清河站管线综合BIM应用设计研究

时间:2019-05-31    来源:铁路BIM联盟     BIM编辑:wanglaoshi

  本文从综合管线设计原则出发,结合清河站管线综合设计,阐述综合管线一体化设计的思路和重难点。以BIM技术在碰撞检查、验证复杂空间、解决净高、优化设计、三维交底5方面的优势,分析BIM辅助设计的必要性。最终说明综合管线排布可以保证建筑空间的合理利用并从工序上指导施工:通过BIM技术深化设计,对提高设计准确性,提升管线施工效率和安装质量,有重要的意义,为综合交通枢纽管线综合设计提供借鉴。

  综合管线设计原则及特点

  布置基本原则

  管线综合设计是协调众多专业,在机电安装工程施工前综合考虑各专业管线,预先判断可能存在的问题,统一合理布置的过程。设计前应充分了解各专业设计图纸,并着重点熟悉几点内容,包括:建筑各层平面和使用功能;建筑结构形式、各层梁高及标高控制点处净高;装饰装修形式和构造厚度;各专业设备系统内容,设备分布情况,管线组成、种类、材质、数量、尺寸、分布特点等。

  设计时需要整体考虑各类管线管槽,以保证设备功能为前提,以各专业工艺规范要求为依据,并以下列原则作为综合布置基本原则:

  1、各类管线尽量利用梁内空间,贴梁底走管,平行敷设。

  2、小管道让大管道、压力管道让无压(重力流)管道、可弯管道让不可弯管道、冷水管道让热水管道、附件少管道让附件多管道、临时管道避让永久管道。

  3、各管线同一处垂直方向布置时,风管在电管线上、电管线在水管线上、给水管在排水管上、无关管线避让设备正上方。

  4、管道布置时需满足管道间互不干扰的安全距离要求并预留后期扩展空间;需考虑管道保温层厚度和各处支吊架占用位置和空间;需在充分考虑管线安装顺序影响后预留管线安装检修空间,并结合检修路线布置设备检修口和检修通道。

  综合特点

  交通枢纽建筑因需应对不同空间的使用要求,涵盖设备系统多样。涉及专业除民用建筑中常见的水、暖、电等,还包括铁路相关的照明、供电、信息、信号、通信、FAS、BAS、综合布线等。常见枢纽内还包含地铁功能和市政功能等,因不同功能投资主体不同、设施管理界面需分明,则需设置可分开管理并对应不同功能的设备系统和机房。专业叠加而空间有限,是综合交通枢纽建筑管线综合设计的重难点。

  此外,在枢纽建筑中,公共空间作为不同交通功能的转换空间,是乘客换乘、等候、通过的多功能复合空间。同时,公共空间也是不同专业设备干管贯通交汇、管线布置最为集中、末端设备最多的空间。如何在有限的吊顶、夹层空间内,统筹安排各类管线,尽最大限度节约可用空间,增强建筑空间感,是综合管线设计的重中之重。

  清河站管线综合设计

  项目概述

  清河站作为京张铁路第二站、2022年冬奥会始发站,总建筑面积14.6万㎡,包含高铁站房、轻轨13号线、地铁昌平线南延和19号线支线车站,公交场站、出租与社会车辆场地及其他市政配套相关工程,为综合交通枢纽车站。

  清河站含地下2层、地上2层,局部设置夹层,主要公共空间由地下二层地铁昌平线南延和19号线支线站台层,地下一层城市换乘通廊、地铁付费区、国铁出站厅和出站通道、首层国铁进站厅、地铁13号线站台和国铁站台(共5台10线),二层国铁高架候车厅及局部商业夹层组成。

  作为高架车站,清河站各专业管线主要分布在高架候车厅下方管线夹层、站台下管线通廊、地下一层换乘大厅吊顶等空间内。其中,为站房内公共空间服务的管线分布在站厅下方夹层及地下一层吊顶空间内。

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  车站效果图

  管线设计内容及特点

  清河站综合管线设计以管线综合和装修设计一体化为前提,结合土建结构设计,综合考虑设备管线安装方式;结合旅客通过、等候时的感官感受,协调并优化各部分空间尺度;结合装饰装修深化设计,细化管线末端布置。

  在地下一层换乘大厅管线综合设计中,由于该空间结构组成为冠状曲线预应力清水混凝土柱承托大跨度U 形预应力桥梁结构和钢筋混凝土站台梁板结构,预应力结构浇筑后不可穿凿,严格限制了管线后期安装形式 。

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  地下一层结构节点

  在U形梁设计时,即在梁底预留埋件,为后期吊顶及管线安装提供支点。因考虑到U 形梁上方轨行区在列车通过时存在震动可能,且吊顶内大部分国铁、地铁管线需南北、东西向贯通并引入大厅两侧设备用房,局部管线重叠处集中荷载较大,U形梁结构埋件无法承受。在管综设计时,采用分层分通路设计思路,利用梁下预埋件固定加密平面网格转换结构,为吊顶龙骨吊杆提供吊点。此外,因轨道下方垂直U 形梁方向的贯通管线,多数平行分布在清水混凝土柱顶盖梁两侧,由此在盖梁两侧平行方向设置钢结构桁架通廊。桁架两端固定在站台梁下方,不与U形梁结构连接,故不会受到轨行区震动影响,可为横轨管线安装提供稳定支撑。

