Research on the Design and Application of Subway Station Pipeline Colligate Based on Multi Section Drawing Technology
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摘要: 为促进BIM技术在地铁车站机电管综正向设计和二次深化设计中的应用探索，本文基于BIM技术开展了地铁车站机电管综施工图优化的研究工作。通过梳理地铁车站管综施工图表达中存在的问题，对基于BIM技术的多断面法出图在机电管综项目中的应用进行研究，结果表明：基于BIM技术的机电管综多断面出图法可显著解决地铁车站传统二维管综施工图表达元素繁杂、断面出图效率低、识图困难及图纸数据分散等问题；基于BIM技术二三维联动及可视化等优势，借助机电管综剖面二次开发工具，可自动生成带标注的多断面机电管综图纸；通过多断面出图法表达管综平面图纸设计元素，可使管综平面布置图表达更加清晰，图纸数据更加集中，显著提高管综图纸设计质量及设计数据应用价值。Abstract: In order to promote the application exploration of BIM technology in the forward design and second detailed design for pipeline colligate of the subway stations, this paper carries out the research on the optimization for its construction drawing based on BIM technology. Through analyzing problems existing in the expression of the construction drawings of the subway station pipeline colligate design, this paper performed a critical study on its multi-cross section. The results showed that BIM-based application research on multi-Cross Section Drawing can significantly tackle complex expression elements, low efficiency of section drawing, and difficulty in recognizing drawings existing in traditional two-dimensional pipeline comprehensive construction drawings, etc. Based on the interaction of 2D & 3D and visualization of BIM technology, it can automatically generate multi-section M & E drawings with annotations by using pipeline colligate cross section tool. This paper illustrated design elements of horizontal layout drawing by multi-section drawing of the pipeline colligate, which made the expression of the horizontal layout drawing more clearly and centralized the data of design. Hence, the quality, value and data for design of the pipeline colligate drawing can be significantly improved.
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引言
随着我国“双碳”战略目标的深入实施，我国产业结构、产业链结构调整步入快车道。建筑行业作为能耗突出行业，其对于生产方式革新、创新工具应用的需求尤为突出[1]。BIM技术因其在虚拟化建造、可视化、数字化等方面拥有的独到优势，已在我国得到了长远的应用和发展，尤其针对机电管综优化方面，BIM技术具有其独到的优势。
