機場航站樓弱電消防BIM正向設計實踐

摘要：機場航站樓作為典型的大型公共建筑，其建筑空間關系復雜，功能分區多樣性高，對設計工作帶來了極大的挑戰。其中弱電消防專業因自身設備數量種類多，與其他專業聯系緊密，BIM正向設計推進阻力較大。本文結合某大型4F機場航站樓的全正向設計經驗，分析了機場航站樓弱電消防設計的難點，梳理了弱電消防與各專業間的配合流程，挖掘與其他機電專業間的信息交互方式，基于自研的二次開發插件實現高效的BIM正向設計。

關鍵詞：正向BIM設計；機場航站樓；弱電消防；二次開發插件

隨著項目對于設計交付的精細程度要求越來越高，同時國家大力推進建筑信息模型（BuildingInformationModeling，BIM）的交付，正向BIM設計已成為未來設計的發展趨勢。

而隨著BIM技術在設計中的大范圍應用，軟件適用性不強、設計配合流程的不完善、生產效率退步等問題也逐漸暴露，并嚴重影響了項目推進及成果交付，其中尤以機電設計為甚。因此，為了滿足項目交付需求，迎合未來精細設計、智慧設計的發展趨勢，各設計專業亟須定制化、高效率的設計輔助插件，完善的BIM配合提資流程，讓設計師能更為高效地完成設計工作［1］。

此外，精細、準確的BIM模型還可助力機電設備信息統計、投資控制、項目審計等工作。結合設備的運維管理平臺，可更直觀地實現全生命周期的運維管理。

目前三維設計中雖有部分插件可以支撐設計［2］，但是針對具體項目級別的設計仍顯得不夠便捷，且大型項目存在經常修改的情況時，問題尤為突出，而目前以及以后的項目都是功能多變且越來越復雜，數字化靈動地應對這些復雜多變的場景成為以后三維數字化設計的發展方向和趨勢。

1機場航站樓弱電消防設計特點

1.1自身建筑特點

機場航站樓作為典型的大型公共建筑，其建筑體量根據機場旅客吞吐量而定。國內4F級機場航站樓，建筑面積一般不小于30萬平方米；4E級機場航站樓，建筑面積一般不小于10萬平方米。考慮到旅客視覺觀感及復雜的行李運輸系統建設，其建筑形式多呈現出大空間錯落復雜的形式。

1.2火災自動報警系統特點

正因為空間關系上的錯綜復雜，為機電專業的管線敷設及設備布放帶來了一定的挑戰。其防火分區也并非類似傳統建筑，引入了防火控制區、防火隔離帶、防火倉、獨立防火單元等概念措施，以解決大空間的火災撲救及疏散不能滿足建筑防火規范［3］及火警規范［4］的問題。因此火災探測器的設置需充分了解建筑的空間關系，對于高大空間及管廊等特殊區域還需采用圖像型火焰探測器、吸氣式感煙火災探測器、線型光束感煙探測器、分布式光纖感溫火災探測器等多種特殊火災探測手段；對于機場航站樓這種重要公共建筑，一般還要求采用環形總線回路形式以增加系統的可靠性。

1.3消防聯動控制系統特點

消防聯動主要關聯其他機電專業的設備需求。暖通專業涉及補風、送風、排煙系統的風機及末端風閥的聯動控制；消防水專業涉及消火栓、噴淋、水炮系統的水泵即末端設備的聯動控制，還包括氣體滅火、穩壓系統的聯動控制；強弱電專業包括切非消防負荷、防火卷簾、門禁釋放、廣播強啟等系統的聯動控制。由于弱電消防專業需接收以上各系統的聯動提資需求，在設計過程中也需要不斷接收提資，導致整個弱電消防系統設計呈現不斷調整、難以閉合的狀態。

2輔助工具開發與應用

2.1開發平臺

本次BIM正向設計采用Revit2019作為基礎平臺軟件，Revit是Autodesk公司一套系列軟件的名稱。Revit系列軟件是專為建筑信息模型（BIM）構建的，可幫助建筑設計師設計、建造和維護質量更好、能效更高的建筑。

二次開發集成開發環境采用Visualstudio2022。該軟件并不是單個的開發軟件，而是一套開發工具集，它能為用戶提供UML工具、代碼管控工具、集成開發環境（IDE）等，其包含重構、導航、Debug調試基本功能，擁有更快的加載編譯，更多協作和智能功能也是該軟件和同類型軟件相比的優勢所在，一款程序的所有生命周期幾乎都能通過這個軟件來完成。

