武永福

（山西二建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030013）

1 提出背景

晉建迎曦園住宅項(xiàng)目地下車庫機(jī)電管線繁多，包含采暖、消防、給水、壓力廢水、強(qiáng)電、弱電、消防用電、通風(fēng)、防排煙系統(tǒng)管線等。地下車庫為機(jī)械車位車庫，管線只能敷設(shè)在通道上方，需利用BIM技術(shù)對(duì)地下車庫管線綜合排布，以此來預(yù)控各專業(yè)管線、設(shè)備與建筑結(jié)構(gòu)等之間的沖突，分析出管線安裝后凈空低于規(guī)范規(guī)定的部位，從而能夠在施工前對(duì)影響凈空高度的主要節(jié)點(diǎn)或區(qū)域進(jìn)行管線排布位置、分支順序、相互跨越細(xì)部的連接方式進(jìn)行調(diào)整與優(yōu)化，以此來避免施工中返工和質(zhì)量不合格情況的發(fā)生。

2 地下車庫管線施工難點(diǎn)

在進(jìn)行前期施工方案敲定以及圖紙研討時(shí)，發(fā)現(xiàn)面臨眾多問題，其主要為本工程所涉及的系統(tǒng)多，各專業(yè)管線截面積大，占用空間多，僅能敷設(shè)在機(jī)械車位之外的通道上方，各個(gè)專業(yè)又涉及不同的分包方，對(duì)后期施工管理造成很大的不確定性，需要總承包單位進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃；其次管線在二維圖紙中僅為示意位置，所設(shè)計(jì)的位置反映到實(shí)際車庫位置排布不適宜安裝管線，存在大量管線碰撞、交叉的情況，高度要求高于其他常規(guī)項(xiàng)目，主通道需滿足輕型車道高度2.95m。涉及機(jī)械車位的部位，凈高達(dá)到4.0m左右，車位上方噴淋頭需留有0.2m的安裝空間。管線安裝在主通道防火卷簾門上方，需提升管線預(yù)留卷簾門盒的安裝空間。因此需要在前期就將施工過程中所涉及的管線碰撞、后期分包專業(yè)進(jìn)場施工互相交叉等問題提前預(yù)控，經(jīng)過項(xiàng)目部研討，決定運(yùn)用基于 “DVLC”的方法對(duì)地下車庫管線進(jìn)行綜合排布。

3 DVLC管線綜合布置的方法

3.1 布置流程

機(jī)電BIM深化小組熟悉各專業(yè)圖紙→確定建模標(biāo)準(zhǔn)→策劃主管線密集部位及最低點(diǎn)排布位置→結(jié)構(gòu)信息復(fù)核→初步建模→碰撞檢測(cè)→統(tǒng)計(jì)問題→問題復(fù)核→深化機(jī)電建?！谓y(tǒng)計(jì)問題及復(fù)核→出具管綜施工圖→出具機(jī)電各專業(yè)綜合預(yù)留預(yù)埋及支吊架圖→各方簽字確認(rèn)→現(xiàn)場施工。

3.2 實(shí)施步驟

3.2.1 管線綜合布置原則

根據(jù)圖紙，結(jié)合本工程專業(yè)管線布置情況和凈空要求，管線布置的基本原則如下。

1）大管優(yōu)先，小管避讓；2）無壓管優(yōu)先，有壓管避讓；3）高壓管優(yōu)先，低壓管避讓；4）高溫管優(yōu)先，常溫管避讓；5）附件多的管線優(yōu)先，附件少的管線避讓；6）不可彎管線優(yōu)先，可彎管線避讓；7）分層布置管線，檢修需求高的管線布置在下層。可將大口徑管道、大截面風(fēng)管等排布在車道兩邊；電纜橋架與風(fēng)道平行設(shè)置，盡量不將其置于風(fēng)道下方；8）電氣管線避讓熱媒管道，在熱媒管線上方及垂直下方不宜布置電氣橋架或槽盒；9）空調(diào)供回水管道或熱力管道系統(tǒng)為了避免檢修不便和熱伸縮等問題，盡量放在車庫通道的一側(cè)，避開通道的中間位置，并設(shè)置單獨(dú)支吊架，防止伸縮應(yīng)力對(duì)其他管線正常運(yùn)行造成影響；10）管線按照系統(tǒng)和管徑大小劃分管線縱向空間排布單元，每個(gè)單元吊架的吊桿或支撐的橫向跨度宜為2m左右，便于綜合支吊架的設(shè)計(jì)和選型；11）管線最底層宜為同一標(biāo)高，管線橫向間隙能夠均勻布置且能合理布置吊架的吊桿；12）風(fēng)管排布時(shí)，排煙風(fēng)管的吸風(fēng)口要設(shè)置在儲(chǔ)煙倉內(nèi)，一旦發(fā)生火災(zāi)可以及時(shí)抽走煙霧；13）不同專業(yè)末端設(shè)備或點(diǎn)位之間距離按照是否可以移動(dòng)來確定，將噴淋、感煙探測(cè)器、應(yīng)急廣播、應(yīng)急照明燈、排煙和送風(fēng)口劃分為不可移動(dòng)點(diǎn)位，將普通照明燈、裝飾燈具等劃分為可移動(dòng)點(diǎn)位，排布時(shí)先定位不可移動(dòng)的點(diǎn)位，再排布可移動(dòng)的點(diǎn)位。

