基于BIM技術的配電房創優施工應用

楊毅鷗，陳 潔，蔡 達，李雅倩

（武漢建工集團股份有限公司，武漢 430023）

0 引言

隨著大型公共建筑項目的日益增多，機電安裝系統的逐步升級和完善，系統用電回路及負荷也在逐步加大，配電房及電線電纜的數量也在增加。由于甲方對公共區域價值的無限追求，在設計配電房及電井的空間時，往往無底線的進行壓縮和限制，必然導致機房空間的狹小和擁擠，電纜溝的設計往往也是傳統的尺寸，如果前期沒有進行精細的計算和策劃，進出配電房的梯架及槽盒經常出現超容量的情況，而且電纜溝的電纜很容易出現扎堆、拖地、排布凌亂等情況，嚴重影響了施工質量及觀感，對后期維保和檢修也是造成很大的困難，而且存在一定的安全隱患。如何優化配電房的電氣線路及施工工藝等，便成為各大施工企業的一大技術難題，各大行業標桿企業也在配電房及電纜施工中引進了不少的新技術和新工藝，業產生了不少的技術創新成果。

BIM技術在建筑設計及施工策劃方案中的應用已經逐步成熟，對機電管線的綜合布局、碰撞檢查、方案漫游演示、支吊架設計、預制裝配式安裝等方面都取得了不少的成績。但在建筑電氣中常常只能策劃和展示電線電纜槽盒的模型，對電纜的路由及敷設情況極少提及和展示。導致對電纜敷設的路由和長度的策劃指導意義不足[1]。

針對BIM技術在配電房施工策劃方面的不足，采取了一系列的BIM精細化策劃方案，解決配電房施工質量問題。

1 配電房精細化電纜路由BIM模型

根據配電房BIM策劃需求，通過新建電纜及電纜溝支架模型族庫或采用其他BIM插件完成了配電房電纜的敷設BIM模擬（圖1），根據現場情況進行測量，如實繪制電纜溝支架及電纜敷設情況，實現了配電房精細化策劃的核心功能問題。解決了如下問題。

圖1 配電房BIM精細化模型

（1）槽盒及電纜路由不合理

由于大型公共建筑項目的負荷較大，電纜型號及數量都非常龐大，設計師在滿足設計規范的情況下容易忽視電纜的彎曲半徑及槽盒的容量及路由問題，部分策劃不足的項目很容易導致槽盒滿載，甚至槽盒蓋板都無法裝上、電纜溝內電纜交錯雜亂、拖地、給后期維保和檢修帶來很大的麻煩。

通過精細化的BIM模型可以提前發現電纜敷設中的問題，如槽盒內電纜滿載，電纜溝支架超負荷導致擁擠雜亂等，然后優化電纜路由問題，在不改變電纜總體長度的情況下，讓電纜從配電房電纜溝的兩端分別進入電纜溝，讓電纜溝內的電纜均勻且有層次，即方便施工也方便檢修，避免了一端過于密集，一端又過于稀少的局面[2]。

（2）槽盒及梯架內電纜容量超標

根據槽盒及電纜敷設的相關技術規程，槽盒及梯架內的電纜填充率不能超過50%，但施工現場很容易出現滿載的情況，甚至需要用槽盒當蓋板反扣才能裝下，如果前期能進行槽盒及梯架的填充率計算或BIM三維仿真，根據電纜的實際外徑尺寸，在槽盒及梯架內進行模擬排布，就可以解決超容量的問題（圖2）。

圖2 槽盒及梯架內電纜填充率BIM模擬

運用BIM軟件進行槽盒及梯架內的電纜敷設模擬，以檢查電纜填充率，BIM模擬應無限接近施工實際情況，由于電纜的彎曲問題，導致電纜與電纜之間不可避免的留有有空隙，且應遵循大電纜在下，小電纜在上的原則，均勻敷設，且電纜分層不易超過兩層。電纜敷設過密容易導致電纜使用過程中的散熱問題，容易導致安全隱患，增大風險。

當槽盒及梯架內的電纜容量確實超標后，可以及時跟建設方聯系，要求設計方調整方案，改用大型號的槽盒及梯架，或增加槽盒梯架數量。保證工程設計滿足規范要求，便于規范化施工和保證工程質量。提前發現問題，提前完成優化方案調整，可以有效地避免不必要的拆改和整改造成的工期及費用的浪費。也是工程創優策劃的基本要求。

（3）電纜損耗問題

未經過精細策劃的配電房施工管理無法準確計算電纜的精細路由，直接導致電纜用量的計算誤差及計算錯誤不在可控范圍，而且配電房電纜的型號較大，單價也是最貴的，損失也是巨大的[3]。反之，如果計算電纜的用量過于保守，電纜長度比實際用量短，造成施工中斷，而且還需要進行二次補貨、更換電纜、或做電纜接頭等，必然造成更大的工期浪費及材料浪費，而且大型號電纜做電纜接頭必然會增加電纜高負荷運行的風險。

