地鐵車站通風(fēng)空調(diào)BIM設(shè)計(jì)常見問題探討

崔德振，蘇蒙

（廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，廣東廣州，510010）

0 引言

軌道交通工程關(guān)系國(guó)計(jì)民生，其安全、舒適和工期安排不僅是民眾關(guān)注的焦點(diǎn)，也是政府關(guān)注的重點(diǎn)［1］。地鐵建設(shè)工程量大、難度高、技術(shù)復(fù)雜、涉及專業(yè)廣、管線復(fù)雜［2］，通風(fēng)空調(diào)作為地鐵機(jī)電的重要組成部分，其設(shè)計(jì)和建造過程極其繁雜。 近年來， BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技術(shù)的普及為地鐵站通風(fēng)空調(diào)的設(shè)計(jì)帶來了極大的便利，高質(zhì)量的BIM模型不僅能減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，加快施工進(jìn)度、減少返工，還能為設(shè)備運(yùn)營(yíng)維護(hù)帶來極大的便捷。某地鐵線路BIM技術(shù)在機(jī)電設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，平均節(jié)省工期20天/站、機(jī)電安裝造價(jià)125萬/站［3］。與此同時(shí)，BIM技術(shù)應(yīng)用中仍存在諸多問題，本文結(jié)合某地鐵全線32個(gè)車站（正向設(shè)計(jì)車站6個(gè)）的通風(fēng)空調(diào)BIM設(shè)計(jì)審查工作，對(duì)代表問題進(jìn)行總結(jié)剖析，供同行參考。

1 BIM設(shè)計(jì)與常規(guī)二維設(shè)計(jì)的區(qū)別

二維設(shè)計(jì)時(shí)，通風(fēng)空調(diào)專業(yè)在建筑底圖上進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算、設(shè)備選型、管線布置，然后各專業(yè)管線匯總到一個(gè)平面上進(jìn)行管線綜合調(diào)整，之后根據(jù)調(diào)整完成的管綜平面修改通風(fēng)空調(diào)專業(yè)圖紙中管線的位置和標(biāo)高。二維設(shè)計(jì)時(shí)，各專業(yè)、各類型管線的空間關(guān)系表達(dá)困難，其碰撞情況的檢查和調(diào)整難度大。BIM設(shè)計(jì)時(shí)，通風(fēng)空調(diào)專業(yè)可以直接利用土建模型，建立負(fù)荷計(jì)算單元，根據(jù)指定的空間功能和空間信息，計(jì)算負(fù)荷、設(shè)備選型，之后在模型空間直接布置設(shè)備和管線［4］，各專業(yè)設(shè)備與管線在相同的模型空間內(nèi)進(jìn)行管線標(biāo)高和位置的調(diào)整，不同專業(yè)和類別的設(shè)備和管線通過工作集和過濾器進(jìn)行模型元素的表達(dá)與篩選。與常規(guī)二維設(shè)計(jì)相比，BIM技術(shù)通過參數(shù)化的模型，高度集成了項(xiàng)目的各種信息，具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性五大優(yōu)點(diǎn)［5］。

與此同時(shí)，BIM設(shè)計(jì)也存在以下問題：1）軟件和平臺(tái)不完善，使用便捷性較差，部分功能待完善；2）模型標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，在執(zhí)行中對(duì)于模型準(zhǔn)確性界定困難；3）相關(guān)設(shè)備和構(gòu)件的族庫不完善，與實(shí)際情況有較大出入；4）BIM設(shè)計(jì)工作量大，耗時(shí)費(fèi)力，有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師使用BIM設(shè)計(jì)的意愿不高；5）單一軟件無法勝任所有設(shè)計(jì)工作，需要多個(gè)軟件配合使用（如CAD）。

圖1 地鐵站通風(fēng)空調(diào)BIM模型總覽

2 BIM設(shè)計(jì)常見問題

2.1 完整性問題

即通風(fēng)空調(diào)主要設(shè)備、設(shè)施、管線及部件的完整性，包括風(fēng)機(jī)、組合式空調(diào)器、冷水機(jī)組、水泵、水處理設(shè)備、多聯(lián)機(jī)室內(nèi)機(jī)及靜壓箱、消聲器、分水器、集水器、風(fēng)管、水管、冷媒管、風(fēng)閥、水閥、風(fēng)口、空調(diào)風(fēng)管保溫、冷凍水管保溫等。

