BIM 技術在建筑給排水設計中的應用
——以港珠澳大橋東人工島主體建筑為例

陳海琪

（中交第四航務工程勘察設計院有限公司，廣東 廣州 510220）

1 工程簡介

1.1 工程概況

東人工島主體建筑位于港珠澳大橋東人工島上，是港珠澳大橋橋隧東連接樞紐，向東毗鄰香港大嶼山及香港國際機場，項目定位為珠江口伶仃洋上的標志性建筑，主體建筑豎向位于人工島隧道暗埋段上，主體結構和基礎結構構件設計使用年限與港珠澳大橋同為120 a。

東人工島主體建筑分為地下2層，地上4層，建筑高度為23.6 m，主體建筑地上建筑面積26 677.92 m2，地下室建筑面積14 456.86 m2。負一層和負二層主要設置為設備功能房，首層沿中央風孔周邊設置大橋管理辦公房和養護救援功能用房，二、三層沿著中央風孔考慮商業預留，四層布置成港珠澳大橋模型展廳。

圖1為東人工島主體建筑整體效果。

圖1 整體效果Fig.1 The overall effect

1.2 給排水及消防系統

東人工島主體建筑作為集多種功能于一體的綜合運營中心，給排水及消防系統相對復雜，除了常規的系統外還運用了高壓細水霧系統和七氟丙烷氣體滅火系統。

1.2.1 給排水系統

東人工島主體建筑的生活給水系統水源源自西人工島，通過2根DN200給水管沿著海底隧道進行引水，接管點的供水壓力≥0.20 MPa。生活給水系統分高低兩區，低區充分利用珠海陸域至人工島的給水管壓力直供，高區采用變頻給水設備+低位水箱供水，水箱內設置自潔消毒器保證水質要求，衛生器具最低工作壓力均按照GB 50015—2003《建筑給水排水設計規范》[1]要求設置。

室內排水系統采用分流制，分為生活污水系統（主要排除淋浴、盥洗、糞便污水），生活廢水系統（主要排除廚房廢水），地下室廢水系統（主要排除消防廢水、結構滲漏水及車庫沖洗水）。地下室廢水系統在地下二層設備房內及走廊設置集水井，井內各配置潛污泵2臺，廢水經提升后排至室外排水系統。屋面雨水采用虹吸雨水系統，二、三層外走廊雨水采用重力式排放，在結構柱中預埋管道，雨水至首層散排。生活污水和生活廢水經污水處理裝置處理后的回用水可以用于綠化灌溉。

1.2.2 消防系統

根據GB 50016—2014《建筑設計防火規范》[2]和GB 50067—2014《汽車庫、修車庫、停車場設計防火規范》[3]設計要求，東人工島主體建筑設計有室內消火栓系統、室外消火栓系統、自動噴水滅火系統、高壓細水霧滅火系統和七氟丙烷氣體滅火系統。建筑內布置有用于隧道消防用水的消防泵房及消防水池。主體建筑是屬于港珠澳大橋橋隧東連接樞紐，多家設計單位的管線均集中布置在內，消防系統復雜，管線綜合協調量大。

1.2.3 管材管件

東人工島主體建筑室內生活冷熱水系統采用304薄壁不銹鋼管，根據GB 50268—2008《給水排水管道工程施工及驗收規范》[4]和GB 50974—2014《消防給水及消火栓系統技術規范》[5]安裝要求，當架空管道管徑≤DN50時，采用螺紋和卡壓連接，當管徑＞DN50時，采用溝槽連接件連接、法蘭連接。室內重力排水管道均采用離心鑄鐵排水管及配件，承插連接。室外埋地重力排水管道采用玻璃鋼纖維增強塑料夾砂管（FRPM管），潛水排污泵的壓力排水管道采用涂塑鋼管，溝槽式或法蘭連接。地下室外墻以外的埋地管采用雙層聚乙烯PE給水管，與涂塑鋼管之間通過鋼塑轉換接頭連接。虹吸雨水系統雨水斗及管道采用316不銹鋼材質，管徑DN100以下采用卡壓連接，DN100以上法蘭連接。根據GB 50898—2013《細水霧滅火系統技術規范》[6]要求，高壓細水霧系統管道采用滿足系統工作壓力要求的無縫不銹鋼管316L，管道采用氬弧焊焊接或卡套連接。

室內消火栓系統及自動噴水滅火系統主干管采用內外壁熱鍍鋅鋼管（P=1.6 MPa）及配件。管徑≤DN50，采用螺紋連接。管徑＞DN50，采用溝槽式連接。室外埋地消防給水管采用雙層聚乙烯PE給水管，電熱熔連接。

