机场航站楼弱电消防BIM正向设计实践

摘要：机场航站楼作为典型的大型公共建筑，其建筑空间关系复杂，功能分区多样性高，对设计工作带来了极大的挑战。其中弱电消防专业因自身设备数量种类多，与其他专业联系紧密，BIM正向设计推进阻力较大。本文结合某大型4F机场航站楼的全正向设计经验，分析了机场航站楼弱电消防设计的难点，梳理了弱电消防与各专业间的配合流程，挖掘与其他机电专业间的信息交互方式，基于自研的二次开发插件实现高效的BIM正向设计。

关键词：正向BIM设计；机场航站楼；弱电消防；二次开发插件

随着项目对于设计交付的精细程度要求越来越高，同时国家大力推进建筑信息模型（BuildingInformationModeling，BIM）的交付，正向BIM设计已成为未来设计的发展趋势。

而随着BIM技术在设计中的大范围应用，软件适用性不强、设计配合流程的不完善、生产效率退步等问题也逐渐暴露，并严重影响了项目推进及成果交付，其中尤以机电设计为甚。因此，为了满足项目交付需求，迎合未来精细设计、智慧设计的发展趋势，各设计专业亟须定制化、高效率的设计辅助插件，完善的BIM配合提资流程，让设计师能更为高效地完成设计工作［1］。

此外，精细、准确的BIM模型还可助力机电设备信息统计、投资控制、项目审计等工作。结合设备的运维管理平台，可更直观地实现全生命周期的运维管理。

目前三维设计中虽有部分插件可以支撑设计［2］，但是针对具体项目级别的设计仍显得不够便捷，且大型项目存在经常修改的情况时，问题尤为突出，而目前以及以后的项目都是功能多变且越来越复杂，数字化灵动地应对这些复杂多变的场景成为以后三维数字化设计的发展方向和趋势。

1机场航站楼弱电消防设计特点

1.1自身建筑特点

机场航站楼作为典型的大型公共建筑，其建筑体量根据机场旅客吞吐量而定。国内4F级机场航站楼，建筑面积一般不小于30万平方米；4E级机场航站楼，建筑面积一般不小于10万平方米。考虑到旅客视觉观感及复杂的行李运输系统建设，其建筑形式多呈现出大空间错落复杂的形式。

1.2火灾自动报警系统特点

正因为空间关系上的错综复杂，为机电专业的管线敷设及设备布放带来了一定的挑战。其防火分区也并非类似传统建筑，引入了防火控制区、防火隔离带、防火仓、独立防火单元等概念措施，以解决大空间的火灾扑救及疏散不能满足建筑防火规范［3］及火警规范［4］的问题。因此火灾探测器的设置需充分了解建筑的空间关系，对于高大空间及管廊等特殊区域还需采用图像型火焰探测器、吸气式感烟火灾探测器、线型光束感烟探测器、分布式光纤感温火灾探测器等多种特殊火灾探测手段；对于机场航站楼这种重要公共建筑，一般还要求采用环形总线回路形式以增加系统的可靠性。

1.3消防联动控制系统特点

消防联动主要关联其他机电专业的设备需求。暖通专业涉及补风、送风、排烟系统的风机及末端风阀的联动控制；消防水专业涉及消火栓、喷淋、水炮系统的水泵即末端设备的联动控制，还包括气体灭火、稳压系统的联动控制；强弱电专业包括切非消防负荷、防火卷帘、门禁释放、广播强启等系统的联动控制。由于弱电消防专业需接收以上各系统的联动提资需求，在设计过程中也需要不断接收提资，导致整个弱电消防系统设计呈现不断调整、难以闭合的状态。

2辅助工具开发与应用

2.1开发平台

本次BIM正向设计采用Revit2019作为基础平台软件，Revit是Autodesk公司一套系列软件的名称。Revit系列软件是专为建筑信息模型（BIM）构建的，可帮助建筑设计师设计、建造和维护质量更好、能效更高的建筑。

二次开发集成开发环境采用Visualstudio2022。该软件并不是单个的开发软件，而是一套开发工具集，它能为用户提供UML工具、代码管控工具、集成开发环境（IDE）等，其包含重构、导航、Debug调试基本功能，拥有更快的加载编译，更多协作和智能功能也是该软件和同类型软件相比的优势所在，一款程序的所有生命周期几乎都能通过这个软件来完成。

