BIM技术在机电装修工程深化设计中的应用研究

李燕粉 王文灏

(1.中铁十五局集团城市建设工程有限公司 河南洛阳 471000；2.郑州大学 河南郑州 450002)

1 工程简介

成都地铁6号线一、二期机电装修工程5标，包含人民北路站、梁家巷站、前锋路站、建设北路站的动力照明、通风空调(不含多联机)、给排水消防及装饰装修(不含艺术站公共区装修)、路引、站外牌及附属设施防火封堵等工作内容及相关附属工作，建筑面积105 870 m2。作为属地管理单位，模型需要集成由业主专业分包的各系统标及设备厂家(含设备基础、设备管线接入口、预留预埋)等相关专业内容。

项目实施难点:(1)地铁车站设备区面积相对于其它项目小，设备区管线众多，尤其是走廊内，综合管线排布非常困难；(2)各专业(通信、信号、多联机、站台门、BAS、FAS、气体灭火系统等)众多，且变更频繁。业主要求各专业的预留孔洞沟槽、各系统末端位置、天花及地砖排布、机房内各专业按钮布置等均需布置在模型上。由业主牵头、监理主持，所有进场施工单位一起进行模型审核，所有空间协调问题、进场施工顺序问题，都要提前解决布置好。模型审核不通过，各施工单位不能进场施工，而关门工期已定，施工单位压力巨大。

2 BIM技术深化设计目标及流程

2.1 深化设计目标

(1)综合管线合理布置，满足车站建筑净空高度，做到符规范、无碰撞、高净高且美观、省材料、好施工[1]。

(2)综合排布设备区、机房、站台层、站厅层机电各专业管线和末端，协调机电与土建、精装修专业的施工冲突。避免现场打乱仗，杜绝二次拆改损失，大幅度减少现场施工协调工作量。

(3)确定管线和预留洞、槽的精确定位，减少对结构施工的影响；优化装修和各种设施布置，打造精品工程。

2.2 BIM技术深化设计实施流程(见图1)

图1 BIM技术深化设计实施流程

3 准备工作及模型构建

3.1 准备工作

搜集建模依据，包含施工图纸及设计变更单、各系统标和设备厂家提资及其变更、业主要求、相关标准等；学习元件、系统原理，熟悉CAD图纸和业主的各项要求；电气图纸有强电、智能化、消防弱电、消防强电四种类型，应了解配电房、消控室的位置；熟悉桥架的型号、规格、连接方式，以便在项目建模阶段进行材质设定；给排水图纸含消防水、给排水、空调水系统，含集水井压力排水、卫生间污水废水、雨水、冷凝水、消火栓系统，应了解水泵房、消防水箱的位置，熟悉每个系统用的管道型号、材质、规格，在建模阶段能准确无误绘制；暖通图纸应了解各风机房的位置，空调系统应了解空调机房位置，风管通常有排烟、排风、送风、新风、回风等系统，各个系统风管选用的材质、规格都应该熟悉，在建模过程中应分别进行设置。

3.2 分专业模型搭建

将CAD图纸链接到BIM建模软件中，作为底图进行翻模，将2D图纸转化为三维立体图形。在绘制前，先对项目中涉及的各个系统、管道进行分类设置，包括管道的材质、系统缩写、布管配置，不同的系统设置不同的颜色，在模型中加以区分。通过建模来审图，发现并统计设计图纸错、漏、碰、缺问题，及时与专业工程师和专业设计确认解决。

4 管线综合深化设计

采用的基本方法为在原有设计基础上做到最大净高；管线翻弯越多，施工难度相对越大，需减少翻弯数量，降低施工难度、节约部分成本；必要时牺牲部分净高。当以上均不满足时，考虑管线管路从走廊内向两侧房间分流，在不改变截面面积的情况下改变风管高宽尺寸比，但需和设计协商确定[2]。

4.1 管线综合设计原则

(1)基本原则

大管优先、小管让大管；有压管让无压管；压力流管让重力流管；低压管让高压管；常温管让高温、低温管；可弯管线让不可弯管线、分支管线让主干管线；附件少的管线避让附件多的管线；电气管线避热避水，在热水管线、蒸气管线上方及水管的垂直下方不宜布置电气线路。预留管廊内柜机、风机盘管等设备的拆装空间；管廊内吊顶标高以上预留250 mm的装修空间；租赁线以外400 mm距离内尽可能不要布置管线，用作检修空间；各防火分区处，卷帘门上方预留管线通过的空间，如空间不足，选择绕行。充分参考业主已审核通过的项目模型资料，可以避免走不少弯路。

(2)其它避让原则

气体管道让水管；金属管让非金属管；一般管道让通风管；施工简单的避让施工难度大的；工程量小的让工程量大的；技术要求低的让技术要求高的；检修次数少、检修方便的让检修频繁、检修难度大的；非主要管线避让主要管线；临时管线避让永久管线；新建管线避让已建成管线。

