地铁人防工程设计施工中BIM技术的探讨

宋 桦

(太原市轨道交通发展有限公司，山西 太原 030002)

1 概述

在过去的几十年中，CAD的推行使设计师从手工画图发展为计算机绘图[1]。把手中的纸质版平面模型转化成计算机平面模型。随着建筑结构的多样化，设计师在短时间内很难完成项目的准确设计。当前二维的设计审核检查不方便，审图人员通过绘图知识将二维还原为三维，往往难以发现其中的错误，尤其是空间关系的偏差，而这些在施工时才会发现从而造成工程更改，工期延长。BIM技术将很好的解决目前所面临的问题，已经是业内注视的焦点。

2 BIM概要

2.1 概念

BIM，Building Information Modeling，即建筑信息模型。是指通过建立一个虚拟的建筑，实现对实际项目的任何动作，首先在虚拟建筑上进行分析模拟，得到最优方案，从而提高工作效率。该技术是一种模型信息的应用，此方式支持建筑项目的集成控制模式，可以使项目在全生命周期增加效率、大量降低风险。在国家“2011年—2015年建筑业信息化发展纲要”中已经明确提出其发展方向和目标，可见BIM技术的应用既符合建筑科技的发展方向，又符合国家政策导向[2]。BIM技术在建筑设计施工中的实施路线如图1所示。

2.2 优点

1)提高设计工作效率。

基于BIM的模拟，可以形象地观察项目的三维模型，其有别于常见的效果图，而是可以含有材料、机电设备、组织计划、成本等信息，形成完整的项目模型数据，在模型中包含了一切已知的建筑信息[3]。

2)简化协同难度，提高设计质量。

BIM使多专业基于同平台搭建模型，从而将3D全专业同步设计变为现实。建筑专业可以完成3D数据模型建立，用来渲染、节能、日照、通风、隔音等分析；结构专业则利用其中相关数据实现结构计算；设备专业可以据此实现负荷计算等。BIM将整个设计集成到相同的建筑项目中，各专业间的偏差会一目了然，工程师们可在3D模型中漫游浏览，同步修改自己的设计，从而减少了施工中的浪费，减少返工，降低成本。

3)修改简便。

只要对工程做出调整，由此影响的所有环节均自动调整，各视图中的剖面自动修改。BIM的该项优点可以解决协调偏差，保证项目质量。

4)设计范围广。

BIM不只是用于设计过程，可贯穿于项目全生命周期。施工过程，BIM可以同步查看有关项目质量、进度以及成本的信息[4]。便捷地计算工程量清单、概预算、各过程材料使用等信息[5]。也可以实现全施工过程的可视化模拟与管控[6]。

3 地铁人防工程的特点

人民防空，特指我国动员和组织人民群众防备敌人空袭、消除空袭后果所采取的措施和行动[7]。地铁作为人防工程的特殊建筑，已经融入到人民的实际生活中，改善人们的生活质量，为保证工程的平战结合[8]功能，地铁人防工程的建设质量显得尤为重要。

3.1 规划方面

我国人防工程的建设采取平战结合的策略，平时与地下综合体合用建筑，战时为人员掩蔽部、医疗救护站等工程。地铁工程同样兼顾这样的作用。最主要的建设方向是与城市地上建筑相结合，采取附建式或单建式建筑模式，以便增加地下空间的使用效率。某地铁车站人防工程建筑模型如图2所示。

3.2 设计方面

由于工程特殊的战时要求，因此在设计方面与地上建筑有较大差别。建筑结构上应充分考虑到战时防御常规武器及核武器的打击；暖通专业在设计战时通风系统时，应增加滤毒通风装置的设计布置，并考虑清洁、滤毒、隔绝三种通风方式的转换，战时某人防工程口部滤毒模型如图3所示；机电专业应充分考虑内部防电磁打击的电源设计；给排水专业应考虑地漏的防爆设计，进出人防工程的水管线路施行防爆加固，在防护掩蔽时间内工程自身储水量的计算设计等。

3.3 施工方面

施工是BIM技术应用的重要部分[9]。因为人防设计特别需要考虑工程的气密性能。建筑结构的施工必须混凝土一次性浇筑成功，管线洞口一次性预留到位，不允许进行后期墙上打洞。这就首先要求图纸在设计过程中提高管线设计质量，预留洞口标注准确完整。施工单位充分理解图纸。一旦进行后期修改，将严重影响到防护工程的防护性能。

4 BIM在地铁人防工程中的应用优势

4.1 三维模型分析，优化出入口及重要设备房间的设计

地铁人防工程一般都需要设置多个出入口。因此，在方案设计阶段，建立以BIM三维模型为中心的平台，结合周边建筑及地区的交通信息，利用BIM三维模型的可视化的优点，确保工程的主要、次要出入口与周边道路顺畅衔接，使整个工程很好地融入到周边建筑环境及地面景观中，达到战时掩蔽的效果。

4.2 多专业可视化协同设计

BIM的协同设计方法可以有效的解决各专业冲突问题。由建筑专业创建模型，各专业划分设计范围，创建各自的三维项目，并在自己专属的专业工作集内开展设计。通过这种协同设计方法，可以搭建出具备唯一性的全专业三维建筑模型，各专业设计成果直接可视化，无需过多的人为干预，即可达到协同设计，保证模型信息的一致性和关联性。因为增加了战时防护相关的设计，工程中管线增加，利用BIM技术进行碰撞检查功能，避免各设备专业管线碰撞，保证设计图纸的准确性。

4.3 三维模型动画更加直观形象的模拟平战转换

人防工程的设计必须满足预定的战时防护要求，同时为充分发挥其平时使用效益。由于战时和平时功能不同，通常要采取平战转换措施来满足二者的功能转化。

传统的二维平战转换设计，通过两张图纸的综合分析来表达平战转换功能，这种设计表达方法不够直观，增加了对设计的理解难度。而利用BIM技术，可以将平时平面图和战时平面图集成于一个BIM模型中，通过REVIT软件中的过滤器和视图样板功能控制模型的表达，准确切换平时模型和战时模型，降低了对平战转换设计的理解难度。另外，还可以发挥BIM技术的4D模型设计优势，将各转换构件施工的时间属性集成于模型中，利用NAVISWORKS软件的施工模拟功能，结合战时的条件，模拟平战转换的施工全过程。这种方式可以有效控制转换时间，保证在规定的时间内完成工程的平战转换，真正发挥人防工程战时保障人民生命财产的重要功能。

5 结语

BIM技术的出现，给建筑设计、施工、运行维护等带来了第二次革命，实现了从二维到三维的大跨度发展，并将四维的技术合理应用在施工过程中，实现了各部门之间从单独工作到协同配合的过程转变。由于地铁人防工程的特殊职能，BIM技术在其建设中更加体现出了优势，保证工程质量，更好的保护人民生命财产安全。