BIM技術在機電裝修工程深化設計中的應用研究

李燕粉 王文灝

(1.中鐵十五局集團城市建設工程有限公司 河南洛陽 471000；2.鄭州大學 河南鄭州 450002)

1 工程簡介

成都地鐵6號線一、二期機電裝修工程5標，包含人民北路站、梁家巷站、前鋒路站、建設北路站的動力照明、通風空調(不含多聯機)、給排水消防及裝飾裝修(不含藝術站公共區裝修)、路引、站外牌及附屬設施防火封堵等工作內容及相關附屬工作，建筑面積105 870 m2。作為屬地管理單位，模型需要集成由業主專業分包的各系統標及設備廠家(含設備基礎、設備管線接入口、預留預埋)等相關專業內容。

項目實施難點:(1)地鐵車站設備區面積相對于其它項目小，設備區管線眾多，尤其是走廊內，綜合管線排布非常困難；(2)各專業(通信、信號、多聯機、站臺門、BAS、FAS、氣體滅火系統等)眾多，且變更頻繁。業主要求各專業的預留孔洞溝槽、各系統末端位置、天花及地磚排布、機房內各專業按鈕布置等均需布置在模型上。由業主牽頭、監理主持，所有進場施工單位一起進行模型審核，所有空間協調問題、進場施工順序問題，都要提前解決布置好。模型審核不通過，各施工單位不能進場施工，而關門工期已定，施工單位壓力巨大。

2 BIM技術深化設計目標及流程

2.1 深化設計目標

(1)綜合管線合理布置，滿足車站建筑凈空高度，做到符規范、無碰撞、高凈高且美觀、省材料、好施工[1]。

(2)綜合排布設備區、機房、站臺層、站廳層機電各專業管線和末端，協調機電與土建、精裝修專業的施工沖突。避免現場打亂仗，杜絕二次拆改損失，大幅度減少現場施工協調工作量。

(3)確定管線和預留洞、槽的精確定位，減少對結構施工的影響；優化裝修和各種設施布置，打造精品工程。

2.2 BIM技術深化設計實施流程(見圖1)

圖1 BIM技術深化設計實施流程

3 準備工作及模型構建

3.1 準備工作

搜集建模依據，包含施工圖紙及設計變更單、各系統標和設備廠家提資及其變更、業主要求、相關標準等；學習元件、系統原理，熟悉CAD圖紙和業主的各項要求；電氣圖紙有強電、智能化、消防弱電、消防強電四種類型，應了解配電房、消控室的位置；熟悉橋架的型號、規格、連接方式，以便在項目建模階段進行材質設定；給排水圖紙含消防水、給排水、空調水系統，含集水井壓力排水、衛生間污水廢水、雨水、冷凝水、消火栓系統，應了解水泵房、消防水箱的位置，熟悉每個系統用的管道型號、材質、規格，在建模階段能準確無誤繪制；暖通圖紙應了解各風機房的位置，空調系統應了解空調機房位置，風管通常有排煙、排風、送風、新風、回風等系統，各個系統風管選用的材質、規格都應該熟悉，在建模過程中應分別進行設置。

3.2 分專業模型搭建

將CAD圖紙鏈接到BIM建模軟件中，作為底圖進行翻模，將2D圖紙轉化為三維立體圖形。在繪制前，先對項目中涉及的各個系統、管道進行分類設置，包括管道的材質、系統縮寫、布管配置，不同的系統設置不同的顏色，在模型中加以區分。通過建模來審圖，發現并統計設計圖紙錯、漏、碰、缺問題，及時與專業工程師和專業設計確認解決。

4 管線綜合深化設計

采用的基本方法為在原有設計基礎上做到最大凈高；管線翻彎越多，施工難度相對越大，需減少翻彎數量，降低施工難度、節約部分成本；必要時犧牲部分凈高。當以上均不滿足時，考慮管線管路從走廊內向兩側房間分流，在不改變截面面積的情況下改變風管高寬尺寸比，但需和設計協商確定[2]。

