基于 Revit 的地铁车站工程BIM 正向设计方法探讨

2021-09-24余元波

现代城市轨道交通 2021年9期

余元波

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉 430063）

1 引言

近年来，我国城市轨道交通进入快速发展期。建筑信息模型（BIM）技术作为一种全新技术在城市轨道交通工程领域中的应用也愈发广泛。

地铁车站工程作为城市轨道交通工程中的一项复杂系统工程，不仅需要政府、业主、设计、咨询、施工、监理、运营等多单位参与，而且涉及建筑、结构、区间、线路、轨道、通风空调、给排水及消防、动力照明、供电、火灾自动报警（FAS）、环境与设备监控（BAS）、综合监控、信号、通信、自动售检票（AFC）、站台门等众多专业，管线繁杂，信息量巨大。将BIM技术引入该领域，可以分析各种管线在各位置的综合排布情况、各设备及管线的运行状况等，从而达到优化设计、节省空间、保证功能、方便施工等目的。

然而，目前大多数地铁车站工程项目仍采用BIM逆向设计，即先完成车站土建、机电等各专业的施工图出图，然后利用BIM设计软件（如Revit软件）根据各专业施工图建立三维模型，完成翻模。逆向设计的三维模型主要用于管线碰撞检测、可视化展示等，无法充分发挥BIM技术的协同性、模拟性、参数化、信息化等优势。而BIM正向设计则是指项目从草图设计至交付全部成果的整个流程均通过BIM三维模型完成，利用该模型及其信息可自动生成和导出所需要的相关设计文件，保证模型数据信息的一致性和完整性。BIM正向设计的优势在于可实现方案优化、协同作业、设计信息参数化、计算和模型一体化、出图自动化等。

本文将以地铁车站通风空调系统为例，基于Revit软件应用，对BIM正向设计方法展开探讨，以期为地铁车站工程中的BIM应用提供参考和借鉴。

2 通风空调系统概述

目前，地铁通风空调系统分为开式系统、闭式系统和全封闭站台门系统3类。开式系统是利用列车在隧道内高速行驶时产生的“活塞效应”，使地铁内部与外界通过活塞风井进行气流交换，利用外界的新鲜空气给车站和区间隧道降温。闭式系统是通过在车站设置空调系统来排除车站的热量和湿气，并借助列车运行的“活塞效应”携带一部分车站空调冷风进入区间隧道来实现区间隧道的降温。全封闭站台门系统是通过在车站站台公共区与区间隧道之间安装屏蔽门将二者分隔开，车站利用空调系统、隧道利用通风系统实现降温冷却。其中，全封闭站台门系统在年能耗、年运行费用、初投资、舒适性、环境卫生以及人员安全性等方面均有较大优势，因此大多数城市地铁从资源利用、节能减排、乘客舒适度等角度出发，选择采用全封闭站台门系统。

全封闭站台门系统由区间隧道活塞/机械通风（兼排烟）系统（简称“隧道通风系统”）、车站区间排热（兼排烟）系统、车站公共区域通风（兼排烟）空调系统（简称“大系统”）、车站设备管理用房通风（兼排烟）空调系统（简称“小系统”）、空调水系统（简称“水系统”）以及车站重要设备用房的备用多联机空调系统（简称“备用空调系统”）组成。

3 BIM 正向设计方法

在对地铁车站通风空调系统进行BIM正向设计时，需考虑到地铁车站土建结构复杂、机电系统繁多、管线交错布置等情况，按系统进行分类设计，逐步完成各系统的BIM三维模型搭建。

3.1 协同设计

为实现协同设计的目标，应保证地铁车站各专业模型的一致性和同步性，因此需要建立各专业设计人员共同使用的协同设计平台。Revit软件是由Autodesk 公司设计研发的一款 BIM 建模软件，可以针对建筑、结构、机电、暖通、给排水等专业进行三维模型构建，支持CAD 图纸导入、创建构件明细表、创建体量模型、创建参数化构件、渲染、漫游及各类能耗分析等功能，并实现各专业设计人员的协同设计。

利用Revit软件进行协同设计主要有2种方式：①文件链接方式，即在Revit软件里建立一个中心文件夹，土建专业设计人员将其构建的BIM模型放入其中，机电专业人员在建模时链接土建模型，以此类推，从而实现各专业间的模型共享，此方式适用于不同专业间的协同设计；②工作集方式，即对中心文件进行设计任务和权限的划分，各设计人员针对属于自己的任务进行设计，其设计内容可及时在本地文件与中心文件间进行同步，各设计人员之间可相互借用属于对方构件图元的权限进行交叉设计，从而实现信息的实时共享和沟通，此方式适用于各专业内部的分工和协同设计。

在进行地铁车站通风空调BIM正向设计时，应通过文件链接的方式实现与其他专业的模型共享，避免管线碰撞等情况发生；专业内部可划分工作集，进行分工合作，例如，可按车站楼层位置分为站厅层、站台层、站台板下等，也可以按系统构成分为隧道通风系统、大系统、小系统、水系统、备用空调系统等。

