針對地鐵設(shè)計預(yù)留孔洞在BIM設(shè)計中的核查策略

楊元年　盧立平　邵正龍

摘 要：地鐵站功能復(fù)雜，設(shè)計方案限制因素眾多。不穩(wěn)定的限制因素制約著出入口及風(fēng)亭的布置，從而引起車站內(nèi)部功能的調(diào)整。土建設(shè)計中，孔洞的預(yù)留對后續(xù)安裝工程至關(guān)重要，文章從工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)借助建筑信息模型（BIM）技術(shù)核查孔洞的方法。

關(guān)鍵詞：地鐵站孔洞核查;BIM碰撞檢查;BIM技術(shù)新應(yīng)用點(diǎn)

當(dāng)今地鐵交通軌道正在中國這片土地上大規(guī)模建設(shè)，其支撐著我國國民生產(chǎn)生活，發(fā)揮著越來越顯著的效益。顯著的社會效益及經(jīng)濟(jì)評價催生了我國各地地鐵項(xiàng)目建設(shè)的遍地開花，地鐵等基礎(chǔ)建設(shè)規(guī)模龐大。然而在地鐵軌道設(shè)計中，配合專業(yè)多達(dá)24個工種，多工種的良好協(xié)作、配合和協(xié)同設(shè)計至關(guān)重要，是保證地鐵建設(shè)的可行性、運(yùn)營的安全性和使用者的舒適性的必要條件。在近些年的運(yùn)營以及建設(shè)中，地鐵運(yùn)營對于舒適度的要求逐步提高，迫使地鐵建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，功能更加復(fù)雜;隨著現(xiàn)代生活方式的變革，使用者的體感舒適度及配套功能要求也越來越高，越來越復(fù)雜;隨著材料的更新、消防法令的更新迭代，消防保障設(shè)施品類增多，系統(tǒng)構(gòu)建也更加復(fù)雜。復(fù)雜的功能、安全的保障和舒適的體感等功能的實(shí)現(xiàn)，最終落在各種機(jī)械設(shè)備的引入和精確安裝之上，最終推演到要求土建設(shè)計及施工精確上，為機(jī)械設(shè)備的安裝提供充分且周全的條件，達(dá)到地鐵設(shè)備安全運(yùn)營和人員安全位移的目的。

地鐵工程多為地下工程，平面設(shè)計布置受地面地貌及地質(zhì)等多種客觀因素制約，地面上已有建筑性質(zhì)、市政、地貌及行政要素和權(quán)屬因素又會對地鐵出入口、風(fēng)亭及排風(fēng)方向產(chǎn)生諸多限制。地鐵方案是在一步步的限制要素條件下，逐步調(diào)整穩(wěn)定的。從最初的方案設(shè)計到施工圖設(shè)計，每一個條件的變動都會影響出入口或者風(fēng)亭的布置方案，將會對機(jī)電設(shè)計、安裝方案以及其他受限專業(yè)的設(shè)計產(chǎn)生較大的影響。每一次方案的修改對應(yīng)到建筑及結(jié)構(gòu)設(shè)計上，為設(shè)備安裝預(yù)留的孔洞洞口都會有變動。建筑設(shè)計作為協(xié)調(diào)主導(dǎo)專業(yè)，在施工圖中有專門的孔洞留洞圖章節(jié)，作為重要基礎(chǔ)性方案，布局協(xié)同其他專業(yè)設(shè)計，其他設(shè)備專業(yè)據(jù)此在樓板、墻體上預(yù)留孔洞，為設(shè)備安裝工程預(yù)留安裝條件。然而在施工過程中，往往條件變動多，造成圖紙班次多，孔洞預(yù)留會產(chǎn)生偏差、返工甚至錯誤。安裝工程開始前需要重新測量、設(shè)計，甚至在結(jié)構(gòu)板上重新打孔或者修正孔洞尺寸，造成極大的人力、物力浪費(fèi)，甚至因設(shè)計或者施工屬于不同單位，形成過高的溝通成本。針對這種情況，文章結(jié)合專業(yè)背景知識，借助建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)介紹一套解決方案。

