張衛(wèi)兵，蔣鳳昌，倪偉民，奚晟翔，徐桂鑒，奚學(xué)俊，卡海衣沙爾江·巴合提亞爾

（1.中國(guó)江蘇國(guó)際經(jīng)濟(jì)技術(shù)合作集團(tuán)有限公司，江蘇 南京 210008；2.泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 泰州 225300；3.江蘇永泰建造工程有限公司，江蘇 泰州 225300；4.伊犁職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 伊犁 835000）

0 引言

在復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)工程中，由于空間結(jié)構(gòu)和功能布局復(fù)雜，相應(yīng)地導(dǎo)致其室內(nèi)機(jī)電管線布置復(fù)雜[1]。為了保證獲得高品質(zhì)的室內(nèi)空間效果，課題組結(jié)合泰州天祿湖國(guó)際大酒店復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)工程項(xiàng)目，基于BIM“虛擬建造”空間分析，構(gòu)建復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)BIM 模型，同時(shí)構(gòu)建機(jī)電設(shè)施設(shè)備BIM 模型和裝飾裝修BIM 模型，對(duì)三者進(jìn)行“合?！本C合分析，協(xié)同優(yōu)化，旨在保證鋼結(jié)構(gòu)的安全、機(jī)電設(shè)施設(shè)備性能最優(yōu)、裝飾裝修空間效果優(yōu)良[2]，研究開(kāi)發(fā)“復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)-機(jī)電設(shè)施設(shè)備-裝飾裝修”協(xié)同優(yōu)化的成套建造技術(shù)。本文重點(diǎn)闡述基于BIM 的管線綜合和凈高優(yōu)化相關(guān)技術(shù)，以供類似工程借鑒。

1 工程背景

天祿湖國(guó)際大酒店項(xiàng)目（曾用名：養(yǎng)生理療基地、三環(huán)酒店），位于中國(guó)醫(yī)藥城-泰州國(guó)家醫(yī)藥高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)，野徐中路以西、三新路以北。該項(xiàng)目為泰州市十四五規(guī)劃的重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為五星級(jí)酒店，質(zhì)量目標(biāo)為爭(zhēng)創(chuàng)國(guó)家優(yōu)質(zhì)工程獎(jiǎng)，不僅體現(xiàn)高品質(zhì)和豪華度，而且體現(xiàn)綠色生態(tài)，將建成為泰州市醫(yī)藥高新區(qū)的地標(biāo)建筑。項(xiàng)目建設(shè)與天祿湖自然環(huán)境融合，構(gòu)建現(xiàn)代城市運(yùn)動(dòng)公園服務(wù)基地，以該項(xiàng)目為背景，打造包含溫泉療養(yǎng)、綜合養(yǎng)生、中醫(yī)調(diào)養(yǎng)、婦幼康樂(lè)、運(yùn)動(dòng)療養(yǎng)和生態(tài)理療等復(fù)合多樣的養(yǎng)生理療基地，引領(lǐng)城市健康生活新模式。

建筑造型獨(dú)特，由3 個(gè)直徑72m 的圓環(huán)組成，如圖1 所示，包括A1 區(qū)、A2 區(qū)和A3 區(qū)，地下為負(fù)一層～負(fù)二層，地上為5 層～7 層，總建筑面積約66053m2，建筑高度30.5m。本項(xiàng)目主體結(jié)構(gòu)為復(fù)雜鋼框架結(jié)構(gòu)，存在較多的弧形鋼梁，樓面采用鋼筋桁架樓承板。

圖1 建筑效果

復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的BIM 模型如圖2 所示。整個(gè)項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)主要為箱形鋼柱、少量圓管柱，以及H 型鋼梁。鋼柱有箱形鋼柱和圓管柱，其截面有方鋼管FG600mm×600mm ×24mm ×24mm、FG600mm ×600mm ×22mm ×22mm、FG500mm ×500mm ×22mm ×22mm、FG500mm ×500mm ×20mm ×20mm、FG500mm ×500mm ×18mm ×18mm、FG400mm ×400mm ×18mm ×18mm、FG400mm ×400mm ×16mm ×16mm、?500mm ×460mm ×20mm、?600mm×564mm×18mm 等，鋼柱材質(zhì)均為Q355B。鋼梁為H 型鋼梁，有焊接H 型和成品型鋼，其截面有H700mm ×400mm ×14mm ×26mm、H440mm ×300mm ×12mm ×22mm、H800mm ×350mm ×14mm ×26mm、H600mm ×400mm ×26mm ×30mm、H1600mm ×400mm ×26mm ×30mm、H390mm ×300mm ×12mm ×24mm、HM400mm ×300mm、HM550mm ×300mm、HN400mm ×200mm、HM294mm×200mm，鋼梁材質(zhì)均為Q355B。