人们对于地铁车站建筑环境、便捷出行的差异化、多元化需求催生出了日渐复杂的机电系统的大量应用，这使得传统管综平面图纸表达元素过于繁杂，存在出图工作量大，易出现支管缺失、设计意图理解困难等问题[2, 3]。同时，传统工具因其固有缺陷，难以彻底解决机电各专业管线“错、漏、碰、撞”等问题，造成了施工阶段施工进度、施工质量的把控难度增加[4, 5]。依托于传统设计阶段管综施工图的表达方式逐渐不能满足地铁车站项目建设的需求。BIM技术在建筑行业的引入，极大的解决了传统设计工具存在的固有问题[6]，同时也为机电管综施工图体系优化带来了新的机会和挑战。
国内针对基于BIM技术的施工图出图已有大量研究，杨远丰[7]通过分析基于BIM的建筑、结构和机电专业出图障碍，对现有制图规范如何适应BIM出图进行了深入研究与探讨。宋世龙、张远燕等[8, 9]深入研究了机电专业BIM出图流程。李明等[10]从项目咨询角度，探讨了BIM出图流程在项目前期咨询阶段中的应用，并提出了基于BIM技术的出图方式优化建议。朱泽[11]针对具体项目应用，阐述了基于BIM软件的机电管线深化出图及注意事项。
上述研究主要侧重于对基于BIM技术机电管综出图技术路线进行了探讨及研究，而针对管综施工图存在的表达元素多而集中、图纸识别困难及图纸数据信息分散等问题，并未从BIM技术角度进行深入的研究。为探索适用于基于BIM技术的机电管综的施工图体系，优化传统管综施工图对于设计意图的表达，本文基于湖南省长沙市某地铁车站的BIM设计实践应用，借助于基于Revit的二次开发插件，对比分析了传统管综施工图体系与基于BIM技术的管综施工图体系的优缺点，通过将管综平面图纸设计元素多断面表达，优化了基于二维设计工具的传统管综施工图平面布置图表达，为适应基于BIM技术的新业态管综正向设计出图提供了参考和依据。
1. 多断面法机电管综施工图体系
1.1 基于BIM技术的多断面法管综出图体系概念
基于BIM的多断面法管综出图形成了以断面参数表、管综断面图为主，管综平面布置图及关键部位三维轴测图为辅的出图体系，主要构成及应用如图 1所示。
本出图方法相比与传统管综施工出图体系，主要特点如下：
（1）注重管综数据的多阶段应用。传统管综施工图数据信息较为分散，模型数据挂接工作量大，同时也不利于数模分离及后续应用。基于BIM技术的多断面管综出图法将各断面数据集成于管综断面参数表中（如表 1所示），便于后期基于模型编码标准挂接数据，同时也有利于项目开展数据分析、数模交付、机电预制化安装等各项应用；
表 1 管综断面参数表示例序号 索引 长度 支吊架 暖通专业技术参数 给排水专业技术参数 电气专业技术参数 管道类型及尺寸 材质 管道类型及尺寸 管道材质 管道类型及尺寸 材质 1 A1-A1 2.3 HW_U型吊架_4层 XF-200X200/PY-600X200LG-DN150/LH-DN150 镀锌钢板/镀锌钢管 细水雾-DN32/湿式消防系统DN200 镀锌钢管 TH-400X200/DLZM-200X200/FASBAS-400X200 镀锌钢制桥架 （2）注重管综断面连续性、衔接性。管综多断面出图方法更加注重通过断面间连续性及衔接性表达，使得管综图纸更加适应现场施工及后续装配式施工应用的开展；
（3）图纸元素表达优化。通过将管综平面布置图中标高、管径等标注信息借助断面图表达，优化了传统管综施工图纸表达方式。
1.2 多断面管综出图体系与传统施工图体系对比
结合地铁车站管线布置空间有限、“条状”外形等特点及传统机电管综图纸问题，多断面法出图体系主要优势如下：
（1）管综断面参数表
管综断面参数表通过将各断面数据信息在同一张表格中整合，有效解决了传统图纸数据分散、模型数据挂接及装配式应用困难等问题。
（2）管综设计平面布置
如图 2所示，传统管综平面图中元素表达往往因图面空间的限制造成信息的重叠及相互干扰。多断面管综出图通过将部分平面表达信息借助管线布置剖面图表达，减少了平面图纸中信息的繁杂及相互干扰，显著提升了管综平面布置图的指导意义。
（3）管综设计断面图布置
基于BIM技术的机电管综多断面设计相比于传统二维管综剖面图设计，具有断面信息准确、剖切效率高、标注速度快等特点，可显著克服传统二维管综断面设计存在的效率低、质量差等问题。
（4）管综三维轴测图
依靠BIM技术可清晰高效地表达各专业管线的分布及位置关系，尤其针对复杂部位的管线布置，管综系统三维布置图，能够清晰地表达管线在空间上纵向及横向位置关系，有效克服基于传统设计工具的系统布置图绘制费时耗力、易出错等不足。
1.3 适用范围
