基于 “DVLC”的地下车库机电管线综合布置技术

武永福

（山西二建集团有限公司，山西 太原 030013）

1 提出背景

晋建迎曦园住宅项目地下车库机电管线繁多，包含采暖、消防、给水、压力废水、强电、弱电、消防用电、通风、防排烟系统管线等。地下车库为机械车位车库，管线只能敷设在通道上方，需利用BIM技术对地下车库管线综合排布，以此来预控各专业管线、设备与建筑结构等之间的冲突，分析出管线安装后净空低于规范规定的部位，从而能够在施工前对影响净空高度的主要节点或区域进行管线排布位置、分支顺序、相互跨越细部的连接方式进行调整与优化，以此来避免施工中返工和质量不合格情况的发生。

2 地下车库管线施工难点

在进行前期施工方案敲定以及图纸研讨时，发现面临众多问题，其主要为本工程所涉及的系统多，各专业管线截面积大，占用空间多，仅能敷设在机械车位之外的通道上方，各个专业又涉及不同的分包方，对后期施工管理造成很大的不确定性，需要总承包单位进行统一规划；其次管线在二维图纸中仅为示意位置，所设计的位置反映到实际车库位置排布不适宜安装管线，存在大量管线碰撞、交叉的情况，高度要求高于其他常规项目，主通道需满足轻型车道高度2.95m。涉及机械车位的部位，净高达到4.0m左右，车位上方喷淋头需留有0.2m的安装空间。管线安装在主通道防火卷帘门上方，需提升管线预留卷帘门盒的安装空间。因此需要在前期就将施工过程中所涉及的管线碰撞、后期分包专业进场施工互相交叉等问题提前预控，经过项目部研讨，决定运用基于 “DVLC”的方法对地下车库管线进行综合排布。

3 DVLC管线综合布置的方法

3.1 布置流程

机电BIM深化小组熟悉各专业图纸→确定建模标准→策划主管线密集部位及最低点排布位置→结构信息复核→初步建模→碰撞检测→统计问题→问题复核→深化机电建模→二次统计问题及复核→出具管综施工图→出具机电各专业综合预留预埋及支吊架图→各方签字确认→现场施工。

3.2 实施步骤

3.2.1 管线综合布置原则

根据图纸，结合本工程专业管线布置情况和净空要求，管线布置的基本原则如下。

1）大管优先，小管避让；2）无压管优先，有压管避让；3）高压管优先，低压管避让；4）高温管优先，常温管避让；5）附件多的管线优先，附件少的管线避让；6）不可弯管线优先，可弯管线避让；7）分层布置管线，检修需求高的管线布置在下层。可将大口径管道、大截面风管等排布在车道两边；电缆桥架与风道平行设置，尽量不将其置于风道下方；8）电气管线避让热媒管道，在热媒管线上方及垂直下方不宜布置电气桥架或槽盒；9）空调供回水管道或热力管道系统为了避免检修不便和热伸缩等问题，尽量放在车库通道的一侧，避开通道的中间位置，并设置单独支吊架，防止伸缩应力对其他管线正常运行造成影响；10）管线按照系统和管径大小划分管线纵向空间排布单元，每个单元吊架的吊杆或支撑的横向跨度宜为2m左右，便于综合支吊架的设计和选型；11）管线最底层宜为同一标高，管线横向间隙能够均匀布置且能合理布置吊架的吊杆；12）风管排布时，排烟风管的吸风口要设置在储烟仓内，一旦发生火灾可以及时抽走烟雾；13）不同专业末端设备或点位之间距离按照是否可以移动来确定，将喷淋、感烟探测器、应急广播、应急照明灯、排烟和送风口划分为不可移动点位，将普通照明灯、装饰灯具等划分为可移动点位，排布时先定位不可移动的点位，再排布可移动的点位。

3.2.2 BIM管线综合排布关键点

1）首先根据二维图纸将机电管线进行综合排布，将管线碰撞的部位在遵照机电管线敷设原则的基础上进行管线的移位，同步规划好承重吊架和抗震支吊架生根部位，了解锚栓锚固方式和有效锚固深度，在主体施工阶段将合理选型后的支吊架生根用的预埋钢板安装在指定位置，既避免了后期采用后锚固生根无法完全避开钢筋，同时也可以保证承重能力。其次是对地库主通道管线密集处进行排布，控制其净高不低于3.4m。

