BIM技術(shù)的機(jī)電工程綜合支架深化
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【摘要】對(duì)于地鐵車站機(jī)電安裝工程而言，涉及到的系統(tǒng)主要包含信號(hào)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、民用通信系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、通風(fēng)空調(diào)、給排水及消防、低壓配電及照明以及弱電系統(tǒng)等。各專業(yè)管線綜合排布是施工深化設(shè)計(jì)階段的重難點(diǎn)部分，不同專業(yè)之間的管線排布設(shè)計(jì)需要滿足設(shè)計(jì)規(guī)范以及施工、維護(hù)要求。
【關(guān)鍵詞】bim技術(shù)；機(jī)電工程；綜合管線；優(yōu)化
1引言
BIM技術(shù)可以不斷地進(jìn)行更新，可讓業(yè)主、施工方、監(jiān)理、設(shè)計(jì)多方更好地了解在建項(xiàng)目。而這些信息可以在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)及施工管理的過程當(dāng)中可以提高決策的質(zhì)量，進(jìn)而大大提高收益。
2BIM在管線綜合排布中的優(yōu)勢(shì)
綜合管線通過在三維視圖中檢查各專業(yè)管線之間的空間幾何關(guān)系，直觀形象。利用BIM中的Revit模塊，建立各專業(yè)三維模型，合并模型，導(dǎo)入Navisworks模塊，設(shè)定構(gòu)件之間、碰撞類型、碰撞專業(yè)以及碰撞規(guī)則的公差等一系列的參數(shù)，運(yùn)行Navisworks的ClashDetective碰撞檢測(cè)工具，實(shí)現(xiàn)不同專業(yè)管線的碰撞檢測(cè)。導(dǎo)出所有碰撞檢測(cè)結(jié)果進(jìn)一步分析管理，根據(jù)不同專業(yè)碰撞情況分配到相應(yīng)人員重新布置管線。對(duì)于同一型號(hào)的可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)軟件以及應(yīng)用軟件操作之間的聯(lián)動(dòng)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)工作的協(xié)同管理。
3建筑機(jī)電施工安裝的特點(diǎn)及技術(shù)要求
建筑機(jī)電安裝的涉及面較廣，且跨度較大，通用性較強(qiáng)。建筑機(jī)電安裝不僅包含電器、電子、機(jī)械設(shè)備及建筑智能化工程等方面，還涉及到消防、動(dòng)力、管道、電梯、環(huán)保等工程，施工活動(dòng)涵蓋了從設(shè)備采購到工程竣工驗(yàn)收等各個(gè)階段，直至各系統(tǒng)達(dá)到試運(yùn)行為止。因此，如何深化開展BIM技術(shù)，將BIM這一項(xiàng)技術(shù)運(yùn)用到機(jī)電安裝工程當(dāng)中去，項(xiàng)目總負(fù)責(zé)人應(yīng)認(rèn)真考慮現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，把破壞管線施工質(zhì)量的因素降到最低，盡可能地滿足客戶，才能實(shí)現(xiàn)機(jī)電安裝工程的價(jià)值。在項(xiàng)目的BIM管理活動(dòng)當(dāng)中，技術(shù)負(fù)責(zé)人要結(jié)合用戶需求，還應(yīng)切實(shí)開展相關(guān)設(shè)計(jì)的優(yōu)化工作。運(yùn)用模型分析技術(shù)，對(duì)管線設(shè)計(jì)和安裝的全過程進(jìn)行建模，從而降低施工成本。
4機(jī)電安裝工程中BIM技術(shù)的應(yīng)用
4.1控制成本，高效處理數(shù)據(jù)
采用科學(xué)的設(shè)計(jì)方案，有利于增加工程投資的回報(bào)，應(yīng)該要把前期的設(shè)計(jì)計(jì)劃認(rèn)真地進(jìn)行落實(shí)，這樣才能更好地加快項(xiàng)目工程的施工進(jìn)度，才能實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目施工提升質(zhì)量，并增加利潤(rùn)。在各階段施工當(dāng)中，施工技術(shù)人員把階段內(nèi)的施工計(jì)劃數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，形成報(bào)表，并且提交給項(xiàng)目的總負(fù)責(zé)人，才能接受項(xiàng)目負(fù)責(zé)人的技術(shù)細(xì)節(jié)審核工作。從采購計(jì)劃推行過程進(jìn)行技術(shù)施工細(xì)節(jié)的虛擬建造，還應(yīng)該做好限額領(lǐng)料的技術(shù)管理，這樣才可以對(duì)項(xiàng)目的總負(fù)責(zé)人進(jìn)行施工交底工作和技術(shù)交底工作。
