泰德BIM在抗震支吊架領(lǐng)域的應(yīng)用 泰德BIM技術(shù)在建筑機(jī)電工程中抗震支吊架斜撐安裝空間預(yù)測(cè)，介紹在泰德抗震支吊架建族過程中以光圈形式將錨栓的作用范圍可視化，運(yùn)用BIM技術(shù)的碰撞檢測(cè)功能可以達(dá)到錨栓間距檢測(cè)的目的。 

以廣州某大型項(xiàng)目為例，針對(duì)抗震支吊架安裝中最為常見的側(cè)向斜支撐安裝空間問題，選擇管線設(shè)備集中的地下二層核心筒走廊樣板區(qū)進(jìn)行了成品與抗震支吊架的深化設(shè)計(jì)。最后提出了將最下層橫擔(dān)延伸通過型鋼底座與左側(cè)結(jié)構(gòu)墻進(jìn)行生根、側(cè)向支撐改為與橫擔(dān)一體的水平支撐和簡化管線空間布排等解決措施。 

引言 

BIM是當(dāng)下的熱門話題，以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，能對(duì)工程項(xiàng)目相關(guān)信息進(jìn)行詳盡表達(dá)。綜合管線部分是機(jī)電安裝工程中的難點(diǎn)，工具經(jīng)BIM技術(shù)深化設(shè)計(jì)后的三維圖導(dǎo)出安裝節(jié)點(diǎn)圖，不僅可以提高機(jī)電安裝的精確性，還可以節(jié)省大量繪制抗震支吊架節(jié)點(diǎn)圖的時(shí)間。BIM模型信息的完備性、關(guān)聯(lián)性、協(xié)同性在建筑行業(yè)的應(yīng)用，除了能減少工程成本并有效控制工程進(jìn)度及質(zhì)量外，還將為建筑行業(yè)的科技進(jìn)步帶來不可估量的影響。

抗震支吊架是以地震力為主要荷載的抗震支撐設(shè)施，對(duì)機(jī)電設(shè)備及綜合管線可進(jìn)行有效保護(hù)，其由錨固體、加固吊桿、抗震連接構(gòu)件及抗震斜撐（側(cè)向、縱向均為斜撐）組成。然而，由于抗震支吊架的安裝基于建筑的機(jī)電系統(tǒng)，因其設(shè)備管線復(fù)雜、設(shè)計(jì)圖紙信息不充分，以及其對(duì)建筑物的主體結(jié)構(gòu)依賴性強(qiáng)，則后續(xù)安裝時(shí)安裝難度大，安裝空間浪費(fèi)。在BIM技術(shù)的帶動(dòng)下，抗震支吊架的深化設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)真正意義上的與周圍空間環(huán)境的精確匹配，減少現(xiàn)場不必要的“打架”問題。  

為了節(jié)約管線與抗震支吊架材料、增加建筑凈空間和提高抗震支吊架安裝的合理性，本文將對(duì)BIM技術(shù)在抗震支吊架模擬安裝和綜合管線進(jìn)行碰撞檢測(cè)方面展開研究。 

１BIM技術(shù)在抗震支吊架斜撐和錨栓安裝的運(yùn)用 

1.1斜撐安裝空間預(yù)測(cè)  

抗震支吊架的斜撐按其支撐形式可分為剛性支撐與柔性支撐兩種。剛性支撐斜撐材料一般選擇Ｃ型槽鋼、鍍鋅鋼管，因其同時(shí)能抵抗拉力與壓力，從而一般以單邊撐的形式存在；柔性支撐斜撐材料一般是鋼索，只能抗拉力，所以必須以兩邊對(duì)稱的形式存在。抗震斜撐按其作用功能劃分，又可分為側(cè)向支撐與縱向支撐，側(cè)向支撐是用以抵御側(cè)向水平地震力作用，縱向支撐是用以抵御縱向水平地震力作用。例如，管道同一點(diǎn)位，既安裝側(cè)向支撐又安裝縱向支撐，其作用原理是在管道質(zhì)心水平面上形成互成90°的4個(gè)方向上的支撐，水平地震力從任意方向作用，管道均受到保護(hù)。成90°安裝的兩個(gè)剛性支撐，因其同時(shí)具有抗拉壓能力，所以能對(duì)管道作水平方向的保護(hù)；對(duì)柔性支撐，則須做水平面上互成90°的4個(gè)支撐。  

