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給水排水 |BIM應用案例:復雜高大空間給排水設計難點

2019-07-20 18:32:52 711

三亞財經國際論壇土建結構異常復雜,單體內有數個高大空間,且業主對各功能區裝修凈高要求高,管線綜合難度大。論壇功能較多,給排水及消防系統繁多,運用BIM技術對項目進行建模和編輯,發現并解決項目中管線綜合的問題,同時反饋給給排水專業設計,作出調整。本文以該項目中若干個難點協調部位為例,總結該項目BIM技術的應用過程,闡述該項目運用BIM技術的心得體會,并結合該項目的情況提出問題及展望。

1 工程簡介

1.1工程概況

三亞財經國際論壇(下文簡稱“論壇”)位于三亞海棠灣,正對風景秀麗的蜈支洲島。項目定位于能夠滿足最高級別的國內和國際政治、金融會議及會展需求,以和解與和諧象征的“靜石”為設計概念的出發點,充分利用場地的坡度,精心布局,地下各層及夾層、首層均能與室外環境相互連通,各建筑功能要素充分利用這種內在相鄰性創造多樣的觀景平臺和空間層次,并以其獨特的巖石狀造型成為這一區域的標志性建筑,工程管線復雜,結構設計難度大。

項目總建筑面積28133.7 m2,包括地下2層、地上3層的中心論壇和2間地上獨立單層商鋪,其中地下建筑面積15312m2,地上12821m2。

a 整體效果

b BIM模型渲染

圖1三亞財經國際論壇

 

1.2給排水及消防系統簡介

從整體而言,論壇項目體量相對不大,但建筑性質和功能性較多,常用的給排水及消防系統基本都有用上,可謂“麻雀雖小五臟俱全”。


1.2.1給排水系統

供論壇的生活給水系統,自市政引入管經過砂濾、炭濾及紫外線消毒后,由一套變頻供水設備加壓供給,豎向分2個區。論壇單體5層共有大小廚房5個,廚房熱水供應各自單獨采用容積式電熱水器。另外,位于3層的空調冷卻塔采用專用變頻加壓設備補水系統。


衛生間排水采用污廢合流制,地下室衛生間排水排至污水提升間內由提升裝置排水出戶。廚房含油廢水經一體化含油廢水處理提升裝置提升出戶。屋面雨水采用虹吸式雨水系統。以上排水系統出戶管分別在首層東側及負一層西側埋地出戶。室外設置埋地式雨水回收池,設置雨水回用系統作為論壇南入口和西入口的綠化和道路澆灑用水,并作為南序廳小水景的補水管。


1.2.2消防系統

本項目設計有室內消火栓系統、室外消火栓系統、自動噴水滅火系統、大空間智能型主動噴水滅火系統、S型熱氣溶膠預制滅火系統及七氟丙烷氣體滅火系統。由于論壇會議中心有非倉庫類高大凈空,宴會廳家具有專門的儲藏間,分別有丙類及戊類儲藏,功能較多且復雜,消防系統管線繁雜,其中自動噴水滅火系統設計流量達90 L/s,管道管徑較大。


1.2.3管材管件

室內生活冷熱水給水管采用S30408不銹鋼管,環壓或雙卡壓連接;室外給水管及雨水回用系統管道采用鋼塑復合壓力管,熱熔連接;室內污廢水管采用機制離心鑄鐵管,加強型卡箍連接;虹吸式雨水管采用不銹鋼管,氬弧焊接,重力雨水管采用離心鑄鐵管;壓力排水管采用內外涂塑鋼管,卡箍連接,壓力排水管上的閥門采用銅芯球墨鑄鐵外殼閥門,法蘭連接或溝槽式卡箍連接。

 

室內消防給水系統管道均采用熱浸鍍鋅鋼管,DN<100mm采用螺紋連接,DN≥100mm采用溝槽式連接。


1.3項目難點

論壇會議中心單體體量相對不大,主體有3個高大空間,分別為:負一層展廳,面積2820m2,層高11.5 m,負一層及負一夾層通高;首層宴會廳位于展廳正上方,面積1500m2,層高12.9 m,首層及二層通高;西側至南側序廳,其中西側序廳面積約1500m2,土建完成后最高高度達30m,負一層至屋面通高,西側序廳高大空間延展至南側,南側序廳從負一層到首層逐層退縮,首層以上為高大空間,南側序廳面積約680m2,從負一層算起最高高度同樣達30m。這3個高大空間占據論壇單體的中部、西側及南側,東側獨立商鋪下方負一層有貨車車道,機電各專業的設備間、廚房等主要布置在東側,部分機房設于負一層北側。后勤通道為主要機電設備管線通道,空間狹長,對管線綜合布置要求非常高。圖2為論壇整體剖面示意。