本文出图方法主要适用于管线排布紧凑、各专业管线走向一致的区域，如地铁车站管综、建筑走道等区域。对于管线排布分散，支管较多的机电管综区域，由于该类型空间管综布置往往存在管线排布分散，支管路较多等原因，本方法不适用。
2. 基于BIM的多断面法机电管综出图实现
管综多断面出图法主要由断面参数表、断面图、平面布置图及三维轴测图组成。其中，断面参数表提供对管综断面的检索、定位以及数据的集中管理；断面图通过断面之间连续性、衔接性体现管综排布规律；平面布置图主要突出管线平面位置定位功能；三维轴测图侧重于对复杂管综部位表达。
2.1 管综断面参数表
管综断面参数表中主要体现管综断面索引信息、断面长度、支吊架类型及各专业技术参数等信息，表格设计主要兼顾以下因素：
（1）表格数据获取的便捷性。为了适应管综BIM正向设计应用，管综断面参数表中的数据需满足可通过软件二次开发获取的需求；
（2）现场施工的便捷性。管综断面参数表需通过断面图索引联动，快速查询到实际施工区域的断面信息，更加快捷有效的指导现场施工；
（3）项目后续各阶段数据应用。线下表单和模型分开管理作为数模分离应用的关键工作，管综断面参数表需集成管综实际施工及应用所需的数据信息，以期为数模分离应用提供必要的数据基础。
2.2 管综断面图
管综断面图是体现管线排布规律的关键，如图 3所示，二次开发工具可一键生成带标注的管综断面图纸，极大地提高管综断面设计效率。
2.3 管综平面布置图
多断面法出图中的管综平面布置图绘制与传统管综平面布置图绘制类似，基于BIM的多断面法出图体系通过将管线主要标注信息在断面图中表达，解决了管综平面布置图中信息表达冗杂的问题。
2.4 管综三维轴测图
在实际工程应用中，管综三维轴测图可通过将Revit软件中局部三维视图拖拽至图纸视口实现三维轴测图的绘制。
3. 应用案例
3.1 项目概况
本项目为湖南省长沙市某地铁车站项目，建筑面积30 510m2。车站为地下二层岛式车站，车站外包总长168m，标准段外包总宽20.7m，项目管线复杂、各专业管线交叉碰撞问题多，管线避让及排布难度较大。
3.2 管线综合及优化
基于该地铁车站管综出图实际生产任务，本项目全流程开展了基于BIM技术的管综设计，并创新应用了多断面出图方法，有效提升了生产效率及图纸质量。
（1）技术路线
本项目管综设计区域主要包括站厅层公共区、设备区、站台层。在项目应用过程中，项目结合地铁车站管综设计特点，创新地采用了多断面管综出图方法，合理优化了管综图面信息的表达，技术路线如图 5所示。
（2）管综优化原则
本项目管线布置主要遵守平行布置原则，同时满足风上、电中、水下等设计原则，同时满足各专业管线最小净距要求。
（3）土建BIM模型校准
如图 6所示，借助于Trimble X7、Realworks等软件，本项目基于点云模型完成了土建BIM模型的优化及调整，为管综设计及优化奠定了模型基础。
（4）碰撞检查及管综优化
本项目基于修正后的土建BIM模型，利用Fuzor软件开展了模型检查，碰撞检查报告部分内容如图 7所示。
3.3 多断面法出图
管综深化应用过程中，本项目实践应用了多断面法管综出图体系完成了机电管综出图。表 2为本项目局部管综断面参数表，图 8（a）~（d）为管综断面图，图 9~图 10分别管综三维轴测图及管综局部平面布置图。
表 2 管综断面参数表序号 断面索引 断面长度 支吊架类型 给排水专业技术参数 电气专业主要技术参数 管道类型及尺寸 材质 类型 及尺寸 管道材质 管道类型及尺寸 管道材质 1 A1-A1 2.3 HW_U型吊架_4层 XF-200X200/PY-600X200LG-DN150/LH-DN150 镀锌钢板/镀锌钢管 细水雾-DN32/湿式消防系统DN200 镀锌钢管 TH-400X200/DLZM-MXC-200X200/FASBAS-400X200 镀锌钢制桥架 2 A2-A2 0.3 — XF-200X200/PY-600X200/LG-DN150/LH-DN150 镀锌钢板/镀锌钢管 细水雾-DN32/湿式消防系统DN200 镀锌钢管 TH-400X200/DLZM-MXC-200X200/FASBAS-400X200 镀锌钢制桥架 3 A3- A3 0.21 — XF-200X200/PY-600X200/LG-DN150/LH-DN150 镀锌钢板/镀锌钢管 细水雾-DN32/湿式消防系统DN200 镀锌钢管 TH-400X200/DLZM-MXC-200X200/FASBAS-400X200 镀锌钢制桥架 4 A4-A4 1.1 — XF-200X200/PY-600X200/LG-DN150/LH-DN150 镀锌钢板/镀锌钢管 细水雾-DN32/湿式消防系统DN200 镀锌钢管 TH-400X200/DLZM-MXC-200X200/FASBAS-400X200 镀锌钢制桥架 5 A5-A5 3.1 HW_U型吊架_4层 XF-200X200/PY-600X200/LG-DN150/LH-DN150 镀锌钢板/镀锌钢管 细水雾-DN32/湿式消防系统DN200 镀锌钢管 TH-400X200/DLZM-MXC-200X200/FASBAS-400X200 镀锌钢制桥架 围绕断面参数表，项目通过管综断面图、平面图、三维轴测等施工图表达该区域管综设计意图。