1.3 項目難點

在清水混凝土及成品隔斷墻上預留的孔洞、預埋件設施需全部提前考慮，嚴禁后期開鑿及打孔，影響整體效果。首層層高8.1 m，二層、三層的層高4.8 m，四層高5.6 m。其中負一和負二層的設備房及管線路由走向最為復雜。主體建筑利用暗埋段空箱結構形成負二層，用作島上建筑及隧道共用的設備用房，含35 kV變電所及隧道用消防泵房等。主體建筑首層地面與隧道暗埋段頂板形成負一層，本層層高從東至西依次遞增，東部區域用于管線夾層，夾層最低凈空不足1.7 m。管線夾層為本項目管線布置最復雜的地方，其中包含多條交通工程電纜橋架、隧道壓力廢水、隧道消防水泵接合器管線。電纜橋架最大尺寸為600 mm×600 mm，隧道壓力廢水管最大管徑為DN350，橋架及水管轉彎半徑所需空間非常大，房建所需的給排水管、消防水管同時集中于管線夾層內，其中從建筑上部下穿至負一層的排水管均需從該層側壁穿出接至室外檢查井。側壁孔洞均已預埋完畢，負一層側壁厚度為600 mm，其中負一層與負二層樓板厚度為1 400 mm，再鑿重新開孔的難度極大，若重新開孔則會影響到隧道及房建結構安全，由于孔洞預留的局限性使得后期管線路由優化難度非常大，同時本項目使用綜合支吊架，支吊架根據圖紙管線路由進行預制，支架均已按照GB 50981—2014《建筑機電工程抗震設計規范》進行計算[7]，現場再調整管線勢必影響工期進度，多重制約因數重疊，因此只能在現有條件內尋找突破。

由于本項目承擔的功能較多，各種設備房管線路由分散，同時土建結構復雜，柱和梁的尺寸較大，導致機電設備專業管線布置空間非常緊張。采用傳統CAD二維圖紙作圖只能在平面上粗略地評估位置是否滿足安裝要求，但是面對負一層狹窄的管線空間，傳統方法則突顯它的局限性了。傳統CAD無法直觀體現三維空間關系，因此，急需引入一種新的技術來解決如此復雜的管線。通過引入BIM技術，在Revit平臺上對給排水管線進行建模，結合建筑結構及其他機電專業模型進行三維空間分析可以直觀發現管線碰撞和凈空過小的問題。同時可以導入二次裝修天棚模型與機電管線進行凈空分析，確定最合適的天棚高度。

2 BIM技術在項目中的應用

2.1 Revit軟件使用設置

本項目各機電專業及建筑結構建模人員均在同一個服務器上協同工作，把本專業模型上存至服務器組成中心模型。中心文件包含7個專業，分別為建筑、結構、給排水、暖通、電氣、控制和綜合支吊架。各自使用本地文件副本編輯并定時同步至中心文件。

由于本項目各專業參與建模人員眾多，在建模前需要統一參照平面，使得各專業在同一個參照平面上建模，并規范各專業的工作集及相關命名方式，避免工作集混亂和中心文件誤刪的問題。給排水專業設備、閥門、管道附件眾多，在建模前需要統一管道材質、顏色、管徑等，設置所需系統類型，在管道系統類型屬性菜單里填寫對應系統的縮寫，此步驟有助于后期對過濾器的設置使用，根據作圖需要可以調整管道和系統的可見性。

2.2 模型創建與管線協調

傳統建模方式多數是各專業先根據CAD圖紙管道標高及路由進行建模，建模完成后做碰撞檢測報告，最后根據檢測碰撞報告逐一調整，結果導致調整的時間比建模時間更長，按照原來方法調整碰撞不僅效率低下而且缺乏整體性。因此，本項目決定改用新辦法。各專業把CAD圖紙疊加至同一平面，先從走道區域分析，通過建筑模型直觀反映走道尺寸，然后機電各專業在建模前確定基本排布原則，減少相互交叉，節省空間。如圖2為負二層走道布置示例。

