地铁车站通风空调BIM设计常见问题探讨

崔德振，苏蒙

（广州地铁设计研究院股份有限公司，广东广州，510010）

0 引言

轨道交通工程关系国计民生，其安全、舒适和工期安排不仅是民众关注的焦点，也是政府关注的重点［1］。地铁建设工程量大、难度高、技术复杂、涉及专业广、管线复杂［2］，通风空调作为地铁机电的重要组成部分，其设计和建造过程极其繁杂。 近年来， BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技术的普及为地铁站通风空调的设计带来了极大的便利，高质量的BIM模型不仅能减少设计错误，加快施工进度、减少返工，还能为设备运营维护带来极大的便捷。某地铁线路BIM技术在机电设计中的应用，平均节省工期20天/站、机电安装造价125万/站［3］。与此同时，BIM技术应用中仍存在诸多问题，本文结合某地铁全线32个车站（正向设计车站6个）的通风空调BIM设计审查工作，对代表问题进行总结剖析，供同行参考。

1 BIM设计与常规二维设计的区别

二维设计时，通风空调专业在建筑底图上进行负荷计算、设备选型、管线布置，然后各专业管线汇总到一个平面上进行管线综合调整，之后根据调整完成的管综平面修改通风空调专业图纸中管线的位置和标高。二维设计时，各专业、各类型管线的空间关系表达困难，其碰撞情况的检查和调整难度大。BIM设计时，通风空调专业可以直接利用土建模型，建立负荷计算单元，根据指定的空间功能和空间信息，计算负荷、设备选型，之后在模型空间直接布置设备和管线［4］，各专业设备与管线在相同的模型空间内进行管线标高和位置的调整，不同专业和类别的设备和管线通过工作集和过滤器进行模型元素的表达与筛选。与常规二维设计相比，BIM技术通过参数化的模型，高度集成了项目的各种信息，具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性五大优点［5］。

与此同时，BIM设计也存在以下问题：1）软件和平台不完善，使用便捷性较差，部分功能待完善；2）模型标准不统一，在执行中对于模型准确性界定困难；3）相关设备和构件的族库不完善，与实际情况有较大出入；4）BIM设计工作量大，耗时费力，有经验的设计师使用BIM设计的意愿不高；5）单一软件无法胜任所有设计工作，需要多个软件配合使用（如CAD）。

图1 地铁站通风空调BIM模型总览

2 BIM设计常见问题

2.1 完整性问题

即通风空调主要设备、设施、管线及部件的完整性，包括风机、组合式空调器、冷水机组、水泵、水处理设备、多联机室内机及静压箱、消声器、分水器、集水器、风管、水管、冷媒管、风阀、水阀、风口、空调风管保温、冷冻水管保温等。

审查发现，以下设备或构件缺失的情况比较普遍：a、空调风管、冷冻水管保温和水管阀件；b、组合式空调器、冷水机组，隧道风机、消声器及组合风阀等尺寸较大的设备；c、风室平装的防火阀、机房内的人防插板阀及楼梯间余压阀等；d、空调送、回风口、气灭房间的下排风口及下排风管。

保温层的厚度（约30～50mm）对管线布置和安装的影响较大，而水管上的阀门和取源部件，其不仅规格尺寸大小不一，而且其对前后直管段长度以及安装的先后顺序都有严格的要求［6］。因此，BIM设计时应保证设备和构件的完整性，避免施工单位临场发挥，导致施工困难或达不到预期的效果。

图2 空调水管仪器仪表安装现状

2.2 专业性问题

即设计方案的合理性，是否符合相关规范、标准、专业技术要求等。

2.2.1 设备区排烟口设计问题

部分车站的排烟口被下方或前方管线遮挡，致烟气不能及时排除；个别车站排烟管及排烟口设于最下端，储烟仓厚度不满足规范[7]要求，且挡烟垂壁过低影响装修效果。设计时宜将排烟风管置于高处，烟气通道可结合走道的检修空间一并考虑，排烟口距前方管线应不小于排烟口的边长。

图3 走道排烟口被遮挡

图4 走道排烟口建议方案

2.2.2 站厅公共区气流组织问题

站厅层高一般在4.8米以上，通常将站厅公共区风管贴顶设置并将送风口直接安装在干管的底部，此时风口出流速度为静压速度与动压速度的合成，不利于风口风量的平衡调节[8]，且送风口过高时送风气流无法到达人员活动区域影响候乘舒适性，送风气流短路经回风口直接排出不利于空调节能。因此，站厅公共区空调送风宜单设支管将送风口下引至吊顶以上200～300mm处，回风管贴顶设置，回风口侧置或下置直接安装在干管上，如此既可保证活动区域温湿度，又便于风量平衡调节，还有利于空调节能运行。

2.2.3 空调冷凝水问题

部分车站空调送风口及多联空调室内机、冷媒管、冷凝水管位于电气设备及电缆桥架正上方，冷凝水滴落会对下方的电气设备和电缆造成一定的安全隐患。依规范［9］要求，空调的送风口、阀门及多联空调室内机均应避开电气设备的正上方，并与电气设备保持250mm以上的安全距离；空调冷媒管及冷凝水管也应避开电气设备和电缆桥架的正上方敷设。

