给水排水 |BIM应用案例:复杂高大空间给排水设计难点

2019-07-20 18:32:52 708

三亚财经国际论坛土建结构异常复杂,单体内有数个高大空间,且业主对各功能区装修净高要求高,管线综合难度大。论坛功能较多,给排水及消防系统繁多,运用BIM技术对项目进行建模和编辑,发现并解决项目中管线综合的问题,同时反馈给给排水专业设计,作出调整。本文以该项目中若干个难点协调部位为例,总结该项目BIM技术的应用过程,阐述该项目运用BIM技术的心得体会,并结合该项目的情况提出问题及展望。

1 工程简介

1.1工程概况

三亚财经国际论坛(下文简称“论坛”)位于三亚海棠湾,正对风景秀丽的蜈支洲岛。项目定位于能够满足最高级别的国内和国际政治、金融会议及会展需求,以和解与和谐象征的“静石”为设计概念的出发点,充分利用场地的坡度,精心布局,地下各层及夹层、首层均能与室外环境相互连通,各建筑功能要素充分利用这种内在相邻性创造多样的观景平台和空间层次,并以其独特的岩石状造型成为这一区域的标志性建筑,工程管线复杂,结构设计难度大。

项目总建筑面积28133.7 m²,包括地下2层、地上3层的中心论坛和2间地上独立单层商铺,其中地下建筑面积15312m²,地上12821m²

a 整体效果

b BIM模型渲染

图1三亚财经国际论坛

 

1.2给排水及消防系统简介

从整体而言,论坛项目体量相对不大,但建筑性质和功能性较多,常用的给排水及消防系统基本都有用上,可谓“麻雀虽小五脏俱全”。


1.2.1给排水系统

供论坛的生活给水系统,自市政引入管经过砂滤、炭滤及紫外线消毒后,由一套变频供水设备加压供给,竖向分2个区。论坛单体5层共有大小厨房5个,厨房热水供应各自单独采用容积式电热水器。另外,位于3层的空调冷却塔采用专用变频加压设备补水系统。


卫生间排水采用污废合流制,地下室卫生间排水排至污水提升间内由提升装置排水出户。厨房含油废水经一体化含油废水处理提升装置提升出户。屋面雨水采用虹吸式雨水系统。以上排水系统出户管分别在首层东侧及负一层西侧埋地出户。室外设置埋地式雨水回收池,设置雨水回用系统作为论坛南入口和西入口的绿化和道路浇洒用水,并作为南序厅小水景的补水管。


1.2.2消防系统

本项目设计有室内消火栓系统、室外消火栓系统、自动喷水灭火系统、大空间智能型主动喷水灭火系统、S型热气溶胶预制灭火系统及七氟丙烷气体灭火系统。由于论坛会议中心有非仓库类高大净空,宴会厅家具有专门的储藏间,分别有丙类及戊类储藏,功能较多且复杂,消防系统管线繁杂,其中自动喷水灭火系统设计流量达90 L/s,管道管径较大。


1.2.3管材管件

室内生活冷热水给水管采用S30408不锈钢管,环压或双卡压连接;室外给水管及雨水回用系统管道采用钢塑复合压力管,热熔连接;室内污废水管采用机制离心铸铁管,加强型卡箍连接;虹吸式雨水管采用不锈钢管,氩弧焊接,重力雨水管采用离心铸铁管;压力排水管采用内外涂塑钢管,卡箍连接,压力排水管上的阀门采用铜芯球墨铸铁外壳阀门,法兰连接或沟槽式卡箍连接。

 

室内消防给水系统管道均采用热浸镀锌钢管,DN<100mm采用螺纹连接,DN≥100mm采用沟槽式连接。


1.3项目难点

论坛会议中心单体体量相对不大,主体有3个高大空间,分别为:负一层展厅,面积2820m²,层高11.5 m,负一层及负一夹层通高;首层宴会厅位于展厅正上方,面积1500m²,层高12.9 m,首层及二层通高;西侧至南侧序厅,其中西侧序厅面积约1500m²,土建完成后最高高度达30m,负一层至屋面通高,西侧序厅高大空间延展至南侧,南侧序厅从负一层到首层逐层退缩,首层以上为高大空间,南侧序厅面积约680m²,从负一层算起最高高度同样达30m。这3个高大空间占据论坛单体的中部、西侧及南侧,东侧独立商铺下方负一层有货车车道,机电各专业的设备间、厨房等主要布置在东侧,部分机房设于负一层北侧。后勤通道为主要机电设备管线通道,空间狭长,对管线综合布置要求非常高。图2为论坛整体剖面示意。

