地下空間機電管線BIM 技術(shù)優(yōu)化

張云浩

（中鐵十八局集團第四工程有限公司，天津 300350）

0 引言

在地下空間機電管線管理中，傳統(tǒng)的二維設(shè)計圖紙（平面＋局部剖面）由于對多管線交叉的復雜部位表達不夠充分，經(jīng)常會造成返工或浪費現(xiàn)象，甚至存在安全隱患。BIM 技術(shù)可以實現(xiàn)三維可視化設(shè)計，施工人員據(jù)此可以快速地讀取數(shù)量、體積等進階分析所需信息，且信息關(guān)聯(lián)性能維持數(shù)據(jù)的一致性。將BIM 技術(shù)應用到地下空間機電管線優(yōu)化中，通過可視化、三維立體的方法，可以解決地下空間機電管線交叉碰撞問題，提升地下空間的使用效率，保證機房管線有序排列［1］。

海淀區(qū)翠湖科技園項目位于北京市海淀區(qū)北部，溫泉鎮(zhèn)太舟塢村創(chuàng)客小鎮(zhèn)社區(qū)東側(cè)，為裝配式住宅建筑，總建筑面積123 517m2，其中地下車庫總建筑面積為21 188.89 m2。本項目地下車庫總體規(guī)模較大， 地下管線負荷比較大， 尤其是機電管線錯綜復雜， 相互交叉碰撞的問題非常容易發(fā)生。 采用BIM技術(shù)對地下車庫管線進行優(yōu)化，降低了施工難度，提高了施工效率，保證了施工管線的有序排列。筆者試對其地下管線的優(yōu)化設(shè)計（不含戰(zhàn)時機電管線綜合設(shè)計）進行分析。

1 管線綜合施工優(yōu)化思路

1.1 地下一層

地下一層梁最低位置高度為2.8 m，風管最大高度為0.4 m，在梁下0.05 m 位置對其進行安裝；橋架高度一般控制在0.1 m 左右， 在梁下0.05 m 位置對其進行安裝；管道最大管徑為300 mm。 管道和橋架重疊位置數(shù)量多，為了確保在橋架和管道交叉時，橋架能夠從管道保溫層上方位置穿過， 且不會發(fā)生翻彎現(xiàn)象，把管道中心標高設(shè)置在2.5 m 左右［2］。 地下一層管線具體布局如圖1 所示。

圖1 地下一層管線管理布局（單位：mm）Fig.1 Pipeline management layout of the first underground floor （Unit： mm）

1.2 地下二層

地下二層人防區(qū)梁最低高度為2.75 m， 非人防區(qū)梁最低高度為2.95 m， 風管最大高度設(shè)置在0.4 m 左右，在梁下0.05 m 位置進行安裝。在這種情況下，人防區(qū)凈高度控制在管線底層2.3 m。 橋架高度設(shè)置為0.1 m，管道型號為DN150，因此把管道中心標高設(shè)置在2.5 m 左右， 便于在橋架與管排交叉過程中， 橋架能夠從管排保溫層上方位置穿過［3］。 考慮到人防區(qū)和非人防區(qū)管道與橋架的連接應在它們高度一致的情況下實施， 因此把非人防區(qū)風管底標高設(shè)計為2.4 m。 地下二層管線布局如圖2 所示。

圖2 地下二層管線管理布局（單位：mm）Fig.2 pipeline management layout on the second underground floor （Unit： mm）

2 BIM 技術(shù)在地下空間機電管線中的應用

2.1 圖紙審查

在開展BIM 深化設(shè)計工作時， 在圖紙審查環(huán)節(jié)，需由施工企業(yè)各專業(yè)負責人與BIM 專業(yè)負責人一同對施工圖紙內(nèi)容進行審核， 并將審核結(jié)果與圖紙會審結(jié)果進行比較，確認是否存在明顯差異。圖紙審核需要在專業(yè)負責人的配合交流下， 對圖紙內(nèi)容的真實性和完整性進行調(diào)查分析， 并做好圖紙審查中問題的記錄工作，確保圖紙信息真實、有效。 根據(jù)圖紙審查結(jié)果，及時與設(shè)計部門交流，以保證圖紙內(nèi)容的完整性和精準性。

2.2 項目樣板創(chuàng)建

在完成項目圖紙審查工作以后，需要由BIM 土建工程負責人與BIM 機電負責人結(jié)合二維圖紙，完成工程模板的建造工作。 不管是土建樣板，還是機電樣板，都要根據(jù)相同標高、軸網(wǎng)、項目基點要求進行建造。 其中，在土建項目樣板中，包含標高、軸網(wǎng)、族庫等內(nèi)容。在機電項目樣板中，包含標高、軸網(wǎng)、專業(yè)系統(tǒng)、過濾器等［4］。 對于文件格式的選擇，應以.rte 格式為主。