3.2.2 BIM管線綜合排布關(guān)鍵點(diǎn)

1）首先根據(jù)二維圖紙將機(jī)電管線進(jìn)行綜合排布，將管線碰撞的部位在遵照機(jī)電管線敷設(shè)原則的基礎(chǔ)上進(jìn)行管線的移位，同步規(guī)劃好承重吊架和抗震支吊架生根部位，了解錨栓錨固方式和有效錨固深度，在主體施工階段將合理選型后的支吊架生根用的預(yù)埋鋼板安裝在指定位置，既避免了后期采用后錨固生根無法完全避開鋼筋，同時(shí)也可以保證承重能力。其次是對(duì)地庫主通道管線密集處進(jìn)行排布，控制其凈高不低于3.4m。

2）為了增強(qiáng)綜合管線排布的美觀度，在不改變風(fēng)管截面或通風(fēng)風(fēng)量設(shè)計(jì)值的前提下，改變風(fēng)管寬高尺寸或形狀，即將矩形風(fēng)管變?yōu)榈冉孛娴谋馄匠叽缁驁A形風(fēng)管，并將做好的管線排布模型放入軟件Tecplot 360中進(jìn)行風(fēng)量的仿真模擬，達(dá)到風(fēng)量與設(shè)計(jì)值相匹配，既兼顧了實(shí)用性，又兼顧了美觀性。

3）完成上述兩步后，借助鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件強(qiáng)大的計(jì)算能力，設(shè)計(jì)支吊架。按照管線布置方案，首先初步選擇支吊架型鋼，策劃綜合支架方案，根據(jù)管線綜合模型創(chuàng)建支架三維模型，計(jì)算每處支架的總體荷載 （包括管道自重、滿水水重、保溫層重、保護(hù)層重等）；然后對(duì)支架進(jìn)行受力分析，支架需要的承載能力極限狀態(tài)以及正常使用極限狀態(tài)，按荷載的基本組合或偶然組合計(jì)算荷載組合的效應(yīng)設(shè)計(jì)值，實(shí)現(xiàn)綜合支架的設(shè)計(jì)和排布。

同時(shí)校核支架型鋼及焊縫強(qiáng)度，安全經(jīng)濟(jì)選擇綜合支架型鋼；再將管線重量荷載逐一分配到各支架構(gòu)件，匯總計(jì)算出各個(gè)錨栓的受力，結(jié)合螺栓的允許設(shè)計(jì)強(qiáng)度值選定所用錨栓的類型、規(guī)格和數(shù)量。支架生根所用的鋼板和配套錨栓數(shù)量按照 《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)埋件》 -16G362圖集中拉彎受力情況選用。

上述內(nèi)容完成后，還需要對(duì)整個(gè)綜合管線在建筑結(jié)構(gòu)不同生根點(diǎn)處進(jìn)行結(jié)構(gòu)的荷載驗(yàn)算，由于梁、柱子的承載力大于樓板承載力，因此可以將主干綜合管線支吊架的生根點(diǎn)由樓板轉(zhuǎn)設(shè)至柱子或者梁側(cè)梁底，通過分析支架上的永久荷載、可變荷載、靜荷載和動(dòng)荷載等荷載總和，得出結(jié)構(gòu)梁、板、柱支架生根部位是否符合承載力要求，

對(duì)鋼型材支架進(jìn)行焊接質(zhì)量實(shí)測(cè)。在理論上滿足結(jié)構(gòu)要求后，加工支吊架樣品做相應(yīng)的承載力試驗(yàn)，模擬支架受力情況，對(duì)支架整體及結(jié)構(gòu)的安全性能進(jìn)行校核。