審查發(fā)現(xiàn)，以下設(shè)備或構(gòu)件缺失的情況比較普遍：a、空調(diào)風(fēng)管、冷凍水管保溫和水管閥件；b、組合式空調(diào)器、冷水機(jī)組，隧道風(fēng)機(jī)、消聲器及組合風(fēng)閥等尺寸較大的設(shè)備；c、風(fēng)室平裝的防火閥、機(jī)房?jī)?nèi)的人防插板閥及樓梯間余壓閥等；d、空調(diào)送、回風(fēng)口、氣滅房間的下排風(fēng)口及下排風(fēng)管。

保溫層的厚度（約30～50mm）對(duì)管線布置和安裝的影響較大，而水管上的閥門和取源部件，其不僅規(guī)格尺寸大小不一，而且其對(duì)前后直管段長(zhǎng)度以及安裝的先后順序都有嚴(yán)格的要求［6］。因此，BIM設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證設(shè)備和構(gòu)件的完整性，避免施工單位臨場(chǎng)發(fā)揮，導(dǎo)致施工困難或達(dá)不到預(yù)期的效果。

圖2 空調(diào)水管儀器儀表安裝現(xiàn)狀

2.2 專業(yè)性問題

即設(shè)計(jì)方案的合理性，是否符合相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、專業(yè)技術(shù)要求等。

2.2.1 設(shè)備區(qū)排煙口設(shè)計(jì)問題

部分車站的排煙口被下方或前方管線遮擋，致煙氣不能及時(shí)排除；個(gè)別車站排煙管及排煙口設(shè)于最下端，儲(chǔ)煙倉厚度不滿足規(guī)范[7]要求，且擋煙垂壁過低影響裝修效果。設(shè)計(jì)時(shí)宜將排煙風(fēng)管置于高處，煙氣通道可結(jié)合走道的檢修空間一并考慮，排煙口距前方管線應(yīng)不小于排煙口的邊長(zhǎng)。

圖3 走道排煙口被遮擋

圖4 走道排煙口建議方案

2.2.2 站廳公共區(qū)氣流組織問題

站廳層高一般在4.8米以上，通常將站廳公共區(qū)風(fēng)管貼頂設(shè)置并將送風(fēng)口直接安裝在干管的底部，此時(shí)風(fēng)口出流速度為靜壓速度與動(dòng)壓速度的合成，不利于風(fēng)口風(fēng)量的平衡調(diào)節(jié)[8]，且送風(fēng)口過高時(shí)送風(fēng)氣流無法到達(dá)人員活動(dòng)區(qū)域影響候乘舒適性，送風(fēng)氣流短路經(jīng)回風(fēng)口直接排出不利于空調(diào)節(jié)能。因此，站廳公共區(qū)空調(diào)送風(fēng)宜單設(shè)支管將送風(fēng)口下引至吊頂以上200～300mm處，回風(fēng)管貼頂設(shè)置，回風(fēng)口側(cè)置或下置直接安裝在干管上，如此既可保證活動(dòng)區(qū)域溫濕度，又便于風(fēng)量平衡調(diào)節(jié)，還有利于空調(diào)節(jié)能運(yùn)行。

2.2.3 空調(diào)冷凝水問題

部分車站空調(diào)送風(fēng)口及多聯(lián)空調(diào)室內(nèi)機(jī)、冷媒管、冷凝水管位于電氣設(shè)備及電纜橋架正上方，冷凝水滴落會(huì)對(duì)下方的電氣設(shè)備和電纜造成一定的安全隱患。依規(guī)范［9］要求，空調(diào)的送風(fēng)口、閥門及多聯(lián)空調(diào)室內(nèi)機(jī)均應(yīng)避開電氣設(shè)備的正上方，并與電氣設(shè)備保持250mm以上的安全距離；空調(diào)冷媒管及冷凝水管也應(yīng)避開電氣設(shè)備和電纜橋架的正上方敷設(shè)。

