劉偉

摘 要：近些年我國地震災(zāi)害頻發(fā)，為了提高安裝工程的抗震性能，國家制定并頒布了《建筑機(jī)電工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50981—2014，對機(jī)電安裝工程提出了抗震設(shè)計(jì)的要求。本文對安裝工程中抗震支吊架的設(shè)計(jì)及應(yīng)用進(jìn)行了研究，對提高機(jī)電安裝工程的抗震性能具有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：建筑；機(jī)電；抗震；設(shè)計(jì)

1 引言

當(dāng)?shù)卣馂?zāi)害發(fā)生時，抗震支吊架可增加建筑機(jī)電工程設(shè)施安全性與可靠性。目前，抗震支吊架設(shè)計(jì)主要是采用二維、三維的通用軟件，如Auto CAD、SolidWorks等。抗震支吊架的安裝依附于建筑機(jī)電系統(tǒng)，但機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)備管線平面布置復(fù)雜、現(xiàn)場管線安裝施工與設(shè)計(jì)圖紙不對應(yīng)等常見問題影響到了設(shè)計(jì)的效果。因此，筆者參考相關(guān)資料對抗震支吊架的設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，以供借鑒。

2 抗震支吊架的設(shè)計(jì)與拼裝

2.1 抗震支吊架自動化設(shè)計(jì)方法

抗震支吊架起到對機(jī)電工程設(shè)施的保護(hù)作用，承受來自任何方向的水平地震作用?？拐鹬У跫艿脑O(shè)計(jì)首先要根據(jù)管道的類型、空間位置等因素參照《建筑機(jī)電工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行選型和定位；然后合理布置抗震支吊架中吊桿和斜撐的位置及布置方向，確定構(gòu)件的型號規(guī)格；最后對支架進(jìn)行受力核驗(yàn)，檢驗(yàn)其是否滿足抗震設(shè)防要求。

目前，抗震支吊架的選型及定位主要依靠設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，是一個反復(fù)調(diào)整的復(fù)雜過程，這類工作繁瑣、效率低，難以滿足大型建筑抗震支吊架的設(shè)計(jì)需求。通過對抗震支吊架生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品類型、力學(xué)性能、計(jì)算模型及國家相關(guān)規(guī)范的條文的研究，建立一種方法可實(shí)現(xiàn)抗震支吊架的定位、選型的自動化。其步驟如下：

（1）抗震支吊架選型和定位。根據(jù)所給建筑BIM模型中機(jī)電工程設(shè)施的基本幾何信息來初選抗震支吊架類型，然后根據(jù)所選類型、管道及建筑設(shè)施等條件來確定生根點(diǎn)位置；

（2）構(gòu)件選型。根據(jù)所給管道信息初步確定抗震支吊架吊桿和斜撐的空間位置及型號規(guī)格，自動確定斜撐的角度；

（3）抗震支吊架受力驗(yàn)算。通過設(shè)置程序接口自動調(diào)用設(shè)計(jì)好的Excel表格進(jìn)行地震作用下的抗震支吊架的受力驗(yàn)算，同時要驗(yàn)算支吊架斜桿的整體穩(wěn)定。若不滿足受力要求，根據(jù)受力計(jì)算結(jié)果返回Step2重新進(jìn)行構(gòu)件選型，從而實(shí)現(xiàn)抗震支吊架的自動化設(shè)計(jì)。

2.2 抗震支吊架的智能化拼裝

抗震支吊架節(jié)點(diǎn)的拼裝，要根據(jù)各管線的空間位置、抗震支吊架的生根位置等因素進(jìn)行綜合考慮，工作十分繁瑣復(fù)雜。智能化拼裝是在BIM系統(tǒng)中使用合理的方式將抗震支吊架與管道拼裝起來?？拐鹬У跫芙M合節(jié)點(diǎn)智能化拼裝是在兩個相互正交的方向（組合管道剖面所在的平面坐標(biāo)系）上尋找可以劃分的點(diǎn)以形成網(wǎng)格，保留管道截面都在網(wǎng)格內(nèi)的結(jié)果，依此形成的圖形便是一個合理的拼裝方案。其算法如下：

（1）將每一根管道的位置用一個坐標(biāo)表示（a i，b i，c i，d i），則管道集合的合理劃分轉(zhuǎn)換為求一坐標(biāo)集合{M}的合理劃分；

（2）對管道進(jìn)行x方向的合理劃分，具體如下：將{M}按a i進(jìn)行升序排列，形成集合{M x}，依次比較集合{M x}中a i+1-c i與D x的大小，若a i+1-c i>D x，則將直線x=c i+D x/2計(jì)入集合{X}中，若a i+1-c i

（3）對管道進(jìn)行y方向的合理劃分，具體如下：將{M}按b i進(jìn)行升序排列，形成集合{M y}，依次比較集合{M y}中d i+1-b i與D y的大小，若d i+1-b i>D y，則將直線y=b i+D y/2計(jì)入集合{Y}中，若d i+1-b i

（4）進(jìn)行整體劃分，在坐標(biāo)系中畫出集合{X}和集合{Y}中各條直線的位置，即可形成一個初步劃分好的網(wǎng)絡(luò)。

（5）進(jìn)行劃分網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，由于立柱一般是通長的，因此，要去除部分與x方向平行的線段；