因此，抗震支吊架對(duì)斜撐、吊桿的性能有更加嚴(yán)格的要求。特別是斜撐兩端的抗震連接座更需要合理的設(shè)計(jì)，目前國際上最權(quán)威的的抗震檢測(cè)機(jī)構(gòu)是美國FM認(rèn)證機(jī)構(gòu)。斜撐上用以與結(jié)構(gòu)體生根的錨栓不僅需要驗(yàn)算其拉拔性能，抗切能力也必不可少。斜撐安裝的空間位置是最復(fù)雜的，對(duì)樓板板底，一般斜撐與垂直吊桿之間的角度宜為45°，且不得小于30°。角度區(qū)間分為：30～45°、45～60°和60～90°，角度的變化也會(huì)影響抗震支吊架能承受作用范圍，進(jìn)而改變其最大間距。  

BIM技術(shù)的運(yùn)用，能根據(jù)模擬的三維圖紙了解每個(gè)支吊架斜撐的具體安裝空間，結(jié)合管線綜合技術(shù)從而在設(shè)計(jì)階段就能確定每個(gè)支吊架的斜撐的安裝方式與角度，再根據(jù)具體的支吊架形式能承受的實(shí)際荷載與角度確定支吊架應(yīng)有的最大間距，給出確定的抗震計(jì)算書及可靠的產(chǎn)品選型驗(yàn)算過程。

1.2錨栓間距檢測(cè)  

對(duì)于錨栓的檢測(cè)，首先確定錨栓的安裝位置，運(yùn)用點(diǎn)荷載繪圖使結(jié)構(gòu)的受力范圍可視化，使錨栓之間保持必要的間距，保證錨栓性能有效性，避免對(duì)結(jié)構(gòu)造成傷害。利用BIM技術(shù)，將每一個(gè)錨栓的力學(xué)作用范圍表現(xiàn)出來，在三維圖中為光圈，如圖1所示。當(dāng)作用范圍不重合則表示錨栓力的有效性能達(dá)到結(jié)構(gòu)的承載。反之，則對(duì)支吊架安裝位置或者斜撐角度進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。抗震支吊架的族庫建設(shè)過程中，可以把對(duì)應(yīng)大小錨栓部分設(shè)計(jì)成為一個(gè)相應(yīng)大小的光圈，從而在支吊架模型放置完成后，利用BIM的碰撞檢測(cè)功能，檢測(cè)出相應(yīng)的錨栓碰撞位置，再做出相應(yīng)的位置調(diào)整。

圖1錨栓的力學(xué)作用

2BIM技術(shù)在抗震支吊架系統(tǒng)中的運(yùn)用

2.1BIM技術(shù)對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段的指導(dǎo)

抗震支吊架深化設(shè)計(jì)布置流程見圖2[1]。首先，應(yīng)引入建筑對(duì)象，反映建筑空間、結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的位置關(guān)系。此外，BIM技術(shù)對(duì)于安裝支吊架的后期材料統(tǒng)計(jì)帶來的極大便利是傳統(tǒng)CAD所不具備的，從材料數(shù)量的統(tǒng)計(jì)，到每一個(gè)支吊架類型的屬性。基于Revit的插件如圖3所示。基于BIM的材料管理不僅僅只是一個(gè)深化設(shè)計(jì)→預(yù)制加工→物流追蹤→現(xiàn)場安裝的物流管理流程，而是一個(gè)建造全過程的信息管理，譬如歐美的裝配式支吊架流程：預(yù)埋件→過渡橫梁→懸吊式支吊架[2]，而預(yù)埋的位置是否準(zhǔn)確更離不開BIM技術(shù)模擬與施工的結(jié)合。

綜合管線布排應(yīng)考慮暖通、給排水、強(qiáng)電、弱電、消防、機(jī)電等各專業(yè)安裝的空間位置關(guān)系以及與裝飾專業(yè)之間的關(guān)系，一般應(yīng)遵循以下原則。

圖2利用BIM技術(shù)建立支架系統(tǒng)的流程

圖3支吊架基于Revit的繪制插件

(1)管線綜合協(xié)調(diào)過程中還應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況綜合布置。避讓原則：有壓管讓無壓管，小管讓大管，施工容易的避讓施工難度大的。

(2)支吊架節(jié)點(diǎn)圖最終出圖時(shí)，剖面圖、平面圖所表現(xiàn)的位置、標(biāo)高應(yīng)保持一致，需要充分考慮管線周圍的梁、柱、墻等構(gòu)筑物并詳細(xì)展示在節(jié)點(diǎn)圖中。標(biāo)高時(shí)，一般有壓管標(biāo)管中，排水管標(biāo)管底，風(fēng)管、橋架都標(biāo)管底。在管線綜合布排過程中，平面圖與剖面圖調(diào)整應(yīng)同步。