4）管線綜合布置問題

部分車站設(shè)備區(qū)走道和站廳出入口處空調(diào)水管設(shè)于電纜橋架的正上方（圖5），甚至長(zhǎng)距離上下平行敷設(shè)，而水管在運(yùn)行和檢修時(shí)有漏水的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)下方電纜造成嚴(yán)重的安全隱患。部分車站風(fēng)管布置時(shí)，風(fēng)管之間或與其他管線間距過?。▓D6），而風(fēng)管管件、保溫和防火板等的實(shí)際厚度會(huì)造成施工時(shí)安裝空間不足。

圖5 走道內(nèi)空調(diào)水管

圖6 走道內(nèi)通風(fēng)空調(diào)管線

站內(nèi)管線多層布置時(shí)，應(yīng)按照“風(fēng)管在上（大管上、小管下）、電纜居中（高壓上、低壓中、弱電下）、水管在下（給水上、排水下）”的原則進(jìn)行布置［10］，應(yīng)避免水管位于電纜的正上方，水管接頭嚴(yán)禁位于電纜正上方。風(fēng)管之間或與其他管線間距應(yīng)符合下列要求：平行布置時(shí)，應(yīng)不小100mm；垂直交叉時(shí)，應(yīng)不小于50mm。風(fēng)管與墻體間距應(yīng)不小于150mm，困難時(shí)應(yīng)不小于100mm。非金屬風(fēng)管及外保溫或外包防火板時(shí)，應(yīng)按風(fēng)管實(shí)際厚度計(jì)，應(yīng)考慮保溫層和防火板的厚度。風(fēng)管布置間距還應(yīng)保證閥門的檢修空間滿足要求。

2.3 便捷性問題

即管線安裝需滿足后期運(yùn)營(yíng)對(duì)檢修的要求，包括閥門執(zhí)行器、空調(diào)箱內(nèi)部、空調(diào)過濾器、風(fēng)機(jī)接線盒、冷水機(jī)組抽管清洗等的檢修。

部分車站設(shè)備區(qū)走道內(nèi)管線的檢修空間過小，甚至水管鋪滿整個(gè)走道最下層，環(huán)控機(jī)房和風(fēng)室內(nèi)的風(fēng)閥檢修困難普遍存在，風(fēng)機(jī)接線盒位置錯(cuò)誤、組合式空調(diào)器過濾器拆卸口及檢修門被遮擋等問題也時(shí)有發(fā)生，這些問題均無法通過模型碰撞檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，卻會(huì)給后期設(shè)備的檢修和維護(hù)帶來極大的不便。因此在BIM設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行逐個(gè)核查，充分利用軟件空間可視化的優(yōu)勢(shì)，盡量避免該類問題的發(fā)生。

管線布置的檢修空間要求［10］如下：a、管線寬度≤1.2m時(shí)，可從單側(cè)檢修；b、管線寬度＞1.2m時(shí)，應(yīng)能兩側(cè)檢修；c、風(fēng)管僅一側(cè)需要操作和檢修時(shí)，可從單側(cè)檢修；d、檢修空間應(yīng)≥500mm，困難時(shí)≥400mm。走道內(nèi)管線的檢修空間建議在中部考慮，既相對(duì)節(jié)省空間，又利于綜合支吊架受力，檢修空間還可作為排煙通道。設(shè)計(jì)中應(yīng)注意閥門執(zhí)行器的位置，當(dāng)執(zhí)行器一側(cè)檢修受限時(shí)，可優(yōu)先考慮將執(zhí)行器調(diào)整至檢修空間充足側(cè)。設(shè)計(jì)中還應(yīng)注意拼裝防火閥的檢修問題，其多個(gè)執(zhí)行器使檢修更加困難，必須在設(shè)計(jì)階段即考慮充分。