在創(chuàng)建項目樣板過程中， 發(fā)現(xiàn)地下二層防火分區(qū)通風平面圖 （非人防區(qū)域） 風管與結(jié)構(gòu)梁相撞，結(jié)構(gòu)底圖和樓梯詳圖中梁的位置不同，甚至一些區(qū)域沒有預留風管尺寸。 為解決這一問題，通過和BIM 設(shè)計方進行溝通聯(lián)系， 認為此處結(jié)構(gòu)應具體看樓梯詳圖。 查看詳圖后，將此處的正壓送風管管徑由1 800 mm×700 mm 修改為2 000 mm×400 mm，多葉送風口修改為400 mm×（2 600＋250）mm。

2.3 視圖樣板的創(chuàng)建

在建造土建項目樣板中，涉及的類別相對較少。樣板創(chuàng)建通常是在土建樣板建造完成以后， 機電負責人在項目傳遞平臺上把土建樣板標高、 軸網(wǎng)等信息傳遞給機電樣板， 保證土建項目與機電項目使用相同樣板， 確保機電模型與土建模型在后期使用過程中一一對應。 翠湖科技園項目地下工程創(chuàng)建的部分三維可視化模型如圖3 所示。

2.4 中心文件的創(chuàng)建

在編制中心文件的過程中，BIM 所有相關(guān)工作人員需要在相同模板文件中進行操作， 結(jié)合各個工程項目的專業(yè)要求和操作流程， 設(shè)定中心文件操作權(quán)限，同時細化工作范疇。 在此情況下，各個專業(yè)都要獨立完成本職工作，并且在匯總過程中，把完成的工作內(nèi)容移交給中心文件。在此環(huán)節(jié)中，每個工作人員都能夠在中心文件中尋找所需信息， 關(guān)注各個成員工作情況，查看是否存在問題。

2.5 工作集的使用

圖3 三維可視化模型Fig.3 3D visualization model

工作集對元素進行分組，以便顯示在視圖中，或?qū)σ唤M元素執(zhí)行操作。 工作集就像CAD 中的圖層，但又不僅僅是圖層的含義。 因為BIM 包含了一個協(xié)同工作的概念， 工作集就像各專業(yè)設(shè)計團隊集中在一起作業(yè)， 但又將各團隊之間負責的工作進行明確的區(qū)分，以便在以后的模型拼裝中，起到隔離與區(qū)分的作用。在完成中心文件創(chuàng)建工作以后，各個專業(yè)應該把原有BIM 設(shè)計成果保存在新創(chuàng)建的模型中，通過使用副本功能，將信息傳遞到中心文件中（不允許直接在中心文件中操作）。在中心文件使用中，不可開啟無關(guān)工作集。無權(quán)限的工作人員要想獲取文件信息，需要向相關(guān)部門提交申請。 設(shè)計人員在組建新文件前， 需要把已經(jīng)修改的內(nèi)容融入到文件中，避免給他人工作集帶來影響。 在應用本體設(shè)計文件過程中， 不可隨意更改文件中的信息和圖紙。在工作過程中，組員通過工作集能夠及時在中心文件中進行信息傳遞和更新。 由此可見，工作集能夠減少模型在創(chuàng)建過程中產(chǎn)生不必要的問題， 提高工作效率，保證工作質(zhì)量。

2.6 模型構(gòu)建

模型構(gòu)建就是將各項因素輸入系統(tǒng)軟件中，變成具體的項目。 這是一項比較復雜的工作，需要結(jié)合各專業(yè)工作要求，做好分工，然后采取協(xié)同方法，利用中心文件來協(xié)助完成模型創(chuàng)建。 在使用中心文件時，應第一時間做好保存工作，防止出現(xiàn)由于保存不當而造成模型未能及時保存的狀況。在模型構(gòu)建中，墻、梁、機電等需要提前命名，并保證命名的合理性；嚴格控制好各個專業(yè)模型建設(shè)的質(zhì)量；做好圖紙會審工作，及時找出圖紙中存在的問題，這也是二維圖紙審查中不能做到的［5］。為了能夠及時找出存在的問題，在機電模型建設(shè)中，需要采用插入－連接功能，把土建模型與機電模型充分連接起來。 在梳理圖紙前，技術(shù)人員需要對機電與土建的實際情況進行深入了解，機電技術(shù)人員應梳理各專業(yè)管道的分布情況，土建技術(shù)人員則應該梳理標高等參數(shù)。 該工程變配電設(shè)備如圖4 所示。