(3)支吊架應(yīng)考慮到空調(diào)水管、空調(diào)風(fēng)管保溫層的厚度，考慮與電氣橋架、水管外壁、墻柱的最小凈距，考慮支吊架垂直槽鋼的放置空間。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況確定各管線間的距離?？拐鹬У跫苓€應(yīng)考慮斜撐形式與斜撐放置空間，這也是抗震支吊架設(shè)計(jì)安裝中的難點(diǎn)。

(4)空調(diào)冷、熱水管布置時(shí)應(yīng)考慮管道坡度，考慮設(shè)備、管路的操作空間及檢修空間。水管與橋架的空間位置還應(yīng)考慮平行凈距與交叉凈距。

(5)對(duì)支吊架周圍的建筑結(jié)構(gòu)，因?yàn)槠渥鳛橹У跫艿纳c(diǎn)，直接決定支吊架是否牢靠，必須有清晰的了解，特別是板厚，再選用適當(dāng)?shù)腻^固方式與錨栓。

具體的實(shí)施方式有以下幾種：

(1)用BIM技術(shù)對(duì)走廊管線進(jìn)行三維建模，根據(jù)三維模型生成剖面圖；生成剖面圖時(shí)，自動(dòng)附著、捕捉系統(tǒng)中的管道截面及標(biāo)高。

(2)根據(jù)空間要求及不能調(diào)節(jié)的管線（譬如排水管線），必要時(shí)可更改有壓管走向（在剖面中上下左右調(diào)節(jié)位置），風(fēng)管形狀規(guī)格（譬如800×750可改為1000×600，這樣可節(jié)約吊頂空間）；強(qiáng)電還需考慮放置電纜空間與檢修空間，根據(jù)現(xiàn)場情況，必要時(shí)可以把橋架分改為幾根線管綜合布排，以節(jié)約相應(yīng)的空間。

(3)更改完剖面圖后通過BIM技術(shù)對(duì)更改后的各專業(yè)管線再次碰撞檢查，檢查各管線是否與建筑結(jié)構(gòu)碰撞，各專業(yè)間是否碰撞，進(jìn)行再次協(xié)調(diào)整合，如此往復(fù)多次。最后生成的平面圖中管線走向同步作了相應(yīng)的改變。

2.2BIM技術(shù)在抗震支吊架系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例

2.2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)與模擬

該項(xiàng)目為廣州某大型項(xiàng)目，選擇管線設(shè)備集中的地下二層核心筒走廊樣板區(qū)進(jìn)行成品與抗震支吊架的深化設(shè)計(jì)。

走廊層樣板區(qū)位于地下二層南北走向走廊，該區(qū)域管線較多。其包含了冷卻水、消防噴淋、給水、送排風(fēng)、變配電及應(yīng)急電源、照明、弱電控制等多個(gè)系統(tǒng)的管線。該區(qū)域管線復(fù)雜，而且還需要保證抗震斜撐的安裝空間，從而需要更準(zhǔn)確的管線綜合排布。BIM效果圖更能體現(xiàn)管線的布排及支吊架各個(gè)構(gòu)件所需要的位置空間。最具代表性的支吊架模擬就是同時(shí)雙側(cè)向及雙縱向的門型抗震支吊架的模擬。

技術(shù)人員首先對(duì)該區(qū)域的設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行了圖紙會(huì)審，根據(jù)設(shè)計(jì)的二維圖紙中的管線位置進(jìn)行模擬，判斷是否有空間位置安裝能承受相應(yīng)地震力荷載的支吊架，如不能，將標(biāo)注有出入處和需要更改空間位置的管線進(jìn)行整理并與設(shè)計(jì)溝通。然后對(duì)該區(qū)域管線進(jìn)行管線綜合布排并進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)、繪制管線圖，最后對(duì)綜合后的管線進(jìn)行碰撞檢測(cè)。圖4為走廊樣板區(qū)二維設(shè)計(jì)的局部平面圖，圖5為管線剖面圖，圖6為走廊樣板區(qū)門型抗震支吊架的三維效果圖。

