综合管线、支架与BIM技术的综合运用总结
作者：薛勇01项目背景本项目包含土建、消防、电气（强电、弱电）、暖通等专业。数据中心建筑楼层较低，走廊及冷冻站空间较小，但管线复杂，在此区域管线的支架的合理布局成为了项目机电安装的难题。走廊区域，管线包括强弱电桥架、喷淋管道、消火栓管道、气体灭火系统管道、给水管道、空调水系统管道、铜管、新风、排风等系统，但走廊的净间距仅为1.7m，吊顶上部有效空间不到3米，冷冻站区域，冷冻站面积250平方米，最低的有效高度仅4.8m，其中空调水管道近700米，另外还有喷淋、给水、排风系统管道，且冷冻站内的空调水系统管道由于荷载问题，无法做吊架。02BIM空间管理与支架位置布置2.1空间布局管线布置原则2.2.1 给排水专业（1）给水管线在上，排水管线在下。保温管道在上，不保温管道在下，小口径管路尽量支撑在大口径管路上方。（2）污水排水、雨水排水、废水排水等自然（重力）排水管道不应上翻，其他管线避让重力管线。（3）水管与桥架层叠铺设时，要放在桥架下方。（4）管线不应挡门、窗，应避免在电机盘、配电盘、仪表盘上方。（5）管线外壁之间最小距离不宜小于100mm，管线阀门不宜并列安装，若需并列安装，净间距不宜小于200mm。（6）水管与墙（柱）的间距，见表1，现场实际安装与BIM管线排布如图1（a）（b)所示：表1：水管与墙（柱）的间距公称直径253240506580100125150200250300距离404050607080100125150200250300
图1（a）：消防管安装现场图
图1（b）:消防管安装BIM图2.1.2 暖通专业（1）风管和较大的母线、桥架，一般安装在最上方，风管与桥架支架的间距要≥100mm。（2）通常风管顶部距离梁底50—100mm的间距。（3）暖通风管较多时，一般情况下，排烟风管应高于其他风管；大风管应高于小风管。两个风管如果只是在局部交叉，可以安装在同一标高，交叉的位置小风管绕大风管，空间管理布置如图2所示：
图2：BIM风管排布图（4）冷凝水应考虑坡度，吊顶实际安装高度通常由冷凝水最低点决定。2.1.3 电气专业（1）电缆桥架应安装在气体管道和热力管道的下方，当设计无要求时，与管道的最小净距，应符合以下要求：见表2。表2：桥架距管道间距管道类别平行净距（m）交叉净距（m）一般工艺管道0.40.3易燃易爆气体管道0.50.5热力管道有保温层0.50.3无保温层10.5（2）缆桥架内测的弯曲半径不应小于0.3m。（3）两组电缆桥架在同一高度平行敷设时，其净间距不小于0.6m，桥架距墙壁或柱边的净间距≥0.1m。（4）通信桥架距其他桥架水平间距至少0.3m，垂直距离至少0.3m，防止其他桥架磁场干扰。（5）强电桥架要靠近配电间的位置安装，如果强电桥架与弱电桥架上下安装时，优先考虑强电桥架放在上方。（6）在吊顶内设置时，槽盖开启面应保持80mm的垂直净空（即顶部与梁最小间距保证80mm间距），与其他专业之间的距离最好保持在≥100mm。2.1.4 总体原则（1）有压力让无压（如图3a所示）、小管让大管（如图3b所示）、简单让复杂（如图3c所示）、冷凝水让热水、附件少的管线让附件多的管线、分支让主管、非保温让保温、低压让高压、气管让水管、金属管让非金属管、给水让排水、检修难度小的管线让检修难度大的管线、常态让易燃易爆。
图3a：有压让无压
图3b：小管让大管
图3c：简单让复杂（2）管井道处应结合建筑充分考虑安装检修阀门操作等空间，并不影响建筑功能。（3）在空间布局时必须考虑到管线是否需要保温，如需保温，那么保温的厚度是多少，安装时的工艺流程和施工空间，检修时的检修空间，再有吊顶的区域，需要考虑吊顶龙骨的高度等因素。2.2 空间管理与支架布局2.2.1 支架布置原则（1）暖通专业：管道支、吊架的焊接应符合GB50243-2016中9．3．2条第3款规定。见表3，固定支架与管道焊接时，管道侧的咬边量应小于10％的管壁厚度，且小于1mm。表3：暖通管道支吊架间距公称直径（mm）1520253240506580100125150200250300支架的最大间距（m)L11.52.02.52.53.03.54.05.05.05.56.57.58.59.5L22.53.03.54.04.55.06.06.56.57.57.59.09.510.5注：适用于工作压力不大于2．0MPa，不保温或保温材料密度不大于200kg／m3的管道系统。L1用于保温管道，L2用于不保温管道。洁净区(室内)管道支吊架应采用镀锌或采取其他的防腐措施。公称直径大于300mm的管道，可参考公称直径为300mm的管道执行（2）电气专业：桥架水平安装时支架的间距宜为1.5m～3.0m，垂直安装的支架不应大于2m。（3）管道专业：镀锌钢管道、涂覆钢管道支架与吊架之间的距离见表4，沟槽连接管道最大支撑间距见表5。表4：镀锌钢管道、涂覆钢管道支架与吊架之间的距离公称直径（mm）253240506580100125150200250300距离（m）3.54.04.55.06.06.06.57.08.09.511.012.0表5：沟槽连接管道最大支撑间距公称直径（mm）最大支承间距（m）65～1003.5125～2004.2250～3155.02.2.2 空间管理与支架布置的运用本项目运用BIM技术对一层走廊处及冷冻站内管道进行空间管理，合理，最终效果图如下所示：图4、图5为本项目数据中心一层走廊处管线及支架布局，图6为冷冻站内管道及落地综合支架布局
