摘要：本文基于BIM技术，对某超高层建筑机电管线安装工程布设进行方案设计，通过碰撞测试、水力计算校核、工程造价的综合比选，确定了现场安装合理的管线安装方案。相关方法和经验可为类似管线安装工程提供借鉴。
关键词：BIM;高层建筑;机电管线;方案比选
1工程概况
某建筑总高229.9m，属于一类超高层建筑，其中地上分为47层，总建筑面积约为100,715m2；地下分为3层，总建筑面积约为25,650m2，地上和地下总建筑面积为126,365m2，该建筑裙楼总共5层，总高度为23.9m。超高层建筑要满足整栋建筑的供水、供热和供电问题，需要设置多个设备夹层来对水热电进行传输，因而超高层建筑的机电管线安装相比一般建筑具有建筑体量大、涉及专业多；对各单位的协同性要求高；垂直运输要求高；安装精度要求更高；工作任务重，施工周期长，对各单位施工进度的控制要求高等特征[1]。BIM技术在原有二维制图的基础上，可以将二维图纸转化为点线面构成的立体模型，不仅规避了传统制图的弊端，还可以提高管线综合排布的工作效率。相较于传统制图模式而言[2]，具有如下优势：所见即所得；强大的关联性；较高的协同性；具备碰撞检测功能；可出图性；可进行三维漫游；工程量可自动获取。BIM技术可有效解决传统安装方案的不足，因此，本工程决定采用BIM技术对管线安装方案进行改进设计。
2BIM模型建立
2.1模型的建立
由于本建筑属于超高层建筑，建筑体量大，数据信息量多，会占用电脑很大一部分内存，综合考虑运行速度，最终决定采用文件链接的协同模式对本建筑的建筑、结构和机电管线专业进行BIM模型构建，为减小计算量，以3F的管线综合排布为例，对该建筑的机电管线综合排布进行说明。
2.2模型检查
BIM模型检查主要内容包括各构件的轴号、标高、基点位置是否正确，各BIM构建的命名是否符合规范，各构件的属性信息是否正确，最重要是对管线进行碰撞检查。碰撞检查的目的是提前暴露机电管线设计的缺陷，避免返工，提高施工效率，节约工程成本。出现管线碰撞的原因主要包括图纸表达不到位和设计协同性差。管线碰撞类型分为硬碰撞、软碰撞和间隙碰撞。碰撞检测工具利用Navisworks2016，公差设置为0.01m，各构件间的碰撞检测规则见表1。
3机电管线排布方案设计
3.1原设计方案
在原始方案中，机电管线大部分沿着3个走廊进行布置，这些走廊处也是管线碰撞点最多的地方。因此，主要针对走廊位置对每层的机电管线进行布置优化。走廊1的宽×高=2.7m×4.8m，走廊2的宽×高=2.3m×4.8m，走廊3的宽×高=2.75m×4.8m，最大梁高均为0.6m。原设计方案风管和水管的沿程和局部损失小，但管线排布比较混乱，交叉碰撞点多，很容易造成安装施工过程的返工，影响整体的施工进度。原设计方案各走廊的管线布置情况见图1。
3.2优化设计方案1
走廊1采用分区布置方式，将桥架、风管、水管统一利用综合支架进行布置。桥架位于最上方，水管位于中间，风管位于最下方，空调冷热水供水、回水管则在靠右侧墙单独做支吊架进行安装。走廊2也采用分区布置方式，所有桥架均位于上方，而风管和水管并排安装在桥架的下方，空调冷热水供水、回水管则在靠北侧墙单独做支吊架进行安装。走廊3的管线布置与走廊1、2不太相同，空调新风管和新风风机在最上方贴近梁底布置，在其下布置桥架、自喷管和采用空调的供水、回水管，供水、回水管靠南侧墙水平布置，在桥架、自喷管的下方布设800mm×400mm的送风风管。优化方案1的优势在于风管、水管以及空调冷热供水回水管采取了分区布置，最大程度上避免了不同种类管线之间的交叉碰撞，但沿程水力损失和局部损失较大，对输送设备的性能参数有影响，有可能造成设备能耗过大。优化方案1各走廊的管线布置情况见图2。
3.3优化设计方案2
