基于BIM技术的管道支架布置研究

顾明庆

摘要：随着建筑行业对安全耐久性的要求日益严格，BIM技术在机电安装工程中的应用逐渐广泛。管道支吊架作为机电安装工程的重要组成部分，其设计与校核对于管道系统的安全和运行具有重要意义。本研究以上海某项目的地下室冷冻机房为例，针对大型管道的支吊架设计进行了深入探讨。通过BIM技术的应用，进行了管线综合排布图模会审、机电管线碰撞检查及标高分析等工作。同时，结合现场实际情况和相关技术规程，对支吊架的安全性进行了计算和验证。

关键词：BIM技术；管道；支吊架；吊架制作安装

1引言

支吊架系统的掉落及坍塌事故，已成为机电安装领域不可忽视的安全隐患。以前几年发生在常州万达广场地下室空调冷却水管道的坍塌事故为例，其根本原因在于膨胀螺栓的选用及安装过程存在不规范之处。在长期的重力载荷、附加弯矩及冲击载荷的联合作用下，支吊架结构的强度逐渐减弱，最终导致膨胀螺栓断裂失效，从而引发事故。 近年来，随着建筑行业对安全耐久性的要求日益严格，随着信息技术的飞速发展，BIM技术在建筑行业中的应用日益广泛。BIM技术的可视化、协调性、模拟性等特点为机电安装工程的精细化设计提供了基础。管道支吊架作为机电安装工程的重要组成部分，其设计与校核对于管道系统的安全和运行具有重要意义。然而，传统的管道支吊架设计往往依赖于工程师的经验和现场实际情况，缺乏科学的数据分析支持，导致设计效率和安全性较低。本研究旨在探讨基于BIM技术的管道支吊架设计与校核方法，为类似工程项目提供借鉴和参考。

2工程概况

在上海某项目的地下室冷冻机房中，有一条走道，除了其他专业的管道外，空调水管干管由12根无缝焊接钢管组成，尺寸从DN150至DN350不等。鉴于这些管道的重量较大且数量众多，支吊架作为支撑这些管道的关键组件，其设计和选型在管道系统中占据举足轻重的地位。若支吊架的承载能力未能达标，或其与墙体、顶部之间的连接强度不足，将极易引发安全事故，进而造成不可估量的财产损失。 因此，针对不同位置的大型管道，支吊架的设计必须因地制宜，充分考量主体结构以及受力分析等因素。本文致力于优化相关支吊架的设计，以确保管道系统的安全稳定运行，并延长其使用寿命。通过这一研究，我们旨在为工程实践提供更为可靠和高效的支吊架设计方案。

在传统机电支吊架模型的应用中，由于缺乏专业数据支持，无法精确提取现场实际所需的各项参数。目前，主要依赖三维模型的可视化进行初步的技术交底，但这种方式并未充分考虑后续实际应用的需求。在实际施工过程中，施工人员使用手机、平板等设备浏览模型时，常常面临设备配置、操作等门槛，以及现场网络信号不稳定等问题。这些因素导致基于互联网的轻量化平台技术的实施变得困难重重，难以达到预期的效果。 通过深入调研，我们发现现场施工人员普遍因为操作困难、复杂而不愿意使用BIM相关技术软件与平台。这成为现场安装与BIM深化方案存在出入的根本原因之一。因此，有必要对传统机电支吊架模型的应用进行改进和优化，以提高施工效率和质量，同时降低操作难度，促进BIM技术在现场施工的广泛应用。

3支架的方案

3.1管线综合排布图模会审

基于BIM的图纸会审在三维模型中进行，使得各工程构件的空间关系一目了然。通过BIM审图，我们发现了二维图纸中的不合理之处，并及时将相交问题返还给设计方进行修改。

3.2机电管线碰撞检查及标高分析

利用BIM技术对图纸进行深化设计，通过碰撞检测功能追踪每一处发生碰撞的构件及其位置。我们及时修改了设计，消除了碰撞，使所有管线碰撞得到处理。同时，利用Revit软件的房间、标高自动区分功能，对空间狭小的管廊进行重点净高分析控制，为后续机电管综提供保障。根据优化后的BIM模型，我们标注了管线尺寸、属性、定位、标高等信息，并进行了标高分析。最终，我们出具了各专业施工图、复杂节点剖面图、管综平面图，为现场施工提供了可视化支持。

3.3设计支架形式

传统支架（如标准图集03S402的支架形式等）无法满足现场综合管道的安装形式，且安全荷载的计算至关重要。项目从实际工况出发，通过听取相关技术专家、现场施工员和公司技术员等各方意见，实际考察现场施工工况，优化了支架形式。

支架机电节点

3.4设计支架校核

在传统施工方法中，往往依赖于施工人员的直观感觉和经验来进行施工操作。这种方式在支架的尺寸设定上，尤其是膨胀螺栓的尺寸和数量配置，缺乏科学的量化分析。因此，经常导致管道支架的设置不尽合理，甚至可能因尺寸偏小而引发安全责任事故，或因尺寸过大而造成材料浪费。这种施工方式显然无法满足现代工程对于精确度和安全性的高要求。

支架数字受力分析

在本研究项目中，我们利用REVIT软件构建了数字支架模型，并借助专业软件进行了精确的受力分析，从而确定了合适的支架材料选择。以膨胀螺栓为例，该支架结构包含三个生根点，通过先前的受力分析，我们清晰地认识到各生根点所承受的力是不均衡的。因此，我们无需遵循传统项目中的做法，为每个生根点选择相同尺寸和数量的膨胀螺栓。这种科学化的受力分析方法，不仅提高了施工效率，还确保了结构的安全性和稳定性。