图4：一层走廊处管线及支架布局
图5：一层走廊处管线及支架布局
图6：冷冻站内管线及支架布局03支架的选型与计算3.1 支架布局根据空间管理及现场实际情况，考虑到上层系统管线及地面设备基础等因素，最终冷冻站内空调水管道采用综合落地支架，支架的布局图纸如图7（a）、图7（b）所示：
图7（a）：冷冻站支架平面图
图7（b）：冷冻站支架剖面图支架的选型分为两部分，第一部分柱子的选型计算，第二部分横梁的选型计算，在柱子及横梁的选型中主要考虑的因素有以下几点：（1）安全因素：选型出的柱子需满足此处的荷载（2）视觉因素：做出来的效果应美观。（3）经济因素：选型出来的柱子的理论重量应合理，在满足受力要求的前提下，选择单位理论重量较低，截面受力效果较好的型材。3.2 支架的选型计算3.2.1 柱子的计算柱子的选型计算参照实腹柱受压构件设计，（1）假定柱的长细比，一般在50～90范围之内，轴力大而长度小时，长细比取小值，反之取大值。（2）根据已假定的长细比λ，查资料轴心受压稳定系数φ值。然后根据已知轴向力N和刚才的抗压强度设计值
求所需的截面面积A：
式中：N——各横梁对柱子得剪力和（3）求出截面两个主轴方向所需的回转半径ix、iy，已知两个方向的计算长度lox、loy,，则得:
（4）由此计算截面轮廓尺寸高h和宽b：
式中：
——为与截面形状相关得系数，查资料可得。（5）通过求得的A、h、b，在根据构造要求、钢材规格等条件，选择柱得截面形式和确定实际尺寸；（6）对算出来得柱子经行截面强度验算
3.2.2 横梁的计算横梁的计算根据MTS钢构件计算软件计算，具体步骤如下所示：（1）利用单跨钢梁构件设计，计算出此段横梁各点所受的荷载，单位长度管道的理论重量如表6所示：表6：保温管道单位重量表（含水）保温管道单位重量表序号管材管径保温后钢管每米重量kg/m保温后钢管每米重量KN/m1钢管DN506.900189250.074384042钢管DN659.879499750.1065010073钢管DN8014.09695150.1519651374钢管DN10018.7907020.2025637685钢管DN12525.9241540.279462386钢管DN15035.923052250.3872505037钢管DN20066.6851220.7188656158钢管DN25097.692975251.0531302739钢管DN300136.65966881.473191229序号管材管径保温后钢管每米重量kg/m保温后钢管每米重量KN/m10钢管DN350185.73892852.00226564911钢管DN400226.4925962.44159018512钢管DN450275.7709712.97281106713钢管DN500335.41801853.615806239（2）根据此表的数据，算出本项目冷冻站内，4200mm标高处一横梁的载荷，此横梁如图8所示，横梁与柱子的连接方式为焊接（在软件中为固接——固接，当为螺栓连接时，则为铰接），管子对横梁的载荷可视为管中心处的集中载荷，此横梁的受力图如图9所示：
图8：4200mm标高支架布局
图9：横梁受力图根据图10的次序依次设置参数：设置横梁的长度，此处L=4000mm。布置横梁的受力载荷；G=G单位长度*l受力长度。管道设置为集中荷载，风管、桥架设置为均布荷载。设置横梁支座连接方式：固接—固接、铰接—铰接、固接—铰接等。调节截面的类型及规格，根据情况选择或取消图中框3处“截面的2轴在竖直平面内”（当Y轴在竖直平面时，选中；反之取消。）。
图10：横梁选型参数设置（3）通过改变型钢的截面类型及尺寸，观察图11中“结果”与“限值”的差距及绿色框内的“是否通过”，当全部显示通过时，则此横梁符合要求。根据计算，选择合适的截面作为横梁，一般常用的横梁类型有槽钢、H型钢。当荷载较小时可选用槽钢，当荷载较大时可选用H型钢。当选用H型钢时，分别选择合适的截面类型去试验，最后在满足要求的情况下选用理论重量较轻的型钢作为横梁。
图11：横梁验算结果图3.3 现场施工结果本项目冷冻站、走廊内的管线经过BIM空间管理技术的指导施工，避免了各班组交叉施工时对后续施工班组产生各种可控因素的影响，同时，在公共区域综合支架，也使得房间内的布局整齐、美观。现场的施工结果如图12、图13所示：
图12：冷冻站内综合支架现场施工图
图13：一层走廊综合支架现场施工图04小结通过BIM技术对管线分层、分区域进行布局，合理的规划了支架类型，然后利用支架计算软件对公共支架进行选型设计，最后综合考虑确定支架的位置及形式。具体流程如图14所示：
图14：综合支架设计流程这种技术管理模式对于空间狭小、管线较多的冷冻站房、走廊等公共区域有很大的优势。合理的综合支架选型设计能够提高施工的效率，缩短是施工时间，从而节约成本，综合支架的布置也会使机电安装管线整齐、美观。参考文献[1]GB50243-2016, 通风与空调工程施工质量验收规范[S].[2]GB50303-2002, 建筑电气工程施工质量验收规范[S].[3]GB50017-2017, 钢结构设计标准[S].[4]GB50738-2011, 通风与空调工程施工规范[S].