基于BIM技術的裝配式建筑管線分離技術

董 毅

(廣州瀚華建筑設計有限公司，廣東 廣州 510655)

0 引言

國務院辦公廳2016年9月27日印發《關于大力發展裝配式建筑的指導意見》，明確以京津冀、長三角、珠三角三大城市群為重點推進地區，常住人口超過300萬的其他城市為積極推進地區，其余城市為鼓勵推進地區，因地制宜發展裝配式混凝土結構、鋼結構和現代木結構等裝配式建筑。力爭用10 a左右的時間，使裝配式建筑占新建建筑面積的比例達到30%。為了節約能源、減少施工污染、提升勞動生產效率和質量安全，國家對裝配式建筑行業的發展要求非常明確。隨著政府的強力推廣、構件技術的不斷成熟以及裝配式建筑管理水平的不斷提高，裝配式建筑在新建建筑中的比例會不斷提高。

裝配式建筑是指在異地建廠，將需要的構件廠內生產后搬運至現場進行組裝，將各部件拼接成一個整體。如預制結構裝配式建筑，就是在工廠內把重要部件都生產完成，然后運至現場吊裝拼裝。與原有的木模傳統體系相比，預制結構裝配式建筑精度高，現場施工誤差小，方便裝飾裝修和成套設備的安裝；但對大型構件的運輸，以及現場預制安裝技能都需要較高的要求。

住房和城鄉建設部發布GB/T 51129—2017裝配式建筑評價標準[1]。“管線分離技術”為獨立得分項，并且評價分值權重更大，達到6分(見圖1)，而包含了“管線分離技術”的“室內裝修集成技術”在舊標準中的評價分值僅為3分。可見管線分離技術研究對于裝配式建筑有重要的技術支撐，也是裝配式建筑的發展重點之一。

本研究以南寧住宅項目為例，對樓層中的電氣、給排水、暖通等機電專業管線進行建模和計算分析，進而提供一種適用范圍更廣、經濟性更好的裝配式建筑技術措施的思路，期望對裝配式建筑設計具有借鑒作用。

1 工程概況

項目位于廣西壯族自治區南寧市青秀區云景路北側、楓林路東側，總用地面積281 720.91 m2，總建筑面積101 151 m2，計容面積73 347.45 m2，其中地上建筑面積78 341.2 m2，地下建筑面積22 809.8 m2。項目塔樓總共4棟，全部采用裝配式建造方式，其中1棟、2棟、3棟33層，2層～33層實施裝配式建筑；5棟22層，2層～22層實施裝配式建筑；6棟23層，2層～23層實施裝配式建筑(見圖2)。

項目土地出讓相關文件中明確“采用裝配式建筑和BIM技術建設，在設計、施工和運維階段使用BIM技術，裝配率不低于30%”。

2 裝配式方案研究

根據前期對當地情況的調研，結合業主方的訴求，確定了幾個方面的設計原則：

1)鑒于設計之初當地無裝配式建筑的先例，盡量采用成熟可靠的技術；新工藝、新技術應通過嚴格試驗合格方可使用。

2)由于市場預期及政府對價格控制等原因，在選擇裝配式措施中，經濟性作為重要標準之一。

3)購房者對于裝配式建筑接受程度低，盡量選擇對業主影響較小的裝配式措施。

根據當地裝配式建筑細則和以上設計原則，采用的裝配式技術措施見表1。

表1 采用裝配式技術措施

選用的裝配式技術措施不采用承重豎向構件，采用部分成熟的水平構件，降低當地裝配式構件市場不成熟而產生結構問題的概率；僅采用部分預制內隔墻，避開衛生間等防水要求較高的區域，避免構件接縫漏水而產生糾紛。由于主體結構(占比50%)及圍護墻和內隔墻(占比20%)兩部分所采用的措施相對較少，BIM分析拆解圖見圖3～圖5，更多的評分值權重都落在裝配和設備管線(占比30%)甚至管線分離技術上。

最終確定的裝配式建筑設計方案：在主體結構采用現澆剪力墻的前提下，通過預制內外圍護構件、建筑部品構件、管線分離、鋁模、BIM信息化施工等綜合手段，實現超過30%的裝配率。該裝配式設計方案能在保證工程質量可靠的基礎上，最大化地減少開發商的造價成本，同時展現了裝配式建筑快捷、環保、節能的優勢。

3 管線分離技術分析

管線分離技術，即將設備管線與結構層、裝飾基層分離，使設備管線脫離被主體結構、裝飾剛性墊層基層掩蓋和填埋所導致的不可追溯、不可改造、不可檢視等狀態，使設備管線獨立存在，使住宅具備結構耐久性的同時，保證設備管線具有可追溯性、可檢視性、可更新性的優點。

按GB/T 51129—2017裝配式建筑評價標準要求，對于裸露于室內空間以及敷設在地面架空層、非承重墻體空腔和吊頂內的管線可認定為管線分離；而對于埋置在結構構件內部(不含橫穿)或敷設在濕式作業地面墊層內的管線應認定為管線未分離。

目前市場上主流的管線分離方式是基于SI內裝體系，在SI內裝系統中，管線可以在戶內的天花、地面、側墻(隔板內)脫開結構或墻體獨立敷設。脫開結構明敷管線，需增設天花吊頂、架空地板、填充墻板來遮蔽管線，以此保證使用性和美觀，見圖6～圖8，但是相應也會影響室內凈高(設置天花吊頂、架空地板時)及住宅實際使用面積(設置填充墻板時)。

