張?jiān)坪?/p>

（中鐵十八局集團(tuán)第四工程有限公司，天津 300350）

0 引言

在地下空間機(jī)電管線管理中，傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)圖紙（平面＋局部剖面）由于對(duì)多管線交叉的復(fù)雜部位表達(dá)不夠充分，經(jīng)常會(huì)造成返工或浪費(fèi)現(xiàn)象，甚至存在安全隱患。BIM 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)三維可視化設(shè)計(jì)，施工人員據(jù)此可以快速地讀取數(shù)量、體積等進(jìn)階分析所需信息，且信息關(guān)聯(lián)性能維持?jǐn)?shù)據(jù)的一致性。將BIM 技術(shù)應(yīng)用到地下空間機(jī)電管線優(yōu)化中，通過可視化、三維立體的方法，可以解決地下空間機(jī)電管線交叉碰撞問題，提升地下空間的使用效率，保證機(jī)房管線有序排列［1］。

海淀區(qū)翠湖科技園項(xiàng)目位于北京市海淀區(qū)北部，溫泉鎮(zhèn)太舟塢村創(chuàng)客小鎮(zhèn)社區(qū)東側(cè)，為裝配式住宅建筑，總建筑面積123 517m2，其中地下車庫(kù)總建筑面積為21 188.89 m2。本項(xiàng)目地下車庫(kù)總體規(guī)模較大， 地下管線負(fù)荷比較大， 尤其是機(jī)電管線錯(cuò)綜復(fù)雜， 相互交叉碰撞的問題非常容易發(fā)生。 采用BIM技術(shù)對(duì)地下車庫(kù)管線進(jìn)行優(yōu)化，降低了施工難度，提高了施工效率，保證了施工管線的有序排列。筆者試對(duì)其地下管線的優(yōu)化設(shè)計(jì)（不含戰(zhàn)時(shí)機(jī)電管線綜合設(shè)計(jì)）進(jìn)行分析。

1 管線綜合施工優(yōu)化思路

1.1 地下一層

地下一層梁最低位置高度為2.8 m，風(fēng)管最大高度為0.4 m，在梁下0.05 m 位置對(duì)其進(jìn)行安裝；橋架高度一般控制在0.1 m 左右， 在梁下0.05 m 位置對(duì)其進(jìn)行安裝；管道最大管徑為300 mm。 管道和橋架重疊位置數(shù)量多，為了確保在橋架和管道交叉時(shí)，橋架能夠從管道保溫層上方位置穿過， 且不會(huì)發(fā)生翻彎現(xiàn)象，把管道中心標(biāo)高設(shè)置在2.5 m 左右［2］。 地下一層管線具體布局如圖1 所示。

圖1 地下一層管線管理布局（單位：mm）Fig.1 Pipeline management layout of the first underground floor （Unit： mm）

1.2 地下二層

地下二層人防區(qū)梁最低高度為2.75 m， 非人防區(qū)梁最低高度為2.95 m， 風(fēng)管最大高度設(shè)置在0.4 m 左右，在梁下0.05 m 位置進(jìn)行安裝。在這種情況下，人防區(qū)凈高度控制在管線底層2.3 m。 橋架高度設(shè)置為0.1 m，管道型號(hào)為DN150，因此把管道中心標(biāo)高設(shè)置在2.5 m 左右， 便于在橋架與管排交叉過程中， 橋架能夠從管排保溫層上方位置穿過［3］。 考慮到人防區(qū)和非人防區(qū)管道與橋架的連接應(yīng)在它們高度一致的情況下實(shí)施， 因此把非人防區(qū)風(fēng)管底標(biāo)高設(shè)計(jì)為2.4 m。 地下二層管線布局如圖2 所示。

圖2 地下二層管線管理布局（單位：mm）Fig.2 pipeline management layout on the second underground floor （Unit： mm）