 

圖2論壇整體剖面(東西剖切,南往北看)


負一層面積為12577m2,負一夾層由于展廳、序廳及貨車車道通高,面積僅6875m2,主要為設備間及展廳家具儲藏間,且負一夾層局部還有小夾層,土建結構異常復雜,這給管線綜合及各專業管線走向增加了難度。

 

另外,由于屋面造型的原因,論壇二、三層部分走道設備管線布置受其影響,不但橫向剖面可能存在斜屋面的影響,縱向走向也會存在影響,具體情況下文會作詳述。屋面造型對管線綜合的影響,也是該項目的一個特點。

 

由于本項目土建結構復雜,機電設備專業管線布置空間也非常緊張,許多管線綜合工作中細節方面的問題,若采用傳統CAD二維圖紙模式進行分析及解決,將變得非常困難,甚至有些局部很難通過二維圖紙發現問題,這些問題若在施工階段才發現,輕則拖慢施工進度,重則造成返工。

 

在配合二次裝修設計階段,由于業主對各主要功能區域、走廊通道等有嚴格的凈高要求,這對管線綜合協調的空間提出了更高的要求,協調期間通過Revit軟件模型的直觀顯示,將部分確實不能達到凈高要求的部位,及時反饋至業主及裝修公司,方便其重新考慮方案,這是Revit軟件在設計階段的另一個實際意義。


2 BIM技術在項目中的應用

2.1前期準備

本項目使用Revit軟件版本為2014版,設備專業共用同一中心文件,建筑模型、鋼結構模型及屋面幕墻模型,分別在中心文件中作模型鏈接,設備專業各自使用本地文件副本編輯并適時同步至中心文件。

 

由于設備專業參與人數較多,首先需要規范好各專業的工作集、視圖平面等命名方式,以免各專業設計人員混亂,造成自己專業的管線到最后自己編輯不了的情況。

 

給排水專業內部要預先加載各類相關管材、管件族庫等,包括消火栓、噴頭、濕式報警閥、閘閥、彎頭等管件附件。管道連接、變徑、轉彎等需要預設類型,在創建模型和編輯時這些相應管件便可自動生成。

 

在機電設備各專業規范創建工作集、管道類型及系統類型后,便可根據各自專業的需求,創建各自的過濾器,并賦予其管道顏色,在模型編輯和協調期間,也可根據需要控制相關管道和系統的可見性。


2.2模型創建及管線協調

2.2.1建模及管線協調避讓原則

在模型創建階段,設備各專業雖然都可以通過同步中心文件看見其他專業的管線,但在前期都容易犯一個錯誤,就是各自都想把自己專業的管線貼梁底敷設,造成幾乎所有主管線都集中在梁底,互相碰撞矛盾,水管橋架放在了風管里。后來經過協調,認為這種“粗放型”的建模方式不可取,會嚴重影響后期管線綜合的工作量,甚至可以說建了模也沒用,后期協調改動量相當于重新建模。于是在各專業碰頭協調的過程中,出于對管線協調的考慮及滿足甲方對裝修凈高的要求,形成了各自設備管線走向的主要原則,在建模階段就盡可能多地避免管線碰撞的問題從而減輕管線協調的工作量。

 

主要原則如下:①小管徑避讓大管徑;②壓力管避讓重力管;③給排水管道、電力電信橋架避讓大風管;④管線交叉優先考慮上翻交叉;⑤強弱電橋架需按規范JGJ 16-2008隔開一定距離;⑥主管線有支管連接,盡量考慮上翻出支管,且盡可能在梁格間出支管,以免影響剖面中各主管線布置;⑦走道管線一般情況下風管置于最頂部貼梁底鋪設,強弱電橋架分別貼兩邊墻設置;⑧給排水管道設于強弱電橋架以下,并預留閥門安裝空間;⑨出現橫穿走道的管線時,盡可能在梁格中布置,不影響管線高度及剖面布置。

 

上述布管原則,一方面從剖面布置來看比較美觀;另一方面走道區域預留中間位置方便以后檢修維護,也可以給各類管線的末端預留中間位置,如照明筒燈、自動噴水滅火系統的上下噴頭、暖通空調專業的新風口及排煙口等。圖3為走道管線剖面布置示例。