2.2輔助工具功能

2.2.1消火栓按鈕自動布置

該功能為在模型中自動讀取選中區域的消火栓位置，并在對應的位置生成消火栓按鈕。其不僅是單純在二維視圖中替換，消火栓按鈕相對樓層標高也是根據消防栓標高進行換算的。

2.2.2模塊箱聯動點位統計

基于各機電專業采用定制族庫，機電提資設備可自帶提資聯動交互信息。該功能定制模塊箱圖元已實現將聯動交互信息條目寫入屬性中。在平面視圖中框選接入該模塊箱的聯動設備，程序將自動計算并加總所需要的I/O模塊數量，并將計算結果賦值到對應的模塊箱，使之能統計出相應的模塊箱中的I/O模塊數量。

2.2.3消防端子箱系統圖生成

消防端子箱的生成由兩個部分組成，消防回路參數化族和消防端子箱參數化族。

消防回路參數化族對消防回路中所連接的感煙探測器、短路隔離器、I/O模塊及所聯動的設備進行了預設。

消防端子箱參數化族則對端子箱回路數量、消防泵、消防風機、區域顯示器等多線設備的類型進行了預設。

在設計過程中，在平面視圖中依次框選消防回路所對應的設備，程序可以對應計算統計每個回路所涉及的設備數量，并生成多個對應的消防回路系統。在對應的回路系統生成后，程序將回路系統按所選次序組裝到消防端子箱系統，即可生成整個消防端子箱系統。

3弱電消防BIM正向設計實踐

3.1BIM正向設計現狀

我院作為國內大型民用建筑設計單位承接了多個國內大型機場航站樓的設計工作。

項目1為較早設計的項目，全專業均為二維CAD軟件進行設計。專業間配合難度較大，尤其是涉及機電專業間的信息交換，后續修改檢查帶來了較大工作量。

項目2為近年設計的項目，土建專業相關軟件及插件較為成熟，具備全正向設計的條件。然而機電專業正處于摸索階段，部分主要管線、橋架、風機水泵設備實現了BIM正向設計。由于弱電消防涉及的末端點位數量巨大，相關的輔助插件及專業間的信息交換流程亦不成熟，并未采用全系統正向設計，僅實現了橋架的碰撞調整配合工作。在設計后期出現了機電專業的交互提資反復在二維CAD和三維BIM切換，嚴重影響了設計效率。弱電消防的聯動系統設計效率甚至劣于傳統二維設計。

項目3為近期完成設計的項目，設計流程及插件工具均趨于成熟，全專業均實現了BIM正向設計，其中機電專業共用同一個中心文件，實現了信息流的暢通交互。

所列的三個項目僅代表我院近年來BIM正向設計工作開展上所經歷的幾個階段。

3.2項目概況

以項目3為例，對弱電消防BIM正向設計中的工作進行介紹。

項目3為建筑面積50萬平方米的新建機場航站樓，近機位登機口95個，遠機位登機口16個；目標年2030年，旅客設計吞吐量4000萬/年人次，其中含國內旅客3100萬/年人次，國際旅客900萬/年人次。

整個建筑由A～E五個指廊及F區大廳構成，自B1F至L3夾層合計7層，總建筑高度44.65米。

3.3專業間信息交互

由于機場航站樓項目的體量巨大，在專業間采用了相對的分離模式，即建筑單專業模型、結構單專業模型，給排水、暖通、電氣三個專業合用一個MEP模型。其次，拆分成3個專業模型后還需要根據每個專業的項目規模進一步拆分。根據實際情況，拆分成了A、B、C、D、E5個指廊和F大廳區共計6個MEP模型。

MEP與建筑和結構之間采用鏈接的方式進行信息交互配合，MEP之間采用共中心文件同步的模式進行信息交互配合。

3.3.1與建筑專業的交互配合

在鏈接建筑的模型后，需要建筑給出對應的提資視圖。建筑需要向弱電消防專業提供的提資視圖有提資設備—平面圖和提資設備—吊頂圖。

3.3.1.1提資設備—平面圖

在提資設備—平面圖中需要注意的提資要點為：閉合的房間及房間名稱標注；防火門、防火卷簾；樓梯的方向；非結構墻采用細線無填充。

3.3.1.2提資設備—吊頂圖

在提資設備—吊頂圖中需要注意的提資要點為：對應的吊頂區域邊界；非實吊頂的鏤空率。

弱電消防專業需要向建筑專業提出的視圖為：提資建筑—機房及留洞圖。

3.3.2與結構專業的交互配合

與結構專業的配合主要是接收與結構相關的豎向構件和梁圖。火警探測器的布置需要依據《火災自動報警系統設計規范》（GB5011620136.2.3）規定，探測器的布置需要結合梁的關系進行布置。

