基于 Revit 的地鐵車站工程BIM 正向設(shè)計(jì)方法探討

余元波

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北武漢 430063）

1 引言

近年來，我國城市軌道交通進(jìn)入快速發(fā)展期。建筑信息模型（BIM）技術(shù)作為一種全新技術(shù)在城市軌道交通工程領(lǐng)域中的應(yīng)用也愈發(fā)廣泛。

地鐵車站工程作為城市軌道交通工程中的一項(xiàng)復(fù)雜系統(tǒng)工程，不僅需要政府、業(yè)主、設(shè)計(jì)、咨詢、施工、監(jiān)理、運(yùn)營等多單位參與，而且涉及建筑、結(jié)構(gòu)、區(qū)間、線路、軌道、通風(fēng)空調(diào)、給排水及消防、動力照明、供電、火災(zāi)自動報(bào)警（FAS）、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控（BAS）、綜合監(jiān)控、信號、通信、自動售檢票（AFC）、站臺門等眾多專業(yè)，管線繁雜，信息量巨大。將BIM技術(shù)引入該領(lǐng)域，可以分析各種管線在各位置的綜合排布情況、各設(shè)備及管線的運(yùn)行狀況等，從而達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)、節(jié)省空間、保證功能、方便施工等目的。

然而，目前大多數(shù)地鐵車站工程項(xiàng)目仍采用BIM逆向設(shè)計(jì)，即先完成車站土建、機(jī)電等各專業(yè)的施工圖出圖，然后利用BIM設(shè)計(jì)軟件（如Revit軟件）根據(jù)各專業(yè)施工圖建立三維模型，完成翻模。逆向設(shè)計(jì)的三維模型主要用于管線碰撞檢測、可視化展示等，無法充分發(fā)揮BIM技術(shù)的協(xié)同性、模擬性、參數(shù)化、信息化等優(yōu)勢。而BIM正向設(shè)計(jì)則是指項(xiàng)目從草圖設(shè)計(jì)至交付全部成果的整個(gè)流程均通過BIM三維模型完成，利用該模型及其信息可自動生成和導(dǎo)出所需要的相關(guān)設(shè)計(jì)文件，保證模型數(shù)據(jù)信息的一致性和完整性。BIM正向設(shè)計(jì)的優(yōu)勢在于可實(shí)現(xiàn)方案優(yōu)化、協(xié)同作業(yè)、設(shè)計(jì)信息參數(shù)化、計(jì)算和模型一體化、出圖自動化等。

本文將以地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)為例，基于Revit軟件應(yīng)用，對BIM正向設(shè)計(jì)方法展開探討，以期為地鐵車站工程中的BIM應(yīng)用提供參考和借鑒。

2 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)概述

目前，地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)分為開式系統(tǒng)、閉式系統(tǒng)和全封閉站臺門系統(tǒng)3類。開式系統(tǒng)是利用列車在隧道內(nèi)高速行駛時(shí)產(chǎn)生的“活塞效應(yīng)”，使地鐵內(nèi)部與外界通過活塞風(fēng)井進(jìn)行氣流交換，利用外界的新鮮空氣給車站和區(qū)間隧道降溫。閉式系統(tǒng)是通過在車站設(shè)置空調(diào)系統(tǒng)來排除車站的熱量和濕氣，并借助列車運(yùn)行的“活塞效應(yīng)”攜帶一部分車站空調(diào)冷風(fēng)進(jìn)入?yún)^(qū)間隧道來實(shí)現(xiàn)區(qū)間隧道的降溫。全封閉站臺門系統(tǒng)是通過在車站站臺公共區(qū)與區(qū)間隧道之間安裝屏蔽門將二者分隔開，車站利用空調(diào)系統(tǒng)、隧道利用通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)降溫冷卻。其中，全封閉站臺門系統(tǒng)在年能耗、年運(yùn)行費(fèi)用、初投資、舒適性、環(huán)境衛(wèi)生以及人員安全性等方面均有較大優(yōu)勢，因此大多數(shù)城市地鐵從資源利用、節(jié)能減排、乘客舒適度等角度出發(fā)，選擇采用全封閉站臺門系統(tǒng)。