4）在完成上述三個(gè)步驟后，將所提供的方案交于設(shè)計(jì)院審定，審定通過后出具書面設(shè)計(jì)變更或核定單后進(jìn)行施工。

4 前期優(yōu)化內(nèi)容

4.1 碰撞檢測(cè)

對(duì)管線產(chǎn)生碰撞的位置進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，達(dá)到安全美觀的效果。如圖1、圖2所示。

圖1 優(yōu)化前后對(duì)比圖

圖2 碰撞優(yōu)化對(duì)比圖

4.2 問題反饋

針對(duì)設(shè)計(jì)二維圖紙虹吸雨水管道出戶管標(biāo)高進(jìn)行復(fù)核，部分出戶管存在穿梁或穿密閉剪力墻的問題，形成BIM審圖問題匯總記錄，如圖3、圖4所示。

圖3 問題記錄1

圖4 問題記錄2

4.3 二次砌筑預(yù)留洞

對(duì)二次穿墻管線進(jìn)行優(yōu)化，施工前確定管線預(yù)留洞位置，形成二次結(jié)構(gòu)預(yù)留洞圖紙并進(jìn)行砌筑施工交底，在后期施工過程中實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)預(yù)留，避免二次打鑿開洞等造成的費(fèi)用損失，如圖5所示。

圖5 預(yù)留洞圖紙

4.4 狹小通道空間優(yōu)化

對(duì)于進(jìn)入樓座的狹小通道空間，結(jié)合使用功能和管線綜合排布原則對(duì)管線位置優(yōu)化，從而合理劃分層次，圖為進(jìn)樓通道處管線排布完成圖，如圖6所示。

圖6 通道1機(jī)電策劃

5 現(xiàn)場實(shí)例

地下車庫為機(jī)械車位車庫，管線系統(tǒng)眾多，特別是消防管道、防排煙風(fēng)管、電氣橋架等沿車道，造成了地下車庫通道上方管線擁擠，為了要保證主通道的凈高不少于3.4m，需要對(duì)地下車庫管線進(jìn)行綜合排布，接下來將對(duì)幾個(gè)特殊位置進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)例介紹。

1）為優(yōu)化通道空間，將室外污水井移位，將污水管道、壓力廢水管道排于移位后的污水井，既做到了就近排污，又節(jié)省了空間，對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化。

2）消防通道風(fēng)管原設(shè)計(jì)規(guī)格為800*400mm，為了保證消防通道凈高3.4m，同時(shí)要保證風(fēng)管通風(fēng)量不變，將其規(guī)格變?yōu)?000*320mm，其底面抬高80mm，為其他系統(tǒng)管線節(jié)約了布置空間。

3）主橋架在分支處進(jìn)行分支時(shí)，因?yàn)殡姎鈽蚣芘挪季o密且其旁邊與其他專業(yè)管線相距較近，需要對(duì)其進(jìn)行斜橋處理，既要實(shí)現(xiàn)斜面上坡，還要考慮電纜的彎曲半徑，而設(shè)計(jì)圖紙大多為200*200橋架，部分橋架中所敷設(shè)電纜回路較多，且為礦物絕緣電纜，其與普通電纜相比材質(zhì)較硬，不易彎曲，為方便敷設(shè)，在進(jìn)行管線排布時(shí)，將橋架變更為300*200橋架，經(jīng)過準(zhǔn)確計(jì)算橋架異形配件尺寸，實(shí)現(xiàn)了該處有限空間中的橋架分支。同時(shí)將管線遮擋的燈具，安裝在管線最下層的兩列照明槽盒上，使照度達(dá)到要求。

4）保證儲(chǔ)煙倉的設(shè)置滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)要滿足管線排布的要求，還需使凈高滿足3.4m，多方配合，考慮擋煙垂壁、結(jié)構(gòu)梁及隔墻等防煙分區(qū)的劃分，滿足煙氣存儲(chǔ)空間，并且保證火災(zāi)時(shí)煙氣聚集在儲(chǔ)煙倉，不向其他防火分區(qū)蔓延。

5）管線的排布還需要為日后管線的檢修留有檢修通道或上人孔，使人和設(shè)備能夠通過檢修通道或上人孔對(duì)管線檢修，在管線綜合排布時(shí)預(yù)留，方便日后維修，避免多層管線安裝后，橫向跨度大，中間上層管線無法方便檢修。