圖7 風(fēng)閥檢修困難現(xiàn)狀

2.4 協(xié)調(diào)性問題

即風(fēng)管與土建、裝修、機(jī)電等之間的沖突協(xié)調(diào)，如：結(jié)構(gòu)梁、柱、板、掖角，建筑構(gòu)造柱、隔墻，裝修吊頂及水管、橋架等。風(fēng)管與橋架、裝修、水管等的碰撞是管綜BIM設(shè)計(jì)調(diào)整的重點(diǎn)，也是需要協(xié)調(diào)調(diào)整數(shù)量最多的問題，遵循本文2.2第4）及2.3相關(guān)原則逐一調(diào)整即可，本文不做論述。

BIM設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)掖角和砌筑構(gòu)造柱因其隱蔽性和普遍性，常會(huì)被忽略，而風(fēng)管與之沖突時(shí)調(diào)整的難度和代價(jià)卻很大，需特別重視。腋角是結(jié)構(gòu)專業(yè)為緩解梁板結(jié)構(gòu)局部應(yīng)力集中而設(shè)置［11］，一般規(guī)格為300×900mm。構(gòu)造柱是建筑專業(yè)為保證大面積磚墻的整體性和穩(wěn)固性而設(shè)置［12］，分橫向和豎向兩種，一般規(guī)格為200×200mm。風(fēng)管與掖角的沖突問題，建議在充分利用空間的基礎(chǔ)上通過優(yōu)化管線布局，以規(guī)避其影響，如將尺寸較小且檢修較少的風(fēng)管（如衛(wèi)生間排風(fēng)管）貼頂靠近腋角布置，其下方和旁邊再布置大系統(tǒng)風(fēng)管等尺寸較大的風(fēng)管。風(fēng)管與構(gòu)造柱的沖突問題，建議處理方式如下：a、主風(fēng)管與構(gòu)造柱沖突時(shí)，優(yōu)先考慮構(gòu)造柱避讓或在風(fēng)管四周設(shè)洞口圈梁保證構(gòu)造柱完整性；b、支管與構(gòu)造柱沖突時(shí)，優(yōu)先考慮優(yōu)化支管布置以避讓構(gòu)造柱。

當(dāng)然，類似問題最徹底的解決辦法是盡量取消或減少掖角和構(gòu)造柱的設(shè)置，但需要征得土建專業(yè)的同意。總之，無論采取何種方法，各專業(yè)間都應(yīng)加強(qiáng)溝通與協(xié)調(diào)，以尋求影響最小、代價(jià)最小的解決方法。

2.5 其他問題

大多數(shù)車站模型中的設(shè)備與投產(chǎn)設(shè)備的規(guī)格有較大出入，這樣BIM技術(shù)便無法發(fā)揮其應(yīng)有的優(yōu)勢(shì)，有效地指導(dǎo)設(shè)計(jì)和施工。BIM設(shè)計(jì)中，不僅設(shè)備的規(guī)格尺寸要與投產(chǎn)設(shè)備完全一致，其接管位置、進(jìn)出口情況及檢修門、可動(dòng)部件、操作面等情況也應(yīng)與投產(chǎn)設(shè)備一致，這就要求我們，首先設(shè)備族庫一定要完備且真實(shí)準(zhǔn)確，其次設(shè)計(jì)所選用的族的類型和規(guī)格也應(yīng)準(zhǔn)確無誤，只有如此，才能保證模型的合理性和可實(shí)施性，進(jìn)而最大限度的指導(dǎo)設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)。

3 結(jié)束語

隨著政府的政策引導(dǎo)和建設(shè)、施工、設(shè)計(jì)的大力推廣，廣大從業(yè)者對(duì)BIM技術(shù)的使用日趨成熟和深入，BIM設(shè)計(jì)模型質(zhì)量越來越高，其對(duì)工程建設(shè)的積極影響也越來越大。但當(dāng)前國(guó)內(nèi)仍有兩個(gè)因素在一定程度上阻礙了BIM技術(shù)的應(yīng)用：a、軟件本身的不足及國(guó)產(chǎn)相關(guān)軟件的不完善；b、BIM技術(shù)推廣成本和利益合理分配制度缺失，BIM應(yīng)用利益享有單位與成本付出單位不一致。只有切實(shí)解決好以上問題，項(xiàng)目各方的積極性才能被充分調(diào)動(dòng)起來，BIM技術(shù)的應(yīng)用才能走的更深更遠(yuǎn)，進(jìn)而產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益。