 

图2论坛整体剖面(东西剖切,南往北看)


负一层面积为12577m²,负一夹层由于展厅、序厅及货车车道通高,面积仅6875m²,主要为设备间及展厅家具储藏间,且负一夹层局部还有小夹层,土建结构异常复杂,这给管线综合及各专业管线走向增加了难度。

 

另外,由于屋面造型的原因,论坛二、三层部分走道设备管线布置受其影响,不但横向剖面可能存在斜屋面的影响,纵向走向也会存在影响,具体情况下文会作详述。屋面造型对管线综合的影响,也是该项目的一个特点。

 

由于本项目土建结构复杂,机电设备专业管线布置空间也非常紧张,许多管线综合工作中细节方面的问题,若采用传统CAD二维图纸模式进行分析及解决,将变得非常困难,甚至有些局部很难通过二维图纸发现问题,这些问题若在施工阶段才发现,轻则拖慢施工进度,重则造成返工。

 

在配合二次装修设计阶段,由于业主对各主要功能区域、走廊通道等有严格的净高要求,这对管线综合协调的空间提出了更高的要求,协调期间通过Revit软件模型的直观显示,将部分确实不能达到净高要求的部位,及时反馈至业主及装修公司,方便其重新考虑方案,这是Revit软件在设计阶段的另一个实际意义。


2 BIM技术在项目中的应用

2.1前期准备

本项目使用Revit软件版本为2014版,设备专业共用同一中心文件,建筑模型、钢结构模型及屋面幕墙模型,分别在中心文件中作模型链接,设备专业各自使用本地文件副本编辑并适时同步至中心文件。

 

由于设备专业参与人数较多,首先需要规范好各专业的工作集、视图平面等命名方式,以免各专业设计人员混乱,造成自己专业的管线到最后自己编辑不了的情况。

 

给排水专业内部要预先加载各类相关管材、管件族库等,包括消火栓、喷头、湿式报警阀、闸阀、弯头等管件附件。管道连接、变径、转弯等需要预设类型,在创建模型和编辑时这些相应管件便可自动生成。

 

在机电设备各专业规范创建工作集、管道类型及系统类型后,便可根据各自专业的需求,创建各自的过滤器,并赋予其管道颜色,在模型编辑和协调期间,也可根据需要控制相关管道和系统的可见性。


2.2模型创建及管线协调

2.2.1建模及管线协调避让原则

在模型创建阶段,设备各专业虽然都可以通过同步中心文件看见其他专业的管线,但在前期都容易犯一个错误,就是各自都想把自己专业的管线贴梁底敷设,造成几乎所有主管线都集中在梁底,互相碰撞矛盾,水管桥架放在了风管里。后来经过协调,认为这种“粗放型”的建模方式不可取,会严重影响后期管线综合的工作量,甚至可以说建了模也没用,后期协调改动量相当于重新建模。于是在各专业碰头协调的过程中,出于对管线协调的考虑及满足甲方对装修净高的要求,形成了各自设备管线走向的主要原则,在建模阶段就尽可能多地避免管线碰撞的问题从而减轻管线协调的工作量。

 

主要原则如下:①小管径避让大管径;②压力管避让重力管;③给排水管道、电力电信桥架避让大风管;④管线交叉优先考虑上翻交叉;⑤强弱电桥架需按规范JGJ 16-2008隔开一定距离;⑥主管线有支管连接,尽量考虑上翻出支管,且尽可能在梁格间出支管,以免影响剖面中各主管线布置;⑦走道管线一般情况下风管置于最顶部贴梁底铺设,强弱电桥架分别贴两边墙设置;⑧给排水管道设于强弱电桥架以下,并预留阀门安装空间;⑨出现横穿走道的管线时,尽可能在梁格中布置,不影响管线高度及剖面布置。

 

上述布管原则,一方面从剖面布置来看比较美观;另一方面走道区域预留中间位置方便以后检修维护,也可以给各类管线的末端预留中间位置,如照明筒灯、自动喷水灭火系统的上下喷头、暖通空调专业的新风口及排烟口等。图3为走道管线剖面布置示例。

