BIM 技术在地下人防工程设计中的应用研究

2022-10-02陈文波

中国建筑金属结构 2022年9期

0 引言

国民经济高速增长，城市化进程不断加快，大量人口朝着城市集中，城市空间逐渐拥挤，诱发了“城市综合病”。人防工程作为城市地下工程主要组成部分，具有平时服务、战时防空的重要功能，因此为了充分发挥地下人防工程积极效应，应契合实际情况合理化设计地下人防工程。通过查阅相关文献可知，目前国内BIM 技术主要应用于大型民用建设项目中，人防工程中应用BIM 技术的相关文献资料相对匮乏，且无系统性的设计参考标准。本次研究主要以国内外BIM 研究成果为基础，探索将BIM 技术引入人防工程设计过程中，并重点分析价值实现条件、存在的问题等，同时创新性引入BIM 协同设计模式，旨在解决管线设计、战平转换等实际问题。

1 地下人防工程和BIM 技术的特点

1.1 地下人防工程的特点

人防工程在战时具有防控勤务、防控指挥、人员和物资掩蔽、医疗救援等功能，结合地面建筑可以修建防空地下室。人防工程主要是为了保障人员安全，具有抵御常规武器、核武器和生化武器打击，同时可以起到防护冲击波、土中压缩波的重要作用，由于不同地区、武器打击强度和国家战争形态不同，相应的人防工程防护等级和抗力不尽相同。就人防工程类型来看，主要有指挥工程、人员掩蔽工程、医疗救护工程、防控专业队工程等。

通过本文的研究和分析结果可知，加入亚硝酸盐阻断剂可以对食品中的亚硝酸盐的含量起到一定的中和与控制效果。大蒜中的大蒜素可以对亚硝酸盐的形成起到良好的控制效果，大蒜素本身还具有防癌的作用，但是洋姜对亚硝酸盐的抑制作用并不是很明显。同时脂的存在会对亚硝酸盐产生一定的影响，其不仅能够直接影响亚硝酸盐的含量测定结果，严重时还会导致整个测定结果偏低。

就地下人防工程的设计特点来看，主要有以下几点：

（1）竣工后拆改难度大。地下人防工程在竣工后，呈现出不可逆的特点，后期如果有部分环节需要修改，相较于地上建筑而言难度较大、成本高，并且对地下人防工程本身的防护功能影响较大，一旦受损，战时地下人防工程功能发挥将受限。所以，在地下人防工程设计中应该仔细分析未来可能出现的问题，并通过综合评估来完善设计方案，为后续设计改良提供足够空间。

城市化进程不断加快，对于地下空间资源的开发力度逐步提升，地下人防工程建设规模随之扩大。传统地下人防工程设计中，由于设计方式不合理，导致设计效率偏低，各专业协同设计难度较大，无法实现战平灵活转换，为后续的地下人防工程使用埋下了一系列隐患。

水瓶座的男生内心世界极为错综复杂，很难理解。你给人的表象是朴实爽直，但内在心理总是在悖论和矛盾的境界中徘徊。一般地说，你对人热忱，愿意帮助人。但在某些特殊的情况下，你也会表现得异常冷漠和不近人情。

（1）土方开挖控制。地下人防工程施工中，土方开挖工程占据重要地位，传统设计模式下，设计人员很少考量项目土方开挖内容，更多的是依托于区域地形条件来确定工程坡度

。基于BIM 技术的模拟分析功能，收集和分析项目土方开挖数据信息，为方案优化改进提供数据支持。如Revit 可以导入已经测绘的CAD 地形图，将施工区域地形条件直观呈现。项目体量模型和地形表面重合，设计土方开挖的基坑模型，快速获取精准、全面的土方开挖量。将地形表面模型作为参数模型，如果建筑形体变化，开挖边线也将随之改变，模型中的土方开挖量信息自动更新，为后续的工程预算控制提供坚实保障。

（4）口部结构设计复杂。地下人防工程的口部结构设计难度较大，作为工程重要组成部分，口部结构主要起到人员疏散和物资输送的重要功能，在战时则具有防护密闭功能。人员在进入地下人防工程后，由于缺少光线和方向感错位等因素，可能会诱发不良心理问题。因此，人防口部设计不应该仅仅是沟通地上和地下的通道，而是需要与周围环境和地面空间协调统一。如图1 所示，周围景观小品结合，出入口和灯箱、绿地和装饰柱等结合

。

（5）战平转换设计。地下人防工程在平时和战时有着不同的功能，平时主要是具有娱乐、商贸和生产等功能，可以创造可观的经济效益和社会效益；战时则需要提供战时指挥、人员和物资掩蔽和医疗救援等服务。结合相关要求，在地下人防工程战平转换设计中，应高度重视土建防护工程和设备转换工程内容设计。土建防护工程，具体有工程出入口、内部防护单元件以及风井等界面封堵工作。地下车库人防区和非人防区交界区域，车道设置防护密闭门，临战转换期间则要管编防护门，使用密封膏嵌缝，同时使用沙袋封堵出入口

