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，從而引起車站內部功能的調整。土建設計中，孔洞的預留對后續安裝工程至關重要，文章從工程實踐經驗總結借助建筑信息模型（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模建設，其支撐著我國國民生產生活，發揮著越來越顯著的效益。顯著的社會效益及經濟評價催生了我國各地地鐵項目建設的遍地開花，地鐵等基礎建設規模龐大。然而在地鐵軌道設計中，配合專業多達24個工種，多工種的良好協作、配合和協同設計至關重要，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，系統構建也更加復雜。復雜的功能、安全的保障和舒適的體感等功能的實現，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等多種客觀因素制約，地面上已有建筑性質、市政、地貌及行政要素和權屬因素又會對地鐵出入口、風亭及排風方向產生諸多限制。地鐵方案是在一步步的限制要素條件下，逐步調整穩定的。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的設計產生較大的影響。每一次方案的修改對應到建筑及結構設計上，為設備安裝預留的孔洞洞口都會有變動。建筑設計作為協調主導專業，在施工圖中有專門的孔洞留洞圖章節，作為重要基礎性方案，布局協同其他專業設計，其他設備專業據此在樓板、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，甚至在結構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，文章結合專業背景知識，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，將車站的構成組件以族的方式呈現，因此，可以設計單個族描摹為地鐵站設計構成各類洞口，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設計人員搭建、相關配合設計師審核BIM模型各自專業的留洞，并編寫或者核對有效的洞口編碼，與系統分配的編碼嚴格對應;在項目環境下，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，多專業人員共同制定圖紙對BIM人員的提資標準或者規則，主要確定協同中的原點與空間協同準則設置問題。在準則下，設計人員正向設計各自的專業內容或者按照傳統，參照圖紙建立BIM模型。模型應當按照專業分開建立，如果界面需要更加細致的劃分，甚至可以在專業的基礎上分層、分區域、分系統細化建模，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架。

孔洞在建模中需要做專門的設計。常規方法中，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以外的十多個專業根據功能設計審核，因此，地鐵站BIM設計中需要體現孔洞的專業類別，還要進行唯一性的系統編號管理。在這種特殊的要求下，常規方法建立的孔洞都不能滿足管理上的需求和專業協同設計的管理需要。

針對地鐵設計的工作需要，根據BIM工具自身的功能，設計出可由參數約束的基于樓板、墻體的孔洞族或者坑洞族。通過參數約束調整尺寸大小，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表示專業代碼;2C表示所在標高或者層數;4/B代表軸號4軸與B軸相交區域;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構空間的占位、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。在項目環境下，需要開辟孔洞族的數據統計條件，如尺寸信息、編碼信息、空間占位信息等。

在協同好的模型中，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的范圍。設置好后，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構模型進行碰撞檢查，通過軟件批量檢查設備安裝區域占位是否合理或者有沒有專業交叉等問題。

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，且碰撞深度根據誤差范圍控制碰撞值，設置好數值后進行碰撞，NA軟件自動檢測出孔洞設置與架構框架、剪力墻體、結構柱之間的碰撞，并且生成報告。可根據報告甄別有效的碰撞結果，根據NA提供的IP地址號碼修改調整。重復檢測，原則上直至消除碰撞。然后在建筑模型環境下，再次修改孔洞族，將孔洞族中的占位體量刪除，重新在項目環境下替換回孔洞族。

5 ? ?結語

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構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，借助BIM技術模擬設計，建造發現問題的方法越來越重要的同時，立足建筑類型，總結不同的建筑設計特點，開發適宜的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。