1 ? ?思路

BIM技術(shù)作為新技術(shù)，在地鐵站設(shè)計中，將車站的構(gòu)成組件以族的方式呈現(xiàn)，因此，可以設(shè)計單個族描摹為地鐵站設(shè)計構(gòu)成各類洞口，洞口賦予可以進(jìn)行分類編寫，獨(dú)立并具備唯一性的編碼。在地鐵設(shè)計中由各專業(yè)設(shè)計人員搭建、相關(guān)配合設(shè)計師審核BIM模型各自專業(yè)的留洞，并編寫或者核對有效的洞口編碼，與系統(tǒng)分配的編碼嚴(yán)格對應(yīng);在項(xiàng)目環(huán)境下，利用族的批量編輯功能，在族中添加合理的空間占位體量，借助BIM軟件的自動碰撞功能，核查洞口與各專業(yè)設(shè)計模型中的空間占位關(guān)系。

2 ? ?軟件工具

建模軟件：Revit、Archcad、奔特利等;

檢查軟件：Navisworks Manage（以下簡稱NA）。

3 ? ?條件

在BIM工作開展之前，通過項(xiàng)目例會制度，多專業(yè)人員共同制定圖紙對BIM人員的提資標(biāo)準(zhǔn)或者規(guī)則，主要確定協(xié)同中的原點(diǎn)與空間協(xié)同準(zhǔn)則設(shè)置問題。在準(zhǔn)則下，設(shè)計人員正向設(shè)計各自的專業(yè)內(nèi)容或者按照傳統(tǒng)，參照圖紙建立BIM模型。模型應(yīng)當(dāng)按照專業(yè)分開建立，如果界面需要更加細(xì)致的劃分，甚至可以在專業(yè)的基礎(chǔ)上分層、分區(qū)域、分系統(tǒng)細(xì)化建模，以方便精準(zhǔn)檢查模型，形成細(xì)致的組織管理及核查的組織構(gòu)架。

孔洞在建模中需要做專門的設(shè)計。常規(guī)方法中，一種是通過軟件設(shè)置的功能豎井等，對樓板開洞;一種是在樓板建模過程中，直接留出洞口。這兩種方法滿足設(shè)計表達(dá)和模型模擬施工管理要求。然而對于地鐵設(shè)計，不能滿足專業(yè)配合精度的需求和信息迭代管理的需求。地鐵設(shè)計中孔洞圖紙需要土建專業(yè)以外的十多個專業(yè)根據(jù)功能設(shè)計審核，因此，地鐵站BIM設(shè)計中需要體現(xiàn)孔洞的專業(yè)類別，還要進(jìn)行唯一性的系統(tǒng)編號管理。在這種特殊的要求下，常規(guī)方法建立的孔洞都不能滿足管理上的需求和專業(yè)協(xié)同設(shè)計的管理需要。

針對地鐵設(shè)計的工作需要，根據(jù)BIM工具自身的功能，設(shè)計出可由參數(shù)約束的基于樓板、墻體的孔洞族或者坑洞族。通過參數(shù)約束調(diào)整尺寸大小，并可對孔洞進(jìn)行分類編號的標(biāo)注。樣例如圖1所示。

在圖1中，KD0315表示孔洞尺寸X向300 mm寬，Y向1 500 mm高;RD或者E表示專業(yè)代碼;2C表示所在標(biāo)高或者層數(shù);4/B代表軸號4軸與B軸相交區(qū)域;002或者05代表孔洞在本層的編碼;

首先，通過族樣式的孔洞在樓板或者墻體上直接開孔，也可以達(dá)到孔洞精確的表達(dá)設(shè)計的需要;其次，作為個體孔洞族，可以通過標(biāo)簽引注出洞口的編碼信息，且通過明細(xì)表，在專業(yè)分類的基礎(chǔ)上，批量進(jìn)行管理、核對、編碼等工作，提升孔洞編碼工作的效率，節(jié)省大量的核對、校審工作;再次，孔洞表達(dá)的唯一性，無論在三維、平面、立面還是剖面上，讀取孔洞的編碼，節(jié)省了大量的反復(fù)核對工作;另外，通過利用孔洞族批量更改的特性，可以將占位體量加入到孔洞族中，注意劃歸的類別，通過NA的不同類別間的碰撞檢查功能，驗(yàn)證孔洞族開孔尺寸與結(jié)構(gòu)空間的占位、預(yù)留避讓尺寸是否匹配，檢測特殊要求的安裝孔洞周邊預(yù)留空間是否滿足需求。