2）为了增强综合管线排布的美观度，在不改变风管截面或通风风量设计值的前提下，改变风管宽高尺寸或形状，即将矩形风管变为等截面的扁平尺寸或圆形风管，并将做好的管线排布模型放入软件Tecplot 360中进行风量的仿真模拟，达到风量与设计值相匹配，既兼顾了实用性，又兼顾了美观性。

3）完成上述两步后，借助钢结构设计软件强大的计算能力，设计支吊架。按照管线布置方案，首先初步选择支吊架型钢，策划综合支架方案，根据管线综合模型创建支架三维模型，计算每处支架的总体荷载 （包括管道自重、满水水重、保温层重、保护层重等）；然后对支架进行受力分析，支架需要的承载能力极限状态以及正常使用极限状态，按荷载的基本组合或偶然组合计算荷载组合的效应设计值，实现综合支架的设计和排布。

同时校核支架型钢及焊缝强度，安全经济选择综合支架型钢；再将管线重量荷载逐一分配到各支架构件，汇总计算出各个锚栓的受力，结合螺栓的允许设计强度值选定所用锚栓的类型、规格和数量。支架生根所用的钢板和配套锚栓数量按照 《钢筋混凝土结构预埋件》 -16G362图集中拉弯受力情况选用。

上述内容完成后，还需要对整个综合管线在建筑结构不同生根点处进行结构的荷载验算，由于梁、柱子的承载力大于楼板承载力，因此可以将主干综合管线支吊架的生根点由楼板转设至柱子或者梁侧梁底，通过分析支架上的永久荷载、可变荷载、静荷载和动荷载等荷载总和，得出结构梁、板、柱支架生根部位是否符合承载力要求，

对钢型材支架进行焊接质量实测。在理论上满足结构要求后，加工支吊架样品做相应的承载力试验，模拟支架受力情况，对支架整体及结构的安全性能进行校核。

4）在完成上述三个步骤后，将所提供的方案交于设计院审定，审定通过后出具书面设计变更或核定单后进行施工。

4 前期优化内容

4.1 碰撞检测

对管线产生碰撞的位置进行深化设计，达到安全美观的效果。如图1、图2所示。

图1 优化前后对比图

图2 碰撞优化对比图

4.2 问题反馈

针对设计二维图纸虹吸雨水管道出户管标高进行复核，部分出户管存在穿梁或穿密闭剪力墙的问题，形成BIM审图问题汇总记录，如图3、图4所示。

图3 问题记录1

图4 问题记录2

4.3 二次砌筑预留洞

对二次穿墙管线进行优化，施工前确定管线预留洞位置，形成二次结构预留洞图纸并进行砌筑施工交底，在后期施工过程中实现精准预留，避免二次打凿开洞等造成的费用损失，如图5所示。

图5 预留洞图纸

4.4 狭小通道空间优化

对于进入楼座的狭小通道空间，结合使用功能和管线综合排布原则对管线位置优化，从而合理划分层次，图为进楼通道处管线排布完成图，如图6所示。

图6 通道1机电策划

5 现场实例

地下车库为机械车位车库，管线系统众多，特别是消防管道、防排烟风管、电气桥架等沿车道，造成了地下车库通道上方管线拥挤，为了要保证主通道的净高不少于3.4m，需要对地下车库管线进行综合排布，接下来将对几个特殊位置进行现场实例介绍。

1）为优化通道空间，将室外污水井移位，将污水管道、压力废水管道排于移位后的污水井，既做到了就近排污，又节省了空间，对其进行了优化。

2）消防通道风管原设计规格为800*400mm，为了保证消防通道净高3.4m，同时要保证风管通风量不变，将其规格变为1000*320mm，其底面抬高80mm，为其他系统管线节约了布置空间。