在方案2中，走廊1和走廊2的布设安装形式与优化方案1基本相同。走廊3的管线布设方案为：空调新风管和新风风机在最上方贴近梁底布置，然后在其下从左往后依次布置自喷管、动力桥架、照明桥架、通信桥架以及安防桥架，商业空调供水、回水管以及冷凝管单独做支吊架靠侧墙垂直安装，在最下方布设800mm×400mm的送风风管。此方案将送风风管、照明桥架与空调管线进行分割，避免了三者的相互影响，不仅减少碰撞点，而且提高了喷水压力和喷水流量。优化方案2各走廊的管线布置情况见图3。
3.4优化设计方案3
走廊1分两层布设，上层靠右侧墙依次布置自喷管、给水管、中水管，靠左侧墙往中间依次布设空调供水管、空调冷水管、照明桥架、通信桥架以及安防桥架，下层靠右侧墙为送风风管，靠左侧墙为动力桥架，中间为照明桥架。走廊2分三层布设管线，最上层从左侧墙往右依次为空调回水管、空调供水管，从右侧墙往左依次为自喷管、通信桥架和安防桥架，中层靠右侧墙依次布设给水管、消火栓管以及照明桥架，下层靠右侧墙布设排风风管以及动力桥架；走廊3也分为三层布设，最上层贴近梁底布设空调风管，在中层从右往左依次布设通信桥架、安防桥架、照明桥架和自喷管，在靠左侧墙体垂直布设空调供水管、空调回水管以及空调冷凝管，最下层右侧布设动力桥架，中间布设送风风管。此方案安装施工顺序明确，管线布设清晰，但上下翻弯的位置较多，造成局部损失较大。优化方案3各走廊的管线布置情况见图4。
3.5综合比选
对上述四种管线布设方案进行碰撞测试，其结果见图5。从图5中可知：在原方案下，水-暖的有效碰撞点最多，达到348个，其次为暖-暖碰撞点，数量为262个，排名第三的为水-水碰撞点，原管线设计方案7种碰撞点数量共计898个；优化方案1下，排名前三的碰撞点类型为水-水、水-暖和水-电，碰撞点总数为17个；优化方案2下，排名前三的碰撞点类型分别为水-水、暖-暖和水-暖，碰撞点总数为24个；优化方案3下，排名前三的碰撞点类型分别为水-水、水-暖和暖-暖，碰撞点总数为95个。从碰撞测试结果来看，优化方案1的碰撞点个数最少，表明其设计缺陷最少，造成的返工问题越少，可以最大程度提高管线的安装施工效率。管线在安装过程中会不可避免地出现管道上下翻弯和位置调整等现象，这些操作会引起管道长度、所使用的管道材料数量的改变，所以不同管线设计方案之间的工程量有很大区别的，工程量的差异必然会导致工程造价的差异。同时管线经过综合布设后，同一管道系统用不同的排布方案排出来的路径不同，由于管道长度发生变化，且上下翻弯数量和位置不同，造成不同管线布设方案下的沿程和局部水力损失也不同。因此，在管线设计过程中，除了考虑碰撞点数量外，还要综合考虑工程造价、水力损失等多个因素。利用BIM对各管线布设方案下的材料用量、各系统的水力计算进行统计，将统计结果输出到表格中，对各方案、各系统的计算结果进行统计分析，统计得到四种设计方案下的工程造价和水力损失对比（见表2）。
4结语
基于BIM技术提供了四种不同管线布设方案，通过对不同方案的碰撞测试可知，有效碰撞点数量从大到小：原始设计方案>方案3>方案2>方案1，但是在综合工程造价和水力损失等多个参数进行考虑之后，认为方案2碰撞点相对较少，工程造价低，水力损失小，最终决定采用方案2作为管线布设方案。
参考文献：
[1]李伟鹏.大型商业综合体中BIM管线综合优化设计的应用解析[J].质量与市场，2020（23）：135-137.
[2]何国柱.BIM在大型商业综合体项目机电工程中的应用[J].安装，2020（6）：69-71.
[3]钟海容.建筑机电安装工程管线综合排布探讨[J].四川建筑，2021，41（2）：253-255.
作者：姜修涛 屈建国 季华卫 路玉金 单位：中建八局第一建设有限公司