基于BIM 技術的管道支吊架設計與校核

何亞龍，馬夢云*

（安徽晶宮綠建集團有限公司，安徽 合肥）

引言

當下，數據時代全面開啟，信息技術與各行業之間的結合日益緊密。BIM 技術作為信息技術在建筑行業中集成應用的代表，其可視化、協調性、模擬性等特點，既是BIM 技術應用成果的一種展示，亦是BIM 技術數據分析能力的一種呈現[1]。BIM 技術的出現為機電安裝工程精細化設計提供了基礎。管道支吊架作為機電安裝工程的分項工程，對管道系統的安全及運行意義重大，但在實際項目中卻易被忽視[2-4]。同時，傳統支吊架設計、加工及安裝僅憑現場實測及安裝工程師自身經驗來進行，缺乏科學的數據分析作為支撐，后期存在較大安全風險[5-6]。

本文基于BIM 技術對管道支吊架設計與校核進行探索研究，詳細說明在實際項目中工程人應當如何應用BIM 技術更加科學地布置管道支吊架，并對支吊架進行受力計算。通過BIM 技術的集成應用，提升項目整體機電安裝工程安全性。

1 工程概況

本項目為安徽阜南農村商業銀行股份有限公司總部金融大廈建設項目，項目規劃總占地20 696.73 m2，總建筑面積28 176.54 m2。地下兩層為停車庫以及設備用房，地上一至三層為裙房，四至十九層為辦公塔樓。項目機電工程眾多，包含防排煙系統、空調系統、廚房排油煙系統、給水系統、雨污水系統、自噴系統、消火栓系統、消防水炮滅火系統、動力配電系統、照明系統、火災報警系統、樓宇自控系統等。

案例項目機電系統繁多、管線錯綜復雜、施工安裝難度較大，部分狹小空間區域需采用綜合支吊架對管線進行安裝固定。考慮到綜合支吊架的專業性及安全性，利用BIM 技術對管道支吊架進行深化設計，以滿足施工需求。

2 管道支吊架設計與校核

2.1 支吊架類型的確定

本項目管道系統眾多，管道布置方式多樣，管線走向較為復雜。根據現場實際情況及工程造價綜合考慮，案例項目管道支吊架類型采用以下兩種：

（1） 大空間區域因管道安裝空間較大，采用獨立支吊架對管線進行安裝固定。

（2） 走道區域因空間限制，獨立支吊架施工難度較大，按照綜合管線的排布形式及走向，采用綜合支吊架對管線進行安裝固定。

2.2 輔助設計軟件的選用

當下，市場上的BIM 輔助設計軟件種類繁多，但對于管道支吊架深化設計模塊的開發均起步較晚。大多數軟件廠商開發的支吊架設計模塊僅僅只按照管道排布的剖面進行支吊架樣式確定，沒有支吊架強度校核及驗算的相關功能。通過軟件功能之間橫向與縱向的比較，筆者最終從眾多軟件中選用紅瓦科技的建模大師（機電）作為輔助設計軟件。

BIM 輔助設計軟件的運用不僅提高了支吊架設計及布置的速度，也簡化了管道支吊架的受力分析。安裝工程師只需按照規范對管道及支吊架間距規格進行設置，繁瑣的計算過程交由軟件進行，設計效率得到極大提升。

2.3 支吊架設計

管綜排布完成后，安裝工程師根據規范要求及現場施工經驗確定支吊架布置的位置。同時，通過Revit剖面功能對支吊架所布置位置進行剖切（如圖1 所示）。隨后利用建模大師（機電）的布置支吊架功能，對支吊架樣式進行設計（如圖2 所示）。此階段需要根據經驗確定支吊架鋼材型號，以圖1 所示剖面為例，支吊架吊桿及橫擔擬采用槽鋼進行設計，槽鋼規格此時可不做要求。

圖1 Revit 管綜剖面

圖2 建模大師（機電）布置支吊架

2.4 支吊架驗算校核

支吊架驗算校核工作的主要內容是對組成支吊架的各個構件的自身材料強度及構件間連接強度進行受力分析，驗證支吊架在項目實際使用中承重的安全性和可靠性。

2.4.1 支吊架荷載分析

以圖2 所示的軟件布置支吊架形式為例，首先需確定管線荷載的計算長度，可根據GB50243-2016《通風與空調工程施工質量驗收規范》、GB50303-2015《建筑電氣工程施工質量驗收規范》、GB50261-2017《自動噴水滅火施工及驗收規范》等驗收規范中對管道支吊架間距的相關規定進行選取。本案例風管、橋架、水管為綜合共用支吊架，因此按照最小的支吊架間距3 m來考慮，管線荷載計算長度為支吊架前后各1.5 m 進行計算。圖3 所示為支吊架荷載分布，各管線荷載計算如表1 所示。

表1 管線荷載表

圖3 支吊架荷載分布圖

2.4.2 支吊架驗算

利用建模大師（機電）軟件中支吊架驗算功能對支吊架進行強度驗算：通過密度庫提前設置管線材質密度；根據項目要求選用計算規范，設置管線計算長度，本項目選用GB50017-2017《鋼結構設計標準》進行設計校核；上述要素設置完畢后，進行初次驗算，如圖4 所示；查看驗算結果是否滿足，若不滿足，將對應的構件規格進行調整并再次驗算；重復驗算結果檢查步驟，直至所有的核算項均滿足為止，如圖5 所示。

圖4 支吊架初次驗算結果

圖5 支吊架驗算滿足

2.4.3 支吊架計算書

支吊架強度驗算結果滿足要求后，即可通過軟件導出驗算報告，如圖6 所示。計算書中根據選定的設計規范對吊桿抗拉強度、橫擔抗彎抗剪強度、橫擔綜合應力、焊縫強度以及螺栓強度等相關核算項的參數進行詳細計算。安裝工程師需根據規范要求，對每一項進行復核驗算，以保證計算書的準確性。同時，可根據業主要求對計算書格式進行相應修改，以滿足資料提交的相關要求。

圖6 支吊架計算書

2.4.4 支吊架報表

在傳統的管道支吊架安裝工作中，安裝工程師往往根據管線長度以及自身施工經驗對支吊架下料進行估算，誤差較大。利用BIM 技術對項目的支吊架進行設計，需要對所有的管道支吊架進行建模，由此可以利用軟件對項目支吊架所需材料進行統計，并生成相應的報表。以本次進行設計校核的單個支吊架為例，利用建模大師（機電）導出支吊架報表功能，可對支吊架規格、鋼材以及管卡進行統計，如圖7 所示。基于BIM 模型的支吊架材料統計，為材料用量、材料進場時間及施工進度提供更為精細的管控依據。

圖7 支吊架報表

3 結論

本文結合實際項目案例，對管道支吊架設計與校核展開研究，得出以下結論：

（1） 從經濟性角度來看，基于BIM 的管道支吊架設計能對材料進行精確統計，可以更好地把控工程造價。

（2） 從安全性角度來看，傳統支吊架設計多數以工程師自身經驗為依據，支吊架強度及用量缺乏數據作為支撐。

基于BIM 技術進行管道支吊架設計校核，可借助軟件按照規范要求對所需強度參數進行數據校核，讓現場管道支吊架設計更加安全，布置更加合理。探索BIM 技術在管道支吊架設計及施工的落地應用，對改進傳統的施工理念有重要的意義，值得廣大學者深入研究。