地鐵人防工程設計施工中BIM技術的探討

宋 樺

(太原市軌道交通發(fā)展有限公司，山西 太原 030002)

1 概述

在過去的幾十年中，CAD的推行使設計師從手工畫圖發(fā)展為計算機繪圖[1]。把手中的紙質版平面模型轉化成計算機平面模型。隨著建筑結構的多樣化，設計師在短時間內很難完成項目的準確設計。當前二維的設計審核檢查不方便，審圖人員通過繪圖知識將二維還原為三維，往往難以發(fā)現(xiàn)其中的錯誤，尤其是空間關系的偏差，而這些在施工時才會發(fā)現(xiàn)從而造成工程更改，工期延長。BIM技術將很好的解決目前所面臨的問題，已經(jīng)是業(yè)內注視的焦點。

2 BIM概要

2.1 概念

BIM，Building Information Modeling，即建筑信息模型。是指通過建立一個虛擬的建筑，實現(xiàn)對實際項目的任何動作，首先在虛擬建筑上進行分析模擬，得到最優(yōu)方案，從而提高工作效率。該技術是一種模型信息的應用，此方式支持建筑項目的集成控制模式，可以使項目在全生命周期增加效率、大量降低風險。在國家“2011年—2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要”中已經(jīng)明確提出其發(fā)展方向和目標，可見BIM技術的應用既符合建筑科技的發(fā)展方向，又符合國家政策導向[2]。BIM技術在建筑設計施工中的實施路線如圖1所示。

2.2 優(yōu)點

1)提高設計工作效率。

基于BIM的模擬，可以形象地觀察項目的三維模型，其有別于常見的效果圖，而是可以含有材料、機電設備、組織計劃、成本等信息，形成完整的項目模型數(shù)據(jù)，在模型中包含了一切已知的建筑信息[3]。

2)簡化協(xié)同難度，提高設計質量。

BIM使多專業(yè)基于同平臺搭建模型，從而將3D全專業(yè)同步設計變?yōu)楝F(xiàn)實。建筑專業(yè)可以完成3D數(shù)據(jù)模型建立，用來渲染、節(jié)能、日照、通風、隔音等分析；結構專業(yè)則利用其中相關數(shù)據(jù)實現(xiàn)結構計算；設備專業(yè)可以據(jù)此實現(xiàn)負荷計算等。BIM將整個設計集成到相同的建筑項目中，各專業(yè)間的偏差會一目了然，工程師們可在3D模型中漫游瀏覽，同步修改自己的設計，從而減少了施工中的浪費，減少返工，降低成本。

3)修改簡便。

只要對工程做出調整，由此影響的所有環(huán)節(jié)均自動調整，各視圖中的剖面自動修改。BIM的該項優(yōu)點可以解決協(xié)調偏差，保證項目質量。

4)設計范圍廣。

BIM不只是用于設計過程，可貫穿于項目全生命周期。施工過程，BIM可以同步查看有關項目質量、進度以及成本的信息[4]。便捷地計算工程量清單、概預算、各過程材料使用等信息[5]。也可以實現(xiàn)全施工過程的可視化模擬與管控[6]。

3 地鐵人防工程的特點

人民防空，特指我國動員和組織人民群眾防備敵人空襲、消除空襲后果所采取的措施和行動[7]。地鐵作為人防工程的特殊建筑，已經(jīng)融入到人民的實際生活中，改善人們的生活質量，為保證工程的平戰(zhàn)結合[8]功能，地鐵人防工程的建設質量顯得尤為重要。

3.1 規(guī)劃方面

我國人防工程的建設采取平戰(zhàn)結合的策略，平時與地下綜合體合用建筑，戰(zhàn)時為人員掩蔽部、醫(yī)療救護站等工程。地鐵工程同樣兼顧這樣的作用。最主要的建設方向是與城市地上建筑相結合，采取附建式或單建式建筑模式，以便增加地下空間的使用效率。某地鐵車站人防工程建筑模型如圖2所示。