4.2 站台层管综排布原则

(1)风管与桥架的位置:风管在靠近屏蔽门一侧，桥架在风管下方或者在风管另一侧。

(2)HF/PY风管的侧风口当无空间放置时，可与设计沟通后改为下风口。

(3)卫生间与屏蔽门之间的走廊，当净高不满足时，桥架移动至卫生间。

(4)屏蔽门安装需要的空间:风管支吊架下边缘至完成面3 500 mm以上，或者风管外边缘(保温厚度要计算在内，可以理解为保温外边缘)至轨顶风道＞400 mm。

(5)注意卫生间的排水管是否穿底梁(建设北路站有污水管穿底梁)。

(6)开关柜室在站台层时，桥架在站台层板下通过。

(7)公共区域SF和HF/PY及桥架、水管保证底平。

4.3 设备层管综排布原则

(1)当走廊调整不开时，部分风管可移动到扶梯上方的天花内，但是跨越扶梯上方时要安装防火阀。

(2)设备层层高很高，房间内风管不宜设置太高，但是在走廊内风管要走高位，进入房间后降到4 000 mm左右位置，方便接风口和保证送风效果。

(3)开关柜室在设备层时，管线走夹层。

4.4 站厅层管综排布原则

(1)公共区域送风SF和回风HF/排烟PY及桥架、水管保证底平，整齐美观。

(2)气瓶间上方夹层可以走管道。

(3)车控室不可被任何管线过路，进车控室的桥架，自防静电地板下方进入车控室。

(4)设备用房(专业通讯设备室、不间断电源UPS电池室)的风口、多联机室内机、气灭点位、灯具不能在设备上方。

(5)注意卫生间排水是否与下层管线或者梁体碰撞。

(6)开关柜室在站厅层时，电缆走高位桥架进入开关柜室。

4.5 注意事项

(1)设备走廊排烟PY、排风PF有下风口时，放置低位。

(2)民用通信桥架放置在最下层，因其最后施工。

(3)气灭不要走与其服务无关的房间和轨行区。气灭点位不允许在机柜正上方移动原则:气灭点位分上下喷，同一支管上下喷点位可以互换，假如房间内有4个上喷和4个下喷，下喷和下喷要在一条线上，上喷排布同下喷。喷头可以左右移动300～500 mm，喷头接的弯头至顶板最少250 mm。

(4)多联机位置正上方300 mm高不能有管线；多联机面板尺寸950×950 mm，多联机尺寸840×840 mm。多联机带内置泵，即冷凝水出室内机位置可上翻，但是排至离壁沟位置时还需要坡度。

(5)气灭弱电桥架进弱电井或弱电间(上、下层连通)、进气灭钢瓶间、进综合监控设备室(沿综合监控设备室从天花上下到地板下，再沿地板下到车控室主机)。

(6)气灭强电桥架进强电井或强电间(上、下层连通)、进气灭钢瓶间。

(7)每个防护区门口气灭模块箱进线桥架，在墙内暗埋至过道吊顶上后和气灭弱电桥架相连。

(8)结构片式消声器顶置。

(9)防静电地板自建筑完成面算起300 mm高，当建筑完成面150 mm时，防静电地板距结构面450 mm。

(10)通信机房风管下墙位置不要挡住通信机柜开门。机房有专用通信设备室、公安通信设备室、ups电源室。

(11)从动力桥架或者消防桥架接到配电箱的，需要引桥架通到配电箱上，桥架尺寸视具体的功率: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)气灭所有的三联盒，为保证门禁大小的放置，将距门边300 mm修改为400 mm，如有气灭盘，气灭模块箱及桥架也需随之整体移动100 mm。

(13)后期出图的时候所有气灭管道开孔统一为200×200 mm的方孔。

(14)设备层设备用房的下排风口，当满足距离最近障碍物大于800 mm时，不需要靠墙，直接引下后追加风口即可。

(15)无吊顶的区域风口吸附于风管。

(16)走廊侧送风口高度小于吊顶下净高1/2。

5 装修排砖及成果输出

5.1 装修排砖

协调装修专业、系统专业，在地面上排出设备基础和装修地砖，在天花上排出灯具、风口、多联机室内机等末端设施的位置，满足风口不能在设备正上方、末端居中布置、砖缝对齐等美学要求[3]。

5.2 成果输出

(1)根据深化设计成果，输出综合支吊架深化图纸、净高分析报告、结构洞预留图。

(2)BIM人员提供确定版综合管线平面图及横纵剖面图给支吊架厂家，支吊架厂家可根据管综布置，结合规范要求和承重部位，进一步设计制造支吊架，后期运至现场实现装配式施工[4]。

(3)通过模型提取明细表快速生成工程量清单，核定材料用量及采购计划，如防火阀的具体尺寸根据管综后的风管尺寸统计订购，尺寸正确、数量准确，实现成本预控[5]。

6 机电工程BIM应用的特点和意义

BIM技术的三维模型方式，通过计算机高速运算、软件技术、动画技术、信息处理技术等[6]的完美结合，实现BIM管线综合布置目的(见图2)，具有如下优势[7]:

图2 环控机房深化设计模型漫游

(1)直观性强。在建筑机电设备安装工程中，给排水、暖通、消防、强弱电、电缆桥架等系统繁多，各专业间碰撞多、各专业与建筑结构间碰撞多，安装的复杂性较大；不仅如此，还有暗装、暗敷、建筑与结构洞口预留[8]，以及安装时管道的综合排布和净高优化等，技术难度高。应用BIM技术后，三维模型立体直观，施工便利，施工准确程度大幅度提升。

(2)效率高。借助BIM技术，直接添加各个设备的参数和数据，简化整个设计环节和施工环节，让过去难以发现的结构错误、管线布局的失误快速地被发现，实现预制装配[9]，工作效率大幅度提高。

(3)施工协调性好[10]。可以解决在大型的公建项目多家专业分包单位进行施工的复杂协调问题，通过使用BIM模型模仿机电系统与设备组装工艺流程，使得管线及设备所需的安装空间、作业顺序得以合理安排，以确保其可实施性，让工地施工更流畅。

(4)方便获取工程量。调取明细表即可获得分专业、分区域的个性化工程量，一键出量，便于施工单位进行成本控制。

(5)服务运维。通过BIM模型，可实现资产配置管理。可事先了解可能产生维修空间的冲突问题，设定维修人员及机具工作空间，不然会造成维修不便。例如，成都地铁规定“所有风机下面不能有风管”，就是考虑风机故障率高，维修更换时不需要拆除下方的风管。