全封閉站臺門系統(tǒng)由區(qū)間隧道活塞/機(jī)械通風(fēng)（兼排煙）系統(tǒng)（簡稱“隧道通風(fēng)系統(tǒng)”）、車站區(qū)間排熱（兼排煙）系統(tǒng)、車站公共區(qū)域通風(fēng)（兼排煙）空調(diào)系統(tǒng)（簡稱“大系統(tǒng)”）、車站設(shè)備管理用房通風(fēng)（兼排煙）空調(diào)系統(tǒng)（簡稱“小系統(tǒng)”）、空調(diào)水系統(tǒng)（簡稱“水系統(tǒng)”）以及車站重要設(shè)備用房的備用多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)（簡稱“備用空調(diào)系統(tǒng)”）組成。

3 BIM 正向設(shè)計(jì)方法

在對地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行BIM正向設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮到地鐵車站土建結(jié)構(gòu)復(fù)雜、機(jī)電系統(tǒng)繁多、管線交錯(cuò)布置等情況，按系統(tǒng)進(jìn)行分類設(shè)計(jì)，逐步完成各系統(tǒng)的BIM三維模型搭建。

3.1 協(xié)同設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)的目標(biāo)，應(yīng)保證地鐵車站各專業(yè)模型的一致性和同步性，因此需要建立各專業(yè)設(shè)計(jì)人員共同使用的協(xié)同設(shè)計(jì)平臺。Revit軟件是由Autodesk 公司設(shè)計(jì)研發(fā)的一款 BIM 建模軟件，可以針對建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電、暖通、給排水等專業(yè)進(jìn)行三維模型構(gòu)建，支持CAD 圖紙導(dǎo)入、創(chuàng)建構(gòu)件明細(xì)表、創(chuàng)建體量模型、創(chuàng)建參數(shù)化構(gòu)件、渲染、漫游及各類能耗分析等功能，并實(shí)現(xiàn)各專業(yè)設(shè)計(jì)人員的協(xié)同設(shè)計(jì)。

利用Revit軟件進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)主要有2種方式：①文件鏈接方式，即在Revit軟件里建立一個(gè)中心文件夾，土建專業(yè)設(shè)計(jì)人員將其構(gòu)建的BIM模型放入其中，機(jī)電專業(yè)人員在建模時(shí)鏈接土建模型，以此類推，從而實(shí)現(xiàn)各專業(yè)間的模型共享，此方式適用于不同專業(yè)間的協(xié)同設(shè)計(jì)；②工作集方式，即對中心文件進(jìn)行設(shè)計(jì)任務(wù)和權(quán)限的劃分，各設(shè)計(jì)人員針對屬于自己的任務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)內(nèi)容可及時(shí)在本地文件與中心文件間進(jìn)行同步，各設(shè)計(jì)人員之間可相互借用屬于對方構(gòu)件圖元的權(quán)限進(jìn)行交叉設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)共享和溝通，此方式適用于各專業(yè)內(nèi)部的分工和協(xié)同設(shè)計(jì)。

在進(jìn)行地鐵車站通風(fēng)空調(diào)BIM正向設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)通過文件鏈接的方式實(shí)現(xiàn)與其他專業(yè)的模型共享，避免管線碰撞等情況發(fā)生；專業(yè)內(nèi)部可劃分工作集，進(jìn)行分工合作，例如，可按車站樓層位置分為站廳層、站臺層、站臺板下等，也可以按系統(tǒng)構(gòu)成分為隧道通風(fēng)系統(tǒng)、大系統(tǒng)、小系統(tǒng)、水系統(tǒng)、備用空調(diào)系統(tǒng)等。