3.2 設計方面

由于工程特殊的戰(zhàn)時要求，因此在設計方面與地上建筑有較大差別。建筑結構上應充分考慮到戰(zhàn)時防御常規(guī)武器及核武器的打擊；暖通專業(yè)在設計戰(zhàn)時通風系統(tǒng)時，應增加濾毒通風裝置的設計布置，并考慮清潔、濾毒、隔絕三種通風方式的轉換，戰(zhàn)時某人防工程口部濾毒模型如圖3所示；機電專業(yè)應充分考慮內部防電磁打擊的電源設計；給排水專業(yè)應考慮地漏的防爆設計，進出人防工程的水管線路施行防爆加固，在防護掩蔽時間內工程自身儲水量的計算設計等。

3.3 施工方面

施工是BIM技術應用的重要部分[9]。因為人防設計特別需要考慮工程的氣密性能。建筑結構的施工必須混凝土一次性澆筑成功，管線洞口一次性預留到位，不允許進行后期墻上打洞。這就首先要求圖紙在設計過程中提高管線設計質量，預留洞口標注準確完整。施工單位充分理解圖紙。一旦進行后期修改，將嚴重影響到防護工程的防護性能。

4 BIM在地鐵人防工程中的應用優(yōu)勢

4.1 三維模型分析，優(yōu)化出入口及重要設備房間的設計

地鐵人防工程一般都需要設置多個出入口。因此，在方案設計階段，建立以BIM三維模型為中心的平臺，結合周邊建筑及地區(qū)的交通信息，利用BIM三維模型的可視化的優(yōu)點，確保工程的主要、次要出入口與周邊道路順暢銜接，使整個工程很好地融入到周邊建筑環(huán)境及地面景觀中，達到戰(zhàn)時掩蔽的效果。

4.2 多專業(yè)可視化協(xié)同設計

BIM的協(xié)同設計方法可以有效的解決各專業(yè)沖突問題。由建筑專業(yè)創(chuàng)建模型，各專業(yè)劃分設計范圍，創(chuàng)建各自的三維項目，并在自己專屬的專業(yè)工作集內開展設計。通過這種協(xié)同設計方法，可以搭建出具備唯一性的全專業(yè)三維建筑模型，各專業(yè)設計成果直接可視化，無需過多的人為干預，即可達到協(xié)同設計，保證模型信息的一致性和關聯(lián)性。因為增加了戰(zhàn)時防護相關的設計，工程中管線增加，利用BIM技術進行碰撞檢查功能，避免各設備專業(yè)管線碰撞，保證設計圖紙的準確性。

4.3 三維模型動畫更加直觀形象的模擬平戰(zhàn)轉換

人防工程的設計必須滿足預定的戰(zhàn)時防護要求，同時為充分發(fā)揮其平時使用效益。由于戰(zhàn)時和平時功能不同，通常要采取平戰(zhàn)轉換措施來滿足二者的功能轉化。

傳統(tǒng)的二維平戰(zhàn)轉換設計，通過兩張圖紙的綜合分析來表達平戰(zhàn)轉換功能，這種設計表達方法不夠直觀，增加了對設計的理解難度。而利用BIM技術，可以將平時平面圖和戰(zhàn)時平面圖集成于一個BIM模型中，通過REVIT軟件中的過濾器和視圖樣板功能控制模型的表達，準確切換平時模型和戰(zhàn)時模型，降低了對平戰(zhàn)轉換設計的理解難度。另外，還可以發(fā)揮BIM技術的4D模型設計優(yōu)勢，將各轉換構件施工的時間屬性集成于模型中，利用NAVISWORKS軟件的施工模擬功能，結合戰(zhàn)時的條件，模擬平戰(zhàn)轉換的施工全過程。這種方式可以有效控制轉換時間，保證在規(guī)定的時間內完成工程的平戰(zhàn)轉換，真正發(fā)揮人防工程戰(zhàn)時保障人民生命財產(chǎn)的重要功能。

5 結語

BIM技術的出現(xiàn)，給建筑設計、施工、運行維護等帶來了第二次革命，實現(xiàn)了從二維到三維的大跨度發(fā)展，并將四維的技術合理應用在施工過程中，實現(xiàn)了各部門之間從單獨工作到協(xié)同配合的過程轉變。由于地鐵人防工程的特殊職能，BIM技術在其建設中更加體現(xiàn)出了優(yōu)勢，保證工程質量，更好的保護人民生命財產(chǎn)安全。