崔德振，蘇蒙

（廣州地鐵設計研究院股份有限公司，廣東廣州，510010）

0 引言

軌道交通工程關系國計民生，其安全、舒適和工期安排不僅是民眾關注的焦點，也是政府關注的重點［1］。地鐵建設工程量大、難度高、技術復雜、涉及專業(yè)廣、管線復雜［2］，通風空調作為地鐵機電的重要組成部分，其設計和建造過程極其繁雜。 近年來， BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技術的普及為地鐵站通風空調的設計帶來了極大的便利，高質量的BIM模型不僅能減少設計錯誤，加快施工進度、減少返工，還能為設備運營維護帶來極大的便捷。某地鐵線路BIM技術在機電設計中的應用，平均節(jié)省工期20天/站、機電安裝造價125萬/站［3］。與此同時，BIM技術應用中仍存在諸多問題，本文結合某地鐵全線32個車站（正向設計車站6個）的通風空調BIM設計審查工作，對代表問題進行總結剖析，供同行參考。

1 BIM設計與常規(guī)二維設計的區(qū)別

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

與此同時，BIM設計也存在以下問題：1）軟件和平臺不完善，使用便捷性較差，部分功能待完善；2）模型標準不統(tǒng)一，在執(zhí)行中對于模型準確性界定困難；3）相關設備和構件的族庫不完善，與實際情況有較大出入；4）BIM設計工作量大，耗時費力，有經(jīng)驗的設計師使用BIM設計的意愿不高；5）單一軟件無法勝任所有設計工作，需要多個軟件配合使用（如CAD）。

圖1 地鐵站通風空調BIM模型總覽

2 BIM設計常見問題

2.1 完整性問題

即通風空調主要設備、設施、管線及部件的完整性，包括風機、組合式空調器、冷水機組、水泵、水處理設備、多聯(lián)機室內機及靜壓箱、消聲器、分水器、集水器、風管、水管、冷媒管、風閥、水閥、風口、空調風管保溫、冷凍水管保溫等。

審查發(fā)現(xiàn)，以下設備或構件缺失的情況比較普遍：a、空調風管、冷凍水管保溫和水管閥件；b、組合式空調器、冷水機組，隧道風機、消聲器及組合風閥等尺寸較大的設備；c、風室平裝的防火閥、機房內的人防插板閥及樓梯間余壓閥等；d、空調送、回風口、氣滅房間的下排風口及下排風管。

保溫層的厚度（約30～50mm）對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，而且其對前后直管段長度以及安裝的先后順序都有嚴格的要求［6］。因此，BIM設計時應保證設備和構件的完整性，避免施工單位臨場發(fā)揮，導致施工困難或達不到預期的效果。

圖2 空調水管儀器儀表安裝現(xiàn)狀

2.2 專業(yè)性問題

即設計方案的合理性，是否符合相關規(guī)范、標準、專業(yè)技術要求等。

2.2.1 設備區(qū)排煙口設計問題

部分車站的排煙口被下方或前方管線遮擋，致煙氣不能及時排除；個別車站排煙管及排煙口設于最下端，儲煙倉厚度不滿足規(guī)范[7]要求，且擋煙垂壁過低影響裝修效果。設計時宜將排煙風管置于高處，煙氣通道可結合走道的檢修空間一并考慮，排煙口距前方管線應不小于排煙口的邊長。

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)風管貼頂設置并將送風口直接安裝在干管的底部，此時風口出流速度為靜壓速度與動壓速度的合成，不利于風口風量的平衡調節(jié)[8]，且送風口過高時送風氣流無法到達人員活動區(qū)域影響候乘舒適性，送風氣流短路經(jīng)回風口直接排出不利于空調節(jié)能。因此，站廳公共區(qū)空調送風宜單設支管將送風口下引至吊頂以上200～300mm處，回風管貼頂設置，回風口側置或下置直接安裝在干管上，如此既可保證活動區(qū)域溫濕度，又便于風量平衡調節(jié)，還有利于空調節(jié)能運行。

2.2.3 空調冷凝水問題

部分車站空調送風口及多聯(lián)空調室內機、冷媒管、冷凝水管位于電氣設備及電纜橋架正上方，冷凝水滴落會對下方的電氣設備和電纜造成一定的安全隱患。依規(guī)范［9］要求，空調的送風口、閥門及多聯(lián)空調室內機均應避開電氣設備的正上方，并與電氣設備保持250mm以上的安全距離；空調冷媒管及冷凝水管也應避開電氣設備和電纜橋架的正上方敷設。

4）管線綜合布置問題

部分車站設備區(qū)走道和站廳出入口處空調水管設于電纜橋架的正上方（圖5），甚至長距離上下平行敷設，而水管在運行和檢修時有漏水的風險，對下方電纜造成嚴重的安全隱患。部分車站風管布置時，風管之間或與其他管線間距過小（圖6），而風管管件、保溫和防火板等的實際厚度會造成施工時安裝空間不足。