圖2 鋼結(jié)構(gòu)BIM 模型

2 基于BIM 的管線綜合

為了避免復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)工程項(xiàng)目的空間沖突、管線碰撞等錯(cuò)誤和缺陷從設(shè)計(jì)階段傳遞到施工階段，應(yīng)用BIM 三維可視化技術(shù)對(duì)施工圖設(shè)計(jì)階段的成果進(jìn)行檢查，保證施工圖設(shè)計(jì)范圍內(nèi)各種管線布設(shè)與建筑、鋼結(jié)構(gòu)平面布置和豎向高程相協(xié)調(diào)，盡可能減少碰撞，同時(shí)應(yīng)解決空間布局合理，滿足各功能空間服務(wù)工藝要求[3]。

2.1 管線綜合中BIM 實(shí)施內(nèi)容

（1）基于施工圖設(shè)計(jì)圖紙，構(gòu)建強(qiáng)弱電、給排水、暖通、消防等機(jī)電專業(yè)的三維幾何實(shí)體模型，并進(jìn)行BIM合模處理，為復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)工程機(jī)電各專業(yè)BIM 管線綜合奠定良好的基礎(chǔ)。機(jī)電專業(yè)BIM 合模如圖3 所示。

圖3 機(jī)電專業(yè)BIM 合模

（2）應(yīng)用BIM 軟件自動(dòng)檢測(cè)管線與管線之間、管線與鋼結(jié)構(gòu)之間的沖突，包括實(shí)體模型占用同一空間的“硬碰撞”和影響安裝、檢修等過(guò)程的“軟碰撞”?；贐IM 管線綜合排布時(shí)，尚需考慮鋼結(jié)構(gòu)上噴涂防火涂料厚度，通常鋼梁防火涂料厚可考慮2.6mm，鋼柱防火涂料厚可考慮3.5mm。

（3）基于BIM 優(yōu)化調(diào)整管線布局，完成設(shè)計(jì)階段的管線綜合。同時(shí)應(yīng)解決空間布局合理，比如重力管線延程的合理排布以減少水頭損失，常規(guī)的機(jī)電管線與酒店專用大管道及設(shè)備的協(xié)調(diào)，通常需要重點(diǎn)考慮機(jī)房、管廊等復(fù)雜部位，還需要考慮宴會(huì)廳、廚房、豪華套間等國(guó)際酒店特殊功能區(qū)域模型的深化設(shè)計(jì)[4]，這些情況皆需在BIM 三維管線綜合過(guò)程中加以考慮。

2.2 管線綜合中BIM 應(yīng)用流程

碰撞檢測(cè)及三維管線綜合BIM 應(yīng)用操作流程如圖4 所示。其主要包括數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、整合建筑結(jié)構(gòu)和機(jī)電各專業(yè)模型、沖突檢測(cè)、三維管線綜合、管線優(yōu)化等關(guān)鍵工序。

圖4 BIM 碰撞檢測(cè)及管線綜合應(yīng)用流程

3 基于BIM 的凈高優(yōu)化

為了保證復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)國(guó)際大酒店工程項(xiàng)目的重點(diǎn)區(qū)域凈空高度滿足全生命周期安全、舒適的使用要求，對(duì)機(jī)電各專業(yè)管線的凈空高度和裝飾完成面的凈空高度應(yīng)該進(jìn)行嚴(yán)格的控制。通?？蓜澐譃閮蓚€(gè)階段：首先，在初步設(shè)計(jì)階段，布置主要管線時(shí)，應(yīng)用BIM 技術(shù)，對(duì)重點(diǎn)區(qū)域作出初步分析，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)及管線布局方案，為深化豎向凈空分析及三維管線綜合奠定良好的基礎(chǔ)。其次，在施工圖設(shè)計(jì)階段，經(jīng)過(guò)碰撞檢測(cè)和三維管線綜合調(diào)整后，對(duì)建筑物最終的豎向設(shè)計(jì)空間進(jìn)行檢測(cè)分析，進(jìn)一步優(yōu)化機(jī)電管線排布方案，優(yōu)化各專業(yè)模型，獲得最優(yōu)的凈空高度，用于工程施工[5]。

3.1 凈高優(yōu)化中BIM 應(yīng)用內(nèi)容

（1）初步設(shè)計(jì)階段，分區(qū)域確定大廳、走道、機(jī)房、車道、重要功能空間等關(guān)鍵部位的凈空高度。

（2）基于模型初步布置強(qiáng)弱電、給排水、空調(diào)、熱力、動(dòng)力、消防等主要管線，校核重點(diǎn)區(qū)域凈高。

（3）對(duì)結(jié)構(gòu)大梁處、結(jié)構(gòu)降板處、窄走道、機(jī)房門口走道、大尺寸暖通主管疊放區(qū)域物流系統(tǒng)經(jīng)過(guò)區(qū)域等容易產(chǎn)生凈空降低的區(qū)域，進(jìn)一步進(jìn)行凈空高度的校核。

（4）施工圖設(shè)計(jì)階段，優(yōu)化強(qiáng)弱電、給排水、空調(diào)、熱力、動(dòng)力、消防、等綜合管線，通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)獲取各功能區(qū)內(nèi)的最不利管線排布，繪制各區(qū)域機(jī)電安裝凈空區(qū)域圖（圖5），不同凈空高度采用不同色塊標(biāo)識(shí)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)最不利凈高區(qū)域，從而采取針對(duì)性優(yōu)化措施。

