基于BIM技术的机电综合管线平衡布置

基于BIM技术的机电综合管线平衡布置
摘要：目前大型公共建筑工程机电专业设备系统施工过程中，普遍存在设计缺
陷以及多专业协调沟通困难等问题。

利用传统的二位CAD技术进行深化设计已经
难以满足日益复杂的机电系统，基于BIM技术的机电综合管线平衡布置应用于多
专业管线综合深化设计则能很好地解决这一困扰传统机电施工协调难的难题，形
成一套行之有效的管线综合深化和施工技术。

关键词：机电安装；BIM技术；机电深化设计；管线综合平衡布置
随着我国经济的快速发展和人民生活水平的提高，一座座高楼大厦不断拔地
而起，如上海中心，天津117，深圳平安中心，武汉绿地中心等超高层大型公共
建筑的出现，机电系统设计越来越复杂，设计的专业越来越多，给现在的施工技
术以及深化设计技术提出了新的要求。

建筑工程施工也发展成一项非常复杂精密
的技术，而体现其功能性的设备管线施工，更是其中一项需要综合协调精密组织
的工作。

传统的基于CAD的二维深化设计和管线综合平衡布置技术已经无法满足
超高层机电施工技术的要求，给传统施工技术提出了新的考验。

随着BIM技术的
出现，基于BIM技术的机电综合深化设计和三维机电综合管线平衡布置技术完美
的解决传统机电施工过程中遇到的各种难题。

BIM全称是Building Information Modeling，即建筑信息模型，建筑信息模型
是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立。

它具有可视化，协调性，模拟性，优化性和可出图性五大特点。

在超高层机电工
程深化设计和施工过程中，以上五大特点给现场的施工与管理带来非常大的帮助，能协助施工单位快速解决深化设计和管线综合平衡布置的难题。

笔者以某市的大
型公建工程的机电总包施工为例，分析BIM技术在超高层大型公建项目中的深化
设计、BIM模型的多专业协调，优化施工方案等方面的优势，总结出一套行之有
效的综合施工技术。

1、技术方法的简述
基于BIM技术的三维管线综合平衡布置施工技术，是以AUTODESK公司的Revit软件为基础，结合Magicad、Navisworks以及广联达支吊架软件等一系列
BIM技术应用配套软件，对建筑、结构BIM模型进行复核，建立机电各专业包括
设备在内的完整准确的BIM模型。

利用BIM技术的可视化、可协调性、优化性对综合模型进行调整以及优化，实现施工全过程的可视化管理；利用BIM技术的模
拟性对BIM综合模型进行施工模型，将在施工过程中才能遇到的各类问题提前发现，并采用针对性的技术方案进行提前解决，消除施工过程中不确定因素的影响；利用BIM技术的可出图性，将经过碰撞模拟以及管线综合平衡布置后的BIM模型以施工图的形式将BIM信息完整准确的传递给现场施工人员，严格按照图纸施工，结合传统施工技术，加强施工过程的预控能力，并有效指导施工以实现可见即所
得的施工信息传递。

2、工程实际应用
2.1 工程概况
笔者所在的项目为某市的大型公建项目，该工程机电专业系统包括通风与空调、租户冷却水、给排水、消防系统、燃油和燃气锅炉热水系统、电气等系统，
其中酒店部分空调水为四管制系统，办公区空调为两管制系统，各专业管线布置
密集且建筑结构条件比较复杂，施工难度较大。

2.2 深化设计、管线综合存在的问题分析
由于该工程采用土建总包和机电总包分开单独招标的模式，机电总包招标时
塔楼已经接近封顶，留给机电总包施工的工期非常短，酒店部分一次机电施工工
期为5个月，办公部分一次机电施工工期为6个月就要达到满足精装修单位进场
进行大面积精装施工的条件，留给机电单位的工期非常短。

（1）建筑结构模型的复核与搭建
由于业主功能的变更调整，建筑和结构经过多次设计变更，导致土建总包单
位无法提供准确的结构BIM模型，需要由机电总包单位自己根据现场实际施工情
况自己搭建BIM结构模型。

机电总包单位进入后，第一时间组织2个现场测量团
队分区对现场即将封顶的结构进行精确测量，消除现场施工与图纸的误差，再根
据测量后图纸进行结构BIM模型建模，确保搭建的结构BIM模型与现场实际竣工模型一致，保证后期机电综合管线与结构的协调准确性。

（2）进行机电系统深化设计，完善机电系统使用功能
业主在招标时提供的图纸仅供投标报价用，不能作为现场施工的依据，很多
设备机房的系统图和大样图都未设计完成，机电总包单位需要根据招标图和业主
的实际使用需求进行机电二次深化设计，完善机电系统功能，得到业主设计部的
审核确认后，才能进行机电BIM建模。

本来工期就很紧张，而且机电图纸还不全，还需要进行二次深化射界，导致机电总包施工单位的深化设计和施工的压力非常大，
（3）机电管线综合与问题分析
在对现场结构进行测量过程中发现土建结构在施工过程中，按照原设计院提
供的留洞图进行预留与预埋。

而原设计的预留洞图是没有经过管线综合平衡布置
后而得到的综合预留洞图，只是单专业之间简单协调后的预留预埋图，而且施工
过程中设计变更较多，很多预留预埋图没有及时修改，导致现场很多本该预留的
空调洞没有预留，尤其是核心筒板墙上的风管留洞图和穿楼板的风管、水管预留
洞遗漏的非常多。

