基于BIM技術(shù)的配電房創(chuàng)優(yōu)施工應(yīng)用

楊毅鷗，陳 潔，蔡 達(dá)，李雅倩

（武漢建工集團(tuán)股份有限公司，武漢 430023）

0 引言

隨著大型公共建筑項(xiàng)目的日益增多，機(jī)電安裝系統(tǒng)的逐步升級和完善，系統(tǒng)用電回路及負(fù)荷也在逐步加大，配電房及電線電纜的數(shù)量也在增加。由于甲方對公共區(qū)域價(jià)值的無限追求，在設(shè)計(jì)配電房及電井的空間時(shí)，往往無底線的進(jìn)行壓縮和限制，必然導(dǎo)致機(jī)房空間的狹小和擁擠，電纜溝的設(shè)計(jì)往往也是傳統(tǒng)的尺寸，如果前期沒有進(jìn)行精細(xì)的計(jì)算和策劃，進(jìn)出配電房的梯架及槽盒經(jīng)常出現(xiàn)超容量的情況，而且電纜溝的電纜很容易出現(xiàn)扎堆、拖地、排布凌亂等情況，嚴(yán)重影響了施工質(zhì)量及觀感，對后期維保和檢修也是造成很大的困難，而且存在一定的安全隱患。如何優(yōu)化配電房的電氣線路及施工工藝等，便成為各大施工企業(yè)的一大技術(shù)難題，各大行業(yè)標(biāo)桿企業(yè)也在配電房及電纜施工中引進(jìn)了不少的新技術(shù)和新工藝，業(yè)產(chǎn)生了不少的技術(shù)創(chuàng)新成果。

BIM技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)及施工策劃方案中的應(yīng)用已經(jīng)逐步成熟，對機(jī)電管線的綜合布局、碰撞檢查、方案漫游演示、支吊架設(shè)計(jì)、預(yù)制裝配式安裝等方面都取得了不少的成績。但在建筑電氣中常常只能策劃和展示電線電纜槽盒的模型，對電纜的路由及敷設(shè)情況極少提及和展示。導(dǎo)致對電纜敷設(shè)的路由和長度的策劃指導(dǎo)意義不足[1]。

針對BIM技術(shù)在配電房施工策劃方面的不足，采取了一系列的BIM精細(xì)化策劃方案，解決配電房施工質(zhì)量問題。

1 配電房精細(xì)化電纜路由BIM模型

根據(jù)配電房BIM策劃需求，通過新建電纜及電纜溝支架模型族庫或采用其他BIM插件完成了配電房電纜的敷設(shè)BIM模擬（圖1），根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行測量，如實(shí)繪制電纜溝支架及電纜敷設(shè)情況，實(shí)現(xiàn)了配電房精細(xì)化策劃的核心功能問題。解決了如下問題。

圖1 配電房BIM精細(xì)化模型

（1）槽盒及電纜路由不合理

由于大型公共建筑項(xiàng)目的負(fù)荷較大，電纜型號及數(shù)量都非常龐大，設(shè)計(jì)師在滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的情況下容易忽視電纜的彎曲半徑及槽盒的容量及路由問題，部分策劃不足的項(xiàng)目很容易導(dǎo)致槽盒滿載，甚至槽盒蓋板都無法裝上、電纜溝內(nèi)電纜交錯(cuò)雜亂、拖地、給后期維保和檢修帶來很大的麻煩。

通過精細(xì)化的BIM模型可以提前發(fā)現(xiàn)電纜敷設(shè)中的問題，如槽盒內(nèi)電纜滿載，電纜溝支架超負(fù)荷導(dǎo)致?lián)頂D雜亂等，然后優(yōu)化電纜路由問題，在不改變電纜總體長度的情況下，讓電纜從配電房電纜溝的兩端分別進(jìn)入電纜溝，讓電纜溝內(nèi)的電纜均勻且有層次，即方便施工也方便檢修，避免了一端過于密集，一端又過于稀少的局面[2]。

（2）槽盒及梯架內(nèi)電纜容量超標(biāo)

根據(jù)槽盒及電纜敷設(shè)的相關(guān)技術(shù)規(guī)程，槽盒及梯架內(nèi)的電纜填充率不能超過50%，但施工現(xiàn)場很容易出現(xiàn)滿載的情況，甚至需要用槽盒當(dāng)蓋板反扣才能裝下，如果前期能進(jìn)行槽盒及梯架的填充率計(jì)算或BIM三維仿真，根據(jù)電纜的實(shí)際外徑尺寸，在槽盒及梯架內(nèi)進(jìn)行模擬排布，就可以解決超容量的問題（圖2）。

