論安裝工程中的抗震技術探究

劉偉

摘 要：近些年我國地震災害頻發，為了提高安裝工程的抗震性能，國家制定并頒布了《建筑機電工程抗震設計規范》GB 50981—2014，對機電安裝工程提出了抗震設計的要求。本文對安裝工程中抗震支吊架的設計及應用進行了研究，對提高機電安裝工程的抗震性能具有一定的參考價值。

關鍵詞：建筑；機電；抗震；設計

1 引言

當地震災害發生時，抗震支吊架可增加建筑機電工程設施安全性與可靠性。目前，抗震支吊架設計主要是采用二維、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電系統，但機電系統的設備管線平面布置復雜、現場管線安裝施工與設計圖紙不對應等常見問題影響到了設計的效果。因此，筆者參考相關資料對抗震支吊架的設計進行了分析，以供借鑒。

2 抗震支吊架的設計與拼裝

2.1 抗震支吊架自動化設計方法

抗震支吊架起到對機電工程設施的保護作用，承受來自任何方向的水平地震作用。抗震支吊架的設計首先要根據管道的類型、空間位置等因素參照《建筑機電工程抗震設計規范》進行選型和定位；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，確定構件的型號規格；最后對支架進行受力核驗，檢驗其是否滿足抗震設防要求。

目前，抗震支吊架的選型及定位主要依靠設計人員的經驗進行，是一個反復調整的復雜過程，這類工作繁瑣、效率低，難以滿足大型建筑抗震支吊架的設計需求。通過對抗震支吊架生產廠家的產品類型、力學性能、計算模型及國家相關規范的條文的研究，建立一種方法可實現抗震支吊架的定位、選型的自動化。其步驟如下：

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

（2）構件選型。根據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格，自動確定斜撐的角度；

（3）抗震支吊架受力驗算。通過設置程序接口自動調用設計好的Excel表格進行地震作用下的抗震支吊架的受力驗算，同時要驗算支吊架斜桿的整體穩定。若不滿足受力要求，根據受力計算結果返回Step2重新進行構件選型，從而實現抗震支吊架的自動化設計。

2.2 抗震支吊架的智能化拼裝

抗震支吊架節點的拼裝，要根據各管線的空間位置、抗震支吊架的生根位置等因素進行綜合考慮，工作十分繁瑣復雜。智能化拼裝是在BIM系統中使用合理的方式將抗震支吊架與管道拼裝起來。抗震支吊架組合節點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系）上尋找可以劃分的點以形成網格，保留管道截面都在網格內的結果，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表示（a i，b i，c i，d i），則管道集合的合理劃分轉換為求一坐標集合{M}的合理劃分；

（2）對管道進行x方向的合理劃分，具體如下：將{M}按a i進行升序排列，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計入集合{X}中，若a i+1-c i

（3）對管道進行y方向的合理劃分，具體如下：將{M}按b i進行升序排列，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計入集合{Y}中，若d i+1-b i

（4）進行整體劃分，在坐標系中畫出集合{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絡。

（5）進行劃分網絡優化，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）根據最終網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成整體，形成完整的抗震支吊架。最后形成合理的網絡劃分方案。上述各個步驟中各變量的意義如下：a為矩形左上角點的x坐標；b為矩形左上角點的y坐標；c為矩形右下角點的x坐標；d為矩形右下角點的y坐標；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格在某一方向距離大于該方向的距離限值，則應在這兩個矩形網格之間插入一個劃分點。

3 基于BIM的建筑抗震支吊架設計系統

3.1 系統功能模塊

前處理模塊。在BIM數據庫中，讀取建筑機電設備管線、各類抗震支吊架的信息進行分析歸類，以供抗震支吊架設計、碰撞檢測及抗震支吊架拼裝使用。族庫管理模塊。負責管理抗震支吊架吊桿、斜撐、連接件、管束等參數化建模后形成的族文件，設計人員可以直接調用族庫中預先創建好的抗震支吊架族文件，也可根據要求對類似的模型進行修改，提高設計效率。抗震支吊架設計模塊。根據《建筑機電工程抗震設計規范》，系統自動完成抗震支吊架的平面布置，用戶可以根據實際情況調整各參數以及手動修改各抗震支吊架平面布置位置。根據建筑機電系統相應的抗震設防要求，在用戶指定抗震支吊架承載跨度和需要選定關聯的管道后，系統會自動計算地震作用，并對抗震支吊架吊桿、斜撐、管束、連接件等所需配件進行自動選型，用戶可以根據實際情況調整各參數以及手動修改各配件的選型。

抗震支吊架拼裝模塊。根據抗震支吊架平面布置位置和用戶指定需要選定關聯的管道后以及先前零配件的選型，系統完成自動拼裝。自動拼裝完成后，用戶可根據需要調整各參數以及添加或刪除吊桿、斜撐、管束等構件。碰撞檢驗模塊。負責檢驗智能拼裝后的結果是否合理，能否滿足施工要求，系統會將不滿足要求的部位標記出來，用戶可以調整參數設置以及手動修改抗震支吊架設置位置。后處理模塊。后處理模塊包括將設計完成的抗震支吊架集成到BIM數據庫、生成材料清單供預制加工使用、對選定的特定節點進行簡單的力學驗算以校核安全性。

3.2 全壽命周期信息平臺

全壽命周期管理是工程現代化信息管理的核心目標，借助建立的全壽命周期信息平臺可將抗震支吊架設計、生產及安裝過程中的信息資源進行有效地整合，解決設計、生產、施工各部門之間信息傳遞艱難、信息共享不完全、系統間信息接口標準不規范等一系列問題，從而實現真正意義上的信息共享。

目前信息化水平不斷提升，一個企業往往具有許多信息管理系統，如進度管理系統、財務管理系統、質量管理系統等，且這些系統一般都由不同的軟件設計，具有不同的架構技術，導致在實際的管理過程中，對于一個綜合問題就需要在多個不同的系統中進行數據讀取與匯總分析，工作效率低下。在BIM系統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，用戶只需進入全壽命周期信息平臺，就可以進行各類業務的處理和信息共享，實現抗震支吊架系統全生態鏈的信息共享。

4 結束語

BIM技術在抗震支吊架領域的應用將三維建模、深化設計與現場安裝相結合，采用BIM模型提前模擬安裝、進行碰撞檢測、生成材料清單等功能，可以最大程度地提高設計及施工效率、解決設計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系統的全壽命周期信息共享平臺可以實現在抗震支吊架全生命周期的信息實時共享，促進建筑機電抗震企業的信息集成與高效管理。

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