2.2辅助工具功能

2.2.1消火栓按钮自动布置

该功能为在模型中自动读取选中区域的消火栓位置，并在对应的位置生成消火栓按钮。其不仅是单纯在二维视图中替换，消火栓按钮相对楼层标高也是根据消防栓标高进行换算的。

2.2.2模块箱联动点位统计

基于各机电专业采用定制族库，机电提资设备可自带提资联动交互信息。该功能定制模块箱图元已实现将联动交互信息条目写入属性中。在平面视图中框选接入该模块箱的联动设备，程序将自动计算并加总所需要的I/O模块数量，并将计算结果赋值到对应的模块箱，使之能统计出相应的模块箱中的I/O模块数量。

2.2.3消防端子箱系统图生成

消防端子箱的生成由两个部分组成，消防回路参数化族和消防端子箱参数化族。

消防回路参数化族对消防回路中所连接的感烟探测器、短路隔离器、I/O模块及所联动的设备进行了预设。

消防端子箱参数化族则对端子箱回路数量、消防泵、消防风机、区域显示器等多线设备的类型进行了预设。

在设计过程中，在平面视图中依次框选消防回路所对应的设备，程序可以对应计算统计每个回路所涉及的设备数量，并生成多个对应的消防回路系统。在对应的回路系统生成后，程序将回路系统按所选次序组装到消防端子箱系统，即可生成整个消防端子箱系统。

3弱电消防BIM正向设计实践

3.1BIM正向设计现状

我院作为国内大型民用建筑设计单位承接了多个国内大型机场航站楼的设计工作。

项目1为较早设计的项目，全专业均为二维CAD软件进行设计。专业间配合难度较大，尤其是涉及机电专业间的信息交换，后续修改检查带来了较大工作量。

项目2为近年设计的项目，土建专业相关软件及插件较为成熟，具备全正向设计的条件。然而机电专业正处于摸索阶段，部分主要管线、桥架、风机水泵设备实现了BIM正向设计。由于弱电消防涉及的末端点位数量巨大，相关的辅助插件及专业间的信息交换流程亦不成熟，并未采用全系统正向设计，仅实现了桥架的碰撞调整配合工作。在设计后期出现了机电专业的交互提资反复在二维CAD和三维BIM切换，严重影响了设计效率。弱电消防的联动系统设计效率甚至劣于传统二维设计。

项目3为近期完成设计的项目，设计流程及插件工具均趋于成熟，全专业均实现了BIM正向设计，其中机电专业共用同一个中心文件，实现了信息流的畅通交互。

所列的三个项目仅代表我院近年来BIM正向设计工作开展上所经历的几个阶段。

3.2项目概况

以项目3为例，对弱电消防BIM正向设计中的工作进行介绍。

项目3为建筑面积50万平方米的新建机场航站楼，近机位登机口95个，远机位登机口16个；目标年2030年，旅客设计吞吐量4000万/年人次，其中含国内旅客3100万/年人次，国际旅客900万/年人次。

整个建筑由A～E五个指廊及F区大厅构成，自B1F至L3夹层合计7层，总建筑高度44.65米。

3.3专业间信息交互

由于机场航站楼项目的体量巨大，在专业间采用了相对的分离模式，即建筑单专业模型、结构单专业模型，给排水、暖通、电气三个专业合用一个MEP模型。其次，拆分成3个专业模型后还需要根据每个专业的项目规模进一步拆分。根据实际情况，拆分成了A、B、C、D、E5个指廊和F大厅区共计6个MEP模型。