配電房采用精細化的BIM建模，精準的模擬所有型號電纜的路徑，加上部分預留量和波形系數。可以將電纜的用量及損耗控制在非常精準的范圍，精細化的電纜BIM策劃管理，必然贏來電纜成本的精準控制。是項目成本控制和盈利的有利保障。

2 配電房精細化電纜溝BIM方案

（1）電纜溝支架設置及電纜排布問題

傳統的電纜敷設方式按系統圖及平面圖的電纜序號依次敷設，或根據現場的電纜情況就近敷設。很容易導致梯架及槽盒、電纜溝內的電纜排序隨意，由于電纜大小不同彎曲半徑也不一樣，最終形成電纜溝內電纜型號混亂，錯綜復雜，嚴重影響施工質量及檢修問題，整體觀感也差[4]。

根據規范及圖集要求，結合電纜溝內電纜的數量及型號情況，制作清單，并規劃電纜溝內的支架排布，進行BIM三維模擬，要求排布清晰，施工合規，方便檢修。根據電纜溝支架及電纜排布方案優化，針對電纜量較大的情況，最優選擇雙邊支架，交錯排布的方案，最大限度的方便于施工人員和檢修人員行走，電纜在電纜溝支架上的排布也必須遵循大電纜在最底層，中間型號電纜在中間層，小型號電纜在最上層支架的先后順序原則，即方便施工，也方便檢修，如圖3所示，層次分明。

圖3 電纜溝支架及電纜BIM模型/CAD策劃

（2）電纜溝弧形陽角創優設計

傳統的設計及施工方法都是采用條形電纜溝及直角彎，這種設計不利于數量龐大電纜的拐彎及固定，加上大直徑電纜的彎曲半徑非常大，在狹小的電纜溝內無法實現其彎曲半徑，如圖4（a）所示，大型號電纜根據彎曲半徑，很容易占滿整個彎曲的直角支架位置和平層空間，要全部排滿，必然導致電纜折損或排布凌亂。給工程施工質量和安全帶來不利因素，而且觀感也非常不好。因彎曲半徑不合理和排布凌亂同時還會導致后期運維的各種困難和隱患[5]。

針對此問題，優化了電纜溝形式，選擇了弧形電纜溝陽角方式。根據最大電纜型號的彎曲半徑要求，無法敷設其他電纜；如圖4（b）所示根據電纜的大小型號，選擇電纜型號中規格較大，且數量較多的電纜型號，根據其彎曲半徑來確定電纜溝結構陽角的消減的半徑，保證所有電纜都能滿足彎曲半徑的要求；按CAD設計調整電纜溝陽角為弧形陽角，并調整支架的位置；按照大電纜型號在外側，小型號電纜在內側的原則，最大限度地節省空間，在較小的消減范圍內排布下所有電纜[6]。

圖4 電纜溝弧形陽角設計

采用此方案，優化了電纜溝結構形式，只是對電纜溝陽角做了輕微調整，不影響電纜溝結構受力情況，但成功解決了電纜溝陽角對電纜彎曲半徑的影響，讓全部電纜能夠在合規的彎曲半徑內通過支架寬度僅為300～400 mm寬的電纜溝拐彎點，電纜排布更加清晰、自然。便于后期調試、檢修，節省了后期維護成本和風險。

每一個拐彎處都節省了電纜的長度，避免了電纜的小角度折損，避免了電纜因彎曲半徑不同導致的電纜相互覆蓋和疊壓等情況，能提高電纜敷設效率和質量，減少電纜損傷，大大減小了電纜的折損的風險隱患，在提高施工效率和施工質量的同時還節省了電纜的采購成本。在配電房電纜溝內的應用價值非常顯著，得到甲方及設計、監理的高度認可，具有很大的推廣應用價值。

3 結束語

配電房及電氣間、空調機房、消防泵房等機房是機電安裝系統的核心區域，管線復雜，電纜型號及數量較大，設備密集，能源復核大、工程造價高，也是機電系統長期平穩運行的保障。

精細化的BIM策劃，能有效優化槽盒及電纜進入配電房的路由，防止路線單一，槽盒及梯架內電纜超載影響施工質量，甚至留下安全隱患[7]。同時，電纜溝的施工策劃也是至關重要的環節，理順電纜溝內的電纜數量及分布情況，提前進行BIM建模及CAD剖面交底，能有效優化電纜在溝內的均勻敷設，避免粗細混亂，交錯盤繞的場面，即利于施工，也利于后期的檢修及運維。

在工期和工程造價方面，精細的BIM策劃，既能節省工期，避免方案問題導致施工進度問題，也能避免不必要的拆改。同時還能精準地控制電線電纜用量，最大限度的節約成本，避免浪費，創造利潤和價值。

經過精細BIM策劃的配電房工程必然誕生精品的作品，為工程創優打下扎實的基礎。同時也能提升建筑施工企業的信譽和口碑。起到模范帶頭作用，引領和促進建筑行業向著更加精細化、綠色、節能、低碳、環保的方向發展[8]。