2 BIM 技術(shù)在地下空間機(jī)電管線中的應(yīng)用

2.1 圖紙審查

在開展BIM 深化設(shè)計(jì)工作時(shí)， 在圖紙審查環(huán)節(jié)，需由施工企業(yè)各專業(yè)負(fù)責(zé)人與BIM 專業(yè)負(fù)責(zé)人一同對(duì)施工圖紙內(nèi)容進(jìn)行審核， 并將審核結(jié)果與圖紙會(huì)審結(jié)果進(jìn)行比較，確認(rèn)是否存在明顯差異。圖紙審核需要在專業(yè)負(fù)責(zé)人的配合交流下， 對(duì)圖紙內(nèi)容的真實(shí)性和完整性進(jìn)行調(diào)查分析， 并做好圖紙審查中問題的記錄工作，確保圖紙信息真實(shí)、有效。 根據(jù)圖紙審查結(jié)果，及時(shí)與設(shè)計(jì)部門交流，以保證圖紙內(nèi)容的完整性和精準(zhǔn)性。

2.2 項(xiàng)目樣板創(chuàng)建

在完成項(xiàng)目圖紙審查工作以后，需要由BIM 土建工程負(fù)責(zé)人與BIM 機(jī)電負(fù)責(zé)人結(jié)合二維圖紙，完成工程模板的建造工作。 不管是土建樣板，還是機(jī)電樣板，都要根據(jù)相同標(biāo)高、軸網(wǎng)、項(xiàng)目基點(diǎn)要求進(jìn)行建造。 其中，在土建項(xiàng)目樣板中，包含標(biāo)高、軸網(wǎng)、族庫(kù)等內(nèi)容。在機(jī)電項(xiàng)目樣板中，包含標(biāo)高、軸網(wǎng)、專業(yè)系統(tǒng)、過濾器等［4］。 對(duì)于文件格式的選擇，應(yīng)以.rte 格式為主。

在創(chuàng)建項(xiàng)目樣板過程中， 發(fā)現(xiàn)地下二層防火分區(qū)通風(fēng)平面圖 （非人防區(qū)域） 風(fēng)管與結(jié)構(gòu)梁相撞，結(jié)構(gòu)底圖和樓梯詳圖中梁的位置不同，甚至一些區(qū)域沒有預(yù)留風(fēng)管尺寸。 為解決這一問題，通過和BIM 設(shè)計(jì)方進(jìn)行溝通聯(lián)系， 認(rèn)為此處結(jié)構(gòu)應(yīng)具體看樓梯詳圖。 查看詳圖后，將此處的正壓送風(fēng)管管徑由1 800 mm×700 mm 修改為2 000 mm×400 mm，多葉送風(fēng)口修改為400 mm×（2 600＋250）mm。

2.3 視圖樣板的創(chuàng)建

在建造土建項(xiàng)目樣板中，涉及的類別相對(duì)較少。樣板創(chuàng)建通常是在土建樣板建造完成以后， 機(jī)電負(fù)責(zé)人在項(xiàng)目傳遞平臺(tái)上把土建樣板標(biāo)高、 軸網(wǎng)等信息傳遞給機(jī)電樣板， 保證土建項(xiàng)目與機(jī)電項(xiàng)目使用相同樣板， 確保機(jī)電模型與土建模型在后期使用過程中一一對(duì)應(yīng)。 翠湖科技園項(xiàng)目地下工程創(chuàng)建的部分三維可視化模型如圖3 所示。

2.4 中心文件的創(chuàng)建

在編制中心文件的過程中，BIM 所有相關(guān)工作人員需要在相同模板文件中進(jìn)行操作， 結(jié)合各個(gè)工程項(xiàng)目的專業(yè)要求和操作流程， 設(shè)定中心文件操作權(quán)限，同時(shí)細(xì)化工作范疇。 在此情況下，各個(gè)專業(yè)都要獨(dú)立完成本職工作，并且在匯總過程中，把完成的工作內(nèi)容移交給中心文件。在此環(huán)節(jié)中，每個(gè)工作人員都能夠在中心文件中尋找所需信息， 關(guān)注各個(gè)成員工作情況，查看是否存在問題。

