地铁车辆段室内综合管线三维设计研究.doc

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摘 要：室内综合管线设计是地铁车辆段管线设计中非常重要的一部分，现有的室内综合管线设计主要基于二维图纸。文章提出一种新的设计手段，将三维设计引入地铁车辆段室内综合管线设计，旨在从设计上避免管线差、错、碰、漏等现象发生，阐述了三维设计的基本原理和方法，探索了室内综合管线的三维表达方式。
关键词：地铁；车辆段；综合管线；三维设计

地铁车辆段设计包括站场、路基、轨道、建筑、结构、通风空调、给排水、电力等专业设计，其中综合管线的设计在地铁车辆段设计中占有十分重要的地位。三维管线设计已开始贯穿到各个行业，在石油化工领域，三维管线设计技术已经比较成熟。目前，在地铁设计中，三维管线设计还处于起步阶段，暖通、给排水等专业已经开始尝试通过三维管线技术解决管线设计中出现的差、错、碰、漏等问题。三维管线设计软件目前应用比较广泛的有Bentley公司的Bentley Building Mechanical Systems（以下简称BBMS），天正旗下的天正暖通、给排水软件，Autodesk公司开发的Revit系列软件（Revit系列软件包含Revit Architecture、Revit Structure、Revit MEP 3个软件）等。

1 三维设计概述
综合管线分室内综合管线和室外综合管线，二者都是对一系列管线的综合与协调。室内综合管线主要综合室内自来水管、消防水管、污水管、废水管、动力电缆、通信电缆、FAS/BAS、综合监控、压缩空气管等管线。
三维室内综合管线设计，与传统的二维设计相比，其优点在于三维模型能够直接从视觉上反映管线之间的相对位置关系，并能进行碰撞检查，如有碰撞发生可以对管线进行实时调整；三维管线模型能够导出为动态PDF，方便进行浏览；另外，三维设计能够自动对工程量进行统计并导出Excel表格。
由于室内综合管线设计处在各阶段设计的后期，为了避免工作的重复性，建议在施工图阶段开展室内综合管线三维设计。施工图设计之初，先预测库内管线种类（有动力电缆、上下水管、消防管、卸污管、压缩空气管等)。指定相关管线走向，要求相关专业据此开展设计。
设计中，与相关专业密切沟通，落实各类管线的数量，落实指定通道布置是否可行。根据沟通情况对原设计走向进行调整，落实土建设计。根据各专业提供的管线资料，建立三维管线模型，模型完成之后进行管线碰撞检查（包括管线之间的碰撞，以及管线与建、构筑物的碰撞)。如有碰撞发生，提出可以避免碰撞的调整意见并反馈给各专业，各专业确认调整可行时即完成碰撞检查，否则还需协调解决。最后根据确定的三维模型完成二维出图，形成施工图文件。

2 模型建立
建立模型前，需要确定管线的布置原则：强电电缆、上下水管、消防管、卸污管、压缩空气管沿股道纵向布置；强电电缆与弱电管线之间满足防干扰间距要求，一般为500 m m；管线过轨时需要预埋套管。
建立模型时，首先对管线模型进行分类，确定建立的管线类型。在进行地铁车辆段室内综合管线设计时，通常要建立自来水管、消防水管、污水管、废水管、压缩空气管、电力桥架、弱电桥架等管线模型。需要注意的是，为方便后续碰撞检查，建立不同的管线时最好单独保存，尽量避免在一个文件中建立多种管线类型。另外，还需建立与室内管线相关的建构筑物等模型，如室内柱子、墙体及门窗、天车走行梁、天车登梯、剪刀撑等（图1）。