6）主干管道如有閥組時(shí)，可以將管道排布為貼梁底安裝，在梁與梁之間的空間安裝閥組，特別是結(jié)構(gòu)梁尺寸較大時(shí)，空間利用更有效。

7）設(shè)備機(jī)房：機(jī)房內(nèi)設(shè)備多空間小，管線排布往往受限。在排布機(jī)房內(nèi)的管線時(shí)，需和主通道進(jìn)入機(jī)房的管線合理銜接，并結(jié)合機(jī)房內(nèi)外布置情況調(diào)整管線，避免機(jī)房內(nèi)管線排布無序或不能順次與設(shè)備連接。

通過應(yīng)用本管線優(yōu)化技術(shù)，地下車庫主通道最低點(diǎn)凈高超過3.4m，輕型車可以順暢通行，且停車位高度不低于設(shè)計(jì)要求的2.95m，切實(shí)滿足了業(yè)主要求。

6 無梁樓蓋結(jié)構(gòu)中應(yīng)用關(guān)鍵點(diǎn)

本技術(shù)應(yīng)用的兩個(gè)地下車庫均為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，現(xiàn)階段無梁空心樓板結(jié)構(gòu)應(yīng)用逐漸增多，其與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土樓板相比其有諸多優(yōu)勢(shì)，施工速度快，有空間開闊、大平板、隔聲效果顯著，自重輕、增加層高凈空高度等優(yōu)點(diǎn)，但空心樓板由于其自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)安全冗余度小，容錯(cuò)能力較差，承載能力小，對(duì)超越荷載較敏感。

因此相較于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，柱距間的機(jī)電管線支架安裝須結(jié)合其混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力，合理劃分通道橫向管線綜合單元，優(yōu)先將梁柱做為生根部位，梁柱跨距中間部位選擇多個(gè)暗梁做為生根點(diǎn)，減少集中荷載，在結(jié)構(gòu)施工時(shí)將生根鋼板預(yù)埋在混凝土結(jié)構(gòu)中，防止結(jié)構(gòu)施工后難以定位箱體之間的暗梁做為生根點(diǎn)。

無梁空心樓板支吊架生根點(diǎn)確定后，同樣需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師復(fù)核荷載是否在安全范圍內(nèi)，如管線重量超過結(jié)構(gòu)安全承載范圍，應(yīng)調(diào)整路由將管線移位或分散布置。同時(shí)還可以在管線路由最優(yōu)的情況下，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)梁柱及暗梁的承載能力。結(jié)構(gòu)加強(qiáng)可以通過增加柱帽平面尺寸和厚度，在空心箱體上下增設(shè)鋼筋網(wǎng)片，并加大暗梁截面，提高結(jié)構(gòu)的安全性和承重能力。在支架生根點(diǎn)提前預(yù)埋鋼板，特別的對(duì)于大跨距支架，必須將支架生根點(diǎn)設(shè)置在柱子上，確保支架的承載力符合要求。

7 結(jié)語

現(xiàn)如今EPC項(xiàng)目增多， “DVLC”的步驟也可以應(yīng)用在項(xiàng)目設(shè)計(jì)初期的技術(shù)規(guī)劃，對(duì)其機(jī)電管線進(jìn)行前期綜合排布，避免了因各專業(yè)設(shè)計(jì)不協(xié)調(diào)產(chǎn)生的“返工”等問題，縮短優(yōu)化設(shè)計(jì)周期，提升建筑空間利用率。在施工階段對(duì)比工程實(shí)況與實(shí)時(shí)施工模型，以動(dòng)態(tài)管理的方式輔助施工，達(dá)到一次成優(yōu)的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排，最大程度的實(shí)現(xiàn) “四節(jié)一環(huán)?！钡吞蓟ㄔ?，在保證建筑安全性能的同時(shí)，使建筑的使用功能達(dá)到最優(yōu)；在造價(jià)方面，管綜排布之后，其凈高增加，通過對(duì)節(jié)省空間進(jìn)行測(cè)算，利用BIM方案結(jié)合造價(jià)信息手段，可經(jīng)濟(jì)選型投資收益最大的結(jié)構(gòu)體系方案，達(dá)到既節(jié)約成本又安全美觀的效果。

考慮到水管外壁、空調(diào)水管、空調(diào)風(fēng)管保溫層的厚度。電氣橋架、水管，外壁距離墻壁的距離，最小有100mm的距離，直管段風(fēng)管距墻距離最小150mm，沿構(gòu)造墻需要90度拐彎風(fēng)道及有消聲器、較大閥部件等區(qū)域，根據(jù)實(shí)際情況確定距墻柱距離，管線布置時(shí)考慮無壓管道的坡度。