针对地铁设计预留孔洞在BIM设计中的核查策略

杨元年　卢立平　邵正龙

摘 要：地铁站功能复杂，设计方案限制因素众多。不稳定的限制因素制约着出入口及风亭的布置，从而引起车站内部功能的调整。土建设计中，孔洞的预留对后续安装工程至关重要，文章从工程实践经验总结借助建筑信息模型（BIM）技术核查孔洞的方法。

关键词：地铁站孔洞核查;BIM碰撞检查;BIM技术新应用点

当今地铁交通轨道正在中国这片土地上大规模建设，其支撑着我国国民生产生活，发挥着越来越显著的效益。显著的社会效益及经济评价催生了我国各地地铁项目建设的遍地开花，地铁等基础建设规模庞大。然而在地铁轨道设计中，配合专业多达24个工种，多工种的良好协作、配合和协同设计至关重要，是保证地铁建设的可行性、运营的安全性和使用者的舒适性的必要条件。在近些年的运营以及建设中，地铁运营对于舒适度的要求逐步提高，迫使地铁建设的标准不断提高，功能更加复杂;随着现代生活方式的变革，使用者的体感舒适度及配套功能要求也越来越高，越来越复杂;随着材料的更新、消防法令的更新迭代，消防保障设施品类增多，系统构建也更加复杂。复杂的功能、安全的保障和舒适的体感等功能的实现，最终落在各种机械设备的引入和精确安装之上，最终推演到要求土建设计及施工精确上，为机械设备的安装提供充分且周全的条件，达到地铁设备安全运营和人员安全位移的目的。

地铁工程多为地下工程，平面设计布置受地面地貌及地质等多种客观因素制约，地面上已有建筑性质、市政、地貌及行政要素和权属因素又会对地铁出入口、风亭及排风方向产生诸多限制。地铁方案是在一步步的限制要素条件下，逐步调整稳定的。从最初的方案设计到施工图设计，每一个条件的变动都会影响出入口或者风亭的布置方案，将会对机电设计、安装方案以及其他受限专业的设计产生较大的影响。每一次方案的修改对应到建筑及结构设计上，为设备安装预留的孔洞洞口都会有变动。建筑设计作为协调主导专业，在施工图中有专门的孔洞留洞图章节，作为重要基础性方案，布局协同其他专业设计，其他设备专业据此在楼板、墙体上预留孔洞，为设备安装工程预留安装条件。然而在施工过程中，往往条件变动多，造成图纸班次多，孔洞预留会产生偏差、返工甚至错误。安装工程开始前需要重新测量、设计，甚至在结构板上重新打孔或者修正孔洞尺寸，造成极大的人力、物力浪费，甚至因设计或者施工属于不同单位，形成过高的沟通成本。针对这种情况，文章结合专业背景知识，借助建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技术介绍一套解决方案。

1    思路

BIM技术作为新技术，在地铁站设计中，将车站的构成组件以族的方式呈现，因此，可以设计单个族描摹为地铁站设计构成各类洞口，洞口赋予可以进行分类编写，独立并具备唯一性的编码。在地铁设计中由各专业设计人员搭建、相关配合设计师审核BIM模型各自专业的留洞，并编写或者核对有效的洞口编码，与系统分配的编码严格对应;在项目环境下，利用族的批量编辑功能，在族中添加合理的空间占位体量，借助BIM软件的自动碰撞功能，核查洞口与各专业设计模型中的空间占位关系。

2    软件工具

建模软件：Revit、Archcad、奔特利等;

检查软件：Navisworks Manage（以下简称NA）。

3    条件

在BIM工作开展之前，通过项目例会制度，多专业人员共同制定图纸对BIM人员的提资标准或者规则，主要确定协同中的原点与空间协同准则设置问题。在准则下，设计人员正向设计各自的专业内容或者按照传统，参照图纸建立BIM模型。模型应当按照专业分开建立，如果界面需要更加细致的划分，甚至可以在专业的基础上分层、分区域、分系统细化建模，以方便精準检查模型，形成细致的组织管理及核查的组织构架。

孔洞在建模中需要做专门的设计。常规方法中，一种是通过软件设置的功能竖井等，对楼板开洞;一种是在楼板建模过程中，直接留出洞口。这两种方法满足设计表达和模型模拟施工管理要求。然而对于地铁设计，不能满足专业配合精度的需求和信息迭代管理的需求。地铁设计中孔洞图纸需要土建专业以外的十多个专业根据功能设计审核，因此，地铁站BIM设计中需要体现孔洞的专业类别，还要进行唯一性的系统编号管理。在这种特殊的要求下，常规方法建立的孔洞都不能满足管理上的需求和专业协同设计的管理需要。

