針對地鐵設計預留孔洞在BIM設計中的核查策略

楊元年　盧立平　邵正龍

摘 要：地鐵站功能復雜，設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亭的布置，從而引起車站內(nèi)部功能的調(diào)整。土建設計中，孔洞的預留對后續(xù)安裝工程至關重要，文章從工程實踐經(jīng)驗總結(jié)借助建筑信息模型（BIM）技術核查孔洞的方法。

關鍵詞：地鐵站孔洞核查;BIM碰撞檢查;BIM技術新應用點

當今地鐵交通軌道正在中國這片土地上大規(guī)模建設，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)濟評價催生了我國各地地鐵項目建設的遍地開花，地鐵等基礎建設規(guī)模龐大。然而在地鐵軌道設計中，配合專業(yè)多達24個工種，多工種的良好協(xié)作、配合和協(xié)同設計至關重要，是保證地鐵建設的可行性、運營的安全性和使用者的舒適性的必要條件。在近些年的運營以及建設中，地鐵運營對于舒適度的要求逐步提高，迫使地鐵建設的標準不斷提高，功能更加復雜;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，越來越復雜;隨著材料的更新、消防法令的更新迭代，消防保障設施品類增多，系統(tǒng)構(gòu)建也更加復雜。復雜的功能、安全的保障和舒適的體感等功能的實現(xiàn)，最終落在各種機械設備的引入和精確安裝之上，最終推演到要求土建設計及施工精確上，為機械設備的安裝提供充分且周全的條件，達到地鐵設備安全運營和人員安全位移的目的。

地鐵工程多為地下工程，平面設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、風亭及排風方向產(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。從最初的方案設計到施工圖設計，每一個條件的變動都會影響出入口或者風亭的布置方案，將會對機電設計、安裝方案以及其他受限專業(yè)的設計產(chǎn)生較大的影響。每一次方案的修改對應到建筑及結(jié)構(gòu)設計上，為設備安裝預留的孔洞洞口都會有變動。建筑設計作為協(xié)調(diào)主導專業(yè)，在施工圖中有專門的孔洞留洞圖章節(jié)，作為重要基礎性方案，布局協(xié)同其他專業(yè)設計，其他設備專業(yè)據(jù)此在樓板、墻體上預留孔洞，為設備安裝工程預留安裝條件。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，甚至因設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）技術介紹一套解決方案。

1 ? ?思路

BIM技術作為新技術，在地鐵站設計中，將車站的構(gòu)成組件以族的方式呈現(xiàn)，因此，可以設計單個族描摹為地鐵站設計構(gòu)成各類洞口，洞口賦予可以進行分類編寫，獨立并具備唯一性的編碼。在地鐵設計中由各專業(yè)設計人員搭建、相關配合設計師審核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)分配的編碼嚴格對應;在項目環(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)設計模型中的空間占位關系。

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人員的提資標準或者規(guī)則，主要確定協(xié)同中的原點與空間協(xié)同準則設置問題。在準則下，設計人員正向設計各自的專業(yè)內(nèi)容或者按照傳統(tǒng)，參照圖紙建立BIM模型。模型應當按照專業(yè)分開建立，如果界面需要更加細致的劃分，甚至可以在專業(yè)的基礎上分層、分區(qū)域、分系統(tǒng)細化建模，以方便精準檢查模型，形成細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計。常規(guī)方法中，一種是通過軟件設置的功能豎井等，對樓板開洞;一種是在樓板建模過程中，直接留出洞口。這兩種方法滿足設計表達和模型模擬施工管理要求。然而對于地鐵設計，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)功能設計審核，因此，地鐵站BIM設計中需要體現(xiàn)孔洞的專業(yè)類別，還要進行唯一性的系統(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)同設計的管理需要。

針對地鐵設計的工作需要，根據(jù)BIM工具自身的功能，設計出可由參數(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，并可對孔洞進行分類編號的標注。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，也可以達到孔洞精確的表達設計的需要;其次，作為個體孔洞族，可以通過標簽引注出洞口的編碼信息，且通過明細表，在專業(yè)分類的基礎上，批量進行管理、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，驗證孔洞族開孔尺寸與結(jié)構(gòu)空間的占位、預留避讓尺寸是否匹配，檢測特殊要求的安裝孔洞周邊預留空間是否滿足需求。

4 ? ?方法

設計孔洞族，可以在墻體、樓板等上直接開符合要求的孔洞，且要滿足設計要求。在項目環(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系，在高度方向上選取適當?shù)姆秶ＴO置好后，載入到原有項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，選取孔洞設置的類別與結(jié)構(gòu)模型進行碰撞檢查，通過軟件批量檢查設備安裝區(qū)域占位是否合理或者有沒有專業(yè)交叉等問題。

因為土建施工中誤差是一個范圍，不是一個精確的值，因此碰撞可以設置為硬碰硬，且碰撞深度根據(jù)誤差范圍控制碰撞值，設置好數(shù)值后進行碰撞，NA軟件自動檢測出孔洞設置與架構(gòu)框架、剪力墻體、結(jié)構(gòu)柱之間的碰撞，并且生成報告。可根據(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，重新在項目環(huán)境下替換回孔洞族。

5 ? ?結(jié)語

利用類似計算機輔助設計（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系。這種方法精確又高效，在省去設計人員的合圖拍圖工作的同時，擴大了BIM模型的應用范圍，更好地提升了設計的質(zhì)量。

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

在BIM輔助表達設計的當今建筑設計領域，從設計成果出發(fā)，借助BIM技術模擬設計，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)不同的建筑設計特點，開發(fā)適宜的BIM技術服務路徑，這種有針對性的工作越來越重要，且效益顯著。

[參考文獻]

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[3]楊元年，薛博文.復雜項目中多軟件的協(xié)同應用[J].建筑學研究前沿，2017（20）：258.

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