城市軌道交通動力照明設(shè)計中BIM技術(shù)應(yīng)用分析

張晴雪 劉 琴 虞鴻基 唐鵬程 趙黎明 傅兆隆

（1.北方國際合作股份有限公司，北京 100040；2.南京國電南自軌道交通工程有限公司，江蘇南京 210032）

城市軌道交通建設(shè)已經(jīng)成為一個大型城市基礎(chǔ)設(shè)施項目，大幅度緩解了城市交通堵塞、減少空氣污染和提高出行效率。交通便利的同時也帶來了大量能源的消耗問題。

以德黑蘭地鐵項目為例，德黑蘭是一個大都市，對地鐵供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和持續(xù)性有嚴(yán)格要求。為了進(jìn)一步節(jié)約能源，提升地鐵項目整體的安全性，在城市軌道交通動力照明設(shè)計中引入了BIM技術(shù)，實現(xiàn)節(jié)能減排、優(yōu)化用電質(zhì)量以及提高供電可靠性的重要目標(biāo)。

BIM技術(shù)當(dāng)前在我國的軌道交通中已經(jīng)有了較為成功的應(yīng)用范例，并且逐漸融入更多的軌道交融項目設(shè)計中，通過軌道交通構(gòu)建的實物化和數(shù)字化，有效地提高了設(shè)計和施工環(huán)節(jié)的效率，保證了工程項目的質(zhì)量。但BIM技術(shù)在城市軌道交通動力照明中的應(yīng)用目前還存在不足，為了進(jìn)一步促進(jìn)城市軌道交通的安全高效，深入探討B(tài)IM技術(shù)在軌道交通動力照明設(shè)計方面的應(yīng)用，分析優(yōu)劣，抓住技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)，解決現(xiàn)存的問題。

1 城市軌道交通動力照明系統(tǒng)

城市軌道交通動力照明系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 城市軌道交通動力照明系統(tǒng)

由圖1可知，動力照明專業(yè)上接供電專業(yè)，下接各專業(yè)的電源系統(tǒng)和最終的負(fù)載設(shè)備。軌道交通動力照明系統(tǒng)是供電系統(tǒng)的一部分，一般指提供車站和區(qū)間的400 V供電系統(tǒng)，通過降壓變電所饋出的400 V電源，供車站和區(qū)間的動力和照明。

2 配電照明的要求

2.1 城市軌道交通應(yīng)急照明

應(yīng)急照明設(shè)計的目的在于保證車站在故障狀態(tài)下的正常供電。在車站站廳中應(yīng)急照明電源有兩套，分別在站廳AB兩端，使用EPS裝置作為電源。在工作過程中，照明使用的是變電站提供的交流電，蓄電池的狀態(tài)保持浮充，用于應(yīng)急照明[1]。

2.2 城市軌道交通站廳及站臺的照明

應(yīng)急照明和工作照明是城市軌道交通站臺和站廳照明的重要構(gòu)成要素。應(yīng)急照明和工作照明分別設(shè)有供電設(shè)備，安裝在站臺兩側(cè)的配電室內(nèi)，保證應(yīng)急照明以及工作照明的供電。在車站的公共區(qū)域可以使用LED燈，滿足節(jié)約、節(jié)能的理念。

3 BIM技術(shù)在提高城市軌道交通動力設(shè)計效率中的應(yīng)用

3.1 利用BIM技術(shù)解決動力照明專業(yè)的設(shè)計變更問題

在動力照明的設(shè)計過程中，不僅需要考慮照明應(yīng)用，還要考慮在其上游的扶梯、通信、建筑等方面是否存在提資變化。動力照明設(shè)計會受到相關(guān)變化（如某一專業(yè)的設(shè)計調(diào)整、建筑底圖變化）的影響，導(dǎo)致出圖時間延遲。在應(yīng)用BIM技術(shù)的過程中，可以通過協(xié)作機(jī)制使設(shè)計環(huán)節(jié)在統(tǒng)一的模型中完成，出現(xiàn)變化情況時，動力照明專業(yè)能夠及時收到通知，不同的專業(yè)之間既能夠并行設(shè)計，又可以交叉合作，減少了返工和遺漏的情況，降低了設(shè)計人員工作壓力，提高了出圖效率，節(jié)約了投資成本。

