三维管线综合设计在南京地铁中的应用探讨

收稿日期:20141017;修回日期:20141024作者简介:高继传(1974—),男,高级工程师,2002年毕业于东南大学仪器科学与工程系,工学硕士。

第59卷摇第7期2015年7月铁道标准设计RAILWAY摇STANDARD摇DESIGNVol.59摇No.7Jul.2015

文章编号:10042954(2015)07013404

三维管线综合设计在南京地铁中的应用探讨高继传1,江文化2(1郾南京地铁建设有限责任公司,南京摇210017;2郾北京芘苜信息技术有限公司,北京摇100085)

摘摇要:基于当前南京地铁中三维管线综合设计的应用总结,探索地铁三维管线综合设计要点和管理模式。对比传统二维管综设计方式,以南京三维管综设计具体成果为依据,论证地铁行业中采用BIM技术开展三维管综设计的显著效益;基于南京经验对当前地铁三维管综常见的3种管理模式进行优劣对比论证;最后,对地铁业主单位如何采用BIM技术开展三维管线设计、以及在设计阶段和设计施工阶段的管理重点给出明确建议。关键词:地铁;三维管线;综合设计;建筑信息模型(BIM)中图分类号:U231摇摇文献标识码:A摇摇DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2015.07.030

TheApplicationofComprehensiveThree鄄dimensionalPipelineDesigninNanjingMetro

GAOJi鄄chuan1,JIANGWen鄄hua2

(1.NanjingMetroConstructionCo.,Ltd.,Nanjing210017,China;2.BeijingBIMInformation&TechnologyCo.,Ltd.,Beijing100085,China)

Abstract:Basedonthecomprehensivethree鄄dimensionalpipelinedesignforNanjingMetro,thispaperdiscusesthedesignfundamentalsandmanagementmodesinvolvedinthecomprehensivethree鄄dimensionalpipelinedesignformetros.Thecomparisonoftheresultsofthecomprehensivethree鄄dimensionalpipelinedesignresultwiththatofthetraditionaltwo鄄dimensionaldesigndemonstratesthatthethree鄄dimensionalbringsaboutsignificantbenefit.WithreferencetotheresultsinNajingMetrowiththethree鄄dimensionaldesign,thispaperaddressestheadvantagesandshortcomingsofthethreemodescommonlyemployedinthecomprehensivethree鄄dimensionalpipelinedesign.Finally,itgivesoutclearrecommendationsforhowtousethecomprehensivethree鄄dimensionalpipelinedesignandwhatarethekeymanagementpointsinthedesignandconstructionperiods.Keywords:Metro,3Dpipeline;Comprehensivedesign;Buildinginformationmodeling(BIM)

摇摇随着我国社会经济和科学技术的飞速发展,国内已进入了城市轨道交通建设的高峰期,很多大中城市都正在建设或者筹划建设城市轨道交通系统。而轨道交通系统也是集土建、设备等十几个专业的大型复杂系统,各设备专业管线设计尤为繁多复杂,特别是地铁车站,常常出现管线之间或管线与结构件之间发生碰撞的情况,给施工带来麻烦,影响建筑装修净高、造成返工或浪费、延误工期、甚至带来安全隐患;混乱的管线布置、狭窄乃至缺失的维护间距给后期的地铁运营维护更是带来很大困难。1摇二维管线综合设计和施工的缺陷为减少上述地铁设备管线碰撞情况的产生,在南京地铁2号线工程设计中引入了管线综合设计流程,用来协调各专业的管线布置。但在实际工程建设中,由于这种管线综合设计只是将各专业的平面管线布置图进行简单的叠加,按照一定的原则确定各种系统管线的相对位置,进而确定各管线的原则性高程,再针对关键部位绘制局部的剖面图。因此这样形成的管线综合设计图纸只是平面的、二维的,虽然在一定程度上改善了管线设置冲突的现象,但还是存在很多缺陷,仍然难以有效地解决管线冲突带来的问题,具体如下[1]:

(1)管线交叉的地方靠设计人员肉眼识别,碰撞无法完全暴露及避免;(2)碰撞处的管线调整有局限性,管线连贯性难以全面考虑,常顾此失彼;(3)管线的标注和高程不准确,往往不考虑壁厚、法兰、保温层等参数;(4)在国内设计周期紧张的条件下,各专业会签和审图人员审查难以尽责;(5)多专业叠合的二维平面图纸图面复杂繁乱,施工、监理人员读图困难。因此在南京地铁新一轮建设中,考虑采用三维管线设计来克服传统二维管线综合设计的缺陷,来解决管线设置冲突这一问题。2摇建筑信息模型(BIM)技术[24]BIM建筑信息模型是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础,进行建筑模型的建立。它具有可视化,协调性,模拟性,优化性和可出图性五大特点。它将建筑信息在设计阶段、施工阶段、运营维护阶段进行传递,可以使建筑工程在其整个进程中显著提高设计质量、降低施工单位的材料损耗以及设计、施工和建设方的管理成本,大大提高各方的工作效益,从而创造社会效益。BIM模型是对整个建筑设计的一次“预演冶,建模的过程同时也是一次全面的“三维校审冶过程,在此过程中可发现大量隐藏在设计中的问题,这些问题往往不涉及规范,但跟各专业配合紧密相关,在传统的单一专业校审过程中很难被发现。特别是对于地铁车站这样一个富集各种管线、空间有限的复杂工程项目,采用BIM技术进行三维管线综合设计有着明显的优势及意义。2郾1摇建筑信息模型(BIM)软件实现BIM技术的核心是软件平台,它负责载入工程的各相关专业系统的数据信息,从而形成完整的、高度集成的建筑工程项目信息化模型,这是进行三维管线综合设计的基础。因此一个高效易用的三维设计平台软件是必须的,目前比较知名的BIM平台软件主要有Autodesk公司的Revit、Bentley公司的AECOSIM、广联达公司的MagiCAD、Graphisoft公司的ArchiCAD、Dassault公司Catia,以及天正CAD等。这些软件各有特点,相比较而言Revit、AECOSIM和MagiCAD的功能性、易用性更胜一筹,在国内的建设工程领域的市场占有率更高一些。2郾2摇建筑信息模型(BIM)的应用国内工程建设领域应用BIM技术起步较晚,设计精细化程度和认知程度还有待提高,在目前阶段,国内关于BIM的试点应用主要集中在三维建模、管线设计及碰撞检测上。碰撞检测基于有限单元分割原理和三维碰撞算法,自动计算识别建筑实体与管道实体以及管道实体相互之间的冲突问题,并用醒目的方式标示出来,进而经各专业确认调整后实现纠正[5]。

城市轨道交通是个多专业复杂系统,设计承担单位相对专业、有限、固定,在国内特有的工期紧迫,大干快上建设轨道交通的情况下,设计人员的数量和经验都非常欠缺,疲于应付工程建设,因此在BIM技术应用方面的积极性不高,落后一些以城市大型建筑为主业的城市规划设计单位。但随着国内轨道交通建设的发展,各城市地铁业主一直受困于设备管线复杂混乱的局面,因此也成为在三维管线综合设计方面最为积极的推动者,寄希望通过这一技术手段来减少管线冲突,以新技术、新管理方式来弥补业主、设计、施工、监理等工程各方因工作量大导致的相对力量分散、水平下降的现象。目前,天津、上海、南京、无锡、宁波、厦门、广州等城市地铁公司都开展了三维管线综合设计的试点和应用,南京更是在3、10号线车站设计中全面采用了这一先进的设计理念和技术。

3摇BIM技术南京地铁三维管线综合设计的应用3郾1摇设计管理模式在历经1、2号线建设后,南京地铁深感管线综合设计的质量给工程建设带来的影响,在新一轮地铁设计合同文件中就明确要求各线路车站设备管线采用三维管线综合设计,并在执行阶段制定了专门的设计管理规定。南京地铁在这一轮建设周期内采用了如下管理模式。(1)设计总体总包单位是三维管线综合设计组织

牵头单位,负责制定标准、管线布置原则、检查督促设计进度和质量,组织和协调重大的管线布置冲突问题,建筑/设备副总体是该线路三维管线综合设计的总负责人。(2)车站工点(含土建、风水电、管综)设计单位是

三维管线综合设计的主体单位,选定设计平台软件,完成管线设计、碰撞检测和矛盾协调工作,设置二维/三维管线综合设计负责人。(3)设备系统设计单位是三维管线综合设计的配

合单位,提资、会签,确保各自专业图纸与工点院二维/三维管线综合图纸一致。(4)业主在出图前组织各方联合检查二维/三维

管线综合设计成果,并予以考核评判。(5)审图单位是二维/三维管线综合设计的复核

单位,检查各专业接口条件和三维管线综合设计流程是否完备。

531第7期高继传,江文化—三维管线综合设计在南京地铁中的应用探讨3郾2摇设计应用过程及要点南京地铁3、10号线自2011年底开始正式启动三维管线综合设计工作,各工点设计单位采用自行承担或委外设计方式,并选定了三维管线综合设计软件,主要为Revit、AECOSIM、MagiCAD和天正软件,全部共37个地下车站陆续开展设计,前后历时8个多月。在设计过程中总结出以下工作要点。(1)设计总体单位制定的施工设计标准,应为三维管线综合设计创造有利的土建/设备设计条件(如管线布置原则、设备区梁柱结构等等)。(2)重点区域(设备区走廊、站厅公共区第一柱跨、站台楼扶梯、站台门端门等)管线综合设计,同时辅以装配式综合支吊架的设计。(3)功能齐备、使用方便、可导出具有良好可视性通用文件的软件平台。(4)二维/三维管线综合设计人的设计协调能力、经验和责任心。(5)设备副总体的计划组织能力、协调能力和技术权威。(6)业主的工程经验、执行决心、过程检查。

这里第(6)点尤为重要些,业主的推动力是目前地铁三维管线综合设计发展的主要动力,工作要求和过程检查必不可少,否则很可能流于形式,没有起到优化管线设计的作用。南京地铁的三维管线综合设计最终以电子文件形式给出成果文件,提供的电子文件包含但不限于PDF或dwg/dgn格式的三维模型,内容包含:车站整体和各层的综合管线/各设备专业管线三维轴侧图、每柱跨范围的剖面图(公共区可适当延长);三维和传统二维管综图完全一致,包括房间和管线的标注等。图1为典型设备区三维剖面。