MEP与建筑和结构之间采用链接的方式进行信息交互配合，MEP之间采用共中心文件同步的模式进行信息交互配合。

3.3.1与建筑专业的交互配合

在链接建筑的模型后，需要建筑给出对应的提资视图。建筑需要向弱电消防专业提供的提资视图有提资设备—平面图和提资设备—吊顶图。

3.3.1.1提资设备—平面图

在提资设备—平面图中需要注意的提资要点为：闭合的房间及房间名称标注；防火门、防火卷帘；楼梯的方向；非结构墙采用细线无填充。

3.3.1.2提资设备—吊顶图

在提资设备—吊顶图中需要注意的提资要点为：对应的吊顶区域边界；非实吊顶的镂空率。

弱电消防专业需要向建筑专业提出的视图为：提资建筑—机房及留洞图。

3.3.2与结构专业的交互配合

与结构专业的配合主要是接收与结构相关的竖向构件和梁图。火警探测器的布置需要依据《火灾自动报警系统设计规范》（GB5011620136.2.3）规定，探测器的布置需要结合梁的关系进行布置。

梁图的提资视图可通过过滤器来进行颜色的区分，使得设计师能快速根据情况进行布置。以梁突出顶板的净高进行分界，0～200mm、200～600mm、600mm以上分别以不同颜色区分，便于弱电消防专业核对。

3.3.3与给排水专业的交互配合

使用提资视图样板——水专业需要联动的设备全部在视图中显示，用于弱电消防专业核对相关资料，弱电消防专业内部使用视图样板直接过滤接受相关的阀门、管道附件，使用前文的插件辅助功能实现消火栓按钮追踪定位消火栓并一键同位置布放。

此外应注意与给排水专业协同商讨水炮的安装位置和方式，便于规划水炮控制和供电线缆的敷设方式。

3.3.4与暖通专业的交互配合

使用提资视图样板——暖通需要联动的设备全部在视图中显示，用于弱电消防专业核对相关资料，弱电消防专业内部使用视图样板直接过滤接收相关的阀门、管道附件。

暖通专业因末端风阀种类及数量众多，本次项目与暖通专业共合计创建参数风阀16种，全项目累积提资风阀3452个。正因为使用同一中心文件协调设计，风阀的变化可实时反馈，弱电消防布线可自动追随风阀移动，实现正式出图时风阀零误差。

3.3.5与强电专业的交互配合

使用提资视图样板——强电需要联动的设备全部在视图中显示，并填写相关参数，用于强电专业核对相关资料，消防联动平面使用视图样板直接过滤接收相关的配电箱。

因风机设备的消防联动控制是通过配电箱实现的，需要强电专业手动填写配电箱数据，这势必会增加强电专业的工作量。但对于强电专业来说，设备信息完善有利于其自身后续功能插件的开发，基于设备信息我院同样开发了配电系统图快速生成的工具以提供设计效率。

3.4成果交付

本项目弱电消防图纸共交付283张，其中所有平面图及回路系统图均采用REVIT直出，部分系统架构图及安装大样图采用CAD出图，BIM实际直出率达到77%。此外应用REVIT的明细表二次开发，对模型中的主要设备进行了数量复核，极大地减小了设备统计的工作量。

作为BIM设计的传统优势，在管综优化上也完成了相应的工作，实现弱电消防设备桥架0碰撞，为后续施工排产节约了时间。

结语

本文以某大型4F机场航站楼的全正向设计为例，分析了机场航站楼弱电消防设计的难点，梳理了弱电消防与各专业间的配合流程，挖掘与其他机电专业间的信息交互方式。基于自研的二次开发插件实现高效的BIM正向设计，为后续其他项目的全正向设计提供了技术参考。此外我院也正在开发自研三维设计平台，文中所提及的功能也正在进行适配移植工作，相信未来的正向设计将越来越智能。

参考文献：

［1］杨志锋.BIM技术在建筑电气设计中的应用［J］.工程建设与设计，2023（20）：114116.

［2］张健，魏志刚.高大空间消防参数化设计方法研究［J］.建筑电气，2022，41（01）：1620.

［3］公安部天津消防研究所，公安部四川消防研究所.GB500162014建筑设计防火规范（2018年版）［S］.北京：中国计划出版社，2018.

［4］公安部沈阳消防研究所.GB501162013火灾自动报警系统设计规范［S］.北京：中国计划出版社，2014.

项目基金：中国建筑西南设计研究院有限公司青年科技研发计划课题，课题名称：基于BIM的大型机场弱电消防系统正向设计及应用研究，课题编号：R202266EY2023

作者简介：陆家明（1993—），男，汉族，黑龙江牡丹江人，硕士，中级职称，研究方向：建筑电气与智能化设计。