圖5 走道內空調水管

圖6 走道內通風空調管線

站內管線多層布置時，應按照“風管在上（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）”的原則進行布置［10］，應避免水管位于電纜的正上方，水管接頭嚴禁位于電纜正上方。風管之間或與其他管線間距應符合下列要求：平行布置時，應不小100mm；垂直交叉時，應不小于50mm。風管與墻體間距應不小于150mm，困難時應不小于100mm。非金屬風管及外保溫或外包防火板時，應按風管實際厚度計，應考慮保溫層和防火板的厚度。風管布置間距還應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營對檢修的要求，包括閥門執(zhí)行器、空調箱內部、空調過濾器、風機接線盒、冷水機組抽管清洗等的檢修。

部分車站設備區(qū)走道內管線的檢修空間過小，甚至水管鋪滿整個走道最下層，環(huán)控機房和風室內的風閥檢修困難普遍存在，風機接線盒位置錯誤、組合式空調器過濾器拆卸口及檢修門被遮擋等問題也時有發(fā)生，這些問題均無法通過模型碰撞檢測發(fā)現(xiàn)，卻會給后期設備的檢修和維護帶來極大的不便。因此在BIM設計時應進行逐個核查，充分利用軟件空間可視化的優(yōu)勢，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，可從單側檢修；b、管線寬度＞1.2m時，應能兩側檢修；c、風管僅一側需要操作和檢修時，可從單側檢修；d、檢修空間應≥500mm，困難時≥400mm。走道內管線的檢修空間建議在中部考慮，既相對節(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。設計中應注意閥門執(zhí)行器的位置，當執(zhí)行器一側檢修受限時，可優(yōu)先考慮將執(zhí)行器調整至檢修空間充足側。設計中還應注意拼裝防火閥的檢修問題，其多個執(zhí)行器使檢修更加困難，必須在設計階段即考慮充分。

圖7 風閥檢修困難現(xiàn)狀

2.4 協(xié)調性問題

即風管與土建、裝修、機電等之間的沖突協(xié)調，如：結構梁、柱、板、掖角，建筑構造柱、隔墻，裝修吊頂及水管、橋架等。風管與橋架、裝修、水管等的碰撞是管綜BIM設計調整的重點，也是需要協(xié)調調整數(shù)量最多的問題，遵循本文2.2第4）及2.3相關原則逐一調整即可，本文不做論述。

BIM設計中，結構掖角和砌筑構造柱因其隱蔽性和普遍性，常會被忽略，而風管與之沖突時調整的難度和代價卻很大，需特別重視。腋角是結構專業(yè)為緩解梁板結構局部應力集中而設置［11］，一般規(guī)格為300×900mm。構造柱是建筑專業(yè)為保證大面積磚墻的整體性和穩(wěn)固性而設置［12］，分橫向和豎向兩種，一般規(guī)格為200×200mm。風管與掖角的沖突問題，建議在充分利用空間的基礎上通過優(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管（如衛(wèi)生間排風管）貼頂靠近腋角布置，其下方和旁邊再布置大系統(tǒng)風管等尺寸較大的風管。風管與構造柱的沖突問題，建議處理方式如下：a、主風管與構造柱沖突時，優(yōu)先考慮構造柱避讓或在風管四周設洞口圈梁保證構造柱完整性；b、支管與構造柱沖突時，優(yōu)先考慮優(yōu)化支管布置以避讓構造柱。

當然，類似問題最徹底的解決辦法是盡量取消或減少掖角和構造柱的設置，但需要征得土建專業(yè)的同意?？傊瑹o論采取何種方法，各專業(yè)間都應加強溝通與協(xié)調，以尋求影響最小、代價最小的解決方法。

2.5 其他問題

大多數(shù)車站模型中的設備與投產設備的規(guī)格有較大出入，這樣BIM技術便無法發(fā)揮其應有的優(yōu)勢，有效地指導設計和施工。BIM設計中，不僅設備的規(guī)格尺寸要與投產設備完全一致，其接管位置、進出口情況及檢修門、可動部件、操作面等情況也應與投產設備一致，這就要求我們，首先設備族庫一定要完備且真實準確，其次設計所選用的族的類型和規(guī)格也應準確無誤，只有如此，才能保證模型的合理性和可實施性，進而最大限度的指導設計、施工和運營。

3 結束語

隨著政府的政策引導和建設、施工、設計的大力推廣，廣大從業(yè)者對BIM技術的使用日趨成熟和深入，BIM設計模型質量越來越高，其對工程建設的積極影響也越來越大。但當前國內仍有兩個因素在一定程度上阻礙了BIM技術的應用：a、軟件本身的不足及國產相關軟件的不完善；b、BIM技術推廣成本和利益合理分配制度缺失，BIM應用利益享有單位與成本付出單位不一致。只有切實解決好以上問題，項目各方的積極性才能被充分調動起來，BIM技術的應用才能走的更深更遠，進而產生更大的經(jīng)濟技術效益。