1、基于 BIM 的超高层复杂机电管线综合排布方法 徐航 黄联盟 鲍冠男 刘本奎 张仕宇 中国建筑第八工程局有限公司天津分公司 摘 要： 近年来, 超高层建筑热潮席卷全球, 高度已经跨越百米, 直逼千米级这一更高里程节点, 随着超高层建筑数量不断增多及业态标准的不断提升, 其配套的机电系统也越来越庞大和复杂, 同时结构形式的多变以及建筑空间苛刻要求, 使得机电管线综合排布异常困难。以在 530m 超高层项目中的实践经验为背景, 重点介绍了利用 BIM 技术解决超高层复杂机电管线综合排布的方法。关键词： 高层建筑; 机电管线; 综合排布; 建筑信息模型; 深化设计; 作者简介：徐航, 助理工程师,
2、E-mail:收稿日期：2017-07-06基金：中建八局科技资助 (2014-01) Integrated Arrangement Methods of the Complex Electromechanical Pipelines for Super Tall Building Based on BIM TechnologyXU Hang HUANG Lianmeng BAO Guannan LIU Benkui ZHANG Shiyu China Construction Eighth Engineering Division Co., Ltd. (Tianjin) ; Abstract
3、： In recent years, super tall buildings boom has swept the globe and the heights of which have gone beyond several hundred meters and are approaching an even higher level of one thousand meters.With the constant increase of super tall buildings and the constant improvement of business conformation s
4、tandards, the supporting electromechanical systems are getting more and more enormous and complex.Meanwhile, the changeability of structural styles and the harsh demands of the architectural space make the integrated arrangement of electromechanical pipelines extremely difficult. Taking the practice
5、 experience of the 530 m super tall building project, this paper emphatically introduces the solutions of the integrated arrangement of the super tall building complex electromechanical pipelines by BIM technology.Keyword： tall buildings; electromechanical pipelines; integrated arrangement; building
6、 information modeling (BIM) ; detailed design; Received： 2017-07-061 超高层建筑机电专业特点超高层建筑除了在建筑和结构设计方面具备独特且复杂之处外, 机电系统作为其中庞大且重要的组成部分也具有其自身的特点, 具体有如下几点。1) 机电系统需要根据大楼不同业态及楼层分区进行独立设计和物业运维, 机电管线数量巨大。2) 各专业设计标准和功能要求高, 机电系统众多且复杂, 机电管道能占用的空间十分有限。3) 机电设备和主干管道大都集中在设备转换层和核心筒区域, 建筑布局紧凑, 走廊空间和楼层面积狭小。4) 不同的楼层分区建筑结构布局