3.2 利用BIM技術(shù)對動力照明管線進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化

城市軌道交通的電力系統(tǒng)交錯復(fù)雜，不僅有通信信號的管線，還有照明管線、變電站等走線，在設(shè)計的過程中，基于二維平臺進(jìn)行設(shè)計統(tǒng)籌時常會出現(xiàn)錯誤的管線設(shè)計。例如在停車場室外管線埋設(shè)的過程中，出圖由工作綜合管線專業(yè)負(fù)責(zé)，其他專業(yè)方負(fù)責(zé)提資，校對配合依然由綜合管線專業(yè)完成。在這種工作模式下，不同的專業(yè)具有不同的側(cè)重點(diǎn)，綜合管線設(shè)計的工作人員無法了解所有專業(yè)的需求，導(dǎo)致沖突問題。

設(shè)計過程中還有可能出現(xiàn)遺漏的情況，內(nèi)容復(fù)雜，往往不能及時發(fā)現(xiàn)，直到施工時才被發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致施工的工期拖延。將BIM技術(shù)應(yīng)用于管線設(shè)計，能夠有效優(yōu)化設(shè)計過程?？梢岳貌煌瑢I(yè)的碰撞測試對管線碰撞進(jìn)行模擬，通過得到的報告配合設(shè)計工作。設(shè)計動力照明的過程中，先根據(jù)不同專業(yè)的提資確定配電線纜設(shè)計，確定線纜的基本走向、規(guī)格、套管形式等內(nèi)容，有效發(fā)揮BIM技術(shù)在城市軌道交通的良好作用。BIM技術(shù)的應(yīng)用不僅在設(shè)計階段對管線問題進(jìn)行了處理，同時通過共享預(yù)埋管溝達(dá)到了節(jié)約成本的目的[2]。

4 基于BIM技術(shù)的城市軌道交通動力照明設(shè)計

現(xiàn)階段，BIM技術(shù)在動力照明專業(yè)的應(yīng)用較為單薄，只涉及車站內(nèi)橋架和電氣設(shè)備用房，動力照明還無法有效利用BIM技術(shù)達(dá)到系統(tǒng)化和數(shù)字化的標(biāo)準(zhǔn)。加強(qiáng)對BIM技術(shù)應(yīng)用的研究，提高設(shè)計的深度，實現(xiàn)系統(tǒng)化的網(wǎng)絡(luò)配電，是后續(xù)軌道交通電氣設(shè)計的主要探索方向。

4.1 車站照明的BIM設(shè)計

進(jìn)行車站照明設(shè)計時，應(yīng)對照明平面進(jìn)行BIM設(shè)計，對建筑的空間信息進(jìn)行整體收集，用一個空間代表一個設(shè)備用房，按照相關(guān)規(guī)定的要求定義設(shè)備用房的照度級別，并編輯燈具的類型和屬性，包括色溫、功率、傾斜角、光線分布等，保證設(shè)計符合項目應(yīng)用的要求。完成上述工作后，可以進(jìn)行照明平面的設(shè)計，將燈具按照要求在房間內(nèi)布置好，使用Revit軟件完成照度明細(xì)表的構(gòu)建，不斷進(jìn)行調(diào)節(jié)。在這個過程中，需要對空間位置進(jìn)行全面考慮，保證在地鐵站內(nèi)照明不存在嚴(yán)重的反射，又能滿足實際工作的要求，提高照明建設(shè)的質(zhì)量。

照明配電系統(tǒng)的設(shè)計需要滿足城市軌道交通的實際需求，符合行業(yè)規(guī)定，合理定義配電制式，同時做好開關(guān)、燈具數(shù)量、布置形式等內(nèi)容的安排。設(shè)計人員可以使用Revit軟件對低壓照明配電進(jìn)行設(shè)計，編輯電纜和開關(guān)類型等，編輯和繪制的效率更高。

4.2 照明配電設(shè)計優(yōu)勢

照明配電具有模擬性，設(shè)計人員可以通過BIM技術(shù)得到一個三維立體的虛擬光環(huán)境，直觀發(fā)現(xiàn)存在的問題，及時對設(shè)計方案進(jìn)行調(diào)整和修改，保證高質(zhì)量的照明設(shè)計。與此同時，能夠最大限度保證低配電壓資料的精準(zhǔn)性，讓施工人員對一些關(guān)鍵信息有足夠了解，保證施工的科學(xué)性。照明設(shè)備存在標(biāo)準(zhǔn)性，使用BIM技術(shù)的配電照明設(shè)計是一種模塊化設(shè)計，對于照明相關(guān)的燈具、外形、發(fā)光體等進(jìn)行統(tǒng)一定義，有利于協(xié)同設(shè)計的實現(xiàn)。