4.1 管線綜合設計原則

(1)基本原則

大管優先、小管讓大管；有壓管讓無壓管；壓力流管讓重力流管；低壓管讓高壓管；常溫管讓高溫、低溫管；可彎管線讓不可彎管線、分支管線讓主干管線；附件少的管線避讓附件多的管線；電氣管線避熱避水，在熱水管線、蒸氣管線上方及水管的垂直下方不宜布置電氣線路。預留管廊內柜機、風機盤管等設備的拆裝空間；管廊內吊頂標高以上預留250 mm的裝修空間；租賃線以外400 mm距離內盡可能不要布置管線，用作檢修空間；各防火分區處，卷簾門上方預留管線通過的空間，如空間不足，選擇繞行。充分參考業主已審核通過的項目模型資料，可以避免走不少彎路。

(2)其它避讓原則

氣體管道讓水管；金屬管讓非金屬管；一般管道讓通風管；施工簡單的避讓施工難度大的；工程量小的讓工程量大的；技術要求低的讓技術要求高的；檢修次數少、檢修方便的讓檢修頻繁、檢修難度大的；非主要管線避讓主要管線；臨時管線避讓永久管線；新建管線避讓已建成管線。

4.2 站臺層管綜排布原則

(1)風管與橋架的位置:風管在靠近屏蔽門一側，橋架在風管下方或者在風管另一側。

(2)HF/PY風管的側風口當無空間放置時，可與設計溝通后改為下風口。

(3)衛生間與屏蔽門之間的走廊，當凈高不滿足時，橋架移動至衛生間。

(4)屏蔽門安裝需要的空間:風管支吊架下邊緣至完成面3 500 mm以上，或者風管外邊緣(保溫厚度要計算在內，可以理解為保溫外邊緣)至軌頂風道＞400 mm。

(5)注意衛生間的排水管是否穿底梁(建設北路站有污水管穿底梁)。

(6)開關柜室在站臺層時，橋架在站臺層板下通過。

(7)公共區域SF和HF/PY及橋架、水管保證底平。

4.3 設備層管綜排布原則

(1)當走廊調整不開時，部分風管可移動到扶梯上方的天花內，但是跨越扶梯上方時要安裝防火閥。

(2)設備層層高很高，房間內風管不宜設置太高，但是在走廊內風管要走高位，進入房間后降到4 000 mm左右位置，方便接風口和保證送風效果。

(3)開關柜室在設備層時，管線走夾層。

4.4 站廳層管綜排布原則

(1)公共區域送風SF和回風HF/排煙PY及橋架、水管保證底平，整齊美觀。

(2)氣瓶間上方夾層可以走管道。

(3)車控室不可被任何管線過路，進車控室的橋架，自防靜電地板下方進入車控室。

(4)設備用房(專業通訊設備室、不間斷電源UPS電池室)的風口、多聯機室內機、氣滅點位、燈具不能在設備上方。

(5)注意衛生間排水是否與下層管線或者梁體碰撞。

(6)開關柜室在站廳層時，電纜走高位橋架進入開關柜室。

4.5 注意事項

(1)設備走廊排煙PY、排風PF有下風口時，放置低位。

(2)民用通信橋架放置在最下層，因其最后施工。

(3)氣滅不要走與其服務無關的房間和軌行區。氣滅點位不允許在機柜正上方移動原則:氣滅點位分上下噴，同一支管上下噴點位可以互換，假如房間內有4個上噴和4個下噴，下噴和下噴要在一條線上，上噴排布同下噴。噴頭可以左右移動300～500 mm，噴頭接的彎頭至頂板最少250 mm。

(4)多聯機位置正上方300 mm高不能有管線；多聯機面板尺寸950×950 mm，多聯機尺寸840×840 mm。多聯機帶內置泵，即冷凝水出室內機位置可上翻，但是排至離壁溝位置時還需要坡度。