7、变化大, 机电干线系统需在设备转换层进行较多水平转位, 进一步增加了相关楼层拥堵现象出现。5) 招标图只对单专业系统进行概念设计, 前期缺少专业间综合协调, 对部分建筑和结构提资不到位, 造成专业间设计矛盾, 需要施工单位边深化边施工, 必须在施工前完成所有的协调和图纸审批。2 机电管线综合排布的重难点面对超高层建筑各专业系统自身设计的难点及各专业间需要进行大量信息交换和交叉协调的特点, 机电管线综合排布的重点和难点在于统筹协调以下 3 个方面的空间关系。1) 同一个专业不同系统管线间的关系保证各系统的完整性, 经济合理的管线路由及最完善的使用和维护功能 (设计标准) ;要对基本的设计参数进行
8、复查核对, 如各类风系统的风量、风速, 水系统的流量、流速, 电缆桥架的容量, 配电柜所有出线容量分配及电缆规格等。2) 水、暖、电等不同专业管线间的关系要严格遵守设计规范, 保证专业间管线布置的使用安全, 注重人性化设计, 保证施工可操作性, 方便后期使用和维护, 同时要注重美观性, 布置应美观合理, 整齐有序。3) 机电系统与建筑结构精装修等其他专业间的关系机电管道需要完全遵从建筑布局, 避开建筑墙体, 满足建筑使用空间、结构洞口尺寸及精装吊顶高度等要求。3 基于 BIM 技术的机电综合排布的流程和方法3.1 准备工作3.1.1 领会图纸和设计信息熟悉机电、建筑、结构等所有专业的设计图纸及
9、招标文件, 充分了解相应楼层的建筑布局和主体结构的形式特点, 明确不同区域的净高要求和公共走廊的宽度及梁底高度;充分理解该楼层区域各专业机电管线的设计意图, 包括主干系统设计和末端路由设计。3.1.2 单专业深化和建模分别对单专业图纸进行二维深化设计, 保证系统和路由的完整性及合理性, 经过设计审批后开始绘制各单专业三维模型, 模型达到 LOD300 标准。3.2 排布过程将机电各专业 BIM 模型进行合并并将建筑结构模型链接进来制定排布线路图并逐个编号对各主干走道进行剖面剖切和管线路由初步规划结合考虑管道转位情况制订排布方案组织各专业进行方案讨论对剖面排布方案进行优化利用局部三维视图查看并解
10、决碰撞问题添加管道附件及支吊架通过软件碰撞检测功能辅助确认零碰撞使模型达到 LOD400 标准各方确认后进行图纸标注和输出。3.3 管线综合排布要点3.3.1 交叉与避让做好整体规划, 尽量减少管线路由间的交叉, 当遇到管道十字交叉时要充分利用梁内空间, 在满足弯曲半径条件下, 可将空调风管、桥架和有压水管通过梁内空间进行翻转避让, 避免与其他管道冲突, 要以小管让大管、有压管让无压管、冷水管让热水管、易施工的避让施工难度大的为原则, 保证使用功能和施工要求, 保持路由通畅, 满足层高要求。3.3.2 位置与间距以大型风管在上层, 桥架在中层, 水管在最下层;弱电在上层, 强电在下层;热介质管
11、道在上层, 冷介质管道在下层;高压管道在上层, 低压管道在下层为原则, 保证专业间的使用安全性和便于检修性。每个通道要预留 1 条至少 300mm 宽的上人检修空间, 管道距墙边距要考虑建筑装饰面层厚度和支吊架宽度, 一般情况下距建筑完成面间距最少 100mm, 管道贴梁底布置时要预留 50mm 厚钢梁防火涂料空间 (避难层楼板还要预留一定厚度的隔热天花空间) , 管道支架底与净高要求线间预留 150200mm 高度的天花做法空间, 相邻管道间充分考虑保温、阀门安装空间和施工误差空间。3.4 遇到空间不足时的应对方法3.4.1 从大局入手首先对管线密集的区域进行宏观分析, 如果管线数量明显超过
12、了空间承载力, 则首先要想办法进行管线分流, 即将部分管线路由进行变更以均衡各区域的管线数量, 最大化地利用整体空间, 如可将走廊内部分管线移至旁边净高要求不苛刻的机房内穿越, 利用核心筒剪力墙上的多余洞口将部分管线路由移动到管线较少的走道通过, 必要时可考虑管道增设防火包裹后穿越楼梯前室。3.4.2 多专业联动对于因设计初期机电提资不到位导致的建筑结构布局与机电现实需求矛盾较大的地方要提前主动与业主和设计方进行沟通, 在施工前对当前的建筑结构布局进行重新提资和修改, 从源头处杜绝机电综合排布陷入死结从而造成时间和资源上的损失, 如建议在核心筒剪力墙或钢梁上预留管道洞口, 在合适的地方就近增加