圖4綜合布排前管線剖面

圖5走廊樣板區(qū)門型抗震支吊架的三維效果

結(jié)合圖4～圖5，分析結(jié)果如下：

(1)管線左邊為結(jié)構(gòu)墻，右邊為磚墻，結(jié)構(gòu)墻可以作為抗震支吊架的生根點(diǎn)，而磚墻則不能。

(2)管線左、右兩邊與結(jié)構(gòu)墻之間的距離過近不足以做45°側(cè)向斜支撐。

(3)水管右側(cè)如設(shè)側(cè)向支撐，橋架之間的空間不足以放置一根41×41×2的C型槽鋼，且橋架還需單獨(dú)設(shè)置門型吊架。

(4)管線之間的間距均足以放置垂直的C型槽鋼作為垂直承吊槽鋼及縱向斜支撐。

經(jīng)過管線空間位置的模擬及綜合管線布排，解決方案如下：

(1)將3個(gè)橋架降標(biāo)高與風(fēng)管底標(biāo)高一致，將支吊架分為上下兩層。

(2)將風(fēng)管與橋架整體左移，以減少橫擔(dān)的跨度，也為右邊側(cè)向斜支撐準(zhǔn)備一定的空間。

(3)最下層的橫擔(dān)經(jīng)過撓度計(jì)算選型后，將橫擔(dān)左側(cè)延伸至結(jié)構(gòu)墻并用型鋼底座進(jìn)行生根固定，這樣將橫擔(dān)與斜撐簡化為一體，既能提高側(cè)向抗震效果，又能節(jié)約材料。

(4)縱向斜支撐的安裝位置分別設(shè)置在離兩根垂直C型槽鋼中心水平距離不超過200ｍｍ的最下層橫擔(dān)上，根據(jù)斜撐安裝空間選擇在垂直C型槽鋼左右或者離其中心的距離不超過200ｍｍ橫擔(dān)上。

(5)根據(jù)實(shí)際安裝空間設(shè)置右側(cè)側(cè)向斜支撐，橫擔(dān)上的生根位置同上，并保證其與垂直C型槽鋼之間的夾角不小于30°，根據(jù)設(shè)防作用范圍的地震力荷載，驗(yàn)算側(cè)向支撐是否滿足要求，結(jié)果證實(shí)達(dá)到要求。

2.2.2設(shè)計(jì)建議和解決方案

該實(shí)例是結(jié)合BIM技術(shù)解決抗震支吊架安裝中最為常見的側(cè)向斜支撐安裝空間的問題，創(chuàng)新地將最下層橫擔(dān)延伸通過型鋼底座與左側(cè)結(jié)構(gòu)墻進(jìn)行生根，將側(cè)向支撐改為一體的水平支撐，加大號(hào)的水平橫擔(dān)的抗拉壓能力遠(yuǎn)高于普通斜支撐；將管線進(jìn)行簡要的空間位置布排，減少?zèng)]必要的管線位置移動(dòng)，減少橫擔(dān)的跨度，既節(jié)約空間，又節(jié)省型鋼材料，達(dá)到了管線綜合布排的要求。

針對(duì)常見的斜支撐安裝空間的問題，特提出如下建議及解決方案：

(1)根據(jù)支架周圍的剪力墻、梁、柱、樓板等結(jié)構(gòu)體，盡量選擇可縮短斜支撐長度或者增大斜支撐角度的位置作為生根處。

(2)吊桿本身均具有抗剪切能力，特別是短的吊桿，當(dāng)其抗剪切能力能夠滿足下端管線的地震力荷載時(shí)，可選擇將斜支撐安裝在垂直的C型槽鋼吊桿及加勁槽鋼上，但距離管線質(zhì)心的垂直距離不得大于300ｍｍ。

(3)如是多層門型吊架，可選擇在橫擔(dān)與垂直C型槽鋼連接處附近增設(shè)斜支撐，直到滿足抗震要求，這樣才能在滿足不超過國標(biāo)要求的最大間距的情況下，盡量減少一段管線上抗震支吊架的數(shù)量。

(4)柔性鋼索對(duì)空間要求相對(duì)較低，在成對(duì)對(duì)稱布置的前提下，也可考慮柔性抗震支吊架的應(yīng)用。

2.2.2設(shè)計(jì)建議和解決方案

該實(shí)例是結(jié)合BIM技術(shù)解決抗震支吊架安裝中最為常見的側(cè)向斜支撐安裝空間的問題，創(chuàng)新地將最下層橫擔(dān)延伸通過型鋼底座與左側(cè)結(jié)構(gòu)墻進(jìn)行生根，將側(cè)向支撐改為一體的水平支撐，加大號(hào)的水平橫擔(dān)的抗拉壓能力遠(yuǎn)高于普通斜支撐；將管線進(jìn)行簡要的空間位置布排，減少?zèng)]必要的管線位置移動(dòng)，減少橫擔(dān)的跨度，既節(jié)約空間，又節(jié)省型鋼材料，達(dá)到了管線綜合布排的要求。

