基于BIM技术的装配式建筑管线分离技术

董 毅

(广州瀚华建筑设计有限公司，广东 广州 510655)

0 引言

国务院办公厅2016年9月27日印发《关于大力发展装配式建筑的指导意见》，明确以京津冀、长三角、珠三角三大城市群为重点推进地区，常住人口超过300万的其他城市为积极推进地区，其余城市为鼓励推进地区，因地制宜发展装配式混凝土结构、钢结构和现代木结构等装配式建筑。力争用10 a左右的时间，使装配式建筑占新建建筑面积的比例达到30%。为了节约能源、减少施工污染、提升劳动生产效率和质量安全，国家对装配式建筑行业的发展要求非常明确。随着政府的强力推广、构件技术的不断成熟以及装配式建筑管理水平的不断提高，装配式建筑在新建建筑中的比例会不断提高。

装配式建筑是指在异地建厂，将需要的构件厂内生产后搬运至现场进行组装，将各部件拼接成一个整体。如预制结构装配式建筑，就是在工厂内把重要部件都生产完成，然后运至现场吊装拼装。与原有的木模传统体系相比，预制结构装配式建筑精度高，现场施工误差小，方便装饰装修和成套设备的安装；但对大型构件的运输，以及现场预制安装技能都需要较高的要求。

住房和城乡建设部发布GB/T 51129—2017装配式建筑评价标准[1]。“管线分离技术”为独立得分项，并且评价分值权重更大，达到6分(见图1)，而包含了“管线分离技术”的“室内装修集成技术”在旧标准中的评价分值仅为3分。可见管线分离技术研究对于装配式建筑有重要的技术支撑，也是装配式建筑的发展重点之一。

本研究以南宁住宅项目为例，对楼层中的电气、给排水、暖通等机电专业管线进行建模和计算分析，进而提供一种适用范围更广、经济性更好的装配式建筑技术措施的思路，期望对装配式建筑设计具有借鉴作用。

1 工程概况

项目位于广西壮族自治区南宁市青秀区云景路北侧、枫林路东侧，总用地面积281 720.91 m2，总建筑面积101 151 m2，计容面积73 347.45 m2，其中地上建筑面积78 341.2 m2，地下建筑面积22 809.8 m2。项目塔楼总共4栋，全部采用装配式建造方式，其中1栋、2栋、3栋33层，2层～33层实施装配式建筑；5栋22层，2层～22层实施装配式建筑；6栋23层，2层～23层实施装配式建筑(见图2)。

项目土地出让相关文件中明确“采用装配式建筑和BIM技术建设，在设计、施工和运维阶段使用BIM技术，装配率不低于30%”。

2 装配式方案研究

根据前期对当地情况的调研，结合业主方的诉求，确定了几个方面的设计原则：

1)鉴于设计之初当地无装配式建筑的先例，尽量采用成熟可靠的技术；新工艺、新技术应通过严格试验合格方可使用。

2)由于市场预期及政府对价格控制等原因，在选择装配式措施中，经济性作为重要标准之一。

3)购房者对于装配式建筑接受程度低，尽量选择对业主影响较小的装配式措施。

根据当地装配式建筑细则和以上设计原则，采用的装配式技术措施见表1。

表1 采用装配式技术措施

选用的装配式技术措施不采用承重竖向构件，采用部分成熟的水平构件，降低当地装配式构件市场不成熟而产生结构问题的概率；仅采用部分预制内隔墙，避开卫生间等防水要求较高的区域，避免构件接缝漏水而产生纠纷。由于主体结构(占比50%)及围护墙和内隔墙(占比20%)两部分所采用的措施相对较少，BIM分析拆解图见图3～图5，更多的评分值权重都落在装配和设备管线(占比30%)甚至管线分离技术上。

最终确定的装配式建筑设计方案：在主体结构采用现浇剪力墙的前提下，通过预制内外围护构件、建筑部品构件、管线分离、铝模、BIM信息化施工等综合手段，实现超过30%的装配率。该装配式设计方案能在保证工程质量可靠的基础上，最大化地减少开发商的造价成本，同时展现了装配式建筑快捷、环保、节能的优势。

3 管线分离技术分析

管线分离技术，即将设备管线与结构层、装饰基层分离，使设备管线脱离被主体结构、装饰刚性垫层基层掩盖和填埋所导致的不可追溯、不可改造、不可检视等状态，使设备管线独立存在，使住宅具备结构耐久性的同时，保证设备管线具有可追溯性、可检视性、可更新性的优点。

按GB/T 51129—2017装配式建筑评价标准要求，对于裸露于室内空间以及敷设在地面架空层、非承重墙体空腔和吊顶内的管线可认定为管线分离；而对于埋置在结构构件内部(不含横穿)或敷设在湿式作业地面垫层内的管线应认定为管线未分离。

目前市场上主流的管线分离方式是基于SI内装体系，在SI内装系统中，管线可以在户内的天花、地面、侧墙(隔板内)脱开结构或墙体独立敷设。脱开结构明敷管线，需增设天花吊顶、架空地板、填充墙板来遮蔽管线，以此保证使用性和美观，见图6～图8，但是相应也会影响室内净高(设置天花吊顶、架空地板时)及住宅实际使用面积(设置填充墙板时)。

