余元波，鄒婷，付勝華，潘揚，劉冰

（1.中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司 城市軌道交通與地下工程設(shè)計研究院，湖北 武漢 430063；2.南昌軌道交通集團有限公司 總師室，江西 南昌 330038）

0 引言

隨著現(xiàn)代化信息技術(shù)的快速發(fā)展，地鐵工程得到跨越式發(fā)展［1］，但是給排水及消防專業(yè)的傳統(tǒng)設(shè)計方式已無法滿足當(dāng)前社會需求，需進(jìn)行全新的改造與優(yōu)化。地鐵工程是一項涉及多專業(yè)、多部門的復(fù)雜工程，已有研究對地鐵BIM正向協(xié)同設(shè)計流程及階段進(jìn)行相關(guān)研究，簡單闡述了BIM正向協(xié)同設(shè)計的模型設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)儲存與傳遞標(biāo)準(zhǔn)、模型應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)、平臺服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)及企業(yè)構(gòu)件庫標(biāo)準(zhǔn)［2］。目前，BIM在地鐵項目建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用，一般是通過二維CAD翻模為三維BIM，僅限于輔助設(shè)計和校核圖紙，屬于“逆向設(shè)計”。設(shè)計階段耗費時間長，在施工階段屬于表面化應(yīng)用，不能真正落地發(fā)揮實效。但是，事先建立BIM三維模型，再導(dǎo)出或剖切出二維圖則屬于“正向設(shè)計”，可以充分發(fā)揮BIM技術(shù)優(yōu)勢［3］。

隨著BIM技術(shù)的大力發(fā)展，國內(nèi)雖然有大量的應(yīng)用案例［4-7］，但是對于地鐵工程給排水及消防系統(tǒng)的正向設(shè)計流程研究還比較少。結(jié)合地鐵工程給排水及消防專業(yè)特點，探討其BIM正向設(shè)計流程與方法，促進(jìn)BIM技術(shù)在地鐵工程項目中給排水及消防正向設(shè)計的應(yīng)用和推廣。

1 車站給排水及消防系統(tǒng)

地鐵車站、區(qū)間給排水及消防系統(tǒng)包括生產(chǎn)/生活給水系統(tǒng)（簡稱給水系統(tǒng)）、排水系統(tǒng)（含污水系統(tǒng)、廢水系統(tǒng)、雨水系統(tǒng)）、水消防系統(tǒng)（含消火栓系統(tǒng)、自動噴水滅火系統(tǒng)）、氣體滅火系統(tǒng)及滅火器的配置等。給水系統(tǒng)應(yīng)能滿足所有車站、區(qū)間隧道及沿線配套設(shè)施的生產(chǎn)、生活及消防給水的水量、水壓和水質(zhì)要求。排水系統(tǒng)應(yīng)做到順直通暢、便于清疏、維修工作量小，并能及時排入城市排水管網(wǎng)；運營過程中產(chǎn)生的各種污廢水、滲漏水、雨水的排放，均應(yīng)符合國家或本地相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)要求。水消防系統(tǒng)和氣體滅火系統(tǒng)的設(shè)置應(yīng)完善可靠，并根據(jù)不同地點和功能的重要性設(shè)置相應(yīng)的滅火器具，配置的滅火器能迅速有效地?fù)渚鹊罔F內(nèi)部的各種初期火災(zāi)。

地鐵工程給排水及消防BIM正向設(shè)計和二維設(shè)計一樣，可以按地鐵給排水及消防系統(tǒng)分類，逐步完成每個子系統(tǒng)模型的搭建。

2 給排水及消防BIM正向設(shè)計流程

2.1 BIM協(xié)同設(shè)計方法

地鐵車站采取分專業(yè)建模的方式，主要包括建筑、結(jié)構(gòu)、區(qū)間、機電系統(tǒng)等專業(yè)。為了保證項目模型的一致性和同步性，需要搭建1個多專業(yè)BIM協(xié)同設(shè)計平臺。首先建筑專業(yè)創(chuàng)建中心文件1并在此文件基礎(chǔ)上建立初步的建筑BIM模型；結(jié)構(gòu)、區(qū)間等專業(yè)與建筑專業(yè)可以采用鏈接或者工作集的方式，搭建結(jié)構(gòu)、區(qū)間專業(yè)的初步模型，并建立中心文件；給排水及消防專業(yè)建議采用鏈接中心文件夾內(nèi)的建筑、結(jié)構(gòu)、區(qū)間等專業(yè)模型的方式進(jìn)行建模，從而實現(xiàn)基于Revit軟件的協(xié)同設(shè)計平臺。

考慮到地鐵車站設(shè)計的復(fù)雜性，設(shè)計時間緊張時，可以多人共同開展給排水及消防BIM設(shè)計任務(wù)，此時給排水及消防專業(yè)內(nèi)部就可以采用工作集的方式進(jìn)行分工，在模型設(shè)計過程中，對相對應(yīng)的工作集進(jìn)行設(shè)計及變更。如按車站樓層位置，工作集可分為站廳層、設(shè)備層、站臺層及站臺板下的生產(chǎn)/生活給水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、水消防系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)及滅火器的配置等，從而在指定工作集狀態(tài)下創(chuàng)建構(gòu)件模型。