节点一分析：锚栓选型M10x4

根据JGJ145-2013 《混凝土结构后锚固技术规程》中公式5.2.2-1：

结果：11881.044

所以根据JGJ145-2013 《混凝土结构后锚固技术规程》中公式5.2.2-2：

12481.612N

根据JGJ145-2013 《混凝土结构后锚固技术规程》中公式6.1.2-1：

18124.573N

其中：;23561.945N(6.1.2-2),= 300

根据JGJ145-2013 《混凝土结构后锚固技术规程》中公式5.3.3-3：

=15.627N(5.3.3-4)

根据JGJ145-2013 《混凝土结构后锚固技术规程》中公式6.1.14-1：

9062.287N(6.1.14-1)

其中：;11780.972N(6.1.14-2),=300 

根据JGJ145-2013 《混凝土结构后锚固技术规程》中公式6.1.28-1：

结果：0.474≤1

强度满足要求。

M10x4

节点三分析：锚栓选型M10x6

根据JGJ145-2013 《混凝土结构后锚固技术规程》中公式5.2.2-1：

结果：9513.93

所以根据JGJ145-2013 《混凝土结构后锚固技术规程》中公式5.2.2-2：

9869.199N

根据JGJ145-2013 《混凝土结构后锚固技术规程》中公式6.1.2-1：

14499.658N

其中：;18849.556N(6.1.2-2),= 240

根据JGJ145-2013 《混凝土结构后锚固技术规程》中公式5.3.3-3：

=26.448N(5.3.3-4)

根据JGJ145-2013 《混凝土结构后锚固技术规程》中公式6.1.14-1：

7249.829N(6.1.14-1)

其中：;9424.778N(6.1.14-2),=240 

根据JGJ145-2013 《混凝土结构后锚固技术规程》中公式6.1.28-1：

结果：0.463≤1

强度满足要求。

6XM10

3.5支架出图

上述支架校核过程虽看似繁琐，但借助专业软件，我们能够高效且精确地分析每一付支架的受力情况，并据此量化定制各支架的尺寸。相较于传统依赖经验或手工计算的施工方法，这种方法不仅更为可靠，还能有效避免资源浪费，同时实现对施工质量的精确控制。在完成管道支架节点的设计后，我们将绘制详细的支架图纸，并明确标注每一付支架的具体位置，以确保施工过程的顺利进行。

支架平面定位图

3.6管道支吊架制作与安装

在建筑施工过程中，针对不同位置的施工需求，必须精确选择符合荷载要求的支吊架。这一步骤至关重要，因为它直接关系到整个建筑结构的稳定性和安全性。通常，施工流程包括初步制作支吊架，随后进行部分支架的安装工作。在此过程中，管道安装工作也会穿插进行，以确保施工效率。最后，根据现场实际情况的精确测量，进行剩余支架的批量制作和安装。这一流程确保了支吊架的选择和安装都符合工程要求，从而保证了建筑的整体质量和安全。

在主流BIM软件平台Revit中，自制了综合支吊架管件族，并进行了拼装。通过这一过程，我们实现了对综合支吊架构件数据的提取。这些参数类型包括辅助支吊架下料加工的数据参数（如型钢的规格型号、长度、重量、管卡规格及数量等）和辅助现场施工定位的参数（如不同型号的综合支吊架的安装高度及实际轴网位置等）。

3.7管道支吊架的校正

此外，我们还采用了BIM技术提取了土建与机电管综模型的空间数据，包括施工现场的顶板底高度、结构梁的尺寸与底高度、走廊宽度等土建模型数据，以及机电管线的管道尺寸、法兰尺寸、保温厚度、管线底高度与分布距离数据。基于这些数据，我们进行了综合支吊架的布置，并精准确定了在顶板和结构梁上生根的综合支吊架构件尺寸。

4结论

本研究通过从元数据层面进行综合支吊架每个零件的族制作，构建了一套将三维模型信息逆向转化为二维图纸的方法。该方法不仅提高了BIM深化成果的落地率，还使得综合支吊架包含更多的专业信息，使得管线排布更合理，空间利用更充分。此外，管道支吊架族包含施工所需尺寸与型号、安装位置信息，可直接精准预制与安装。这一方法对于后续进场施工的相关专业人员来说，能够直接根据现场的管道支吊架清晰了解本专业管线高度与走向，从而提高了施工效率和质量。

经过现场实施验证，本方案具有显著的优势。其步骤与成果内容具体详实，可实施性强。通过从二维到三维的深化后回归二维图纸的过程，本方案降低了工人使用BIM技术的门槛。同时，根据现场实际从零件开始定制族库，满足了大型管道排布方案所需的综合支吊架类型。此外，本方案还有助于复核原管综方案中管道之间横向与纵向间距的合理性，提高了BIM管线综合排布方案的落地率，从而提高了管综排布的合理性。

该技术成功应用于是此项目的机电安装工程中，取得了良好的经济社会效益，实现了“绿色施工”与“智慧建造”的融合，具有广阔的推广前景。有效解决了传统大型管道支架施工时的诸多问题，提高了施工效率和质量

参考文献：

[1]何关培“. BIM”究竟是什么?[J]. 土木建筑工程信息技术,2010,2(3):111-177.

[2]刘笑,张磊,袁立明，等.BIM 技术在综合支吊架施工过程中的应用[J].建筑技术,2023,54(5):626-628.

[3]刘济凡,熊峰.基于 BIM的管道支吊架辅助布置系统[J].土木建筑工程信息技术,2015,7(1):30-36.

[4]刘玮,柏万林,高慧娣,等.基于BIM的装配式建筑管线支吊架系统研究应用[J].安徽建筑,2017,24(5):113-115,137.

[5] 周超.机电工程管线排布及综合支吊架应用探讨[J].工程建设与设计,2018(10):89-90.