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  地下一层横轨钢结构桁架

  两轨道间顺轨向贯通管线分通道集中排布在站台对应的机电管廊下方,两组桥梁盖梁之间,利用站台梁结构为综合桥架支点,分区域布置国铁地铁管线。此外,其他需利用预埋件及平面转换结构分散均布吊装的设备,如喷淋支管喷头、暖通风口、烟感探头、国铁地铁广播、显示屏、标识系统等,均在吊顶平面内统一排布,避免分布不均造成局部点位设备集中。施工时,应同样以设计思路为依据,即按平面转换网格-横轨贯通管线-顺轨贯通管线-分散设备-吊顶等,分层分步吊装。

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  地下一层吊顶内管线布置效果

  在高架站房设计中,为保证候车厅整体开敞、明亮的效果,大部分为站厅层服务的管线均布置在其下设备夹层中。高架候车厅结构形式为实腹钢梁结构,下方主梁高度2.1m,利用此结构高度作为设备管线夹层。设计时在钢梁上均匀预留高度为1m,宽度0.75m至1m不等的洞口,形成管线贯通连接空间。夹层管线除水、暖、电、四电专业管线外,因设置密闭垃圾系统等,管线密集繁多,接口复杂。在设计时,优先考虑满足重力流管线如污、废水管的贯通排布及其坡度变化,其次排布管径DN500mm的密闭垃圾设备管道后,依序排布其他专业管线。此外,在设计管线路由时,需结合站厅层地面检修口设置,以确保夹层内每个空间均可进人检修并预留出检修人员专用路径;夹层内设计反光导向标示,防止人员在设备层迷失并缩短检修路径,方便管线设备维护管理。

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  高架夹层管线综合布置

  【BIM技术应用

  清河站各层功能综合、建筑体量大、机电管网交错,土建结构形式多样。在综合管线设计阶段,除以传统二维设计图纸为基础,还利用BIM技术进行辅助设计,三维模拟建筑空间,解决了异形双曲面吊顶、曲线结构定位等问题;并针对图纸中难以发现的错、漏、碰、缺等问题,逐一排查调整,进一步优化综合管线排布路由。BIM技术对管线综合及装修设计一体化的指导,主要体现为以下5个方面。

  进行碰撞检查 建筑内所有设备管线以三维效果展示在真实模型空间内,可以直观发现管线“打架”节点和观察管线与结构之间的关系,发现隐藏问题并暴露碰撞矛盾。例如,在清河站地下一层,管线在设备区和公共区交界处,受梁高和吊顶标高限制,需在梁下集中翻转后后分方向散开,通过BIM模型可观察不同走向管线与结构和吊顶的高度关系,一目了然发现交叉碰撞问题并调整。

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  管线调整前后对比

  验证复杂空间 传统二维综合管线设计通常选取管线局部复杂交叉点进行剖切设计,难以贯通体现管线排布变化;分散布置的单一设备仅平面进行简单叠加,无法全面分析节点处空间关系。而BIM可针对复杂位置进行数据信息整合,多维协调管线设计得以实现。例如,在清河站地下换乘大厅内,BIM模型中整合了柱曲线盖梁、U形梁预埋件、挡烟垂壁、钢桁架、大型风管及其他管线、喷淋、烟感、扬声器、灯具、标识吊杆等全部构件及设备终端设计,精确每处空间平剖面关系;此外,着重验证局部管线集中荷载较大位置,强化结构设计和支吊架设计。

  解决净高问题 交通枢纽建筑工程结构复杂、造型多样、施工工艺要求高,在设计阶段就需尽早考虑结构、管线安装、吊顶装饰标高协调的问题。尤其在公共空间设计中,综合管线排布将直接影响室内净高及其装修效果。利用BIM的可模拟优势,结合VR技术,对不同区域净高进行综合排查,找出净空不利点位置,及时调整管线路由或改为预留穿梁套管,可提早发现并解决问题。

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  BIM模型检查净高不足位置

  优化设计 三维模型的优势是多专业合并立体展示,细部直观表达。如一般钢结构图纸中钢梁仅显示为单线,在清河站BIM设计中导入钢结构模型后,钢结构真实造型、尺寸厚度、细部加劲肋、连接杆件等,均得以全面观察,钢结构空间管线排布可进一步优化。在站厅下方管线夹层中,使用BIM进行漫游模拟,可确保夹层内每个空间均可进人检修,并模拟出最优检修路径。

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  BIM模型优化设计

  三维交底 在完成一系列检查及优化后,最终各专业设计人除对照【BIM模型】导出的二维深化图纸进行深化设计确认,还可结合模型及视频,进行动态可视化交底。原二维平面设计图纸中难以展现的细节,均可通过【BIM深化设计】模型,全面观察、逐一确认、精确把控。三维交底成果除可以上传至手机、平板电脑等移动设备应用软件中展示,方便施工人员现场查阅、指导施工外,还可以依据交底成果对所有设备管道进行预制加工,保证装配式安装的精确性。

  因现阶段铁路车站BIM设计、交付及实施标准尚未统一制定,BIM生成的施工图与国家制图标准及铁路审图标准还存在一定差距;且因BIM全信息模型创建通常滞后于二维图纸设计,正向设计难以实现等因素,BIM技术在枢纽车站建筑管线综合设计中的应用还略有局限,尚无法完全取代传统设计方法。而其作为辅助设计工具,优化既有设计并在后续施工指导和设备管理维护等方面的应用已取得良好的成效。

  随着铁路科技的不断进步发展,新型交通枢纽建筑的综合管线设计对综合性、专业性要求越来越高。通过BIM助力管线综合设计,不仅可以保证建筑功能和设备系统功能,还可有效衔接管线设计和后期施工两个阶段,从而达到提高施工效率、节约建设成本、提升建设质量、实现精品化工程的目的。

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