各專業(yè)建立基于統(tǒng)一基準(zhǔn)的BIM模型，并通過模型進(jìn)行相互提資，接收資料的專業(yè)通過鏈接模型查看提資內(nèi)容、碰撞檢查，最終以鏈接各專業(yè)模型的方式形成最終成果。

2.2 BIM項目樣板

為滿足標(biāo)準(zhǔn)出圖要求，且強調(diào)BIM模型的良性傳遞和復(fù)用，需要制定適用于方案設(shè)計、初步設(shè)計、施工圖設(shè)計和全過程設(shè)計的通用施工圖樣板文件［8］。一般來說同一條地鐵線路車站給排水及消防的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)要求等全線統(tǒng)一，為項目制作1個統(tǒng)一專屬的標(biāo)準(zhǔn)項目樣板文件可以節(jié)省很多重復(fù)性的工作量。項目樣板局部展示見圖1。

圖1 項目樣板局部展示

結(jié)合地鐵車站給排水及消防設(shè)計的內(nèi)容和特點、各專業(yè)互提資料的需求以及模型展示和出圖等相關(guān)要求，項目樣板內(nèi)容主要如下：

（1）建模平面樣板。將地鐵車站給排水及消防按系統(tǒng)劃分進(jìn)行分類，并按建筑樓層設(shè)置好每個建模平面的視圖和顯示設(shè)置。

（2）提資平面樣板。地鐵車站眾多專業(yè)之間涉及很多接口，需要相互提資才能完成設(shè)計工作，涉及建筑孔洞資料、設(shè)備電力資料、BAS綜合監(jiān)控系統(tǒng)資料、FAS火災(zāi)自動報警系統(tǒng)資料等，需要給排水及消防專業(yè)對相關(guān)專業(yè)進(jìn)行提資，并均可在樣板中設(shè)置好各提資需要顯示的孔洞、設(shè)備、閥門等內(nèi)容顯示。

（3）視圖樣板。將地鐵給排水及消防所要表達(dá)的重要立面、剖面視圖進(jìn)行局部剖面視圖的設(shè)置，還有三維視圖設(shè)置，可以設(shè)置顯示整體三維和局部三維視圖。

（4）圖例及設(shè)計說明。將圖例和設(shè)計說明模板整合進(jìn)Revit項目樣板，保證全線所有車站的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

（5）明細(xì)表/數(shù)量的設(shè)置。通過信息建模快速生成設(shè)備明細(xì)表，自動統(tǒng)計如閥門個數(shù)、材料、管道長度的明細(xì)表，便于工程數(shù)量統(tǒng)計；可以根據(jù)所設(shè)置的條件統(tǒng)一進(jìn)行管道流速、流量等統(tǒng)計、校核、調(diào)整。

（6）圖紙布局設(shè)置。根據(jù)給排水及消防專業(yè)所要出圖的內(nèi)容設(shè)置好切圖布局、圖紙圖框，方便導(dǎo)出二維CAD圖紙。

（7）族的設(shè)置。地鐵車站給排水及消防系統(tǒng)涉及眾多的設(shè)備閥門，如水管、管道配件、消火栓、沖洗栓箱、水泵接合器、消防水泵、潛污泵、地漏、自動排氣閥、手動蝶閥、閘閥、電動蝶閥、止回閥、壓力表等，構(gòu)建適用的族庫能夠大大提高BIM正向設(shè)計效率。

（8）其他設(shè)置。進(jìn)行地鐵給排水及消防BIM設(shè)計所用到的單位、文字樣式、填充樣式、線樣式、線寬、視圖比例等參數(shù)設(shè)置。

2.3 BIM模型建立

通過建立的協(xié)同設(shè)計平臺，鏈接建筑、結(jié)構(gòu)、區(qū)間等專業(yè)BIM模型，選擇設(shè)置好的項目樣板，開始進(jìn)行給排水及消防系統(tǒng)模型搭建。從Revit的建模角度和最終CAD二維圖紙成果出發(fā)，實現(xiàn)BIM正向設(shè)計，不僅需要設(shè)置Revit樣板文件（包括對線樣式、對象樣式、管道顏色和圖層顏色等）［9］，而且還要準(zhǔn)備充足的族構(gòu)件，便于在設(shè)計過程能夠?qū)崟r調(diào)用［10］?？紤]到不同城市、不同線路的地鐵車站技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)要求等有所差別，在開展BIM正向設(shè)計時可以對標(biāo)準(zhǔn)項目樣板文件、族文件等進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，從而形成工程所適用的項目樣板。在BIM模型搭建時，應(yīng)根據(jù)設(shè)計計算、設(shè)備選型等參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確輸入，確保模型信息參數(shù)的完整性。族庫設(shè)置見圖2。

