地下空间机电管线BIM 技术优化

张云浩

（中铁十八局集团第四工程有限公司，天津 300350）

0 引言

在地下空间机电管线管理中，传统的二维设计图纸（平面＋局部剖面）由于对多管线交叉的复杂部位表达不够充分，经常会造成返工或浪费现象，甚至存在安全隐患。BIM 技术可以实现三维可视化设计，施工人员据此可以快速地读取数量、体积等进阶分析所需信息，且信息关联性能维持数据的一致性。将BIM 技术应用到地下空间机电管线优化中，通过可视化、三维立体的方法，可以解决地下空间机电管线交叉碰撞问题，提升地下空间的使用效率，保证机房管线有序排列［1］。

海淀区翠湖科技园项目位于北京市海淀区北部，温泉镇太舟坞村创客小镇社区东侧，为装配式住宅建筑，总建筑面积123 517m2，其中地下车库总建筑面积为21 188.89 m2。本项目地下车库总体规模较大， 地下管线负荷比较大， 尤其是机电管线错综复杂， 相互交叉碰撞的问题非常容易发生。 采用BIM技术对地下车库管线进行优化，降低了施工难度，提高了施工效率，保证了施工管线的有序排列。笔者试对其地下管线的优化设计（不含战时机电管线综合设计）进行分析。

1 管线综合施工优化思路

1.1 地下一层

地下一层梁最低位置高度为2.8 m，风管最大高度为0.4 m，在梁下0.05 m 位置对其进行安装；桥架高度一般控制在0.1 m 左右， 在梁下0.05 m 位置对其进行安装；管道最大管径为300 mm。 管道和桥架重叠位置数量多，为了确保在桥架和管道交叉时，桥架能够从管道保温层上方位置穿过， 且不会发生翻弯现象，把管道中心标高设置在2.5 m 左右［2］。 地下一层管线具体布局如图1 所示。

图1 地下一层管线管理布局（单位：mm）Fig.1 Pipeline management layout of the first underground floor （Unit： mm）

1.2 地下二层

地下二层人防区梁最低高度为2.75 m， 非人防区梁最低高度为2.95 m， 风管最大高度设置在0.4 m 左右，在梁下0.05 m 位置进行安装。在这种情况下，人防区净高度控制在管线底层2.3 m。 桥架高度设置为0.1 m，管道型号为DN150，因此把管道中心标高设置在2.5 m 左右， 便于在桥架与管排交叉过程中， 桥架能够从管排保温层上方位置穿过［3］。 考虑到人防区和非人防区管道与桥架的连接应在它们高度一致的情况下实施， 因此把非人防区风管底标高设计为2.4 m。 地下二层管线布局如图2 所示。

图2 地下二层管线管理布局（单位：mm）Fig.2 pipeline management layout on the second underground floor （Unit： mm）

2 BIM 技术在地下空间机电管线中的应用

2.1 图纸审查

在开展BIM 深化设计工作时， 在图纸审查环节，需由施工企业各专业负责人与BIM 专业负责人一同对施工图纸内容进行审核， 并将审核结果与图纸会审结果进行比较，确认是否存在明显差异。图纸审核需要在专业负责人的配合交流下， 对图纸内容的真实性和完整性进行调查分析， 并做好图纸审查中问题的记录工作，确保图纸信息真实、有效。 根据图纸审查结果，及时与设计部门交流，以保证图纸内容的完整性和精准性。

2.2 项目样板创建

在完成项目图纸审查工作以后，需要由BIM 土建工程负责人与BIM 机电负责人结合二维图纸，完成工程模板的建造工作。 不管是土建样板，还是机电样板，都要根据相同标高、轴网、项目基点要求进行建造。 其中，在土建项目样板中，包含标高、轴网、族库等内容。在机电项目样板中，包含标高、轴网、专业系统、过滤器等［4］。 对于文件格式的选择，应以.rte 格式为主。

在创建项目样板过程中， 发现地下二层防火分区通风平面图 （非人防区域） 风管与结构梁相撞，结构底图和楼梯详图中梁的位置不同，甚至一些区域没有预留风管尺寸。 为解决这一问题，通过和BIM 设计方进行沟通联系， 认为此处结构应具体看楼梯详图。 查看详图后，将此处的正压送风管管径由1 800 mm×700 mm 修改为2 000 mm×400 mm，多叶送风口修改为400 mm×（2 600＋250）mm。

2.3 视图样板的创建

在建造土建项目样板中，涉及的类别相对较少。样板创建通常是在土建样板建造完成以后， 机电负责人在项目传递平台上把土建样板标高、 轴网等信息传递给机电样板， 保证土建项目与机电项目使用相同样板， 确保机电模型与土建模型在后期使用过程中一一对应。 翠湖科技园项目地下工程创建的部分三维可视化模型如图3 所示。

2.4 中心文件的创建

在编制中心文件的过程中，BIM 所有相关工作人员需要在相同模板文件中进行操作， 结合各个工程项目的专业要求和操作流程， 设定中心文件操作权限，同时细化工作范畴。 在此情况下，各个专业都要独立完成本职工作，并且在汇总过程中，把完成的工作内容移交给中心文件。在此环节中，每个工作人员都能够在中心文件中寻找所需信息， 关注各个成员工作情况，查看是否存在问题。