模型建立完成之后，则需要对所有模型进行汇总、组装。模型文件的组装分别以不同的文件在统一的坐标系下进行。模型组装之后，最终得到室内综合管线的三维模型（图2）。

3 碰撞检查
碰撞检查是要自动地找出管线之间、管线与建构筑物之间在空间位置上是否有重叠发生，管线的空间位置是否满足检修要求。碰撞检查用到的软件是B e n t l e y Navigator，该软件提供模型硬碰撞和软碰撞的检测、查看和管理功能。碰撞检查可以从专业、模型或局部按照层、命名组等3方面，按检查规则对三维模型中的管路、设备、结构等三维实体进行碰撞检查，并列出碰撞检查结果报表以及碰撞局部图，实现快速、实时查询碰撞节点并修改。碰撞检查通常分以下步骤进行。
(1）利用Clash Detection碰撞检查工具可以设定需要检查碰撞的对象A与B。在室内综合管线碰撞检查时，通常将对象A设为管线模型，并勾选管线内部碰撞检查的选项，使得管线之间的碰撞也能检查出来，对象B设为其他需要参与碰撞的模型，如之前建立的结构柱、天车走行梁等。
(2）设定碰撞检查规则 。 主要包括图层，参考以及内部属性的设定。
(3）碰撞检查并浏览碰撞结果。可以在Bentley Navigator界面中逐个显示碰撞分析结果。碰撞的实体会按照事先定义好的集合颜色区分并显示（图3）。

( 4 ） 报告输出 。 B e n t l e y Navigator碰撞检查完毕后可以使用红线批注功能（图4），将碰撞模型以及注释一并记录下来，也可以生成CSV和Excel格式的碰撞检查报告。碰撞检查完成后，根据碰撞检查结果进行原因分析，确定是否为有效碰撞，如果为有效碰撞，提出解决方案，并提交给相关专业，在得到专业认同后对管线进行调整，确定最终的三维管线模型。

4 三维表达与出图
4.1 三维表达
目前，室内综合管线施工图出图方式为二维C A D出图，即在一张平面上综合所有管线的平面位置关系，并辅以剖面图的形式表现管线标高上的相对位置管线。如果管线标高可以分为几个相对稳定的区域，则可按照区域来展示管线信息。三维表达可以借鉴此完成三维综合管线立体示意图，如图5所示。在图5中可以看出，管线分为3个立体层：位于底层的是地面及以下管线，包含污水管、电缆沟；中间层为消防水管、给水管以及弱电桥架；顶层为通风风管和电力桥架。

三维综合管线立体示意图按照标高区段分层表达了管线之间的相对位置关系，对室内综合管线的走向、布置有了比较清晰的认识。但对于局部管线之间、管线与周边建构筑物的关系还不能很好地表达出来。为此，寻求一种方法，以人在室内观察的视角来展现管线的位置关系，这也是虚拟现实技术的一种应用，如图6所示。通过人视图的展示，虚拟人站在库端观察库内真实场景，让设计着对建成后的库内管线一目了然。如有影响视觉效果的管线，在满足相应规范的条件下，可做适当调整，使得室内管线整洁 、美观、大方。
对于局部位置管线相对位置关系，可以通过节点放大图表示，如图7所示。

4.2 三维出图
最后，为了能够满足施工的需要，要能实现从三维到二维的转化，即完成CAD室内综合管线施工图。BBMS提供一套比较完善的出图方式，可以定义出图规则、出图线条样式等。
根据出图规则自动生成CAD图纸，并对二维图纸进行修饰，增加图框等操作，最终完成施工图的设计，如图8所示。

BBMS的出图方式是完全自动的，如果生成的二维图有不合理的地方，可以通过修改三维模型来达到修改二维图形的目的。这就实现了二维与三维信息的链接，达到出图的智能化与自动化。

5 结束语
室内综合管线三维设计主要存在于施工设计阶段，施工图设计之初即主动协调主管线走向，避免主管线干扰。室内综合管线在三维设计过程中，如发现管线碰撞时，应及时与相关专业、及建设方联系，解决问题，避免废弃工程。立体示意图、人视图和局部节点图能够较好地反映管线的空间位置管线，避免了在施工过程中误读设计图纸，让施工单位更好地理解设计者的意图，弥补了二维设计在立体空间展示上的缺失。室内综合管线的三维表达目前还处于探索阶段，随着三维设计手段的多样化和日趋成熟，三维管线设计技术势必会成为车辆段设计新的方向。
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