圖5 BIM 凈高優(yōu)化的典型樓層示例

（5）將管線綜合調(diào)整后的各專業(yè)BIM 模型、相應(yīng)深化后的CAD 文件、豎向凈空分析報(bào)告等成果文件提交給建設(shè)單位確認(rèn)，若有局部不滿足需求，則作進(jìn)一步優(yōu)化分析和調(diào)整，直至凈空高度通過(guò)審核。

3.2 凈高優(yōu)化中BIM 應(yīng)用流程

3.2.1 初步設(shè)計(jì)階段的凈高分析與優(yōu)化

（1）收集數(shù)據(jù)，并確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

（2）依據(jù)結(jié)構(gòu)專業(yè)BIM 模型，分區(qū)域確定大廳、宴會(huì)廳、走道等關(guān)鍵部位的凈空高度。

（3）依據(jù)機(jī)電專業(yè)擴(kuò)初圖紙構(gòu)建主要管線BIM 模型，校核重點(diǎn)區(qū)域凈高，并進(jìn)一步分析結(jié)構(gòu)大梁處、結(jié)構(gòu)降板處、窄走道等容易產(chǎn)生凈空降低區(qū)域的凈高。

（4）提出優(yōu)化結(jié)構(gòu)及管線的方案，確保重點(diǎn)區(qū)域和容易產(chǎn)生凈空降低區(qū)域的凈高滿足安全、舒適運(yùn)營(yíng)的需求。

3.2.2 施工圖設(shè)計(jì)階段的凈高分析與優(yōu)化

（1）收集數(shù)據(jù)，并確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，保證各專業(yè)系統(tǒng)齊全。對(duì)暫時(shí)缺少圖紙的內(nèi)容，則需按照類似國(guó)際大酒店工程項(xiàng)目的管線選型預(yù)留安裝空間及檢修空間。

（2）依據(jù)建設(shè)單位期望的凈空高度方案，逐層、分區(qū)塊核實(shí)需要凈空優(yōu)化的關(guān)鍵部位，如走道部位（圖6a）、公共區(qū)域（圖6b）、車道上空（圖6c）等。

圖6 關(guān)鍵部位BIM 凈空分析剖面

（3）應(yīng)用BIM 三維可視化技術(shù)調(diào)整各專業(yè)的管線排布模型，最大化提升凈空高度。

（4）審查調(diào)整后的各專業(yè)模型，確保模型準(zhǔn)確。針對(duì)復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)工程可采取的優(yōu)化措施包括大截面尺寸管線的路由變動(dòng)，例如影響較大的管線可從走道變換至房間內(nèi)布置，也可考慮在實(shí)腹式工字鋼大梁上穿孔，解決部分機(jī)電管線的路由，還可以結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)大梁的結(jié)構(gòu)高度，優(yōu)化空調(diào)等末端設(shè)備的選型，從而有效降低鋼結(jié)構(gòu)梁下機(jī)電管線的占用空間高度。

（5）將調(diào)整后的建筑信息模型以及優(yōu)化報(bào)告、凈高分析等成果文件提交給建設(shè)單位確認(rèn)。其中，對(duì)二維施工圖難以直觀表達(dá)的造型、構(gòu)件、系統(tǒng)等提供三維透視和軸測(cè)圖等三維施工圖形式輔助表達(dá)，為后續(xù)深化設(shè)計(jì)、施工交底提供依據(jù)。

（6）若復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)BIM 管線綜合及凈高分析確定采用梁上穿孔措施，則應(yīng)提前傳遞信息至鋼構(gòu)件加工廠，在鋼構(gòu)件加工過(guò)程中進(jìn)行孔洞留置，避免鋼結(jié)構(gòu)在施工現(xiàn)場(chǎng)加工孔洞，從而避免產(chǎn)生施工困難和加工成本。

4 結(jié)語(yǔ)

項(xiàng)目組對(duì)復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)工程的機(jī)電專業(yè)BIM 管線綜合和凈高優(yōu)化，采用管線翻彎優(yōu)化布局可以提升凈空高度200mm 左右，采用改進(jìn)管線路由及鋼梁穿孔措施可以提升凈空高度多達(dá)300mm 以上，有效提高了建筑各功能區(qū)域的凈空高度，從而增加國(guó)際大酒店項(xiàng)目室內(nèi)裝飾舒適感，提高建筑品質(zhì)。泰州天祿湖國(guó)際大酒店項(xiàng)目已經(jīng)獲得江蘇省高品質(zhì)綠色示范項(xiàng)目、江蘇省建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化（裝配式）示范項(xiàng)目、江蘇省綠色智慧示范片區(qū)項(xiàng)目等榮譽(yù)，為爭(zhēng)創(chuàng)國(guó)家優(yōu)質(zhì)工程獎(jiǎng)項(xiàng)目奠定了良好基礎(chǔ)。