3.2 項(xiàng)目樣板設(shè)置

Revit軟件包含了構(gòu)造樣板、建筑樣板、結(jié)構(gòu)樣板、機(jī)械樣板4種項(xiàng)目樣板，每個(gè)項(xiàng)目樣板分別對應(yīng)了不同專業(yè)建模所需要的預(yù)定義設(shè)置。不同項(xiàng)目樣板的區(qū)別在于根據(jù)不同專業(yè)的要求，對單位、線形、不同構(gòu)件的顯示等方面存在一定差別。選擇一個(gè)好的項(xiàng)目樣板可統(tǒng)一項(xiàng)目設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，避免后續(xù)的諸多重復(fù)性工作，大幅減少建模工作量以及出錯(cuò)概率，有助于提高建模工作效率、提升建模質(zhì)量。因此，在進(jìn)行BIM正向設(shè)計(jì)前，應(yīng)利用Revit軟件的項(xiàng)目樣板功能，制作符合設(shè)計(jì)院出圖標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)化項(xiàng)目樣板。標(biāo)準(zhǔn)化項(xiàng)目樣板設(shè)置界面如圖1所示。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)化項(xiàng)目樣板設(shè)置界面

此外，由于項(xiàng)目類型、體量大小的不同，其項(xiàng)目樣板文件中所包含的內(nèi)容也存在差異。在進(jìn)行地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)BIM正向設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮到不同地鐵線路的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)要求等有所不同，根據(jù)各地鐵線路的具體情況，從通風(fēng)空調(diào)建模平面、互提資料平面、視圖設(shè)置、圖例及設(shè)計(jì)說明設(shè)置、明細(xì)表、圖紙布局、族庫及其他設(shè)置等方面對標(biāo)準(zhǔn)化項(xiàng)目樣板進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

3.3 模型搭建

通過使用Revit軟件，在鏈接建筑、結(jié)構(gòu)等專業(yè)的BIM模型，選擇并設(shè)置全線標(biāo)準(zhǔn)化項(xiàng)目樣板之后，便能夠開展全線車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)BIM模型的搭建。

由于地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的構(gòu)件種類繁多，包括冷水機(jī)組、風(fēng)機(jī)、水泵、空調(diào)器、風(fēng)閥等，因此搭建通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)BIM模型所需的族文件數(shù)量眾多，需要根據(jù)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)涉及的族類型對項(xiàng)目樣板里的族庫文件進(jìn)行全面完善和補(bǔ)充，以避免花費(fèi)大量時(shí)間臨時(shí)制作某個(gè)族文件，從而提高BIM模型的搭建效率。地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)族庫設(shè)置界面如圖2所示。

圖2 地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)族庫設(shè)置界面

地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)BIM模型搭建完成后，可以利用該模型和項(xiàng)目樣板里的提資模板，完成對電力、BAS、FAS等相關(guān)專業(yè)的互提資料，以保證通風(fēng)空調(diào)設(shè)備、閥門的正常運(yùn)行；可將影響車站裝修設(shè)計(jì)的通風(fēng)空調(diào)設(shè)備、風(fēng)口等三維模型資料提交給建筑裝修專業(yè)設(shè)計(jì)人員，供其在設(shè)計(jì)時(shí)參考；還可將該模型提交給車站綜合管線設(shè)計(jì)人員，便于其開展管線調(diào)整、碰撞檢查等工作。此外，施工單位可以利用相關(guān)BIM模型在施工前快速、全面、準(zhǔn)確地檢查出設(shè)計(jì)圖紙中的錯(cuò)誤、遺漏及各專業(yè)管線間的碰撞等問題，并據(jù)此對相關(guān)施工方案進(jìn)行修改，從而有效地減少返工和控制成本。