2.5 工作集的使用

图3 三维可视化模型Fig.3 3D visualization model

工作集对元素进行分组，以便显示在视图中，或对一组元素执行操作。 工作集就像CAD 中的图层，但又不仅仅是图层的含义。 因为BIM 包含了一个协同工作的概念， 工作集就像各专业设计团队集中在一起作业， 但又将各团队之间负责的工作进行明确的区分，以便在以后的模型拼装中，起到隔离与区分的作用。在完成中心文件创建工作以后，各个专业应该把原有BIM 设计成果保存在新创建的模型中，通过使用副本功能，将信息传递到中心文件中（不允许直接在中心文件中操作）。在中心文件使用中，不可开启无关工作集。无权限的工作人员要想获取文件信息，需要向相关部门提交申请。 设计人员在组建新文件前， 需要把已经修改的内容融入到文件中，避免给他人工作集带来影响。 在应用本体设计文件过程中， 不可随意更改文件中的信息和图纸。在工作过程中，组员通过工作集能够及时在中心文件中进行信息传递和更新。 由此可见，工作集能够减少模型在创建过程中产生不必要的问题， 提高工作效率，保证工作质量。

2.6 模型构建

模型构建就是将各项因素输入系统软件中，变成具体的项目。 这是一项比较复杂的工作，需要结合各专业工作要求，做好分工，然后采取协同方法，利用中心文件来协助完成模型创建。 在使用中心文件时，应第一时间做好保存工作，防止出现由于保存不当而造成模型未能及时保存的状况。在模型构建中，墙、梁、机电等需要提前命名，并保证命名的合理性；严格控制好各个专业模型建设的质量；做好图纸会审工作，及时找出图纸中存在的问题，这也是二维图纸审查中不能做到的［5］。为了能够及时找出存在的问题，在机电模型建设中，需要采用插入－连接功能，把土建模型与机电模型充分连接起来。 在梳理图纸前，技术人员需要对机电与土建的实际情况进行深入了解，机电技术人员应梳理各专业管道的分布情况，土建技术人员则应该梳理标高等参数。 该工程变配电设备如图4 所示。

图4 变配电设备Fig.4 Power transformation and distribution equipment

2.7 模型整合

在revit 软件中， 能够对土建模型与机电模型采取插入－连接等方法进行整合处理， 将整合以后的模型转变为.nwc 格式， 并且利用Navisworks 平台，检查机电工程与土建工程的连接情况，最终确定管道碰撞点及管道密集区。比如，地下一层暖通平面图中圆风管尺寸大于静压箱尺寸， 是暖通工程施工的难点，具体情况如图5 所示。

图5 风管尺寸大于静压箱尺寸图（单位：mm）Fig.5 The size of round air duct is larger than that of static pressure box （Unit： mm）

为解决这一问题，在BIM 设计中，将此处的静压箱尺寸调整为1 800 mm×1 200 mm×1 500 mm。 静压箱尺寸的调整促进了各道工序的顺利推进。

2.8 预留套孔及综合支吊架的优化

在完成BIM 模型深化设计以后，需要对预留套管位置进行确定。同时，还要形成一个完整的平面图或者剖面图，引导后续施工工作顺利进行［6］。 预留套管BIM 模型如图6 所示。

图6 预留套管BIM 模型Fig.6 BIM model of reserved casing pipe

在预留套管的BIM 模型创建中，需要控制原材料消耗量。即在满足综合支吊架设计效果的基础上，降低原材料使用量， 以获得更大的经济效益。 利用MagiCAD 综合支架插件完成综合支吊架安装工作，保证了支吊架安装过程的可视化， 更好地满足BIM设计要求。通过计算审查，保证管线安装的稳定性和安全性［7］。 综合支吊架BIM 模型如图7 所示。

3 施工效果分析

3.1 公共车道改进效果

在公共车道设计中，需要合理分布管线，确保管线占用比较独立的空间，排列成排，布局合理［8］。 同时，对管线碰触位置进行适当调整。桥架排布应该按照由上至下的原则分布在同一标高上， 确保净高控制在2.3 m 左右，以便于施工。 公共车道管线综合优化成果示例如图8 所示。

3.2 防火卷帘位置改进效果

把相同类型的管线分布在相同平面上， 保证空间布置的合理性和整体性，避免管线交叉碰撞，并且对碰撞位置进行调整，保障管线处于无碰撞的状况。在管线穿过防火卷帘时，为了避免与防火卷帘碰撞，需要让管线在防火卷帘包厢上方穿过，以满足净高2.3 m 的要求。 防火卷帘管线综合优化成果如图9 所示。

图7 综合支吊架BIM 模型Fig.7 BIM model of integrated hangers

图8 公共车道管线综合优化前后对比图Fig.8 Comparison of public road pipeline before and after comprehensive optimization

图9 防火卷帘管线综合优化成果图Fig.9 Comprehensive optimization of fire shutter pipeline

3.3 停车位改进效果

因为进户管线分布交错， 不利于支吊架安装，因此需要对桥架和管线位置进行适当调整，使其整体分布在2.3 m 以上。把部分管线调整为无碰撞、顺畅状态，减少了管线交叉，可以满足后续支吊架施工要求。

3.4 热计量间和消防栓泵改进效果

根据图集相关要求， 在模型中安装阀门和管件，保证了高度设计合理，便于施工工作顺利进行。对于消防栓泵来说，涉及的消防泵房管线问题比较少，只需把部分碰撞调整成无碰撞状态问题即可。

4 结语

对于各种类型机电管线， 为了保证施工便利，需要结合工程实际情况，做好科学规划，减少管线交叉。 针对机电管线占用空间，需要在优化管线占用高度的情况下，综合思考管线施工要求，保证施工顺利进行。将BIM 技术应用于地下空间管线设计工作中， 能够帮助相关部门及时找到管线布置位置，优化机电空间，更好地满足地下功能空间分布的要求。