同设计。同传统设计模式进行对比，BIM模型能够整合全部信息，全部专业都围绕一个模型展开，进行信息的读取，对设计人员的修改进行有效观察，使各专业之间配合工作模式得以简化，并且提高了协同的有效性和联动性，协同设计效果明显。（4）工程量统计。对传统设计方式，工程量统计需要根据二维图纸进行设备、部件和管道配件的一一计数，之后将其分类，在表格中统计。而通过BIM设计能够实现对各设备构件的自动统计，形成完整的统计报表，大大提高工作效率[8-9]。

4.BIM技术在车站暖通设计中的应用前景

BIM技术在欧美发达地区发展应已趋于成熟，并且具备相关标准规范。我国BIM技术正处于飞速发展阶段，从二维设计到三维设计的转变不仅仅是设计行业的一大变革，也会对施工、建设、运营等诸多方面带来巨大影响。从设计来说，BIM技术应用于地铁暖通设计优势明显，BIM设计的推广与应用势在必行。随着BIM技术的研究、创新、发展，其在地铁车站暖通设计中应用前景广阔。