图3走道管线剖面布置示例

a 北段平面

b 管线局部三维

图4负一层后勤通道


2.2.2局部示例

对于一些非过道但管线密集的局部,吊顶内空间往往比较开阔,而甲方对这些部位的装修净高要求较高,而且管线走向并不像走道那么单一。尤其在后勤通道的交汇区域(见图4),平面上看为各功能区过渡区域,同样也是各条走道上设备专业管线纵横交错的地方。这类区域的管线协调处理在执行上述原则的基础上,更要求管线走向少曲绕,以免造成不必要的成本增加及施工难度增大,此外还需要考虑管线排列整齐方便施工及吊装架安装,考虑检修空间等,相比走道而言,这样的区域管线综合难度更大。


图5二层同声传译区走道纵剖面三维


屋面造型对管线综合空间的影响也是本项目的难点之一。以论坛二层东侧过道为例(见图5),此过道为服务首层宴会厅的同声传译区的走道,受屋面造型的影响,过道纵向有高低起伏和倾斜的横钢梁,通道上方的管线需要在纵向根据需要调整剖面布置,甚至在过横梁位置需要再作调整。类似的情况在二、三层的设备走道较多,这些部位虽然没有负一层管线数目多,但屋面及钢结构土建条件复杂,需要时刻观察三维模型来进行管线协调,所以这些部位主要协调工作是设备管线与土建条件碰撞检测。

 

2.3 Revit软件对给排水管线设计的反馈

通过软件建模及协调,及时发现问题及对给排水管线设计作出反馈,是Revit软件可视化设计的另一重要作用。

图6负一层后勤通道中段及卸货区剖面


以负一层后勤通道中段为例(见图6),此处同时为货车车道卸货区与展厅的连接过渡位置,后勤通道梁下净高约3.5 m,但业主考虑展厅物品搬运的原因,要求该区域管线综合后净高3m,此通道原本为主要管线通道,给排水专业原方案有若干条DN150消防主管线从此南北贯穿。同时,强、弱电专业也有主管线在此经过,且末端较多,主管线不便更改走向。


为满足甲方对净高的超常规要求,后勤通道中段给排水专业消防管线需要更改走向,一部分从负一层隐蔽的地方设竖管上负一夹层,再从负一层展厅顶上的钢结构桁架间敷设管道作为过渡,再找适当位置作竖管回到负一层后勤通道;另一部分调至货车车道及卸货区上方。而后勤通道中段仅留必要的风管,且风管尽可能压扁,强弱电分置于风管两侧,水专业仅留自动喷水灭火系统支管,最后勉强能满足甲方在此区域的净高要求。

 

类似的部位还有多处,最终都需要通过更改设备管线走向来完成业主要求,此类问题的发现和解决,就是在Revit软件直观可视的基础下多方协调完成的。

 

又如二层的一个会议室,由于三层屋面造型原因,会议室吊顶内有三层的一个新风口,使得吊顶内高度不一,高差达1.6m,而且吊顶内有2.5 m宽600mm高新风管,对于给排水专业来说,吊顶内有三层局部屋面的雨水管、新风井的雨水管以及会议室的喷淋管,会议室是业主对装修要求较高的部位,笔者作为Revit模型设计单位的管线综合协调方,在尽力协调管线提高净高后,借助Revit模型把净高信息反馈给装修方案公司,在甲方的主导下进行了装修净高的调整,最后各方对会议室的土建、管线综合及装修方案均达成共识,问题得到圆满解决。这是Revit模型直观地反馈问题带来的实质性好处,使得参与项目的各方更直接地发现问题、解决问题。


3 BIM技术运用过程中的问题与思考

3.1族库欠完善

Revit软件内虽有自带的族库,大至卫生间洁具、水泵、消火栓,小至喷头都有族库,但族库内容并不完善,在建模阶段,出现只能用相类似的附件、管件替代示意的情况。笔者建议各机电专业大小设备应根据国家相关规范及图集进行族库完善。