4.2碰撞檢查和布局設(shè)計(jì)
在機(jī)電安裝工程當(dāng)中，結(jié)合BIM技術(shù)對(duì)管線設(shè)計(jì)的碰撞問題進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以更好地提高機(jī)電安裝工程設(shè)計(jì)的合理性。然而機(jī)電工程的冷凍機(jī)房部分，需要相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，這樣才可以綜合施工。結(jié)合BIM流程深化的方法，這樣才可以實(shí)現(xiàn)智能建模的參數(shù)設(shè)定，安排機(jī)電安裝工程中專業(yè)人員對(duì)管線進(jìn)行繪制施工，這樣就能完成管線碰撞檢測(cè)工作。為了保證管線施工活動(dòng)可以滿足機(jī)電安裝工程深化設(shè)計(jì)的需要，對(duì)于工程而言基本上都是使用材料質(zhì)量一定要得到保證，還應(yīng)該運(yùn)用科學(xué)的材料統(tǒng)計(jì)方法，需要建筑機(jī)電安裝人員從節(jié)約成本和施工工期的角度進(jìn)行施工，這樣才能實(shí)現(xiàn)機(jī)電安裝工程管線的合理布局。
4.3優(yōu)化設(shè)計(jì)及出圖
相對(duì)于常規(guī)的平面圖、立面圖、剖面圖，BIM更配置了更為強(qiáng)大的出圖功能?？衫肂IM軟件經(jīng)過碰撞檢查、凈高優(yōu)化、漫游工序后，確定機(jī)電各專業(yè)合理的位置、標(biāo)高，從三維模型直接導(dǎo)出帶有準(zhǔn)確、清晰標(biāo)注的平面圖、剖面圖來直接用于施工，這些圖對(duì)施工過程的指導(dǎo)具有顯著的意義。
4.4BIM綜合管線優(yōu)化原則
BIM綜合管線優(yōu)化原則遵循管線相對(duì)位置布置原則，即：①綜合布置管線相對(duì)位置的原則一般主要遵守電上、風(fēng)中、水下的原則；②為滿足人身/電氣安全要求，供電系統(tǒng)管線與其它系統(tǒng)管線間應(yīng)保持不小于0.3m（困難情況下不小于0.15m）的間隔距離要求；③在地下車站站廳、站臺(tái)公共區(qū)的吊頂內(nèi)，綜合管線相對(duì)位置的布置原則主要遵守平行設(shè)置的原則；④在同一區(qū)域多層布置管線時(shí)，應(yīng)按小管讓大管，軟管讓硬管，有壓管讓無壓管（指自流水管）；⑤強(qiáng)電和弱電專業(yè)同一方向敷設(shè)的電纜較多時(shí)，應(yīng)盡量采用電纜橋架，并整合集中布置和敷設(shè)。如下文案例提及的竹料站綜合管線碰撞結(jié)果，有近200條相對(duì)較大的碰撞結(jié)果，綜合管線優(yōu)化部分就是要對(duì)相應(yīng)的碰撞結(jié)果在以上優(yōu)化原則基礎(chǔ)上進(jìn)行逐個(gè)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)在未施工之前就改正設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)不合理管線布置，從而提高施工效率進(jìn)而降低返工率降低成本。特別是該項(xiàng)目附屬設(shè)備區(qū)的走道空間施工涉及的專業(yè)多、管線復(fù)雜、走道寬度窄小的難點(diǎn)，針對(duì)難點(diǎn)，經(jīng)過BIM碰撞檢測(cè)并重新設(shè)定合理的管線布置，進(jìn)一步對(duì)管線設(shè)置綜合支架及綜合支架深化。
5綜合支架深化
5.1項(xiàng)目概況
竹料地鐵站位于廣東省廣州市白云區(qū)，抗震設(shè)防烈度Ⅶ度（0.1g），針對(duì)本項(xiàng)目附屬設(shè)備用房綜合支吊架進(jìn)行力學(xué)分析，根據(jù)《建筑機(jī)電工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50981-2014）8.2.4條，水平地震影響綜合系數(shù)αEk=γ•η•ζ1•ζ2αmax=1.4×1.0×2.0×2.0×0.08=0.448＜0.5，取αEk=0.5。公式中各參數(shù)含義及取值見《建筑機(jī)電工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50981-2014）3.4.5條。