圖2 東人工島負二層走道Fig.2 Negative second floor walkway of the east artificial island

各機電管線排布原則如下：1）暖通風管在最上層，電氣橋架在第二層，給排水管在最下一層；2）大管優先，小管讓大管；3）有壓管讓無壓管；4）可彎管線讓不可彎管線、分支管線讓主干管線；5）附件少的管線避讓附件多的管線；6）管線或橋架交叉優先考慮上翻；7）管線上下層布置考慮綜合管線橫桿和閥門安裝空間；8）考慮噴頭、風口、燈具安裝施工空間；本項目使用年限為120 a，因此必須考慮預留后期設備管線更換的空間，根據眾多項目經驗及結合施工現場要求，每條走道至少預留凈空為400 mm的檢查通道。如圖3為負一層南側局部示例。

2.3 運用BIM技術解決重難點

圖3 負一層南側局部圖Fig.3 Negative floor local map on the south side

主體建筑負二層是一個斜板結構，東高西底的走向，走道完成面呈現一個跌水形狀，若采用傳統CAD二維平面圖上只顯示一條水平線，通過BIM技術運用Revit軟件平臺可以直觀真實反映出管道的坡度及走向。由于負二層設備肩負了隧道供電和消防監控的功能，因此，重型設備尺寸較大，對走道凈空要求高，平均凈空需大于3.0 m，通過Revit管線建模可以真實模擬運輸路線及凈空條件。對于結構為斜板或者回填面高差較大的空間運用BIM技術解決問題顯得特別重要。

本項目負一層集給排水、電氣、暖通管線，以負一層C交15軸為例，此處有結構反梁，結構反梁高1 200 mm，總凈空只有1 400 mm，通過Revit軟件生成局部三維可以直觀反映出結構梁的實際尺寸，運用多視角轉換方法協調平衡各專業管線的占位空間，減少管道碰撞。

2.4 BIM技術對給排水管線的優化

通過給排水專業管線建模，利用BIM技術進行管線碰撞模擬，在施工前解決碰撞點問題可提高施工效率，這也是BIM技術的重要功能之一。

以首層到負一層的車道為例，此處為地下停車場唯一車道，考慮后期大型運輸車輛的高度，因此車道凈空需大于3.0 m。按照原方案給排水管道靠近9軸布置，廢水管、虹吸雨水管、污水管均需經過車道，凈空為2.75 m，見圖4車道給排水管優化前后對比示例。

圖4 車道給排水管優化前后對比示例Fig.4 Comparison examples before and after the water supply and drainage pipe optimization of lane

為滿足項目使用功能要求，通過BIM平臺技術，在三維空間進行實際尺寸的校核調整，把原來的排水管道移動靠近8軸位置，如圖4所示，進行優化之后的排水管道管外底到車道坡面的實際凈空有3.25 m，通過發揮BIM技術平臺優勢可準確并及早完善給排水管線布置。

通過BIM技術平臺解決地下室車道給排水管線優化只是BIM技術在本項目應用的一個小縮影。

3 BIM技術應用過程中的經驗總結

3.1 BIM技術應用定位分析

本項目功能布局持續優化，施工圖設計周期長達3 a，在施工圖的中期引入BIM技術，后期運用BIM平臺技術進行施工圖出圖。經過項目實踐，建模前必須要注意對模型的作用進行準確定位，因為定位影響模型的深度。舉例說明，第1種情況，本模型只作為普通管線碰撞，可根據實際情況將DN50以上主管道建模并進行管道碰撞調整，滿足綜合管線使用即可。第2種情況，若模型需最終出圖使用，此時需要把所有管道包括末端都進行建模，并且需準確錄入管道參數信息，管道需準確參數才能標注出圖。

因此，準確定位模型的作用有利于提高模型利用效率，節省人力資源，提高模型準確性。

3.2 培養BIM設計團隊的協同能力

目前尚未頒布關于BIM國標設計標準，因此在項目建模啟動初期要建立完善的BIM設計標準，例如專業分類、文件歸檔、系統命名、管道顏色等。完善工作流程，提高團隊協同能力，建立適合自身團隊發展的工作準則。將BIM技術培訓、項目應用和項目總結形成體系，逐步建立BIM設計團隊以及嚴謹而高效的工作流程。

4 總結與展望

港珠澳大橋東人工島主體建筑機電設備專業管線繁多，凈空要求高，設計周期長，負一層側壁預留孔洞無法更改，在眾多局限條件下完成管線綜合難度大。本項目在BIM技術的支持下提高了圖紙的準確性，在多維度的空間下模擬真實管道的路由走向，相比傳統CAD二維圖紙更能表達現場真實工況，并可協助施工單位解決復雜的機電安裝節點。

利用BIM技術能顯著提高施工效率及準確性。建議項目前期做好相關技術準備與模型定位，讓BIM技術進一步融入到項目管理中，最終推動BIM技術的推廣。