13、管井和隔墙, 改变设备机房的位置和大小等方式以配合机电路由进行更改, 从而避免经过空间密集区域, 达到不改变机电系统的前提下满足净空要求的目的, 对于管道局部与建筑冲突的部位要进行门高和墙体的配合变更, 多专业联动解决空间碰撞问题。3.4.3 精细化调整对走道管线进行完宏观调整后要对每个剖面进行精细化“瘦身”, 即对各系统管线大小进行仔细的复核计算, 在满足原设计标准上对管线的尺寸进行最大优化, 如在合理的风速区间内尽量提高风速以缩小风管尺寸;在空间有限的条件下要尽量缩小管线间的间距, 要考虑水管抱箍、法兰宽度、保温层厚度等因素, 并排法兰盘可交错设置, 一般情况下水管外皮或保温层外皮间距最小
14、为 80mm, 桥架水平间距最小 50mm, 上、下层净间距最小 150mm, 用以保证施工和检修要求, 综合排布时优先采用共用支架以减少支架数量并提高美观性, 在特殊部位可以做返吊支架来抬高局部标高。3.4.4 局部特殊化处理当在主干区域布置完成, 只有局部区段排布有困难时, 可以考虑在保证系统完整和使用功能的前提下进行局部特殊化处理, 如将相近系统的桥架进行局部合并, 使风管等截面变形, 个别部位改为静压箱形式或非标管件进行连接 (单独制作族模型进行模拟) , 将主干风管局部区段等截面一分为二, 将系统相同但服务于不同区域的风管进行局部合并等方式来解决空间问题。4 实例分析及体会4.1 工
15、程概况天津周大福金融中心是集高端商业、甲级办公、豪华公寓和超五星级酒店于一体的综合性摩天大楼, 总建筑高度 530m, 本项目共有近 20 个设备转换层, 近百个独立运行的机电系统。4.2 设备层机电管线综合排布实例以塔楼 B1 层核心筒走廊为例, 该区有 10 余个各类机房, 有大量风管, 给排水进出户管道和强弱电桥架在本层汇集, 经水平转位后由核心筒内竖井向上下楼层发散, 加上本区建筑功能主要为后勤办公及配套用房, 机电管线异常繁多, 核心筒走廊空间又十分狭窄, 最低梁底标高为 4.850m, 走廊宽度仅为 2 090mm, 经初步综合排布, 最底层管道底标高不足 1.800m 且有局部交
16、叉碰撞没有解决。首先从整体规划入手逐一分析各管道路由, 将 2 根中型规格风管和 4 根给水管路由移出了该走廊, 同时通过组织业主、设计顾问等各方进行多种变更方案的对比论证, 综合考虑相邻楼层管道排布情况, 成功将原建筑设计中横跨该层走廊的污衣槽水平转位段移到了 L2 层, 极大地解决了该走廊空间不足的主要矛盾, 之后通过将走廊分成 5 段, 反复进行细节排布优化和交叉碰撞调整等过程, 最终完成了 LOD400 级精度模型的建造, 确保了使用功能和施工检修要求, 管线最终定格为共 9 层, 每层管线中间有 1 条 350mm 宽的上人通道, 最低管道底标高为 2.200m, 走廊防火门净高全部
17、提资降为 2 000mm, 满足了消防规范允许的最小高度, 为项目顺利施工提供了有力保障, 排布效果如图 1, 2 所示。4.3 体会机电管线综合排布是一个要统筹全局、精益求精的工作, 需要实施者有较全的专业知识和坚持不懈的精神, 随着对所有管线及空间认识的逐步加深, 要不断地尝试并优化各种排布方案以解决空间的限制, 同时要对排布质量进行负责, 将最完美的施工图纸交付给现场施工。图 1 排布剖面 Fig.1 The configuration profile 下载原图图 2 局部三维模型 Fig.2 The partial 3D model 下载原图5 结语掌握基于 BIM 的管线综合排布方法
18、, 借助 BIM 技术的强大优势可以有效地克服超高层建筑复杂机电综合协调中的各类困难, 提高深化设计工作效率, 由此串联起了施工、质量、成本等各环节和贯穿整个施工过程, 给工程整体带来巨大的推动和提升作用, 也对超高层建筑的顺利实施和不断发展做出了有力保障。参考文献1杨科, 康登泽, 徐鹏, 等.基于 BIM 的 MEP 设计技术J.施工技术, 2014, 43 (3) :88-90. 2冯成刚.浅谈机电工程综合管线深化设计J.信息系统工程, 2014 (3) :96-97. 3纪凡荣, 徐友全, 曾大林, 等 BIM 技术在某项目管线综合中的应用J.施工技术, 2013, 42 (3) :107-109. 4王健.大型地下室机电管线综合的 BIM 技术应用J.施工技术, 2016, 45 (6) :32-36. 5黄正凯, 钟剑, 张振杰, 等.基于 BIM 平台测量机器人在机电管线施工中的应用J.施工技术, 2016, 45 (6) :24-26. 6杜岳.机电管线综合排布技术在建筑中的应用J.施工技术, 2015, 44 (S2) :624-625.