2.5 工作集的使用

圖3 三維可視化模型Fig.3 3D visualization model

工作集對(duì)元素進(jìn)行分組，以便顯示在視圖中，或?qū)σ唤M元素執(zhí)行操作。 工作集就像CAD 中的圖層，但又不僅僅是圖層的含義。 因?yàn)锽IM 包含了一個(gè)協(xié)同工作的概念， 工作集就像各專業(yè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)集中在一起作業(yè)， 但又將各團(tuán)隊(duì)之間負(fù)責(zé)的工作進(jìn)行明確的區(qū)分，以便在以后的模型拼裝中，起到隔離與區(qū)分的作用。在完成中心文件創(chuàng)建工作以后，各個(gè)專業(yè)應(yīng)該把原有BIM 設(shè)計(jì)成果保存在新創(chuàng)建的模型中，通過使用副本功能，將信息傳遞到中心文件中（不允許直接在中心文件中操作）。在中心文件使用中，不可開啟無關(guān)工作集。無權(quán)限的工作人員要想獲取文件信息，需要向相關(guān)部門提交申請(qǐng)。 設(shè)計(jì)人員在組建新文件前， 需要把已經(jīng)修改的內(nèi)容融入到文件中，避免給他人工作集帶來影響。 在應(yīng)用本體設(shè)計(jì)文件過程中， 不可隨意更改文件中的信息和圖紙。在工作過程中，組員通過工作集能夠及時(shí)在中心文件中進(jìn)行信息傳遞和更新。 由此可見，工作集能夠減少模型在創(chuàng)建過程中產(chǎn)生不必要的問題， 提高工作效率，保證工作質(zhì)量。

2.6 模型構(gòu)建

模型構(gòu)建就是將各項(xiàng)因素輸入系統(tǒng)軟件中，變成具體的項(xiàng)目。 這是一項(xiàng)比較復(fù)雜的工作，需要結(jié)合各專業(yè)工作要求，做好分工，然后采取協(xié)同方法，利用中心文件來協(xié)助完成模型創(chuàng)建。 在使用中心文件時(shí)，應(yīng)第一時(shí)間做好保存工作，防止出現(xiàn)由于保存不當(dāng)而造成模型未能及時(shí)保存的狀況。在模型構(gòu)建中，墻、梁、機(jī)電等需要提前命名，并保證命名的合理性；嚴(yán)格控制好各個(gè)專業(yè)模型建設(shè)的質(zhì)量；做好圖紙會(huì)審工作，及時(shí)找出圖紙中存在的問題，這也是二維圖紙審查中不能做到的［5］。為了能夠及時(shí)找出存在的問題，在機(jī)電模型建設(shè)中，需要采用插入－連接功能，把土建模型與機(jī)電模型充分連接起來。 在梳理圖紙前，技術(shù)人員需要對(duì)機(jī)電與土建的實(shí)際情況進(jìn)行深入了解，機(jī)電技術(shù)人員應(yīng)梳理各專業(yè)管道的分布情況，土建技術(shù)人員則應(yīng)該梳理標(biāo)高等參數(shù)。 該工程變配電設(shè)備如圖4 所示。

圖4 變配電設(shè)備Fig.4 Power transformation and distribution equipment

2.7 模型整合

在revit 軟件中， 能夠?qū)ν两Ｐ团c機(jī)電模型采取插入－連接等方法進(jìn)行整合處理， 將整合以后的模型轉(zhuǎn)變?yōu)?nwc 格式， 并且利用Navisworks 平臺(tái)，檢查機(jī)電工程與土建工程的連接情況，最終確定管道碰撞點(diǎn)及管道密集區(qū)。比如，地下一層暖通平面圖中圓風(fēng)管尺寸大于靜壓箱尺寸， 是暖通工程施工的難點(diǎn)，具體情況如圖5 所示。

圖5 風(fēng)管尺寸大于靜壓箱尺寸圖（單位：mm）Fig.5 The size of round air duct is larger than that of static pressure box （Unit： mm）