3.2 项目样板设置

Revit软件包含了构造样板、建筑样板、结构样板、机械样板4种项目样板，每个项目样板分别对应了不同专业建模所需要的预定义设置。不同项目样板的区别在于根据不同专业的要求，对单位、线形、不同构件的显示等方面存在一定差别。选择一个好的项目样板可统一项目设计标准，避免后续的诸多重复性工作，大幅减少建模工作量以及出错概率，有助于提高建模工作效率、提升建模质量。因此，在进行BIM正向设计前，应利用Revit软件的项目样板功能，制作符合设计院出图标准的标准化项目样板。标准化项目样板设置界面如图1所示。

图1 标准化项目样板设置界面

此外，由于项目类型、体量大小的不同，其项目样板文件中所包含的内容也存在差异。在进行地铁车站通风空调系统BIM正向设计时，应考虑到不同地铁线路的设计标准、技术要求等有所不同，根据各地铁线路的具体情况，从通风空调建模平面、互提资料平面、视图设置、图例及设计说明设置、明细表、图纸布局、族库及其他设置等方面对标准化项目样板进行相应调整。

3.3 模型搭建

通过使用Revit软件，在链接建筑、结构等专业的BIM模型，选择并设置全线标准化项目样板之后，便能够开展全线车站通风空调系统BIM模型的搭建。

由于地铁车站通风空调系统的构件种类繁多，包括冷水机组、风机、水泵、空调器、风阀等，因此搭建通风空调系统BIM模型所需的族文件数量众多，需要根据通风空调系统涉及的族类型对项目样板里的族库文件进行全面完善和补充，以避免花费大量时间临时制作某个族文件，从而提高BIM模型的搭建效率。地铁车站通风空调系统族库设置界面如图2所示。

图2 地铁通风空调系统族库设置界面

地铁车站通风空调系统BIM模型搭建完成后，可以利用该模型和项目样板里的提资模板，完成对电力、BAS、FAS等相关专业的互提资料，以保证通风空调设备、阀门的正常运行；可将影响车站装修设计的通风空调设备、风口等三维模型资料提交给建筑装修专业设计人员，供其在设计时参考；还可将该模型提交给车站综合管线设计人员，便于其开展管线调整、碰撞检查等工作。此外，施工单位可以利用相关BIM模型在施工前快速、全面、准确地检查出设计图纸中的错误、遗漏及各专业管线间的碰撞等问题，并据此对相关施工方案进行修改，从而有效地减少返工和控制成本。

4 BIM 正向设计相关的 Revit 软件二次开发

考虑到目前BIM正向设计效率较低的现状，根据地铁车站通风空调系统特点对Revit软件进行二次开发十分必要。目前已有许多关于图纸设计说明、图例展示、DWG及PDF格式文件导出等功能的Revit软件二次开发研究，解决了BIM技术在工程设计和出图过程中存在的诸多问题。为进一步提高BIM正向设计的效率，可根据地铁车站通风空调系统BIM正向设计的现状及要求，从以下2方面入手开展Revit软件二次开发。

（1）模块化设计。采用结构体模块化、集成化设计方法可大幅提高工程设计的效率。通过对Revit软件进行二次开发，可将地铁车站通风空调系统的各构件及其相关附件编制为组模型，如活塞风机及附件（图3）、空调水泵组及附件（图4）、冷却塔及附件、冷水机组及附件、分集水器及附件等；在进行通风空调系统BIM设计时，只需对其局部参数进行调整，就可实现快速建模。以车站大系统为例，可将某标准车站公共区A端管网布置制成组模型，在设计其他车站时，通过载入该组模型，并在此基础上根据具体情况（如风速等）调整风口、风管尺寸及其在平面图上的位置，实现模块化设计。

图3 活塞风机及附件的组模型

图4 空调水泵组及附件的组模型

（2）自动化设计。目前，通风空调系统的管线布置、负荷计算、管道水力计算、设备参数选型等无法通过Revit软件自动实现，需要借助其他辅助设计工具才能完成，因此对Revit软件进行二次开发以实现自动化设计十分必要。以车站小系统为例，通过Revit软件二次开发可实现Revit软件与Dynamo编程工具的数据交换，从而完成自动化设计。首先利用Revit软件的空间和分区功能对建筑模型的设备区房间进行空间划分，并设定分区名称；然后利用Dynamo编程工具可根据Revit软件设定的分区名称对房间名称、面积、层高等信息进行筛选，并根据房间名称进行送风温度、人员数量及设备负荷等输入设置，从而实现对各房间冷量、风量的自动计算，小系统空调器和回排风机的自动选型，以及风口、风管及机组的自动布置及调整等功能；此外，还可以使用Dynamo程序进行阀门自动编号，杜绝设备阀门人工编号过程中容易出现的纰漏。