圖4 變配電設(shè)備Fig.4 Power transformation and distribution equipment

2.7 模型整合

在revit 軟件中， 能夠?qū)ν两Ｐ团c機電模型采取插入－連接等方法進行整合處理， 將整合以后的模型轉(zhuǎn)變?yōu)?nwc 格式， 并且利用Navisworks 平臺，檢查機電工程與土建工程的連接情況，最終確定管道碰撞點及管道密集區(qū)。比如，地下一層暖通平面圖中圓風管尺寸大于靜壓箱尺寸， 是暖通工程施工的難點，具體情況如圖5 所示。

圖5 風管尺寸大于靜壓箱尺寸圖（單位：mm）Fig.5 The size of round air duct is larger than that of static pressure box （Unit： mm）

為解決這一問題，在BIM 設(shè)計中，將此處的靜壓箱尺寸調(diào)整為1 800 mm×1 200 mm×1 500 mm。 靜壓箱尺寸的調(diào)整促進了各道工序的順利推進。

2.8 預留套孔及綜合支吊架的優(yōu)化

在完成BIM 模型深化設(shè)計以后，需要對預留套管位置進行確定。同時，還要形成一個完整的平面圖或者剖面圖，引導后續(xù)施工工作順利進行［6］。 預留套管BIM 模型如圖6 所示。

圖6 預留套管BIM 模型Fig.6 BIM model of reserved casing pipe

在預留套管的BIM 模型創(chuàng)建中，需要控制原材料消耗量。即在滿足綜合支吊架設(shè)計效果的基礎(chǔ)上，降低原材料使用量， 以獲得更大的經(jīng)濟效益。 利用MagiCAD 綜合支架插件完成綜合支吊架安裝工作，保證了支吊架安裝過程的可視化， 更好地滿足BIM設(shè)計要求。通過計算審查，保證管線安裝的穩(wěn)定性和安全性［7］。 綜合支吊架BIM 模型如圖7 所示。

3 施工效果分析

3.1 公共車道改進效果

在公共車道設(shè)計中，需要合理分布管線，確保管線占用比較獨立的空間，排列成排，布局合理［8］。 同時，對管線碰觸位置進行適當調(diào)整。橋架排布應該按照由上至下的原則分布在同一標高上， 確保凈高控制在2.3 m 左右，以便于施工。 公共車道管線綜合優(yōu)化成果示例如圖8 所示。

3.2 防火卷簾位置改進效果

把相同類型的管線分布在相同平面上， 保證空間布置的合理性和整體性，避免管線交叉碰撞，并且對碰撞位置進行調(diào)整，保障管線處于無碰撞的狀況。在管線穿過防火卷簾時，為了避免與防火卷簾碰撞，需要讓管線在防火卷簾包廂上方穿過，以滿足凈高2.3 m 的要求。 防火卷簾管線綜合優(yōu)化成果如圖9 所示。

圖7 綜合支吊架BIM 模型Fig.7 BIM model of integrated hangers

圖8 公共車道管線綜合優(yōu)化前后對比圖Fig.8 Comparison of public road pipeline before and after comprehensive optimization

圖9 防火卷簾管線綜合優(yōu)化成果圖Fig.9 Comprehensive optimization of fire shutter pipeline

3.3 停車位改進效果

因為進戶管線分布交錯， 不利于支吊架安裝，因此需要對橋架和管線位置進行適當調(diào)整，使其整體分布在2.3 m 以上。把部分管線調(diào)整為無碰撞、順暢狀態(tài)，減少了管線交叉，可以滿足后續(xù)支吊架施工要求。

3.4 熱計量間和消防栓泵改進效果

根據(jù)圖集相關(guān)要求， 在模型中安裝閥門和管件，保證了高度設(shè)計合理，便于施工工作順利進行。對于消防栓泵來說，涉及的消防泵房管線問題比較少，只需把部分碰撞調(diào)整成無碰撞狀態(tài)問題即可。

4 結(jié)語

對于各種類型機電管線， 為了保證施工便利，需要結(jié)合工程實際情況，做好科學規(guī)劃，減少管線交叉。 針對機電管線占用空間，需要在優(yōu)化管線占用高度的情況下，綜合思考管線施工要求，保證施工順利進行。將BIM 技術(shù)應用于地下空間管線設(shè)計工作中， 能夠幫助相關(guān)部門及時找到管線布置位置，優(yōu)化機電空間，更好地滿足地下功能空間分布的要求。