在以往的設(shè)計過程中，每個部門的設(shè)計人員只負(fù)責(zé)自身工作相關(guān)的設(shè)計任務(wù)，這種形式會加大管線碰撞的概率。在使用Revit MEP進(jìn)行設(shè)計的過程中，設(shè)計人員能夠同時連接其他的設(shè)備模型，檢查是否存在碰撞情況。開啟監(jiān)視功能的狀態(tài)下，建筑的標(biāo)高發(fā)生變化時，設(shè)計模型會自動示警，保證同步設(shè)計的實現(xiàn)。低配電壓屬于城市軌道交通下游專業(yè)，應(yīng)積極配合其他專業(yè)的工作，BIM技術(shù)能夠滿足此要求，提高設(shè)計質(zhì)量和效率，節(jié)約環(huán)節(jié)花費(fèi)的人力、物力和財力[3]。

4.3 電氣配置

Revit軟件具有MEP功能，可以對電氣參數(shù)進(jìn)行修改，保證符合標(biāo)準(zhǔn)要求。在“MEP配置”中，設(shè)置電纜名稱、尺寸、負(fù)荷分類等需要的參數(shù)，軟件能夠根據(jù)以上信息生成并反饋配電回路的信息。在使用Revit軟件的過程中，需要注意，Revit軟件是一種“外語語言”軟件，與我國用戶的習(xí)慣不完全符合，項目參數(shù)方面也有所差別，需要設(shè)計人員自己進(jìn)行修改調(diào)整。針對軌道交通項目的實際需要，可以添加電纜編號、工程名稱、鋪設(shè)方式等內(nèi)容。如果要對項目參數(shù)進(jìn)行新建，應(yīng)注意使用共享參數(shù)，同時對參數(shù)的類別進(jìn)行設(shè)置，以便軟件生成各類明細(xì)數(shù)據(jù)。

在Revit軟件中，有一個概念叫“族”，是構(gòu)成軟件的關(guān)鍵要素，本質(zhì)上是圖元組，以相關(guān)圖形和通用屬性表示。族構(gòu)建的核心內(nèi)容是族連接件，能夠促進(jìn)族特性的實現(xiàn)。電氣連接件能夠?qū)﹄姎庾暹M(jìn)行負(fù)荷特性的設(shè)置，在邏輯方面實現(xiàn)電氣設(shè)備的互相連接，成為一個完整的配電系統(tǒng)，提高電力族庫的完善度，凸顯BIM技術(shù)在設(shè)計應(yīng)用中的優(yōu)勢，保證后續(xù)工作的正常進(jìn)行。城市軌道交通的配電系統(tǒng)包括照明和動力兩個部分，車站站廳層的右端是降壓變電所，站臺的每端都有照明配電室。

4.4 綜合管線碰撞

在城市軌道交通中，綜合管線的鋪設(shè)涉及較多專業(yè)，包括水、風(fēng)、電、通信、照明等，在設(shè)計過程中存在不可避免的碰撞情況。使用BIM技術(shù)可以對通道內(nèi)存在的不同專業(yè)管線進(jìn)行合理規(guī)劃，避免碰撞的發(fā)生。

5 基于BIM技術(shù)的城市軌道交通動力照明設(shè)計

在使用BIM技術(shù)進(jìn)行動力照明設(shè)計的過程中，雖然存在較多優(yōu)勢，但也暴露出不足。例如Revit軟件在使用過程中，本土化程度不強(qiáng)，導(dǎo)致在表達(dá)方式上存在較大差異，且與國內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)存在差異。在進(jìn)行檢測工作的過程中，不能同時完成多個文件的連接，無法對常見電氣材料進(jìn)行繪制等。BIM技術(shù)是在計算機(jī)設(shè)計的基礎(chǔ)上不斷發(fā)展進(jìn)化而來，數(shù)字可視化程度較高，為照明設(shè)計工作提供了便利。在現(xiàn)階段的應(yīng)用中，還無法較好地實現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)化，還需要加強(qiáng)研究和實踐分析[4]。

6 結(jié)語

綜上所述，目前我國的BIM技術(shù)發(fā)展尚不完善，在動力照明中的應(yīng)用還存在一些問題，例如市場需求不足、普及程度不高、設(shè)計兼容性不強(qiáng)等。城市軌道交通的設(shè)計和施工包含眾多領(lǐng)域，工程總量龐大，時間緊，任務(wù)重，對于精準(zhǔn)性的要求較高，還不能達(dá)到完全適應(yīng)的程度。隨著對BIM技術(shù)研究深入，BIM在動力照明等領(lǐng)域的應(yīng)用會逐漸成熟。