SI内装实现了主体结构与管线、内装的分离，从根本上解决了管线的埋设问题。但由于SI做法会使房间有效使用面积缩小，同时整体净高减小，而它本身的优点“管线维修方便和结构安全等”并不能获得国内市场认可[2]。

考虑以上SI内装做法的优缺点，本项目考虑局部采用SI做法，有选择性地考虑SI做法，扬长避短，即发挥SI内装法的优点，同时最大限度减少对有效面积和净高的影响。

3.1 管线分离方案

为满足该项目对管线分离比例的要求，提出天花内机电管线实施管线分离，装修吊顶配合管线设计。各层机电管线从核心筒管道井接出，依次从电梯前室、入户花园、客厅、卧室过道接入各功能房间，吊顶依照上述区域全部或部分设置天花吊顶。

3.2 BIM建模及管线分析

利用BIM技术进行建模，对项目进行多方案比对，根据项目外观、功能、经济、结构要求、预制率、装配率等，确定构件标准化的方案。在最终选定的方案模型的基础上，根据项目实际情况，在BIM平台上完成设计PC构件的平面布置及三维布置。机电设备建立主要管道的模型，确定风管、水管、设备机房等平面布置及三维布置，提前发现二维空间难以发现的盲点和碰撞，解决各专业交圈问题，并建立相应标准化、工业化族库。

通过Revit MEP软件将相应的管线进行模型的初步建立，得到如图9所示的管线综合模型(户型左右镜像，仅对左侧户型和公区建模)，管线按系统分成8类，用不同颜色表达。在三维视图中对管线之间的碰撞以及管线与结构建筑专业的碰撞进行调整，得出合理的管线模型[3]。

3.3 管线工程量统计

在建模过程时，对各管线及其附件进行属性设定；在模型完成时，可利用BIM模型信息化的自动统计功能生成材料表，对各类管线进行详细统计分析，且材料表可以随着模型的变化自动更新，见表2，可得出管线分离比例为71.75%。

表2 管线分离比例计算表

3.4 管线分离措施对比

按当地政府装配式计算细则，管线分离比例71.75%，计算出的预制装配率为3.3%，同时也计算出其他装配式措施的预制装配率，见图10。结合各装配式措施的总造价和预制装配率进行经济性对比，计算各措施的单位分值造价，见图11。

从图中可以看出:

1)预制构件的单方造价较高，从2 689元到3 637元不等，当获得高预制率时相应造价也会增加，如预制叠合板和预制内隔墙。

2)由于项目定位为中高端，在装修单方造价相对预制构件并不高的情况，由于装修面积大，总造价并不低。

3)干式工法，即在卧室区域采用实木地板，所需造价较低，可获得不错的经济性。

4)管线分离由于设计的材料增量较少，仅增加部分胶合板吊顶且仅在走管线区域设置，两因素叠加，总造价最低，经济性最高。

3.5 管线分离工程做法

设备管线吊顶区域内敷设或明敷管线。本工程做法:

1)公共区域。吊顶区域管线明敷，竖向管线在墙体暗敷。2)户内：a.客厅、餐厅沿四周局部吊顶，玄关、厨房、卫生间全吊顶，管线在吊顶区域明敷；b.吊顶之外的横向管线在顶板或底板(结构板)暗敷，竖向管线在预制空心条板中暗敷(如图12～图15所示)。

4 结语

本项目为南宁市第一个装配式住宅建筑，对地方装配式事业有带动作用，由于装配式建筑方式为新型建造方式，装配式建造周期为5 d～7 d一层，但可以做到上下游工种交叉作业，为日后装配式项目奠定了经验，也成为了当地装配式示范项目。南宁市城乡建设委员会印发红头文件，将本项目编制的装配式建筑项目设计方案作为官方示例文本，供全市有关单位作为现阶段装配式项目设计方案的参考范本。

预制装配式建筑首先以工业化生产方式的系统性建造体系为基础，建筑结构体与建筑内部装修中全部或部分部品采用装配方式集成化的建筑方式。预制构件的生产以标准化的模数模板设计为前提，最大限度采用机械化操作取代大量人工作业，协同不同专业、不同工位作业环节、不同生产线之间的相互交叉配合，充分发挥工厂的自动化、规模化生产优势，提高生产加工精度、生产效率和能效，这种情况下建筑施工工期变得较短。装配式建筑符合建筑全寿命期的可持续发展的原则，这样的建筑特点对我国建筑的发展可产生积极的影响，因此采用新型建造方式也会逐渐成为必然。装配式建筑主要特征是标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修和信息化管理等几个方面，已克服了传统建造方式的不足，打破了设计、生产、施工、装修等环节各自为战的局限性，实现了建筑产业链上下游的高度协同,实现专业化协同目标。

而对于装配式管线分离措施：

1)装配式建筑所采用的技术措施应根据当地装配式建筑配套产业、当地市场接受程度等因素选择。

2)SI内装法对室内空间影响较大、市场接受程度低，但不应完全否定SI内装法。结合项目情况，采用对局部天花吊顶然后走管线的做法，可在对室内空间影响最小的条件下，取得较高的管线分离预制装配率。

3)在特定的市场情况下，采用管线分离技术措施的成本最低，经济性最好。相同的预制装配率放到主体结构、围护墙和内隔墙评分项中，成本会增加较多。

随着装配式建筑的增多，管线与结构分离作为性价比较高的技术措施，可作为装配式设计重要的选项来考虑。