(5)氣滅弱電橋架進弱電井或弱電間(上、下層連通)、進氣滅鋼瓶間、進綜合監控設備室(沿綜合監控設備室從天花上下到地板下，再沿地板下到車控室主機)。

(6)氣滅強電橋架進強電井或強電間(上、下層連通)、進氣滅鋼瓶間。

(7)每個防護區門口氣滅模塊箱進線橋架，在墻內暗埋至過道吊頂上后和氣滅弱電橋架相連。

(8)結構片式消聲器頂置。

(9)防靜電地板自建筑完成面算起300 mm高，當建筑完成面150 mm時，防靜電地板距結構面450 mm。

(10)通信機房風管下墻位置不要擋住通信機柜開門。機房有專用通信設備室、公安通信設備室、ups電源室。

(11)從動力橋架或者消防橋架接到配電箱的，需要引橋架通到配電箱上，橋架尺寸視具體的功率:10 kW以下采用100×50 mm；11～60 kW的采用200×150 mm；80 kW及以上采用300×200 mm。

(12)氣滅所有的三聯盒，為保證門禁大小的放置，將距門邊300 mm修改為400 mm，如有氣滅盤，氣滅模塊箱及橋架也需隨之整體移動100 mm。

(13)后期出圖的時候所有氣滅管道開孔統一為200×200 mm的方孔。

(14)設備層設備用房的下排風口，當滿足距離最近障礙物大于800 mm時，不需要靠墻，直接引下后追加風口即可。

(15)無吊頂的區域風口吸附于風管。

(16)走廊側送風口高度小于吊頂下凈高1/2。

5 裝修排磚及成果輸出

5.1 裝修排磚

協調裝修專業、系統專業，在地面上排出設備基礎和裝修地磚，在天花上排出燈具、風口、多聯機室內機等末端設施的位置，滿足風口不能在設備正上方、末端居中布置、磚縫對齊等美學要求[3]。

5.2 成果輸出

(1)根據深化設計成果，輸出綜合支吊架深化圖紙、凈高分析報告、結構洞預留圖。

(2)BIM人員提供確定版綜合管線平面圖及橫縱剖面圖給支吊架廠家，支吊架廠家可根據管綜布置，結合規范要求和承重部位，進一步設計制造支吊架，后期運至現場實現裝配式施工[4]。

(3)通過模型提取明細表快速生成工程量清單，核定材料用量及采購計劃，如防火閥的具體尺寸根據管綜后的風管尺寸統計訂購，尺寸正確、數量準確，實現成本預控[5]。

6 機電工程BIM應用的特點和意義

BIM技術的三維模型方式，通過計算機高速運算、軟件技術、動畫技術、信息處理技術等[6]的完美結合，實現BIM管線綜合布置目的(見圖2)，具有如下優勢[7]:

圖2 環控機房深化設計模型漫游

(1)直觀性強。在建筑機電設備安裝工程中，給排水、暖通、消防、強弱電、電纜橋架等系統繁多，各專業間碰撞多、各專業與建筑結構間碰撞多，安裝的復雜性較大；不僅如此，還有暗裝、暗敷、建筑與結構洞口預留[8]，以及安裝時管道的綜合排布和凈高優化等，技術難度高。應用BIM技術后，三維模型立體直觀，施工便利，施工準確程度大幅度提升。

(2)效率高。借助BIM技術，直接添加各個設備的參數和數據，簡化整個設計環節和施工環節，讓過去難以發現的結構錯誤、管線布局的失誤快速地被發現，實現預制裝配[9]，工作效率大幅度提高。

(3)施工協調性好[10]。可以解決在大型的公建項目多家專業分包單位進行施工的復雜協調問題，通過使用BIM模型模仿機電系統與設備組裝工藝流程，使得管線及設備所需的安裝空間、作業順序得以合理安排，以確保其可實施性，讓工地施工更流暢。

(4)方便獲取工程量。調取明細表即可獲得分專業、分區域的個性化工程量，一鍵出量，便于施工單位進行成本控制。

(5)服務運維。通過BIM模型，可實現資產配置管理。可事先了解可能產生維修空間的沖突問題，設定維修人員及機具工作空間，不然會造成維修不便。例如，成都地鐵規定“所有風機下面不能有風管”，就是考慮風機故障率高，維修更換時不需要拆除下方的風管。