圖3走道管線剖面布置示例

a 北段平面

b 管線局部三維

圖4負一層后勤通道


2.2.2局部示例

對于一些非過道但管線密集的局部,吊頂內空間往往比較開闊,而甲方對這些部位的裝修凈高要求較高,而且管線走向并不像走道那么單一。尤其在后勤通道的交匯區域(見圖4),平面上看為各功能區過渡區域,同樣也是各條走道上設備專業管線縱橫交錯的地方。這類區域的管線協調處理在執行上述原則的基礎上,更要求管線走向少曲繞,以免造成不必要的成本增加及施工難度增大,此外還需要考慮管線排列整齊方便施工及吊裝架安裝,考慮檢修空間等,相比走道而言,這樣的區域管線綜合難度更大。


圖5二層同聲傳譯區走道縱剖面三維


屋面造型對管線綜合空間的影響也是本項目的難點之一。以論壇二層東側過道為例(見圖5),此過道為服務首層宴會廳的同聲傳譯區的走道,受屋面造型的影響,過道縱向有高低起伏和傾斜的橫鋼梁,通道上方的管線需要在縱向根據需要調整剖面布置,甚至在過橫梁位置需要再作調整。類似的情況在二、三層的設備走道較多,這些部位雖然沒有負一層管線數目多,但屋面及鋼結構土建條件復雜,需要時刻觀察三維模型來進行管線協調,所以這些部位主要協調工作是設備管線與土建條件碰撞檢測。

 

2.3 Revit軟件對給排水管線設計的反饋

通過軟件建模及協調,及時發現問題及對給排水管線設計作出反饋,是Revit軟件可視化設計的另一重要作用。

圖6負一層后勤通道中段及卸貨區剖面


以負一層后勤通道中段為例(見圖6),此處同時為貨車車道卸貨區與展廳的連接過渡位置,后勤通道梁下凈高約3.5 m,但業主考慮展廳物品搬運的原因,要求該區域管線綜合后凈高3m,此通道原本為主要管線通道,給排水專業原方案有若干條DN150消防主管線從此南北貫穿。同時,強、弱電專業也有主管線在此經過,且末端較多,主管線不便更改走向。


為滿足甲方對凈高的超常規要求,后勤通道中段給排水專業消防管線需要更改走向,一部分從負一層隱蔽的地方設豎管上負一夾層,再從負一層展廳頂上的鋼結構桁架間敷設管道作為過渡,再找適當位置作豎管回到負一層后勤通道;另一部分調至貨車車道及卸貨區上方。而后勤通道中段僅留必要的風管,且風管盡可能壓扁,強弱電分置于風管兩側,水專業僅留自動噴水滅火系統支管,最后勉強能滿足甲方在此區域的凈高要求。

 

類似的部位還有多處,最終都需要通過更改設備管線走向來完成業主要求,此類問題的發現和解決,就是在Revit軟件直觀可視的基礎下多方協調完成的。

 

又如二層的一個會議室,由于三層屋面造型原因,會議室吊頂內有三層的一個新風口,使得吊頂內高度不一,高差達1.6m,而且吊頂內有2.5 m寬600mm高新風管,對于給排水專業來說,吊頂內有三層局部屋面的雨水管、新風井的雨水管以及會議室的噴淋管,會議室是業主對裝修要求較高的部位,筆者作為Revit模型設計單位的管線綜合協調方,在盡力協調管線提高凈高后,借助Revit模型把凈高信息反饋給裝修方案公司,在甲方的主導下進行了裝修凈高的調整,最后各方對會議室的土建、管線綜合及裝修方案均達成共識,問題得到圓滿解決。這是Revit模型直觀地反饋問題帶來的實質性好處,使得參與項目的各方更直接地發現問題、解決問題。


3 BIM技術運用過程中的問題與思考

3.1族庫欠完善

Revit軟件內雖有自帶的族庫,大至衛生間潔具、水泵、消火栓,小至噴頭都有族庫,但族庫內容并不完善,在建模階段,出現只能用相類似的附件、管件替代示意的情況。筆者建議各機電專業大小設備應根據國家相關規范及圖集進行族庫完善。