3.2管道连接方式及编辑

管线协调期间,免不了需要截断某部分管段,上下或左右移动管段,管道打断的操作需要在管段上断两点,再拉伸中间管段端点,实施移动或上翻,最后连上主管,在这种需要多次重复的改动编辑上,Revit软件显得不够智能和快捷,往往在重新连上管道的时候,自动生成的弯头、管件等并非设计者想要的,甚至会造成管道微移。


而这种不方便的管道分管段截断,除给排水管道外,电桥架及风管编辑也有反映存在这种问题。在管线协调的工作中,这类打断移动的操作是最基本也是最多的,但软件对这样的操作做不到得心应手且运算时间长,在协调工作量大且繁琐的情况下,给管线协调工作带来诸多不便。作为使用者,笔者认为这种操作的不便捷,也是造成许多从业人员认为二维CAD软件使用起来比BIM软件更得心应手的主要原因之一,反过来看也是BIM软件推广的阻碍之一。


3.3软件对计算机硬件要求过高

Revit软件在建模方面有传统二维CAD软件不可比拟的优势,但其对计算机硬件的要求在目前来说仍然过高,这是制约其快速发展的因素之一。使用者计算机硬件配置稍微低一点,编辑速度与CAD软件相比还是有很大差距,即使用配置最好的计算机,其运行操作速度相比于CAD软件也不具备优越性。


3.4参与项目各单位的交接

BIM建筑信息模型,对于一个建筑项目来说,实际上是在虚拟世界从方案开始构建起这座建筑,并从中解决各种问题,通过各种信息传递反馈至现实中的建筑实体。所以,每一个项目的模型都应具备成长性,从方案至施工图设计再到施工现场指导施工,都应如建筑实体一样逐步完善和成长起来。这样的成长性就决定BIM模型并不是单独一个单位从头到尾完成的,而是应该从方案设计者开始,传递到施工图设计单位,再到施工监理单位的过程,在这过程中甲方应占据主导地位,而各方对BIM模型的交接点和模型交接时的完成程度应该有准确的限定。笔者认为这是BIM新技术反馈给业界需要适应的新规则,而这种新规则在行业内部目前还没有得到各方的确立。

 

以本项目为例,方案设计公司需要向施工图设计单位提供幕墙及异形屋面模型,施工图设计单位在从创建模型到管线协调完毕交付至施工单位,施工单位再进行模型深化如各设备房内设备与管线的深化、吊装支架安装等。


3.5模型信息的应用

BIM技术较传统二维图纸设计的优势在于建筑信息及数据,设计者创建编辑的为可视化的模型,其核心实质是建筑内部各细节的信息和数据,通过直观的方式在参与项目的各方之间进行交互,从而减轻工程师之间信息的不对称性。


论坛项目模型分别进行了日照模拟、风向分析、风洞模拟、消防疏散等基于BIM技术的应用分析。给排水专业管道也进行了管线定位,管道管件使用量的统计,后期还添加了管段管径、长度、坡度等的信息标注。可惜由于工程进度的紧迫,且计算机硬件配置和运算能力有限,没有进行整体系统的分析和计算,如生活给水系统及消防系统的水头损失计算等深度应用。这是今后BIM技术深入到给排水系统设计中需要发展的方向,也是体现BIM技术对给排水专业设计的核心价值所在。


4 总结与展望

三亚财经国际论坛项目土建结构复杂,机电设备专业管线繁多,且业主对部分功能区域配合装修方案对净高要求偏高,在这些“先天”与“后天”不利的条件下,设备专业在公共区域的管线空间有限,管线综合难度较大。运用BIM技术建模,得出直观的可视化模型,解决二维图纸难以解决和发现的问题,对管线从精准定位并模拟真实场景,到后期指导施工,可以说BIM技术在本项目中运用是成功的。

 

笔者认为,对于类似上海迪士尼园区、三亚论坛这类土建结构复杂,尤其是“小而精”的民用公共建筑,运用BIM技术都取得了成功,大大减小了项目设计难度,同时减少了项目施工成本和投入,效果值得肯定。而在设计过程中,发现Revit软件实际使用仍有需要改进的方面,建议相关的软件公司能继续升级或作二次开发,使之更便捷、友好地面向工程设计从业人员,在设计行业牵起第二次“甩画板”革命。


微信对原文有删减。原文标题:《浅析三亚财经国际论坛永久会址给排水设计BIM技术应用》,作者:熊曦 丰汉军,刊登在《给水排水》2017年04期。

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