4 BIM 正向設(shè)計(jì)相關(guān)的 Revit 軟件二次開發(fā)

考慮到目前BIM正向設(shè)計(jì)效率較低的現(xiàn)狀，根據(jù)地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)特點(diǎn)對Revit軟件進(jìn)行二次開發(fā)十分必要。目前已有許多關(guān)于圖紙?jiān)O(shè)計(jì)說明、圖例展示、DWG及PDF格式文件導(dǎo)出等功能的Revit軟件二次開發(fā)研究，解決了BIM技術(shù)在工程設(shè)計(jì)和出圖過程中存在的諸多問題。為進(jìn)一步提高BIM正向設(shè)計(jì)的效率，可根據(jù)地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)BIM正向設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀及要求，從以下2方面入手開展Revit軟件二次開發(fā)。

（1）模塊化設(shè)計(jì)。采用結(jié)構(gòu)體模塊化、集成化設(shè)計(jì)方法可大幅提高工程設(shè)計(jì)的效率。通過對Revit軟件進(jìn)行二次開發(fā)，可將地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的各構(gòu)件及其相關(guān)附件編制為組模型，如活塞風(fēng)機(jī)及附件（圖3）、空調(diào)水泵組及附件（圖4）、冷卻塔及附件、冷水機(jī)組及附件、分集水器及附件等；在進(jìn)行通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)BIM設(shè)計(jì)時(shí)，只需對其局部參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，就可實(shí)現(xiàn)快速建模。以車站大系統(tǒng)為例，可將某標(biāo)準(zhǔn)車站公共區(qū)A端管網(wǎng)布置制成組模型，在設(shè)計(jì)其他車站時(shí)，通過載入該組模型，并在此基礎(chǔ)上根據(jù)具體情況（如風(fēng)速等）調(diào)整風(fēng)口、風(fēng)管尺寸及其在平面圖上的位置，實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)。

圖3 活塞風(fēng)機(jī)及附件的組模型

圖4 空調(diào)水泵組及附件的組模型

（2）自動化設(shè)計(jì)。目前，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的管線布置、負(fù)荷計(jì)算、管道水力計(jì)算、設(shè)備參數(shù)選型等無法通過Revit軟件自動實(shí)現(xiàn)，需要借助其他輔助設(shè)計(jì)工具才能完成，因此對Revit軟件進(jìn)行二次開發(fā)以實(shí)現(xiàn)自動化設(shè)計(jì)十分必要。以車站小系統(tǒng)為例，通過Revit軟件二次開發(fā)可實(shí)現(xiàn)Revit軟件與Dynamo編程工具的數(shù)據(jù)交換，從而完成自動化設(shè)計(jì)。首先利用Revit軟件的空間和分區(qū)功能對建筑模型的設(shè)備區(qū)房間進(jìn)行空間劃分，并設(shè)定分區(qū)名稱；然后利用Dynamo編程工具可根據(jù)Revit軟件設(shè)定的分區(qū)名稱對房間名稱、面積、層高等信息進(jìn)行篩選，并根據(jù)房間名稱進(jìn)行送風(fēng)溫度、人員數(shù)量及設(shè)備負(fù)荷等輸入設(shè)置，從而實(shí)現(xiàn)對各房間冷量、風(fēng)量的自動計(jì)算，小系統(tǒng)空調(diào)器和回排風(fēng)機(jī)的自動選型，以及風(fēng)口、風(fēng)管及機(jī)組的自動布置及調(diào)整等功能；此外，還可以使用Dynamo程序進(jìn)行閥門自動編號，杜絕設(shè)備閥門人工編號過程中容易出現(xiàn)的紕漏。

5 結(jié)語

本文結(jié)合地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)，對其BIM正向設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了探討，并從模塊化設(shè)計(jì)和自動化設(shè)計(jì)2個(gè)方面開展BIM正向設(shè)計(jì)相關(guān)的Revit軟件二次開發(fā)，以期推動BIM正向設(shè)計(jì)在地鐵工程建設(shè)中的應(yīng)用。