SI內裝實現了主體結構與管線、內裝的分離，從根本上解決了管線的埋設問題。但由于SI做法會使房間有效使用面積縮小，同時整體凈高減小，而它本身的優點“管線維修方便和結構安全等”并不能獲得國內市場認可[2]。

考慮以上SI內裝做法的優缺點，本項目考慮局部采用SI做法，有選擇性地考慮SI做法，揚長避短，即發揮SI內裝法的優點，同時最大限度減少對有效面積和凈高的影響。

3.1 管線分離方案

為滿足該項目對管線分離比例的要求，提出天花內機電管線實施管線分離，裝修吊頂配合管線設計。各層機電管線從核心筒管道井接出，依次從電梯前室、入戶花園、客廳、臥室過道接入各功能房間，吊頂依照上述區域全部或部分設置天花吊頂。

3.2 BIM建模及管線分析

利用BIM技術進行建模，對項目進行多方案比對，根據項目外觀、功能、經濟、結構要求、預制率、裝配率等，確定構件標準化的方案。在最終選定的方案模型的基礎上，根據項目實際情況，在BIM平臺上完成設計PC構件的平面布置及三維布置。機電設備建立主要管道的模型，確定風管、水管、設備機房等平面布置及三維布置，提前發現二維空間難以發現的盲點和碰撞，解決各專業交圈問題，并建立相應標準化、工業化族庫。

通過Revit MEP軟件將相應的管線進行模型的初步建立，得到如圖9所示的管線綜合模型(戶型左右鏡像，僅對左側戶型和公區建模)，管線按系統分成8類，用不同顏色表達。在三維視圖中對管線之間的碰撞以及管線與結構建筑專業的碰撞進行調整，得出合理的管線模型[3]。

3.3 管線工程量統計

在建模過程時，對各管線及其附件進行屬性設定；在模型完成時，可利用BIM模型信息化的自動統計功能生成材料表，對各類管線進行詳細統計分析，且材料表可以隨著模型的變化自動更新，見表2，可得出管線分離比例為71.75%。

表2 管線分離比例計算表

3.4 管線分離措施對比

按當地政府裝配式計算細則，管線分離比例71.75%，計算出的預制裝配率為3.3%，同時也計算出其他裝配式措施的預制裝配率，見圖10。結合各裝配式措施的總造價和預制裝配率進行經濟性對比，計算各措施的單位分值造價，見圖11。

從圖中可以看出:

1)預制構件的單方造價較高，從2 689元到3 637元不等，當獲得高預制率時相應造價也會增加，如預制疊合板和預制內隔墻。

2)由于項目定位為中高端，在裝修單方造價相對預制構件并不高的情況，由于裝修面積大，總造價并不低。

3)干式工法，即在臥室區域采用實木地板，所需造價較低，可獲得不錯的經濟性。

4)管線分離由于設計的材料增量較少，僅增加部分膠合板吊頂且僅在走管線區域設置，兩因素疊加，總造價最低，經濟性最高。

3.5 管線分離工程做法

設備管線吊頂區域內敷設或明敷管線。本工程做法:

1)公共區域。吊頂區域管線明敷，豎向管線在墻體暗敷。2)戶內：a.客廳、餐廳沿四周局部吊頂，玄關、廚房、衛生間全吊頂，管線在吊頂區域明敷；b.吊頂之外的橫向管線在頂板或底板(結構板)暗敷，豎向管線在預制空心條板中暗敷(如圖12～圖15所示)。

4 結語

本項目為南寧市第一個裝配式住宅建筑，對地方裝配式事業有帶動作用，由于裝配式建筑方式為新型建造方式，裝配式建造周期為5 d～7 d一層，但可以做到上下游工種交叉作業，為日后裝配式項目奠定了經驗，也成為了當地裝配式示范項目。南寧市城鄉建設委員會印發紅頭文件，將本項目編制的裝配式建筑項目設計方案作為官方示例文本，供全市有關單位作為現階段裝配式項目設計方案的參考范本。

預制裝配式建筑首先以工業化生產方式的系統性建造體系為基礎，建筑結構體與建筑內部裝修中全部或部分部品采用裝配方式集成化的建筑方式。預制構件的生產以標準化的模數模板設計為前提，最大限度采用機械化操作取代大量人工作業，協同不同專業、不同工位作業環節、不同生產線之間的相互交叉配合，充分發揮工廠的自動化、規模化生產優勢，提高生產加工精度、生產效率和能效，這種情況下建筑施工工期變得較短。裝配式建筑符合建筑全壽命期的可持續發展的原則，這樣的建筑特點對我國建筑的發展可產生積極的影響，因此采用新型建造方式也會逐漸成為必然。裝配式建筑主要特征是標準化設計、工廠化生產、裝配化施工、一體化裝修和信息化管理等幾個方面，已克服了傳統建造方式的不足，打破了設計、生產、施工、裝修等環節各自為戰的局限性，實現了建筑產業鏈上下游的高度協同,實現專業化協同目標。

而對于裝配式管線分離措施：

1)裝配式建筑所采用的技術措施應根據當地裝配式建筑配套產業、當地市場接受程度等因素選擇。

2)SI內裝法對室內空間影響較大、市場接受程度低，但不應完全否定SI內裝法。結合項目情況，采用對局部天花吊頂然后走管線的做法，可在對室內空間影響最小的條件下，取得較高的管線分離預制裝配率。

3)在特定的市場情況下，采用管線分離技術措施的成本最低，經濟性最好。相同的預制裝配率放到主體結構、圍護墻和內隔墻評分項中，成本會增加較多。

隨著裝配式建筑的增多，管線與結構分離作為性價比較高的技術措施，可作為裝配式設計重要的選項來考慮。