圖2 族庫設(shè)置

2.4 BIM模型使用

（1）在土建設(shè)計階段，需要利用鏈接的建筑、結(jié)構(gòu)模型和所使用的給排水及消防項目樣板對建筑房間布局（消防泵房、污水泵房、廢水泵房等）、水管所用孔洞套管等資料，提交給建筑專業(yè)進(jìn)行調(diào)整修改。

（2）在給排水及消防設(shè)計階段，可以利用已經(jīng)建好的給排水及消防專業(yè)模型，完成對電力、BAS、FAS等專業(yè)的提資，保證給排水及消防設(shè)備、閥門的控制運行，另外還將影響車站裝修設(shè)計專業(yè)的設(shè)備基礎(chǔ)、消火栓凹槽、沖洗栓、氣滅房間泄壓閥、噴頭等資料提交給建筑裝修設(shè)計。

（3）在車站綜合管線設(shè)計階段，給排水及消防專業(yè)需要將穩(wěn)定的BIM模型作為輸入資料提交給綜合管線設(shè)計，當(dāng)給排水及消防管線有調(diào)整時應(yīng)及時進(jìn)行反饋。

（4）在達(dá)到給排水及消防BIM模型深度要求時，可以開展BIM模型的各階段審查工作，完成審查工作、綜合管線排布已完成設(shè)計并調(diào)整給排水及消防模型、達(dá)到交付標(biāo)準(zhǔn)之后，給排水及消防根據(jù)BIM模型可以完成設(shè)計二維出圖、三維效果展示、指導(dǎo)施工安裝等。

3 BIM正向設(shè)計

按照以上流程可以開展地鐵車站給排水及消防BIM正向設(shè)計、出圖等工作。根據(jù)地鐵車站給排水及消防不同系統(tǒng)特點，可以借助Revit軟件及相關(guān)二次開發(fā)工具提高正向設(shè)計的效率和質(zhì)量，從而推動BIM正向設(shè)計技術(shù)的發(fā)展。

（1）明細(xì)表應(yīng)用。Revit軟件自帶的明細(xì)表具有強大功能，通過明細(xì)表將空間與空間內(nèi)的圖元進(jìn)行關(guān)聯(lián)設(shè)置，從而實現(xiàn)對所選擇統(tǒng)計的圖元統(tǒng)一調(diào)整參數(shù)，可以提高設(shè)計效率、減少設(shè)計錯誤和重復(fù)性工作。

（2）模塊化、集成化設(shè)計。將地鐵車站給排水及消防的主廢水泵組及附件、消防水泵組及附件、局部排水泵組及附件、消火栓箱及附件、衛(wèi)生間排污設(shè)備及附件、化糞池及附件、氣滅瓶組及附件等編成組模型，從而可以應(yīng)用到全線所有車站的給排水及消防BIM設(shè)計，只需要進(jìn)行局部參數(shù)的調(diào)整就可以快速完成相應(yīng)的建模工作。

（3）BIM軟件二次開發(fā)。考慮到車站給排水及消防系統(tǒng)的復(fù)雜性、設(shè)備閥門種類繁多、設(shè)備閥門管道附件流體等參數(shù)信息不全等，設(shè)備管線自動布置、給排水及消防計算、水力計算、設(shè)備智能選型等還不能利用Revit軟件實現(xiàn)智能化設(shè)計，導(dǎo)致大量的設(shè)備參數(shù)需要人工輸入，并需要另外借助工具進(jìn)行水力計算。地鐵工程的區(qū)間隧道大都帶有弧度，給排水及消防專業(yè)涉及區(qū)間消火栓系統(tǒng)、區(qū)間廢水泵排水系統(tǒng)等相關(guān)機電設(shè)計內(nèi)容。目前，針對帶弧度的區(qū)間隧道設(shè)計暫時沒有好的設(shè)計方法，為保證城市軌道交通工程真正實現(xiàn)全線BIM正向設(shè)計，需要將區(qū)間隧道的土建和機電BIM技術(shù)問題解決掉，基于BIM軟件進(jìn)行二次開發(fā)、加快智能化設(shè)計很有必要。

4 結(jié)束語

結(jié)合地鐵工程給排水及消防專業(yè)的特點，從BIM協(xié)同設(shè)計方法、項目樣板、模型的建立及使用等方面對地鐵給排水及消防BIM正向協(xié)同設(shè)計流程進(jìn)行介紹，總結(jié)出一套適用于地鐵工程給排水及消防專業(yè)進(jìn)行一般性常規(guī)設(shè)計的BIM正向設(shè)計應(yīng)用流程，可有效提高設(shè)計效率。建議加強對明細(xì)表應(yīng)用、模塊化設(shè)計、二次開發(fā)等方面的探索和研究，為地鐵行業(yè)相關(guān)人員提供一些設(shè)計和研究思路。BIM正向設(shè)計流程與方法的研究，可提高正向設(shè)計效率，并推動BIM技術(shù)的快速發(fā)展。