4）管线综合布置问题

部分车站设备区走道和站厅出入口处空调水管设于电缆桥架的正上方（图5），甚至长距离上下平行敷设，而水管在运行和检修时有漏水的风险，对下方电缆造成严重的安全隐患。部分车站风管布置时，风管之间或与其他管线间距过小（图6），而风管管件、保温和防火板等的实际厚度会造成施工时安装空间不足。

图5 走道内空调水管

图6 走道内通风空调管线

站内管线多层布置时，应按照“风管在上（大管上、小管下）、电缆居中（高压上、低压中、弱电下）、水管在下（给水上、排水下）”的原则进行布置［10］，应避免水管位于电缆的正上方，水管接头严禁位于电缆正上方。风管之间或与其他管线间距应符合下列要求：平行布置时，应不小100mm；垂直交叉时，应不小于50mm。风管与墙体间距应不小于150mm，困难时应不小于100mm。非金属风管及外保温或外包防火板时，应按风管实际厚度计，应考虑保温层和防火板的厚度。风管布置间距还应保证阀门的检修空间满足要求。

2.3 便捷性问题

即管线安装需满足后期运营对检修的要求，包括阀门执行器、空调箱内部、空调过滤器、风机接线盒、冷水机组抽管清洗等的检修。

部分车站设备区走道内管线的检修空间过小，甚至水管铺满整个走道最下层，环控机房和风室内的风阀检修困难普遍存在，风机接线盒位置错误、组合式空调器过滤器拆卸口及检修门被遮挡等问题也时有发生，这些问题均无法通过模型碰撞检测发现，却会给后期设备的检修和维护带来极大的不便。因此在BIM设计时应进行逐个核查，充分利用软件空间可视化的优势，尽量避免该类问题的发生。

管线布置的检修空间要求［10］如下：a、管线宽度≤1.2m时，可从单侧检修；b、管线宽度＞1.2m时，应能两侧检修；c、风管仅一侧需要操作和检修时，可从单侧检修；d、检修空间应≥500mm，困难时≥400mm。走道内管线的检修空间建议在中部考虑，既相对节省空间，又利于综合支吊架受力，检修空间还可作为排烟通道。设计中应注意阀门执行器的位置，当执行器一侧检修受限时，可优先考虑将执行器调整至检修空间充足侧。设计中还应注意拼装防火阀的检修问题，其多个执行器使检修更加困难，必须在设计阶段即考虑充分。

图7 风阀检修困难现状

2.4 协调性问题

即风管与土建、装修、机电等之间的冲突协调，如：结构梁、柱、板、掖角，建筑构造柱、隔墙，装修吊顶及水管、桥架等。风管与桥架、装修、水管等的碰撞是管综BIM设计调整的重点，也是需要协调调整数量最多的问题，遵循本文2.2第4）及2.3相关原则逐一调整即可，本文不做论述。

BIM设计中，结构掖角和砌筑构造柱因其隐蔽性和普遍性，常会被忽略，而风管与之冲突时调整的难度和代价却很大，需特别重视。腋角是结构专业为缓解梁板结构局部应力集中而设置［11］，一般规格为300×900mm。构造柱是建筑专业为保证大面积砖墙的整体性和稳固性而设置［12］，分横向和竖向两种，一般规格为200×200mm。风管与掖角的冲突问题，建议在充分利用空间的基础上通过优化管线布局，以规避其影响，如将尺寸较小且检修较少的风管（如卫生间排风管）贴顶靠近腋角布置，其下方和旁边再布置大系统风管等尺寸较大的风管。风管与构造柱的冲突问题，建议处理方式如下：a、主风管与构造柱冲突时，优先考虑构造柱避让或在风管四周设洞口圈梁保证构造柱完整性；b、支管与构造柱冲突时，优先考虑优化支管布置以避让构造柱。

当然，类似问题最彻底的解决办法是尽量取消或减少掖角和构造柱的设置，但需要征得土建专业的同意。总之，无论采取何种方法，各专业间都应加强沟通与协调，以寻求影响最小、代价最小的解决方法。

2.5 其他问题

大多数车站模型中的设备与投产设备的规格有较大出入，这样BIM技术便无法发挥其应有的优势，有效地指导设计和施工。BIM设计中，不仅设备的规格尺寸要与投产设备完全一致，其接管位置、进出口情况及检修门、可动部件、操作面等情况也应与投产设备一致，这就要求我们，首先设备族库一定要完备且真实准确，其次设计所选用的族的类型和规格也应准确无误，只有如此，才能保证模型的合理性和可实施性，进而最大限度的指导设计、施工和运营。

3 结束语

随着政府的政策引导和建设、施工、设计的大力推广，广大从业者对BIM技术的使用日趋成熟和深入，BIM设计模型质量越来越高，其对工程建设的积极影响也越来越大。但当前国内仍有两个因素在一定程度上阻碍了BIM技术的应用：a、软件本身的不足及国产相关软件的不完善；b、BIM技术推广成本和利益合理分配制度缺失，BIM应用利益享有单位与成本付出单位不一致。只有切实解决好以上问题，项目各方的积极性才能被充分调动起来，BIM技术的应用才能走的更深更远，进而产生更大的经济技术效益。