。平时提供通风功能的通风采光井，可以采用封堵和填埋方式进行处理，在洞口外设置防护挡板，窗外填土洞口封堵，保证地下人防工程质量。设备转换工程包含了增设战时设备管线和封闭平时功能管线两部分内容，其中增设战时设备是基于平时设备管线基础上，增设水管、风管以及桥架等设施，而平时设备管线则是设置截断套管、桥架关闭密闭阀等，满足平时的功能需要

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就BIM 技术的特点来看，有以下几点：

1.2 BIM 技术特点

BIM 技术即建筑信息模型，基于三维建筑信息贯穿建筑物全生命周期，有机整合工程项目设计、施工和运营管理等环节需要的信息，实现各环节协同，建立与建筑物实际情况相契合的信息数据库。通过收集建筑物相关信息，基于BIM 技术来建筑信息模型，做好配套数据记录工作，并实现建筑物业务流程全过程管理。

数学史与数学教育研究主要有3方面：一是教育取向的历史研究，这是数学史与数学教育研究的基础；二是HPM实践，这是数学史与数学教育研究的主体；三是HPM实践的影响，这是数学史与数学教育研究的动力源，主要包括教师、学生两大主体．一方面可以由数学史研究出发，进行数学史融入数学教学的实践，评估实践效果．另一方面，可以反过来，关注那些数学教育中存在而HPM实践可能对其解决有积极作用的问题，调查问题的现状，然后据此进行相应的数学史融入数学教学的实践，评估实践效果．两者看似类似，但出发点不同，后者更可能建立起HPM与一般数学教育的联系，更容易评估效果，是今后可以尝试的路径．

基于BIM 技术进行地下人防工程设计，具体包括项目方案设计、施工图、施工图深化以及平战转换预案编制阶段，通过建立BIM 协同设计平台，实现各阶段设计成果文件优化完善，切实提升设计方案合理性。当前国内的BIM 软件平台主要是基于Revit 软件进行，可以实现BIM 模型数据信息自动化更新和完善。在具体设计过程中，在Revit 软件支持下协同设计，可以实现管网冲突分析、工程量统计、三维漫游等功能，实现设计方案直观化，优化设计成果

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（2）协调性。在地下人防工程设计中，合理化运用BIM 技术，可以实现各专业、各系统之间有机协同，将多专业人员集中在同一个模型中，不仅可以实时查看各环节设计成果，也可以及时调整设计方案的不足，规避不必要的设计问题出现

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（3）模拟性。设计方案中融入BIM 技术，可以模拟分析疏散情况、照明情况等，基于参数化模型来调整项目疏散通道位置或灯光布置等参数，为设计人员编制和调整设计方案提供支持，便于提升设计方案合理性。

过程模拟技术源于化工行业，是在化工单元操作模拟的基础上逐渐发展而来的。经过多年发展，目前普遍应用的化工流程模拟软件有：美国AspenTech公司的Aspen Plus和Hysys、美国SimSci公司的Pro/II、英国PSE公司的gPROMS、美国Chemstations公司ChemCAD、美国WinSim公司的Design II以及加拿大Virtual Materials Group公司的VMGSim。

而BIM 技术作为一项前沿技术，通过收集工程项目相关信息建立建筑信息模型，可以支持项目信息合理化应用。相较于传统设计方式，BIM 技术可以模拟分析项目疏散、环境和能耗等内容，为项目方案优化调整提供支持；施工图方面，多专业协同作业，可以有效减少各专业设计不符情况；施工前可视化模拟施工方案，指导施工活动有序进行，为施工质量提供坚实保障。BIM 设计相较于二维设计方式，具有可视化、参数化和协同设计等优势，在同一个模型中可以实现多专业协同落实，信息实时传输共享，有效避免信息传输不及时的问题，降低设计方案变更概率。而随着工程建设规模持续扩大，在地下人防工程设计中有效应用BIM 技术，有助于实现工程项目资源合理配置与利用，推动资源节约型社会发展

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（4）可出图性。通过建立BIM 模型，可以直观展现出建筑物内部空间关系，输出各类施工图，并依据实际需要来动态更新和调整，以便于切实提升设计方案合理性，指导后续施工活动顺利进行。

2 地下人防工程设计中BIM 技术应用的意义

（2）密闭的空间环境。平时的地下人防工程，其功能定位在地下商业街、地下停车场和轨道交通等，并且空间环境密闭，主要是以步行为主，基本不受地上环境干扰影响。但相较于普通工程项目，货物补充和垃圾转运难度较大，因此需要设计专门的运输通道

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HH-2数显恒温水浴锅：金坛市科兴仪器厂；JJ-1精密定时电动搅拌器：江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司；101-2A型电热鼓风干燥箱：天津市泰斯特仪器有限公司；玻璃成膜器，20×20cm：实验室自制；XLW智能电子拉力试验机：济南兰光机电技术有限公司。