5.2計(jì)算理論
本計(jì)算書基于以概率理論為基礎(chǔ)的承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于基本組合，由可變荷載效應(yīng)控制的組合：Sd=mj=1ΣγGjSGjk+γQ1γL1SQ1k+ni=2ΣγQiγLiψciSQik式中：γGj取值，當(dāng)其效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí)，1.2；當(dāng)其效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)，1.0；γQ1或γQi取值，一般情況，1.4。由永久荷載效應(yīng)控制的組合：Sd=mj=1ΣγGjSGjk+ni=1ΣγQiγLiψciSQik式中：γGj取值，當(dāng)其效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí)，1.35；當(dāng)其效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)，1.0；γQ1或γQi取值，一般情況，1.4。其他參數(shù)請(qǐng)參照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》。
5.3支架形式及管線排布
在竹料站附屬設(shè)備用房15類支吊架樣式中（共計(jì)86套支架），ZL-T1-12，KZ-T1-12支吊架受力最為復(fù)雜（管線多，橫擔(dān)跨度達(dá)到1.96m），故本計(jì)算書僅針對(duì)ZL-T1-12，KZ-T1-12支吊架進(jìn)行受力分析。通過對(duì)ZL-T1-12，KZ-T1-12支吊架的進(jìn)一步分析可以看出來，KZ-T1-12比ZL-T1-12的橫擔(dān)更長(zhǎng)，受力更為不利，所以，如果KZ-T1-12可以通過力學(xué)驗(yàn)算，其他支吊架類型也是安全可靠的。
5.4支架效應(yīng)及結(jié)果驗(yàn)算
最下排支架橫擔(dān)41雙拼槽鋼，受力最為惡劣，橫擔(dān)受力分析如表2。驗(yàn)算結(jié)果表面，橫擔(dān)構(gòu)件裕量足夠，滿足受力需求。
5.5零配件力學(xué)校驗(yàn)
橫擔(dān)與立柱靠三孔連接件連接，左側(cè)與右側(cè)剪力分別為1309N和1191N。第二排橫擔(dān)左側(cè)連接件受剪承載力設(shè)計(jì)值為5.5kN，受力完全可靠（槽鋼螺母扭矩60Nm）。
5.6錨栓校驗(yàn)
該支吊架所承受的管線總質(zhì)量760.6kg，即使所有質(zhì)量加載在任意一根吊桿上，則吊桿拉力7606N。單顆后擴(kuò)底錨栓M12-18X80，C25混凝土，混凝土錐體受力破壞承載力設(shè)計(jì)值10017N>4486N。（錨栓承載力數(shù)值依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》（JGJ145-2013）計(jì)算得到。）立桿底座采用兩顆后擴(kuò)底錨栓，其受力更加安全可靠，驗(yàn)算通過。
5.7抗震支吊架驗(yàn)算
在深化詳圖上，可以看出，KZ-T1-12與KZ-T1-13分別分擔(dān)5.5m長(zhǎng)度的管線水平地震作用。側(cè)撐在柱子上從上到下進(jìn)行三處錨固，每處分擔(dān)的平均地震作用為12303/3=4101N。每處錨固處有兩顆錨栓（單顆承載力設(shè)計(jì)值10017N）受力滿足要求?？v撐除了與柱子從上到下進(jìn)行了三處錨固，中間吊桿與右側(cè)吊桿還分別單獨(dú)加設(shè)了縱向抗震支撐，總計(jì)有五處縱向抗震支撐，則每處分擔(dān)的平均地震作用為12303/5=2461N。單顆后擴(kuò)底錨栓M12-18X80，C25混凝土，受剪承載力設(shè)計(jì)值16785N>2461N?？v撐45°安裝，則沿縱撐方向的地震作用為2461/0.707=3480N<7300N，縱撐受力安全可靠。
6結(jié)束語
綜上所述，BIM技術(shù)的應(yīng)用為管線綜合排布提出了新的解決模式和方法，將施工過程中的問題前置，減少了設(shè)計(jì)、施工變更，確保施工進(jìn)度，降低了成本，提高了工程項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)控制能力。BIM技術(shù)在石油化工類的工程上，如大型化工廠等，同樣適用。
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作者:林悟森 單位:廣東省石油化工建設(shè)集團(tuán)有限公司