為解決這一問題，在BIM 設(shè)計(jì)中，將此處的靜壓箱尺寸調(diào)整為1 800 mm×1 200 mm×1 500 mm。 靜壓箱尺寸的調(diào)整促進(jìn)了各道工序的順利推進(jìn)。

2.8 預(yù)留套孔及綜合支吊架的優(yōu)化

在完成BIM 模型深化設(shè)計(jì)以后，需要對(duì)預(yù)留套管位置進(jìn)行確定。同時(shí)，還要形成一個(gè)完整的平面圖或者剖面圖，引導(dǎo)后續(xù)施工工作順利進(jìn)行［6］。 預(yù)留套管BIM 模型如圖6 所示。

圖6 預(yù)留套管BIM 模型Fig.6 BIM model of reserved casing pipe

在預(yù)留套管的BIM 模型創(chuàng)建中，需要控制原材料消耗量。即在滿足綜合支吊架設(shè)計(jì)效果的基礎(chǔ)上，降低原材料使用量， 以獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。 利用MagiCAD 綜合支架插件完成綜合支吊架安裝工作，保證了支吊架安裝過程的可視化， 更好地滿足BIM設(shè)計(jì)要求。通過計(jì)算審查，保證管線安裝的穩(wěn)定性和安全性［7］。 綜合支吊架BIM 模型如圖7 所示。

3 施工效果分析

3.1 公共車道改進(jìn)效果

在公共車道設(shè)計(jì)中，需要合理分布管線，確保管線占用比較獨(dú)立的空間，排列成排，布局合理［8］。 同時(shí)，對(duì)管線碰觸位置進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。橋架排布應(yīng)該按照由上至下的原則分布在同一標(biāo)高上， 確保凈高控制在2.3 m 左右，以便于施工。 公共車道管線綜合優(yōu)化成果示例如圖8 所示。

3.2 防火卷簾位置改進(jìn)效果

把相同類型的管線分布在相同平面上， 保證空間布置的合理性和整體性，避免管線交叉碰撞，并且對(duì)碰撞位置進(jìn)行調(diào)整，保障管線處于無碰撞的狀況。在管線穿過防火卷簾時(shí)，為了避免與防火卷簾碰撞，需要讓管線在防火卷簾包廂上方穿過，以滿足凈高2.3 m 的要求。 防火卷簾管線綜合優(yōu)化成果如圖9 所示。

圖7 綜合支吊架BIM 模型Fig.7 BIM model of integrated hangers

圖8 公共車道管線綜合優(yōu)化前后對(duì)比圖Fig.8 Comparison of public road pipeline before and after comprehensive optimization

圖9 防火卷簾管線綜合優(yōu)化成果圖Fig.9 Comprehensive optimization of fire shutter pipeline

3.3 停車位改進(jìn)效果

因?yàn)檫M(jìn)戶管線分布交錯(cuò)， 不利于支吊架安裝，因此需要對(duì)橋架和管線位置進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，使其整體分布在2.3 m 以上。把部分管線調(diào)整為無碰撞、順暢狀態(tài)，減少了管線交叉，可以滿足后續(xù)支吊架施工要求。

3.4 熱計(jì)量間和消防栓泵改進(jìn)效果

根據(jù)圖集相關(guān)要求， 在模型中安裝閥門和管件，保證了高度設(shè)計(jì)合理，便于施工工作順利進(jìn)行。對(duì)于消防栓泵來說，涉及的消防泵房管線問題比較少，只需把部分碰撞調(diào)整成無碰撞狀態(tài)問題即可。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于各種類型機(jī)電管線， 為了保證施工便利，需要結(jié)合工程實(shí)際情況，做好科學(xué)規(guī)劃，減少管線交叉。 針對(duì)機(jī)電管線占用空間，需要在優(yōu)化管線占用高度的情況下，綜合思考管線施工要求，保證施工順利進(jìn)行。將BIM 技術(shù)應(yīng)用于地下空間管線設(shè)計(jì)工作中， 能夠幫助相關(guān)部門及時(shí)找到管線布置位置，優(yōu)化機(jī)電空間，更好地滿足地下功能空間分布的要求。