基于BIM 技术的管道支吊架设计与校核

何亚龙，马梦云*

（安徽晶宫绿建集团有限公司，安徽 合肥）

引言

当下，数据时代全面开启，信息技术与各行业之间的结合日益紧密。BIM 技术作为信息技术在建筑行业中集成应用的代表，其可视化、协调性、模拟性等特点，既是BIM 技术应用成果的一种展示，亦是BIM 技术数据分析能力的一种呈现[1]。BIM 技术的出现为机电安装工程精细化设计提供了基础。管道支吊架作为机电安装工程的分项工程，对管道系统的安全及运行意义重大，但在实际项目中却易被忽视[2-4]。同时，传统支吊架设计、加工及安装仅凭现场实测及安装工程师自身经验来进行，缺乏科学的数据分析作为支撑，后期存在较大安全风险[5-6]。

本文基于BIM 技术对管道支吊架设计与校核进行探索研究，详细说明在实际项目中工程人应当如何应用BIM 技术更加科学地布置管道支吊架，并对支吊架进行受力计算。通过BIM 技术的集成应用，提升项目整体机电安装工程安全性。

1 工程概况

本项目为安徽阜南农村商业银行股份有限公司总部金融大厦建设项目，项目规划总占地20 696.73 m2，总建筑面积28 176.54 m2。地下两层为停车库以及设备用房，地上一至三层为裙房，四至十九层为办公塔楼。项目机电工程众多，包含防排烟系统、空调系统、厨房排油烟系统、给水系统、雨污水系统、自喷系统、消火栓系统、消防水炮灭火系统、动力配电系统、照明系统、火灾报警系统、楼宇自控系统等。

案例项目机电系统繁多、管线错综复杂、施工安装难度较大，部分狭小空间区域需采用综合支吊架对管线进行安装固定。考虑到综合支吊架的专业性及安全性，利用BIM 技术对管道支吊架进行深化设计，以满足施工需求。

2 管道支吊架设计与校核

2.1 支吊架类型的确定

本项目管道系统众多，管道布置方式多样，管线走向较为复杂。根据现场实际情况及工程造价综合考虑，案例项目管道支吊架类型采用以下两种：

（1） 大空间区域因管道安装空间较大，采用独立支吊架对管线进行安装固定。

（2） 走道区域因空间限制，独立支吊架施工难度较大，按照综合管线的排布形式及走向，采用综合支吊架对管线进行安装固定。

2.2 辅助设计软件的选用

当下，市场上的BIM 辅助设计软件种类繁多，但对于管道支吊架深化设计模块的开发均起步较晚。大多数软件厂商开发的支吊架设计模块仅仅只按照管道排布的剖面进行支吊架样式确定，没有支吊架强度校核及验算的相关功能。通过软件功能之间横向与纵向的比较，笔者最终从众多软件中选用红瓦科技的建模大师（机电）作为辅助设计软件。

BIM 辅助设计软件的运用不仅提高了支吊架设计及布置的速度，也简化了管道支吊架的受力分析。安装工程师只需按照规范对管道及支吊架间距规格进行设置，繁琐的计算过程交由软件进行，设计效率得到极大提升。

2.3 支吊架设计

管综排布完成后，安装工程师根据规范要求及现场施工经验确定支吊架布置的位置。同时，通过Revit剖面功能对支吊架所布置位置进行剖切（如图1 所示）。随后利用建模大师（机电）的布置支吊架功能，对支吊架样式进行设计（如图2 所示）。此阶段需要根据经验确定支吊架钢材型号，以图1 所示剖面为例，支吊架吊杆及横担拟采用槽钢进行设计，槽钢规格此时可不做要求。

图1 Revit 管综剖面

图2 建模大师（机电）布置支吊架

2.4 支吊架验算校核

支吊架验算校核工作的主要内容是对组成支吊架的各个构件的自身材料强度及构件间连接强度进行受力分析，验证支吊架在项目实际使用中承重的安全性和可靠性。

2.4.1 支吊架荷载分析

以图2 所示的软件布置支吊架形式为例，首先需确定管线荷载的计算长度，可根据GB50243-2016《通风与空调工程施工质量验收规范》、GB50303-2015《建筑电气工程施工质量验收规范》、GB50261-2017《自动喷水灭火施工及验收规范》等验收规范中对管道支吊架间距的相关规定进行选取。本案例风管、桥架、水管为综合共用支吊架，因此按照最小的支吊架间距3 m来考虑，管线荷载计算长度为支吊架前后各1.5 m 进行计算。图3 所示为支吊架荷载分布，各管线荷载计算如表1 所示。

表1 管线荷载表

图3 支吊架荷载分布图

2.4.2 支吊架验算

利用建模大师（机电）软件中支吊架验算功能对支吊架进行强度验算：通过密度库提前设置管线材质密度；根据项目要求选用计算规范，设置管线计算长度，本项目选用GB50017-2017《钢结构设计标准》进行设计校核；上述要素设置完毕后，进行初次验算，如图4 所示；查看验算结果是否满足，若不满足，将对应的构件规格进行调整并再次验算；重复验算结果检查步骤，直至所有的核算项均满足为止，如图5 所示。

图4 支吊架初次验算结果

图5 支吊架验算满足

2.4.3 支吊架计算书

支吊架强度验算结果满足要求后，即可通过软件导出验算报告，如图6 所示。计算书中根据选定的设计规范对吊杆抗拉强度、横担抗弯抗剪强度、横担综合应力、焊缝强度以及螺栓强度等相关核算项的参数进行详细计算。安装工程师需根据规范要求，对每一项进行复核验算，以保证计算书的准确性。同时，可根据业主要求对计算书格式进行相应修改，以满足资料提交的相关要求。

图6 支吊架计算书

2.4.4 支吊架报表

在传统的管道支吊架安装工作中，安装工程师往往根据管线长度以及自身施工经验对支吊架下料进行估算，误差较大。利用BIM 技术对项目的支吊架进行设计，需要对所有的管道支吊架进行建模，由此可以利用软件对项目支吊架所需材料进行统计，并生成相应的报表。以本次进行设计校核的单个支吊架为例，利用建模大师（机电）导出支吊架报表功能，可对支吊架规格、钢材以及管卡进行统计，如图7 所示。基于BIM 模型的支吊架材料统计，为材料用量、材料进场时间及施工进度提供更为精细的管控依据。

图7 支吊架报表

3 结论

本文结合实际项目案例，对管道支吊架设计与校核展开研究，得出以下结论：

（1） 从经济性角度来看，基于BIM 的管道支吊架设计能对材料进行精确统计，可以更好地把控工程造价。

（2） 从安全性角度来看，传统支吊架设计多数以工程师自身经验为依据，支吊架强度及用量缺乏数据作为支撑。

基于BIM 技术进行管道支吊架设计校核，可借助软件按照规范要求对所需强度参数进行数据校核，让现场管道支吊架设计更加安全，布置更加合理。探索BIM 技术在管道支吊架设计及施工的落地应用，对改进传统的施工理念有重要的意义，值得广大学者深入研究。