三维管综的9大流程和具体调整的5个步骤

三维管综的9大流程和具体调整的5个步骤

来源:湖南省建筑设计院有限公司

作者:星亮、谭振峰

管线综合
今天的文章来自湖南省建筑设计院有限公司BIM设计研究中心团队,他们是鸿业的老朋友了,每次接触都能感受到他们的匠心和极致。去年,他们通过对数十个项目的总结,凝练出了近6000字的管综秘籍。读完本文,你就能了解常规项目三维管综的9大流程和具体调整的5个步骤。值得反复阅读,建议收藏!

 管线之争

在建筑设计企业,管线综合设计大多饱受非议和诟病,属于有人疼没人爱的角色。

要说这其中缘由,一方面是:归属不明。

建筑专业负责?他们没有机电设计经验,调整后的管线不一定是最优方案;机电专业做?他们对于空间的想象力不够丰富,吊顶控制优化不够合理。

况且,无论是建筑还是机电专业,出图标准中都没有要求必须包含管线综合图纸。即使某项目定了由机电专业做,水暖电三个专业又要好好争论一番。

另一方面是:条件复杂。

管线综合设计往往需要提前对各专业设计情境、逻辑、原则等进行了解,并对所有管线路由路径进行分析,并根据施工工艺的情景进行模拟,才能得到较合理的管线综合成果。这些条件,仅凭一个专业就要全面把控着实不易。

因此,在传统设计中,这一争论已经持续了多年,何时破局貌似仍遥遥无期。

BIM破局

随着BIM技术在国内的蓬勃发展,三维管线综合技术在进入大家的视野后,迅速获得认同,将有望成为管综之争的破局之光。

三维管线综合技术虽然入门快、应用广泛,但是,由于其关系复杂、布置灵活、跨阶段等原因,要全面掌握,却是难于登天。因此,不管是设计院还是施工单位,三维管综的相关研究成果很少。

另外,每家单位进行三维管综的流程又大相径庭,甚至同单位不同人的设计方法也不尽相同。因此,市面上可见的管综成果可谓五花八门。

 


三维管综技术简介

三维管综技术,主要是利用BIM技术在三维建筑模型上设计各类机电管线,分析管线排布空间的特点,并对管线的排布进行全专业协调和优化的技术。

其主要目标是使管线的排布设计更合理,既能解决管线碰撞、满足空间需求,也能提升施工效率,节省成本。

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▲ 世茂广场项目38层三维管综成果

三维管综的主要目标

1. 满足净高要求 

满足净高要求包括:人员通行高度、设备运输高度、吊顶控制高度、人员观感高度、机电系统功能需求高度等。

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▲ 车道通行净高分析

2. 优化路径、节省材料 

通过管综优化,优化路径,减少错漏碰缺,从而节省材料。

3. 施工便利、维修方便

通过管综优化,减少施工返工,同时预留检修空间,方便后期检修作业。

4. 完善设计,提升品质

由于传统二维图的表达限制,机电图纸往往不够完善,采用三维管综技术能够完善设计,从而提升设计品质。

5. 满足建筑美学需求

美观整齐的管线布置,将成为今后建筑中机电管线的标准配置。

6. 满足建筑信息化需求

随着智慧城市的持续发展,三维化信息化的管线运维模型将为今后的管线运维信息化提供基础资源。

三维管综的9大流程和具体调整的5个步骤

▲ 利用三维可视化进行检修空间分析


通过数十个项目的经验总结,得到了常规项目进行三维管综设计的主要方法,分为9个主要流程。

三维管综的9大流程和具体调整的5个步骤

▲ BIM管综设计主要流程图

流程一:管综任务分析

在这一步,管综设计团队除了对项目的类型、位置、面积、建筑组成等基本情况进行了解,还需要对当前的作业条件进行了解和分析,主要包括如下几个方面:

 1. 应用目标 

每个项目的管综目标不尽相同,需要提前与业主确认,对项目的BIM应用目标进行整理,从而有的放矢完成设计工作。

除常见的净高优化、碰撞检查、路由分析等目标之外,医疗建筑可能需要结合轨道物流分析,场馆建筑需要结合钢结构分析,商业项目需要结合吊顶分析等。

 2. 时间进度 

结合业主的时间要求和设计的出图时间进行综合分析,确定管综成果提交的时间进度安排,并编制进度计划表。

 3. 节点成果 

对于分阶段提交管综成果的工作,提前确定每个节点的提交成果。

 4. 模型深度 

往往随着模型深度加深,模型的工作量成几何倍增加。因此,需要提前与业主确定模型的深度,如最小管线尺寸、是否包含保温和附件、设备尺寸精度等。

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▲ 模型深度递增示意

 5. 适用标准 

确定当前项目所适用的标准有哪些,满足HD BIM相关标准的同时,需要考虑业主是否有标准要求需要满足。

 6. 其他模型情况 

建筑、结构模型是否已经达到管综条件,应具备哪些设计要点。

 7. 业主的重点要求 

对于本项目,业主有哪些管综重点、成果要求,是否有特殊要求。这一点尤其重要,需要提前对接。

流程二:图纸分析

通过土建图纸分析,来对建筑的空间概况、各区域梁高、吊顶形式、走道宽度等进行了解,从而对管线的敷设空间进行把控。

在这个阶段,往往能够通过图纸分析,找到净高不足的地方,提前确定管线复杂点位。

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▲ 对管线安装空间进行分析

流程三:管线情况统计

对机电图纸进行分析,从而对即将开展管综优化的管线情况进行统计和分析,包括不同专业管线的尺寸、标高、数量、特殊要求等。通过这项工作,基本可以确定管综优化的难点和重点。

流程四:管综难点分析

对于管线情况统计中发现的难点,分区域对其进行分析,并对其进行说明。

流程五:管综原则及思路确定

管综的优化思路往往决定了管综的整体质量,因此需要提前结合管综难点和工作过程,对主要的管综优化思路进行说明。

BIM机电管综,目前行业内的共识,应遵循8大原则:

1. 有压管让无压管

如生活污水管、雨水排水管、空调冷凝水管等都是依靠重力进行排水、其水平管必须保持有一定的坡度,这是排水顺畅的充分必要条件;而有压管道内的介质是靠前、后端的压差来输送的,因此,有压管道与无压管道交叉时,有压管道要避让无压管道。

2. 小管道让大管道

越大越优先原则,如通风管道、防排烟管道、冷冻水主管道等大截面大直径管道,占据较大空间,如发生局部翻弯,施工难度及施工成本大,需要优先安排。

3. 电气避让蒸汽、热水管道

在蒸汽和热水管道附近存在热辐射,因电缆、电线的绝缘层不易受热,故不应布置在蒸汽热水管道的四周。

4. 附件少避让附件多

管道附件较多时,要注意给管道附件预留足够的检修空间,便于后期的检修、更换。

5. 成本低避让成本高

对于不属于上述条件的管线,如发生碰撞冲突,应以改造成本低的作为避让依据。

6. 尽量少改动

机电管综实在空间准许的范围内对所有管线进行合理布局,应尽可能的尊重原设计,管线综合只对非动不可的管线进行调整,凡是不动可以施工者一律不动,当然业主要求的另当别论。

7. 保证原设计功能

机电管综必须保证原设计功能不变,否则,再美好的优化都是徒劳无用的。

8. 方便使用

机电管综后的管线布局要方便日后的使用管理和维修。

三维管综的9大流程和具体调整的5个步骤

▲ 机电管综8大原则

流程六:管综优化

通过了上述5步分析过程,基本对于项目的管线重点,基本要求有了了解,确定了主要思路。下一步,是管线优化流程中的重点,对管线进行优化操作。

管综优化流程是三维管综最核心的技术要点,由于内容较多,放在本文后一章节进行详细介绍。

管综优化流程一般可分为如下5个步骤:

三维管综的9大流程和具体调整的5个步骤

流程七:管综成果复核

在本阶段,主要由管综设计人对自己的成果进行全面复核,作为提交成品质量保障的第一道关卡。

在HD 2018年10月24日的头条文章《国内独家,超详细模型检查攻略》中介绍的Solibri Model Checker 就是一款用于本阶段的利器。

包括三维模型成果在内,设计人一般还需要出具各类成果如下:

1. 三维综合管线图

结合BIM模型,设置三维综合管线视图,来辅助用于平面、剖面图的表达。

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▲ 某医院项目管综剖面图

三维管综的9大流程和具体调整的5个步骤

▲ 某医院项目管综三维图

2. 碰撞检查报告

管线设计人员在进行模型创建和整合时,对整体模型进行平衡协调和检测,找到二维设计中难以直接发现的碰撞、干涉等问题,进行记录,并提供解决方案,从而得到碰撞检查报告。

三维管综的9大流程和具体调整的5个步骤

▲ HDBIM管综碰撞检查报告模板

三维管综的9大流程和具体调整的5个步骤

▲ 模型中碰撞报告点位示意

3. 管综施工平面图

在完成了综合管线的碰撞检测与调整,确保整体模型的合理性与可行性后,管综设计师根据修正后的模型完成管综平面图,详细标注专业管线的标高与详细标注专业管线的标高与位置,用于指导具体施工。

三维管综的9大流程和具体调整的5个步骤

4. 综合预留预埋图

当各机电专业深化平面施工图确定后,根据管线的走向需要穿越结构时候,须确定管线在建筑结构上的预留预埋洞的位置。在模型上可标识出预留洞口位置、尺寸及标高,并导出相应平剖面图。

三维管综的9大流程和具体调整的5个步骤

▲ 预埋管线图

三维管综的9大流程和具体调整的5个步骤

▲ 结构留洞图

5. 机电末端综合布置图

传统设计中,墙体或者吊顶施工前,由各系统施工单位与装饰单位配合,将机电各系统末端包括如灯具、风口等绘制在同一张吊顶图上,绘制机电末端综合布置图。但由于二维视图的表达局限性,难以充分表达各管线。

另外,末端施工前绘制吊顶图时,往往已经完成了干管的施工,难以设置更优的调整方案。

而三维管综图是结合所有机电管线模型,提前在设计阶段即完成的模型中进行优化,并以此调整各系统末端器具的位置,从根源上达到避免冲突,布置协调美观的目的。

三维管综的9大流程和具体调整的5个步骤

流程八:校审及修改

管综校核一般采用两级校审方式,就已经能够满足模型校审的要求。校审的内容主要包括如下几个方面:

三维管综的9大流程和具体调整的5个步骤

流程九:管综成果总结

经过了模型校审和修改,确认修改到位后,再出具最终的对外交付成果。

管综工作完成后,应进行项目总结,主要包括如下几个方面的内容:

1. 路由调整报告

主干管调整至另一个空间的,应分区域说明原因和调整前后的位置。

2. 尺寸调整报告

无论主管或支管,由于管综优化原因需要调整管线尺寸的,应分项列出。

3. 净高成果报告

分区域对管综优化完成后的净高进行分析,对于不满足项目净高要求的位置进行重点说明。

4. 项目总结、标准输出

对项目的管综优秀应用方法进行总结,并输出为相应标准。


了解了三维管综优化的9大主要流程,下面,我们对三维管综优化最核心的技术要点流程六“管综优化”进行详细介绍。

从前面介绍可以知道,管综优化流程一般分为5个步骤:

步骤一:管综分区

每层的机电管线布局往往较为复杂,不同走道和房间的管线分布千差万别。通过管综分区,暂时将具有类似管线布置的区域与其他区域分开,独立进行分析和调整,最后再综合考虑所有管综区域。

管综如何分区?主要依据2个方面:

1. 建筑空间有较大区别;

2. 机电管线分布有较大区别。

三维管综的9大流程和具体调整的5个步骤

▲ 结合机电管线分布进行分区

根据这2个要点,对楼层进行分区。

管综的分区,看似将管综过程复杂化,其实却能将其与其他区域隔离开,减少干扰,将各区域各个击破,从而提高管综优化的效率。

步骤二:各区域管线排布思路整理

本节分析过程一般在草稿纸上进行。

三维管综的9大流程和具体调整的5个步骤

▲ 管线标高排布思路

从上述分析可知,经过本区域的管线很多,乍一看,真有点头皮发麻,束手无策。经过HDBIM团队的总结,可按照管线优化分析5思路来对管线进行排布和设计。

1. 是否有其他路径选择

如果区域内管线过多,考虑管线从其他房间或区域绕行,也是一种可行的替代方案,但应避免穿越管井、电梯前室等区域。

三维管综的9大流程和具体调整的5个步骤

2. 贴近使用端

对需要接至房间内的管线进行区分,将管线尽量靠近使用房间排布,从而避免由于支管出管带来的交叉碰撞问题。

3. 有无支路

首先将管线区分为2大类——有支路管线、无支路管线。有支路管线由于需要预留接支管的空间,因此须考虑其周围有无出管空隙;而无支路管线无需预留接支管的空间,其周围仅需考虑检修操作空间即可。