4 ? ?方法

設(shè)計孔洞族，可以在墻體、樓板等上直接開符合要求的孔洞，且要滿足設(shè)計要求。在項(xiàng)目環(huán)境下，需要開辟孔洞族的數(shù)據(jù)統(tǒng)計條件，如尺寸信息、編碼信息、空間占位信息等。

在協(xié)同好的模型中，剝離設(shè)置有孔洞的建筑模型，選取孔洞族，在編輯族的狀態(tài)下，加入占位體量，占位體量在平面上與尺寸有一定的邏輯關(guān)系，在高度方向上選取適當(dāng)?shù)姆秶?。設(shè)置好后，載入到原有項(xiàng)目文件中覆蓋原有孔洞族。然后在NA中，更新建筑模型，通過碰撞檢測功能，選取孔洞設(shè)置的類別與結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行碰撞檢查，通過軟件批量檢查設(shè)備安裝區(qū)域占位是否合理或者有沒有專業(yè)交叉等問題。

因?yàn)橥两ㄊ┕ぶ姓`差是一個范圍，不是一個精確的值，因此碰撞可以設(shè)置為硬碰硬，且碰撞深度根據(jù)誤差范圍控制碰撞值，設(shè)置好數(shù)值后進(jìn)行碰撞，NA軟件自動檢測出孔洞設(shè)置與架構(gòu)框架、剪力墻體、結(jié)構(gòu)柱之間的碰撞，并且生成報告?？筛鶕?jù)報告甄別有效的碰撞結(jié)果，根據(jù)NA提供的IP地址號碼修改調(diào)整。重復(fù)檢測，原則上直至消除碰撞。然后在建筑模型環(huán)境下，再次修改孔洞族，將孔洞族中的占位體量刪除，重新在項(xiàng)目環(huán)境下替換回孔洞族。

5 ? ?結(jié)語

利用類似計算機(jī)輔助設(shè)計（Computer Aided Design，CAD）中批量修改的功能，在BIM工具中開發(fā)滿足地鐵設(shè)計的孔洞族，在孔洞族模型中抽象地加入孔洞占位體量，借助體量的空間占位檢測與結(jié)構(gòu)模型中限制因素的碰撞關(guān)系。這種方法精確又高效，在省去設(shè)計人員的合圖拍圖工作的同時，擴(kuò)大了BIM模型的應(yīng)用范圍，更好地提升了設(shè)計的質(zhì)量。

借助BIM語言下的個體承載對應(yīng)的信息，對信息進(jìn)行有效的植入、讀取等，方便在各個維度上表達(dá)建筑設(shè)計中的孔洞信息。將會為設(shè)計師免去繁瑣的查詢、編碼、校驗(yàn)工作，在建筑設(shè)計中開辟一種新的方法表達(dá)設(shè)計語言。

在BIM輔助表達(dá)設(shè)計的當(dāng)今建筑設(shè)計領(lǐng)域，從設(shè)計成果出發(fā)，借助BIM技術(shù)模擬設(shè)計，建造發(fā)現(xiàn)問題的方法越來越重要的同時，立足建筑類型，總結(jié)不同的建筑設(shè)計特點(diǎn)，開發(fā)適宜的BIM技術(shù)服務(wù)路徑，這種有針對性的工作越來越重要，且效益顯著。

[參考文獻(xiàn)]

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[2]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.地下鐵道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 50299—2018）[EB/OL].（2018-12-01）[2020-05-05].http：//www.doc88.com/p-8139127623868.html.

[3]楊元年，薛博文.復(fù)雜項(xiàng)目中多軟件的協(xié)同應(yīng)用[J].建筑學(xué)研究前沿，2017（20）：258.

作者簡介：楊元年（1987— ），男，漢族，陜西渭南人，工程師，學(xué)士;研究方向：建筑學(xué)。