3.2管道連接方式及編輯

管線協調期間,免不了需要截斷某部分管段,上下或左右移動管段,管道打斷的操作需要在管段上斷兩點,再拉伸中間管段端點,實施移動或上翻,最后連上主管,在這種需要多次重復的改動編輯上,Revit軟件顯得不夠智能和快捷,往往在重新連上管道的時候,自動生成的彎頭、管件等并非設計者想要的,甚至會造成管道微移。


而這種不方便的管道分管段截斷,除給排水管道外,電橋架及風管編輯也有反映存在這種問題。在管線協調的工作中,這類打斷移動的操作是最基本也是最多的,但軟件對這樣的操作做不到得心應手且運算時間長,在協調工作量大且繁瑣的情況下,給管線協調工作帶來諸多不便。作為使用者,筆者認為這種操作的不便捷,也是造成許多從業人員認為二維CAD軟件使用起來比BIM軟件更得心應手的主要原因之一,反過來看也是BIM軟件推廣的阻礙之一。


3.3軟件對計算機硬件要求過高

Revit軟件在建模方面有傳統二維CAD軟件不可比擬的優勢,但其對計算機硬件的要求在目前來說仍然過高,這是制約其快速發展的因素之一。使用者計算機硬件配置稍微低一點,編輯速度與CAD軟件相比還是有很大差距,即使用配置最好的計算機,其運行操作速度相比于CAD軟件也不具備優越性。


3.4參與項目各單位的交接

BIM建筑信息模型,對于一個建筑項目來說,實際上是在虛擬世界從方案開始構建起這座建筑,并從中解決各種問題,通過各種信息傳遞反饋至現實中的建筑實體。所以,每一個項目的模型都應具備成長性,從方案至施工圖設計再到施工現場指導施工,都應如建筑實體一樣逐步完善和成長起來。這樣的成長性就決定BIM模型并不是單獨一個單位從頭到尾完成的,而是應該從方案設計者開始,傳遞到施工圖設計單位,再到施工監理單位的過程,在這過程中甲方應占據主導地位,而各方對BIM模型的交接點和模型交接時的完成程度應該有準確的限定。筆者認為這是BIM新技術反饋給業界需要適應的新規則,而這種新規則在行業內部目前還沒有得到各方的確立。

 

以本項目為例,方案設計公司需要向施工圖設計單位提供幕墻及異形屋面模型,施工圖設計單位在從創建模型到管線協調完畢交付至施工單位,施工單位再進行模型深化如各設備房內設備與管線的深化、吊裝支架安裝等。


3.5模型信息的應用

BIM技術較傳統二維圖紙設計的優勢在于建筑信息及數據,設計者創建編輯的為可視化的模型,其核心實質是建筑內部各細節的信息和數據,通過直觀的方式在參與項目的各方之間進行交互,從而減輕工程師之間信息的不對稱性。


論壇項目模型分別進行了日照模擬、風向分析、風洞模擬、消防疏散等基于BIM技術的應用分析。給排水專業管道也進行了管線定位,管道管件使用量的統計,后期還添加了管段管徑、長度、坡度等的信息標注??上в捎诠こ踢M度的緊迫,且計算機硬件配置和運算能力有限,沒有進行整體系統的分析和計算,如生活給水系統及消防系統的水頭損失計算等深度應用。這是今后BIM技術深入到給排水系統設計中需要發展的方向,也是體現BIM技術對給排水專業設計的核心價值所在。


4 總結與展望

三亞財經國際論壇項目土建結構復雜,機電設備專業管線繁多,且業主對部分功能區域配合裝修方案對凈高要求偏高,在這些“先天”與“后天”不利的條件下,設備專業在公共區域的管線空間有限,管線綜合難度較大。運用BIM技術建模,得出直觀的可視化模型,解決二維圖紙難以解決和發現的問題,對管線從精準定位并模擬真實場景,到后期指導施工,可以說BIM技術在本項目中運用是成功的。

 

筆者認為,對于類似上海迪士尼園區、三亞論壇這類土建結構復雜,尤其是“小而精”的民用公共建筑,運用BIM技術都取得了成功,大大減小了項目設計難度,同時減少了項目施工成本和投入,效果值得肯定。而在設計過程中,發現Revit軟件實際使用仍有需要改進的方面,建議相關的軟件公司能繼續升級或作二次開發,使之更便捷、友好地面向工程設計從業人員,在設計行業牽起第二次“甩畫板”革命。


微信對原文有刪減。原文標題:《淺析三亞財經國際論壇永久會址給排水設計BIM技術應用》,作者:熊曦 豐漢軍,刊登在《給水排水》2017年04期。

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