4. 有无末端

其次,应对在本区域内有末端的管线进行重点考虑,如风口、喷头等,须预留从干管接至吊顶末端的管线空间。

5. 可否合并管线

在大型复杂项目设计中,往往由于存在多个设计单位、管线富余量考虑等原因,可能出现多根管线功能相同、路径相似等情况。经过与建设方、各设计方沟通确认,往往可以合并部分管线,从而达到减少管线数量的目的。

步骤三:建立管线模型

经过如上思路整理,有了管线的大致调整方法,并初步确定了管线位置和标高。接下来,便根据各专业设计图纸,按照如上思路进行模型创建工作。

应当注意的是,本步骤的模型创建工作必须根据思路中的标高和位置来进行,才能达到事半功倍的作用。

很多BIM管综新手在进行管综优化工作时,并不进行管线分析和思路整理,上手即开始根据所有专业图纸进行建模工作,最终由于管线模型过于复杂,思路往往很难理顺,影响管综的整体质量。

三维管综的9大流程和具体调整的5个步骤

▲ 某项目管线整体模型

步骤四:管线初步调整

在这一步,须通过建立的管线模型进行分析,确定管线的敷设层数,以及具体的管线位置关系。

在这个阶段,主要根据如下5个原则,进行管线的初步调整。

三维管综的9大流程和具体调整的5个步骤

1. 有序施工原则

由于工期紧张,施工现场往往需要同步进行各专业机电管线施工。

现场的机电专业划分由于施工的特点,与设计很不相同,一般划分为消防专业(包括防排烟、消火栓、喷淋系统等)、给排水专业(生活给水、雨污废水等)、空调专业(空调风管、水管、设备等)、强电专业(专变桥架及线缆)、弱电专业、公共配电专业等。

专业划分对比可参照下图:

三维管综的9大流程和具体调整的5个步骤

为方便施工现场各专业有序进行施工组织,应在管综模型中将相同施工专业的管线尽量布置在一起,方便统一施工,节省支吊架的材料费用。

2. 电上水下原则

对于平行敷设的电气管道和水管,应将电气管道放置在上层,水管放置在下层,从而避免水管漏水导致意外发生。因此,在本项目管线排布中,应将桥架敷设在水管上部。

3. 有效间隙原则

由于有防火、散热、保温、拆装等方面的要求,机电管线之间不是贴紧安装的,需要预留一定的间隙。

三维管综的9大流程和具体调整的5个步骤

▲ 管线间隙平面示例

三维管综的9大流程和具体调整的5个步骤

▲ 管线间隙三维示例

有效间隙应注意如下几个方面:

1)与土建间距

管线与建筑的墙、梁、柱、板均应留有一定间距,方便管道的安装、拆卸和维护。一般来说,管线与土建构件之间的净距离应大于50mm。

2)各管线间距

由于不同专业管线的特殊性,需要分别考虑保温层、吊杆、卡箍、法兰、阀门操作等情况,须根据具体情况来分析。

3)支吊架空间

吊顶中的管线大多通过支吊架来吊装在混凝土构件上,在管线优化中应重点考虑支吊架所占用的净高。除非大尺寸管道外(DN≧300),支吊架安装高度按照50mm来预估。

4. 末端对齐原则

在有吊顶的房间,须考虑机电末端的位置尽量对齐,才能更好的方便后期精装修施工,保证吊顶的美观。常见的机电末端包括喷头、风口、排烟口、灯具、自动报警装置等。

在进行机电管线优化时,应考虑机电末端及支管的敷设空间,特别是如何从干管接出的问题。

5. 便于检修原则

为了便于后期检修,管线之间应至少预留300mm宽的检修空间,检修空间内不适宜敷设任何管线。根据管线密集程度和安装检修难度,检修空间的水平距离为5~10m。

三维管综的9大流程和具体调整的5个步骤

步骤五:管线细节调整

通过上述调整过程,得到了管综优化的成果。接下来,需要进一步对优化成果进行分析,来进行最终的细节调整。比如支管的敷设、管间距的复核、管线阀门等附件的添加等。

通过这5步管综优化调整,就完成了管线的主要排布和分析过程,后续只需要进行相关细节调整即可。

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