針對(duì)常見的斜支撐安裝空間的問題，特提出如下建議及解決方案：

(1)根據(jù)支架周圍的剪力墻、梁、柱、樓板等結(jié)構(gòu)體，盡量選擇可縮短斜支撐長度或者增大斜支撐角度的位置作為生根處。

(2)吊桿本身均具有抗剪切能力，特別是短的吊桿，當(dāng)其抗剪切能力能夠滿足下端管線的地震力荷載時(shí)，可選擇將斜支撐安裝在垂直的C型槽鋼吊桿及加勁槽鋼上，但距離管線質(zhì)心的垂直距離不得大于300ｍｍ。

(3)如是多層門型吊架，可選擇在橫擔(dān)與垂直C型槽鋼連接處附近增設(shè)斜支撐，直到滿足抗震要求，這樣才能在滿足不超過國標(biāo)要求的最大間距的情況下，盡量減少一段管線上抗震支吊架的數(shù)量。

(4)柔性鋼索對(duì)空間要求相對(duì)較低，在成對(duì)對(duì)稱布置的前提下，也可考慮柔性抗震支吊架的應(yīng)用。

2.3BIM技術(shù)在抗震支吊架系統(tǒng)中的應(yīng)用特點(diǎn)

設(shè)計(jì)與施工之間的協(xié)調(diào)更改一直是施工的重點(diǎn)和難題，特別是在支吊架領(lǐng)域，由于支吊架是附著在管道以及結(jié)構(gòu)上，需考慮施工現(xiàn)場的實(shí)際空間環(huán)境等因素。目前項(xiàng)目施工往往需要有經(jīng)驗(yàn)的施工者根據(jù)圖紙與想象結(jié)合現(xiàn)場安裝空間位置來決定，同時(shí)會(huì)影響其他專業(yè)管路的安裝變更。利用傳統(tǒng)的CAD預(yù)先所布置的點(diǎn)位，例如廣州某項(xiàng)目，采用抗震支吊架系統(tǒng)，由于現(xiàn)場實(shí)際安裝條件，安裝線路與設(shè)計(jì)圖紙有一定的偏差，導(dǎo)致多次施工圖紙變更。BIM軟件，在設(shè)計(jì)院所交付的BIM圖上直接進(jìn)行布點(diǎn)，充分考慮建筑的結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)階段便已考慮支吊架的生根點(diǎn)，從而避免了反復(fù)更改圖紙帶來的麻煩與浪費(fèi)。

BIM軟件在設(shè)計(jì)階段提前充分考慮到管線綜合的細(xì)節(jié)問題，避免問題遺留到施工階段。通過施工模擬演練，能更快、更精準(zhǔn)地提前統(tǒng)計(jì)出各時(shí)間點(diǎn)所需的材料，便于材料的把控。更是可以利用BIM技術(shù)直觀地預(yù)推出材料的堆放位置以及補(bǔ)料時(shí)間，節(jié)約搬運(yùn)材料的勞動(dòng)力，便于現(xiàn)場的綜合管理[3]。中國第一個(gè)全BIM項(xiàng)目———總高632ｍ的“上海中心”，通過BIM提升了規(guī)劃管理水平和建設(shè)質(zhì)量，據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，其材料損耗從原來的3％降低到萬分之一。

３結(jié)語

泰德抗震支架運(yùn)用BIM的可視化管理，模擬化演練，打破現(xiàn)有支吊架安裝的傳統(tǒng)模式，全面預(yù)先在安裝位置的結(jié)構(gòu)里放置預(yù)埋件，抗震支吊架安裝時(shí)，只需用相應(yīng)的連接構(gòu)件與預(yù)埋件進(jìn)行緊固安裝，避免了錨栓對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞。抗震支吊架各個(gè)構(gòu)件通過BIM的精確模擬，可以完全在工廠生產(chǎn)線完成，在實(shí)際安裝過程中只需進(jìn)行匹配拼裝與緊固，施工過程高效無污染。拆下來的材料可重復(fù)利用，縮短施工工期，達(dá)到綠色建筑施工的標(biāo)準(zhǔn)。