3 基于BIM 技术的地下人防工程设计

3.1 地下人防工程基于BIM 技术的设计流程

（1）可视化。基于BIM 技术，可以实现建筑三维信息可视化呈现。而当前建筑行业迅猛发展下，建筑物的规模、形态和功能逐渐复杂化，建筑系统更加复杂，基于建立三维信息模型来实现相关人员信息沟通，保证信息传递真实性和完整性，做出合理的决策

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3.2 人防方案优化

地下人防工程设计中应用BIM 技术，充分发挥BIM 技术优势来优化完善地下人防工程设计方案，提升方案合理性。从建筑形式来看，地下人防工程可以划分为附建式人防工程和单建式人防工程，前者即防空地下室，属于民用项目范畴，如居民小区地下车库，人防工程方案依据工程整体方案来调整优化，可控性有所不足。后者则按照独立工程来考量，如人防地下广场和地下商业街等。因此，基于BIM 技术进行方案优化，可以有效提升工程项目品质和效益。具体内容如下。

（3）项目层高限制大。地下人防工程相较于普通的工程项目而言，结构梁板高度更大，层高相同的工程，地下人防工程净高要比非人防工程低0.2～0.3m 左右。出于防护功能需要，主要是自然通风采光和天窗来改善内部空间环境，而且采光通风需要人工支持，除了满足平常功能需要的管线设备，还有一套支持战时功能的设备管线，因此地下人防工程的管线设备敷设难度远超于普通的工程项目。而且地下工程层高限制，随着层高增加，投资成本也将增加。

（2）消防疏散分析。消防疏散是地下人防工程的一个重要功能，由于地下和地面隔绝，形成了封闭的环境，如果工程内部发生火灾事故，将严重威胁到人员人身安全，造成巨大的人员伤亡和财产损失。在平时地下人防工程主要是充当商业街和人防商场，人流量较大，疏散难度较大，因此需要重点做好地下人防工程的消防疏散设计

。在消防疏散分析中，一个重要指标则是疏散时间指标，地下工程火灾发生后会产生大量的烟气，对人员危害较大，所以发生火灾后人员安全疏散时间应该控制在3min 以内。疏散线路是否顺畅，直接影响到人员是否可以尽快安全疏散，而地下人防工程主要采用人工照明方式，在火灾事故发生时，如果缺少人工照明将会造成人员恐慌，影响到疏散秩序。所以，设计中应适当减少内部空间高低错落，日常通道和疏散通道一致，同时保留次级通道，避免发生火灾时疏散通道堵塞。

纳入标准：僵硬型先天性脊柱侧凸伴脊髓纵裂。排除标准：（1）术前伴有神经症状或大重量牵引中产生神经症状的患者；（2）合并其他复杂椎管内畸形如脊髓栓系、肿瘤等；（3）单个半椎体畸形；（4）角状侧后凸畸形。

学生管理工作需要与时俱进，综合考虑时代特征与大学生特点，分类施策，勇于探索创新。互联网时代，提升完善大学生管理信息化质量成为趋势所向，管理信息化是各高校创新完善学生管理工作的重要抓手。经过一段时间的建设，大学生管理信息化较快发展，但也存在诸多问题。

口部通道则是主体工程和地面连接的唯一通道，应该明确口部通道具体数量和定位。但如果是地下商场，周边配套商业设施成熟，出入口数量过多将会影响到周围地面建筑物。所以，在Revit 中建立项目方案模型后，导出dwg/dwf 文件，模型导入Pathfinder 疏散仿真软件，可以输入人员肩宽、年龄、疏散口和行走速度等参数，模拟分析疏散情况，提升地下人防工程疏散设计合理性。

使用CFD 软件来模拟分析火灾情况表，地下人防工程内部各个区域状态参数，包括温度场、气流场和烟气场等情况，将内部空间分布和火灾发生时间联系在一起来优化消防疏散设计，提升设计方案合理性

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3.3 管线综合设计

（1）碰撞检测。基于BIM 技术进行碰撞检测，包括工程中的电气、给排水、暖通等系统，在BIM 模型中来模拟设置管线设备。在有限空间内，如何实现管线设备合理化布置面临着严峻挑战，布置不合理则会导致管道之间，或是与主体结构之间发生碰撞。所以，教育Revit 软件碰撞检查，可以实现机电专业碰撞检测，打开功能区协作目录的碰撞检测功能，左侧选择一种或是多种项目图元，右侧选择项目链接模型的一种或多种项目图元。通过碰撞检测，生成碰撞报告，直观呈现碰撞构件名称、位置，为设备管线布设方案调整提供支持。

（2）净高控制。机电专业设计中，由于缺乏统筹安排，导致空间资源利用率不高，影响到空间使用效率

。因此，在设计中基于Revit 软件的过滤器功能，赋予不同高度管线不同的颜色，便于在三维建筑信息模型中直观查看管线高度情况，然后在后期动态调整管线位置和高度，便于实现净高有效控制。也可以选择3D 漫游检查方式，基于Navisworks 软件的三维漫游功能，输入观察角度、漫游者高度以及移动速度等参数，规划漫游路径，便于沉浸其中来检查缺陷，增强人与空间关系的深刻感知。