圖2 槽盒及梯架內(nèi)電纜填充率BIM模擬

運(yùn)用BIM軟件進(jìn)行槽盒及梯架內(nèi)的電纜敷設(shè)模擬，以檢查電纜填充率，BIM模擬應(yīng)無限接近施工實(shí)際情況，由于電纜的彎曲問題，導(dǎo)致電纜與電纜之間不可避免的留有有空隙，且應(yīng)遵循大電纜在下，小電纜在上的原則，均勻敷設(shè)，且電纜分層不易超過兩層。電纜敷設(shè)過密容易導(dǎo)致電纜使用過程中的散熱問題，容易導(dǎo)致安全隱患，增大風(fēng)險(xiǎn)。

當(dāng)槽盒及梯架內(nèi)的電纜容量確實(shí)超標(biāo)后，可以及時(shí)跟建設(shè)方聯(lián)系，要求設(shè)計(jì)方調(diào)整方案，改用大型號的槽盒及梯架，或增加槽盒梯架數(shù)量。保證工程設(shè)計(jì)滿足規(guī)范要求，便于規(guī)范化施工和保證工程質(zhì)量。提前發(fā)現(xiàn)問題，提前完成優(yōu)化方案調(diào)整，可以有效地避免不必要的拆改和整改造成的工期及費(fèi)用的浪費(fèi)。也是工程創(chuàng)優(yōu)策劃的基本要求。

（3）電纜損耗問題

未經(jīng)過精細(xì)策劃的配電房施工管理無法準(zhǔn)確計(jì)算電纜的精細(xì)路由，直接導(dǎo)致電纜用量的計(jì)算誤差及計(jì)算錯(cuò)誤不在可控范圍，而且配電房電纜的型號較大，單價(jià)也是最貴的，損失也是巨大的[3]。反之，如果計(jì)算電纜的用量過于保守，電纜長度比實(shí)際用量短，造成施工中斷，而且還需要進(jìn)行二次補(bǔ)貨、更換電纜、或做電纜接頭等，必然造成更大的工期浪費(fèi)及材料浪費(fèi)，而且大型號電纜做電纜接頭必然會(huì)增加電纜高負(fù)荷運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。

配電房采用精細(xì)化的BIM建模，精準(zhǔn)的模擬所有型號電纜的路徑，加上部分預(yù)留量和波形系數(shù)?？梢詫㈦娎|的用量及損耗控制在非常精準(zhǔn)的范圍，精細(xì)化的電纜BIM策劃管理，必然贏來電纜成本的精準(zhǔn)控制。是項(xiàng)目成本控制和盈利的有利保障。

2 配電房精細(xì)化電纜溝BIM方案

（1）電纜溝支架設(shè)置及電纜排布問題

傳統(tǒng)的電纜敷設(shè)方式按系統(tǒng)圖及平面圖的電纜序號依次敷設(shè)，或根據(jù)現(xiàn)場的電纜情況就近敷設(shè)。很容易導(dǎo)致梯架及槽盒、電纜溝內(nèi)的電纜排序隨意，由于電纜大小不同彎曲半徑也不一樣，最終形成電纜溝內(nèi)電纜型號混亂，錯(cuò)綜復(fù)雜，嚴(yán)重影響施工質(zhì)量及檢修問題，整體觀感也差[4]。

根據(jù)規(guī)范及圖集要求，結(jié)合電纜溝內(nèi)電纜的數(shù)量及型號情況，制作清單，并規(guī)劃電纜溝內(nèi)的支架排布，進(jìn)行BIM三維模擬，要求排布清晰，施工合規(guī)，方便檢修。根據(jù)電纜溝支架及電纜排布方案優(yōu)化，針對電纜量較大的情況，最優(yōu)選擇雙邊支架，交錯(cuò)排布的方案，最大限度的方便于施工人員和檢修人員行走，電纜在電纜溝支架上的排布也必須遵循大電纜在最底層，中間型號電纜在中間層，小型號電纜在最上層支架的先后順序原則，即方便施工，也方便檢修，如圖3所示，層次分明。