3）主桥架在分支处进行分支时，因为电气桥架排布紧密且其旁边与其他专业管线相距较近，需要对其进行斜桥处理，既要实现斜面上坡，还要考虑电缆的弯曲半径，而设计图纸大多为200*200桥架，部分桥架中所敷设电缆回路较多，且为矿物绝缘电缆，其与普通电缆相比材质较硬，不易弯曲，为方便敷设，在进行管线排布时，将桥架变更为300*200桥架，经过准确计算桥架异形配件尺寸，实现了该处有限空间中的桥架分支。同时将管线遮挡的灯具，安装在管线最下层的两列照明槽盒上，使照度达到要求。

4）保证储烟仓的设置满足设计要求，同时要满足管线排布的要求，还需使净高满足3.4m，多方配合，考虑挡烟垂壁、结构梁及隔墙等防烟分区的划分，满足烟气存储空间，并且保证火灾时烟气聚集在储烟仓，不向其他防火分区蔓延。

5）管线的排布还需要为日后管线的检修留有检修通道或上人孔，使人和设备能够通过检修通道或上人孔对管线检修，在管线综合排布时预留，方便日后维修，避免多层管线安装后，横向跨度大，中间上层管线无法方便检修。

6）主干管道如有阀组时，可以将管道排布为贴梁底安装，在梁与梁之间的空间安装阀组，特别是结构梁尺寸较大时，空间利用更有效。

7）设备机房：机房内设备多空间小，管线排布往往受限。在排布机房内的管线时，需和主通道进入机房的管线合理衔接，并结合机房内外布置情况调整管线，避免机房内管线排布无序或不能顺次与设备连接。

通过应用本管线优化技术，地下车库主通道最低点净高超过3.4m，轻型车可以顺畅通行，且停车位高度不低于设计要求的2.95m，切实满足了业主要求。

6 无梁楼盖结构中应用关键点

本技术应用的两个地下车库均为传统结构，现阶段无梁空心楼板结构应用逐渐增多，其与传统的钢筋混凝土楼板相比其有诸多优势，施工速度快，有空间开阔、大平板、隔声效果显著，自重轻、增加层高净空高度等优点，但空心楼板由于其自身的结构特点，结构安全冗余度小，容错能力较差，承载能力小，对超越荷载较敏感。

因此相较于传统结构，柱距间的机电管线支架安装须结合其混凝土结构的承载能力，合理划分通道横向管线综合单元，优先将梁柱做为生根部位，梁柱跨距中间部位选择多个暗梁做为生根点，减少集中荷载，在结构施工时将生根钢板预埋在混凝土结构中，防止结构施工后难以定位箱体之间的暗梁做为生根点。

无梁空心楼板支吊架生根点确定后，同样需要结构设计师复核荷载是否在安全范围内，如管线重量超过结构安全承载范围，应调整路由将管线移位或分散布置。同时还可以在管线路由最优的情况下，加强结构梁柱及暗梁的承载能力。结构加强可以通过增加柱帽平面尺寸和厚度，在空心箱体上下增设钢筋网片，并加大暗梁截面，提高结构的安全性和承重能力。在支架生根点提前预埋钢板，特别的对于大跨距支架，必须将支架生根点设置在柱子上，确保支架的承载力符合要求。

7 结语

现如今EPC项目增多， “DVLC”的步骤也可以应用在项目设计初期的技术规划，对其机电管线进行前期综合排布，避免了因各专业设计不协调产生的“返工”等问题，缩短优化设计周期，提升建筑空间利用率。在施工阶段对比工程实况与实时施工模型，以动态管理的方式辅助施工，达到一次成优的同时，也实现了节能减排，最大程度的实现 “四节一环保”低碳化建造，在保证建筑安全性能的同时，使建筑的使用功能达到最优；在造价方面，管综排布之后，其净高增加，通过对节省空间进行测算，利用BIM方案结合造价信息手段，可经济选型投资收益最大的结构体系方案，达到既节约成本又安全美观的效果。

考虑到水管外壁、空调水管、空调风管保温层的厚度。电气桥架、水管，外壁距离墙壁的距离，最小有100mm的距离，直管段风管距墙距离最小150mm，沿构造墙需要90度拐弯风道及有消声器、较大阀部件等区域，根据实际情况确定距墙柱距离，管线布置时考虑无压管道的坡度。