梁圖的提資視圖可通過過濾器來進行顏色的區分，使得設計師能快速根據情況進行布置。以梁突出頂板的凈高進行分界，0～200mm、200～600mm、600mm以上分別以不同顏色區分，便于弱電消防專業核對。

3.3.3與給排水專業的交互配合

使用提資視圖樣板——水專業需要聯動的設備全部在視圖中顯示，用于弱電消防專業核對相關資料，弱電消防專業內部使用視圖樣板直接過濾接受相關的閥門、管道附件，使用前文的插件輔助功能實現消火栓按鈕追蹤定位消火栓并一鍵同位置布放。

此外應注意與給排水專業協同商討水炮的安裝位置和方式，便于規劃水炮控制和供電線纜的敷設方式。

3.3.4與暖通專業的交互配合

使用提資視圖樣板——暖通需要聯動的設備全部在視圖中顯示，用于弱電消防專業核對相關資料，弱電消防專業內部使用視圖樣板直接過濾接收相關的閥門、管道附件。

暖通專業因末端風閥種類及數量眾多，本次項目與暖通專業共合計創建參數風閥16種，全項目累積提資風閥3452個。正因為使用同一中心文件協調設計，風閥的變化可實時反饋，弱電消防布線可自動追隨風閥移動，實現正式出圖時風閥零誤差。

3.3.5與強電專業的交互配合

使用提資視圖樣板——強電需要聯動的設備全部在視圖中顯示，并填寫相關參數，用于強電專業核對相關資料，消防聯動平面使用視圖樣板直接過濾接收相關的配電箱。

因風機設備的消防聯動控制是通過配電箱實現的，需要強電專業手動填寫配電箱數據，這勢必會增加強電專業的工作量。但對于強電專業來說，設備信息完善有利于其自身后續功能插件的開發，基于設備信息我院同樣開發了配電系統圖快速生成的工具以提供設計效率。

3.4成果交付

本項目弱電消防圖紙共交付283張，其中所有平面圖及回路系統圖均采用REVIT直出，部分系統架構圖及安裝大樣圖采用CAD出圖，BIM實際直出率達到77%。此外應用REVIT的明細表二次開發，對模型中的主要設備進行了數量復核，極大地減小了設備統計的工作量。

作為BIM設計的傳統優勢，在管綜優化上也完成了相應的工作，實現弱電消防設備橋架0碰撞，為后續施工排產節約了時間。

結語

本文以某大型4F機場航站樓的全正向設計為例，分析了機場航站樓弱電消防設計的難點，梳理了弱電消防與各專業間的配合流程，挖掘與其他機電專業間的信息交互方式。基于自研的二次開發插件實現高效的BIM正向設計，為后續其他項目的全正向設計提供了技術參考。此外我院也正在開發自研三維設計平臺，文中所提及的功能也正在進行適配移植工作，相信未來的正向設計將越來越智能。

參考文獻：

［1］楊志鋒.BIM技術在建筑電氣設計中的應用［J］.工程建設與設計，2023（20）：114116.

［2］張健，魏志剛.高大空間消防參數化設計方法研究［J］.建筑電氣，2022，41（01）：1620.

［3］公安部天津消防研究所，公安部四川消防研究所.GB500162014建筑設計防火規范（2018年版）［S］.北京：中國計劃出版社，2018.

［4］公安部沈陽消防研究所.GB501162013火災自動報警系統設計規范［S］.北京：中國計劃出版社，2014.

項目基金：中國建筑西南設計研究院有限公司青年科技研發計劃課題，課題名稱：基于BIM的大型機場弱電消防系統正向設計及應用研究，課題編號：R202266EY2023

作者簡介：陸家明（1993—），男，漢族，黑龍江牡丹江人，碩士，中級職稱，研究方向：建筑電氣與智能化設計。