圖3 電纜溝支架及電纜BIM模型/CAD策劃

（2）電纜溝弧形陽角創(chuàng)優(yōu)設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)及施工方法都是采用條形電纜溝及直角彎，這種設(shè)計(jì)不利于數(shù)量龐大電纜的拐彎及固定，加上大直徑電纜的彎曲半徑非常大，在狹小的電纜溝內(nèi)無法實(shí)現(xiàn)其彎曲半徑，如圖4（a）所示，大型號電纜根據(jù)彎曲半徑，很容易占滿整個(gè)彎曲的直角支架位置和平層空間，要全部排滿，必然導(dǎo)致電纜折損或排布凌亂。給工程施工質(zhì)量和安全帶來不利因素，而且觀感也非常不好。因彎曲半徑不合理和排布凌亂同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致后期運(yùn)維的各種困難和隱患[5]。

針對此問題，優(yōu)化了電纜溝形式，選擇了弧形電纜溝陽角方式。根據(jù)最大電纜型號的彎曲半徑要求，無法敷設(shè)其他電纜；如圖4（b）所示根據(jù)電纜的大小型號，選擇電纜型號中規(guī)格較大，且數(shù)量較多的電纜型號，根據(jù)其彎曲半徑來確定電纜溝結(jié)構(gòu)陽角的消減的半徑，保證所有電纜都能滿足彎曲半徑的要求；按CAD設(shè)計(jì)調(diào)整電纜溝陽角為弧形陽角，并調(diào)整支架的位置；按照大電纜型號在外側(cè)，小型號電纜在內(nèi)側(cè)的原則，最大限度地節(jié)省空間，在較小的消減范圍內(nèi)排布下所有電纜[6]。

圖4 電纜溝弧形陽角設(shè)計(jì)

采用此方案，優(yōu)化了電纜溝結(jié)構(gòu)形式，只是對電纜溝陽角做了輕微調(diào)整，不影響電纜溝結(jié)構(gòu)受力情況，但成功解決了電纜溝陽角對電纜彎曲半徑的影響，讓全部電纜能夠在合規(guī)的彎曲半徑內(nèi)通過支架寬度僅為300～400 mm寬的電纜溝拐彎點(diǎn)，電纜排布更加清晰、自然。便于后期調(diào)試、檢修，節(jié)省了后期維護(hù)成本和風(fēng)險(xiǎn)。

每一個(gè)拐彎處都節(jié)省了電纜的長度，避免了電纜的小角度折損，避免了電纜因彎曲半徑不同導(dǎo)致的電纜相互覆蓋和疊壓等情況，能提高電纜敷設(shè)效率和質(zhì)量，減少電纜損傷，大大減小了電纜的折損的風(fēng)險(xiǎn)隱患，在提高施工效率和施工質(zhì)量的同時(shí)還節(jié)省了電纜的采購成本。在配電房電纜溝內(nèi)的應(yīng)用價(jià)值非常顯著，得到甲方及設(shè)計(jì)、監(jiān)理的高度認(rèn)可，具有很大的推廣應(yīng)用價(jià)值。

3 結(jié)束語

配電房及電氣間、空調(diào)機(jī)房、消防泵房等機(jī)房是機(jī)電安裝系統(tǒng)的核心區(qū)域，管線復(fù)雜，電纜型號及數(shù)量較大，設(shè)備密集，能源復(fù)核大、工程造價(jià)高，也是機(jī)電系統(tǒng)長期平穩(wěn)運(yùn)行的保障。

精細(xì)化的BIM策劃，能有效優(yōu)化槽盒及電纜進(jìn)入配電房的路由，防止路線單一，槽盒及梯架內(nèi)電纜超載影響施工質(zhì)量，甚至留下安全隱患[7]。同時(shí)，電纜溝的施工策劃也是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，理順電纜溝內(nèi)的電纜數(shù)量及分布情況，提前進(jìn)行BIM建模及CAD剖面交底，能有效優(yōu)化電纜在溝內(nèi)的均勻敷設(shè)，避免粗細(xì)混亂，交錯(cuò)盤繞的場面，即利于施工，也利于后期的檢修及運(yùn)維。

在工期和工程造價(jià)方面，精細(xì)的BIM策劃，既能節(jié)省工期，避免方案問題導(dǎo)致施工進(jìn)度問題，也能避免不必要的拆改。同時(shí)還能精準(zhǔn)地控制電線電纜用量，最大限度的節(jié)約成本，避免浪費(fèi)，創(chuàng)造利潤和價(jià)值。

經(jīng)過精細(xì)BIM策劃的配電房工程必然誕生精品的作品，為工程創(chuàng)優(yōu)打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)也能提升建筑施工企業(yè)的信譽(yù)和口碑。起到模范帶頭作用，引領(lǐng)和促進(jìn)建筑行業(yè)向著更加精細(xì)化、綠色、節(jié)能、低碳、環(huán)保的方向發(fā)展[8]。