给后期的机电综合管线排布留下非常大的困难。

业主对该工程的使用功能多次进行调整，而且精装修设计方案确定滞后，提
出很多不合理的要求，为了提高精装设计效果，将吊顶标高抬得非常高。

为了提
高标准层的装修净高，将很多在标准层布置的环管都移到设备层，导致设备层的
管道非常多，有的甚至达到了四层，严重压低了设备层及避难区的净高。

2.3 基于BIM技术的多专业综合管线平衡布置及协调
（1）将现场测量的结构问题全部准确反馈到结构BIM模型中
本工程采用核心筒加外框架钢结构的结构形式，钢结构梁上是绝对不允许采
用焊接以及后期开孔的情况出现。

深化设计和BIM团队根据现场结构测量的真实
结果，每一个问题都认真、准确反馈到结构模型中去，包括图纸中没有体现的钢
结构斜撑以及钢结构原来的预留洞，并在机电综合管线建模时特别留意和关注。

（2）利用Magicad软件的计算功能对机电系统管道进行优化和深化设计
在建模之前，仔细研究分析原设计方案和原设计的设计参数，BIM团队利用
专业机电二次深化设计单位的专业能力和优势，以及BIM软件的优化功能，将设
计参数与逐一输入到软件中去，通过Magicad软件的专业计算功能以及既定设备
的产品性能曲线，对系统的阻力，压力、流速、噪声等进行复核和优化，在设计
规范允许的条件下，优化原设备的参数选型，优化风系统和水系统的管道尺寸，
发现原设计参数放大系数比较大，导致风管和水管的尺寸很大，浪费很多用的空
间。

经过专业机电深化设计师和BIM软件的双重参数复核情况下，减小了风管和
水管的尺寸，以满足精装修的标高要求和末端设备与精装效果的协调统一。

（3）基于BIM技术可视化和模拟性解决办公区的管线综合平衡布置
该工程为高档办公和星级酒店，对精装修的风格要求很高，所有的机电末端设备布置都
要配合精装修的风格来进行。

这样给机电综合管线的排布提出了非常高的要求，而且业主为
了提高办公区的档次，设计了专门给网络公司，银行、云端等科技公司的大型服务器冷却用
的租户冷却水系统和闭式冷却塔。

这给本来就紧张的机电布置空间提出更高的要求。

排风风
口也不允许采用传统的方形板式排烟口，需要采用配合吊顶装修风格的条形排烟口，在保证
排烟口排烟使用面积的情况和改变风口的形式，调整排烟阀的安装位置。

这给本来就紧张的
公共走道增加了更大的净高压力。

在revit软件中专门建立条形风口的族，并将排烟阀的产品性能曲线输入到族中，利用magicad的模拟性能来模拟排烟口真实排烟性能。

最终让BIM团
队在满足排烟量的情况下合理布置排烟口的位置和风管在走到内的布置位置，得到了业主和
精装修设计师的认可。

图2、走道碰撞调整后
图3、走道碰撞调整前的净高分析图4、走道碰撞调整后的净高分析
（4）利用BIM技术可视化、优化和协调性解决设备层管线综合布置
业主为了确保酒店区楼层的净高，要求将原设计布置于标准层的消火栓环管，喷淋环管，给水环管都移到设备层，导致设备的环管非常多，不得不分层布置，最终导致设备层走道的
管道分四层布置。

通过BIM技术的可视化，可协调性和优化性，经过多方案布置和多剖面讨
论分析，按照保温管道在上，不保温管道在下；小口径管路应尽量支撑在大口径管路上方或
吊挂在大管路下面；不经常检修的管路排列在上，检修频繁的管路排列在下。

最终排布完成
设备层的复杂管线布置，并确保拥有足够的检修维护空间和避难层疏散通道净高要求。

（5）利用BIM技术解决机电综合管线平衡布置与建筑结构之间的碰撞问题
在该工程的BIM管线综合平衡布置实施过程中，还遇到了机电综合管线与建筑隔墙构造
柱和圈梁的碰撞问题以及与防火门高度的设置问题。

在原建筑图纸中并未体现建筑隔墙中间
构造柱和圈梁的位置，导致机电综合管线布置完成后，到现场进行图纸施工交底时发现，风
管穿房间隔墙的后砌墙的位置正好是隔墙构造柱的位置，BIM团队发现问题后立即与建筑施
工单位的技术人员沟通与协调，将建筑后砌墙构造柱和圈梁的位置准确落实到BIM结构模型中，在满足结构安全的前提下，采用移动构造柱或者移管线的方式相互协调，解决机电综合
管线与建筑构造之间的碰撞问题。

BIM团队在进行BIM三维漫游和防火门模拟开启时，发现防火门与疏散走道内的综合管
线碰撞。

经过分析发现原建筑设计师在设计设备层建筑防火门时未考虑到设备层的管线综合
布置以后净高只有2.2米，仍按常规的2.8米高的防火门设置，导致防火门安装后无法向疏
散方向开启。

及时发现防火门的高度问题，及时调整建筑防火门的设计高度，从而避免了防
火门尺寸错误购买的风险。

3、发展前景及优势
在本大型公建项目中应用基于BIM技术机电综合管线布置技术，与传统二维深化设计与
管线综合平衡布置方法相比，具有简单易行、可操作性强、准确率高等特点与优势，保证了
本工程的施工进度、施工质量和设计作品的可靠体现，为同类工程的机电管线综合深化设计
和施工起到良好的借鉴作用。