针对地铁设计的工作需要，根据BIM工具自身的功能，设计出可由参数约束的基于楼板、墙体的孔洞族或者坑洞族。通过参数约束调整尺寸大小，并可对孔洞进行分类编号的标注。样例如图1所示。

在图1中，KD0315表示孔洞尺寸X向300 mm宽，Y向1 500 mm高;RD或者E表示专业代码;2C表示所在标高或者层数;4/B代表轴号4轴与B轴相交区域;002或者05代表孔洞在本层的编码;

首先，通过族样式的孔洞在楼板或者墙体上直接开孔，也可以达到孔洞精确的表达设计的需要;其次，作为个体孔洞族，可以通过标签引注出洞口的编码信息，且通过明细表，在专业分类的基础上，批量进行管理、核对、编码等工作，提升孔洞编码工作的效率，节省大量的核对、校审工作;再次，孔洞表达的唯一性，无论在三维、平面、立面还是剖面上，读取孔洞的编码，节省了大量的反复核对工作;另外，通过利用孔洞族批量更改的特性，可以将占位体量加入到孔洞族中，注意划归的类别，通过NA的不同类别间的碰撞检查功能，验证孔洞族开孔尺寸与结构空间的占位、预留避让尺寸是否匹配，检测特殊要求的安装孔洞周边预留空间是否满足需求。

4    方法

设计孔洞族，可以在墙体、楼板等上直接开符合要求的孔洞，且要满足设计要求。在项目环境下，需要开辟孔洞族的数据统计条件，如尺寸信息、编码信息、空间占位信息等。

在协同好的模型中，剥离设置有孔洞的建筑模型，选取孔洞族，在编辑族的状态下，加入占位体量，占位体量在平面上与尺寸有一定的逻辑关系，在高度方向上选取适当的范围。设置好后，载入到原有项目文件中覆盖原有孔洞族。然后在NA中，更新建筑模型，通过碰撞检测功能，选取孔洞设置的类别与结构模型进行碰撞检查，通过软件批量检查设备安装区域占位是否合理或者有没有专业交叉等问题。

因为土建施工中误差是一个范围，不是一个精确的值，因此碰撞可以设置为硬碰硬，且碰撞深度根据误差范围控制碰撞值，设置好数值后进行碰撞，NA软件自动检测出孔洞设置与架构框架、剪力墙体、结构柱之间的碰撞，并且生成报告。可根据报告甄别有效的碰撞结果，根据NA提供的IP地址号码修改调整。重复检测，原则上直至消除碰撞。然后在建筑模型环境下，再次修改孔洞族，将孔洞族中的占位体量删除，重新在项目环境下替换回孔洞族。

5    结语

利用类似计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）中批量修改的功能，在BIM工具中开发满足地铁设计的孔洞族，在孔洞族模型中抽象地加入孔洞占位体量，借助体量的空间占位检测与结构模型中限制因素的碰撞关系。这种方法精确又高效，在省去设计人员的合图拍图工作的同时，扩大了BIM模型的应用范围，更好地提升了设计的质量。

借助BIM语言下的个体承载对应的信息，对信息进行有效的植入、读取等，方便在各个维度上表达建筑设计中的孔洞信息。将会为设计师免去繁琐的查询、编码、校验工作，在建筑设计中开辟一种新的方法表达设计语言。

在BIM辅助表达设计的当今建筑设计领域，从设计成果出发，借助BIM技术模拟设计，建造发现问题的方法越来越重要的同时，立足建筑类型，总结不同的建筑设计特点，開发适宜的BIM技术服务路径，这种有针对性的工作越来越重要，且效益显著。

[参考文献]

[1]北京市规划委员会.地铁设计规范（GB 50157—2013）[EB/OL].（2014-03-01）[2020-05-05].https：//max.book118.com/html/2017/0810/127128502.shtm.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.地下铁道工程施工质量验收标准（GB/T 50299—2018）[EB/OL].（2018-12-01）[2020-05-05].http：//www.doc88.com/p-8139127623868.html.

[3]杨元年，薛博文.复杂项目中多软件的协同应用[J].建筑学研究前沿，2017（20）：258.

作者简介：杨元年（1987— ），男，汉族，陕西渭南人，工程师，学士;研究方向：建筑学。