此外，利用断面间的连续性和衔接性，将管综平面布置图中标高、管径等标注信息通过断面图表达，显著提高了项目技术人员识图及施工效率，降低了因图纸表达混乱造成的人力、时间成本的浪费。
4. 结论与展望
综上所述，在机电管综施工图设计中，BIM技术在设计意图表达、传统管综出图体系优化等方面具有显著优势。本文借助于BIM技术，通过分析BIM技术在管综设计中的优化思路，针对传统施工图中管综平面布置图信息表达繁杂、图纸信息分散等问题，开展了实践应用研究。结果表明，基于多断面出图技术的机电管综施工图表达，能够有效优化平面布置图中信息的表达、提高图纸设计质量，为设计阶段管综BIM正向设计出图提供了参考和依据。
此外，基于BIM技术的多断面管综出图方法仍然需要进一步完善，尤其在管综断面自动获取、数据自动提取等方面亟待通过二次开发工具解决。
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表 1 管综断面参数表示例
序号 索引 长度 支吊架 暖通专业技术参数 给排水专业技术参数 电气专业技术参数 管道类型及尺寸 材质 管道类型及尺寸 管道材质 管道类型及尺寸 材质 1 A1-A1 2.3 HW_U型吊架_4层 XF-200X200/PY-600X200LG-DN150/LH-DN150 镀锌钢板/镀锌钢管 细水雾-DN32/湿式消防系统DN200 镀锌钢管 TH-400X200/DLZM-200X200/FASBAS-400X200 镀锌钢制桥架 
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表 2 管综断面参数表
序号 断面索引 断面长度 支吊架类型 给排水专业技术参数 电气专业主要技术参数 管道类型及尺寸 材质 类型 及尺寸 管道材质 管道类型及尺寸 管道材质 1 A1-A1 2.3 HW_U型吊架_4层 XF-200X200/PY-600X200LG-DN150/LH-DN150 镀锌钢板/镀锌钢管 细水雾-DN32/湿式消防系统DN200 镀锌钢管 TH-400X200/DLZM-MXC-200X200/FASBAS-400X200 镀锌钢制桥架 2 A2-A2 0.3 — XF-200X200/PY-600X200/LG-DN150/LH-DN150 镀锌钢板/镀锌钢管 细水雾-DN32/湿式消防系统DN200 镀锌钢管 TH-400X200/DLZM-MXC-200X200/FASBAS-400X200 镀锌钢制桥架 3 A3- A3 0.21 — XF-200X200/PY-600X200/LG-DN150/LH-DN150 镀锌钢板/镀锌钢管 细水雾-DN32/湿式消防系统DN200 镀锌钢管 TH-400X200/DLZM-MXC-200X200/FASBAS-400X200 镀锌钢制桥架 4 A4-A4 1.1 — XF-200X200/PY-600X200/LG-DN150/LH-DN150 镀锌钢板/镀锌钢管 细水雾-DN32/湿式消防系统DN200 镀锌钢管 TH-400X200/DLZM-MXC-200X200/FASBAS-400X200 镀锌钢制桥架 5 A5-A5 3.1 HW_U型吊架_4层 XF-200X200/PY-600X200/LG-DN150/LH-DN150 镀锌钢板/镀锌钢管 细水雾-DN32/湿式消防系统DN200 镀锌钢管 TH-400X200/DLZM-MXC-200X200/FASBAS-400X200 镀锌钢制桥架
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期刊类型引用(1)
1. 葛世平. 基于边缘控制逻辑的车站机电设备监控系统一体化设计. 城市轨道交通研究. 2024(07): 72-76+87 . 
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