（6）根據(jù)最終網(wǎng)格的位置和斜撐生根的位置，通過連接件將斜撐與支吊架主體連結(jié)成整體，形成完整的抗震支吊架。最后形成合理的網(wǎng)絡(luò)劃分方案。上述各個步驟中各變量的意義如下：a為矩形左上角點(diǎn)的x坐標(biāo)；b為矩形左上角點(diǎn)的y坐標(biāo)；c為矩形右下角點(diǎn)的x坐標(biāo)；d為矩形右下角點(diǎn)的y坐標(biāo)；D x為水平方向安裝抗震支吊架的距離限值；D y為豎直方向安裝抗震支吊架的距離限值；距離限值：為如果兩個相鄰矩形網(wǎng)格在某一方向距離大于該方向的距離限值，則應(yīng)在這兩個矩形網(wǎng)格之間插入一個劃分點(diǎn)。

3 基于BIM的建筑抗震支吊架設(shè)計(jì)系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)功能模塊

前處理模塊。在BIM數(shù)據(jù)庫中，讀取建筑機(jī)電設(shè)備管線、各類抗震支吊架的信息進(jìn)行分析歸類，以供抗震支吊架設(shè)計(jì)、碰撞檢測及抗震支吊架拼裝使用。族庫管理模塊。負(fù)責(zé)管理抗震支吊架吊桿、斜撐、連接件、管束等參數(shù)化建模后形成的族文件，設(shè)計(jì)人員可以直接調(diào)用族庫中預(yù)先創(chuàng)建好的抗震支吊架族文件，也可根據(jù)要求對類似的模型進(jìn)行修改，提高設(shè)計(jì)效率?？拐鹬У跫茉O(shè)計(jì)模塊。根據(jù)《建筑機(jī)電工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，系統(tǒng)自動完成抗震支吊架的平面布置，用戶可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整各參數(shù)以及手動修改各抗震支吊架平面布置位置。根據(jù)建筑機(jī)電系統(tǒng)相應(yīng)的抗震設(shè)防要求，在用戶指定抗震支吊架承載跨度和需要選定關(guān)聯(lián)的管道后，系統(tǒng)會自動計(jì)算地震作用，并對抗震支吊架吊桿、斜撐、管束、連接件等所需配件進(jìn)行自動選型，用戶可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整各參數(shù)以及手動修改各配件的選型。

抗震支吊架拼裝模塊。根據(jù)抗震支吊架平面布置位置和用戶指定需要選定關(guān)聯(lián)的管道后以及先前零配件的選型，系統(tǒng)完成自動拼裝。自動拼裝完成后，用戶可根據(jù)需要調(diào)整各參數(shù)以及添加或刪除吊桿、斜撐、管束等構(gòu)件。碰撞檢驗(yàn)?zāi)K。負(fù)責(zé)檢驗(yàn)智能拼裝后的結(jié)果是否合理，能否滿足施工要求，系統(tǒng)會將不滿足要求的部位標(biāo)記出來，用戶可以調(diào)整參數(shù)設(shè)置以及手動修改抗震支吊架設(shè)置位置。后處理模塊。后處理模塊包括將設(shè)計(jì)完成的抗震支吊架集成到BIM數(shù)據(jù)庫、生成材料清單供預(yù)制加工使用、對選定的特定節(jié)點(diǎn)進(jìn)行簡單的力學(xué)驗(yàn)算以校核安全性。

3.2 全壽命周期信息平臺

全壽命周期管理是工程現(xiàn)代化信息管理的核心目標(biāo)，借助建立的全壽命周期信息平臺可將抗震支吊架設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及安裝過程中的信息資源進(jìn)行有效地整合，解決設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工各部門之間信息傳遞艱難、信息共享不完全、系統(tǒng)間信息接口標(biāo)準(zhǔn)不規(guī)范等一系列問題，從而實(shí)現(xiàn)真正意義上的信息共享。

目前信息化水平不斷提升，一個企業(yè)往往具有許多信息管理系統(tǒng)，如進(jìn)度管理系統(tǒng)、財(cái)務(wù)管理系統(tǒng)、質(zhì)量管理系統(tǒng)等，且這些系統(tǒng)一般都由不同的軟件設(shè)計(jì)，具有不同的架構(gòu)技術(shù)，導(dǎo)致在實(shí)際的管理過程中，對于一個綜合問題就需要在多個不同的系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取與匯總分析，工作效率低下。在BIM系統(tǒng)中建立一個綜合的抗震支吊架全壽命周期信息平臺，使他們形成一個整體，用戶只需進(jìn)入全壽命周期信息平臺，就可以進(jìn)行各類業(yè)務(wù)的處理和信息共享，實(shí)現(xiàn)抗震支吊架系統(tǒng)全生態(tài)鏈的信息共享。

4 結(jié)束語

BIM技術(shù)在抗震支吊架領(lǐng)域的應(yīng)用將三維建模、深化設(shè)計(jì)與現(xiàn)場安裝相結(jié)合，采用BIM模型提前模擬安裝、進(jìn)行碰撞檢測、生成材料清單等功能，可以最大程度地提高設(shè)計(jì)及施工效率、解決設(shè)計(jì)與施工之間的信息偏差的問題、縮短工期。同時，本文提出的基于抗震支吊架BIM系統(tǒng)的全壽命周期信息共享平臺可以實(shí)現(xiàn)在抗震支吊架全生命周期的信息實(shí)時共享，促進(jìn)建筑機(jī)電抗震企業(yè)的信息集成與高效管理。

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