CN106989211B - 基于bim的装配式建筑管线支吊架系统安装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于BIM的装配式建筑管线支吊架系统安装方法，包括：进行支吊架设计及受力分析，确定支吊架连接固定方式，获得支吊架设计图；将图纸导入BIM软件中，进行三维建模；对支吊架排布进行调整优化，完成支吊架的排布设计、受力计算和产品选型；生成各组件的零件图和装配图，据此实现组件的工厂化生产；在现场进行支吊架系统的测量放线，据此进行结构打孔操作；装配形成支吊架，完成安装。本发明能显著节约能源，节约钢材，安装中无现场进料、切割、焊接、钻孔等带来的空气污染、噪音污染和光污染，在降低生产制造成本的同时，保障了施工者的现场安全，有效降低劳动者的工作强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种建筑物构件的安装，具体涉及一种建筑管线支吊架系统的安装方法。
背景技术
建筑管线支吊架是用于建筑中水管、电缆、空调通风管等管线的安装固定的装置。现有技术中，95%以上的建筑管线支吊架是采用现场制作方法安装的，安装人员在建筑工地上对角铁、槽钢、工字钢等型材进行切割、焊接组装，并固定在建筑物上。这种安装方式存在的问题包括：(1)对安装人员技术要求高，需要具备切割、焊接技能；(2)在现场进行切割、焊接操作对环境影响大，会产生较大的噪声、光污染、水污染、粉尘等问题；(3)现场制作安装操作对施工速度、施工成本、施工质量均有不利影响。
为解决上述问题，出现了装配式建筑管线支吊架。例如，《建筑施工》2013年第2期P.144-145的“建筑管线支吊架的产业化发展”一文中，公开了一种装配式支吊架，产品由一系列标准化构件组成，标准化构件的制作由厂家完成，运输到施工现场后，进行支架装配、结构打孔和支架安装操作。该种安装方式可以解决现场制作安装所存在的问题。但是，由于产品是由标准化构件组成的，因此其适用场合受到限制，组装的支吊架与施工现场的适配度较低，特别是在一些复杂的环境中，例如错层复杂的管路定位、狭小管笼、特别结构的桥梁等场合，这种标准化组件难以组装成所需结构的支吊架。
建筑信息模型（BIM, Building Information Modeling）是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为基础，建立起三维的建筑模型，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息，实现对项目的监管，以提升项目生产效率、提高建筑质量、缩短工期、降低建造成本。例如，中国发明专利申请CN104077653A公开了一种基于BIM的建筑施工监管方法，先根据建筑物的结构特征，建立建筑物的BIM模型，在建筑施工过程中，当建筑物出现问题时，根据建筑物BIM模型对建筑施工实施监管。
如果能够将BIM运用于管线支吊架系统的安装，解决现有装配式建筑管线支吊架存在的缺陷，对于建筑管线支吊架系统的施工，将起到积极作用。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种基于BIM的装配式建筑管线支吊架系统安装方法，在克服现场制作安装支吊架系统存在的缺陷的同时，保证支吊架系统与安装现场的适配性，避免标准化组件存在的结构呆板问题。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种基于BIM的装配式建筑管线支吊架系统安装方法，包括以下步骤：
(1) 进行支吊架布局设计，根据建筑结构图、管线走向剖面图进行支吊架设计及受力分析，确定支吊架连接固定方式，获得支吊架设计图；
(2) 将步骤(1)得到的图纸导入BIM软件中，进行三维建模；
(3) 步骤(2)中三维建模成型后，对支吊架排布进行调整优化，完成支吊架的排布设计、受力计算和产品选型；
(4) 根据调整优化后的支吊架排布图，生成各组件的零件图和装配图，据此实现组件的工厂化生产；
(5) 在现场进行支吊架系统的测量放线，据此进行结构打孔操作；将步骤(4)中获得的组件装配形成支吊架，并完成支吊架安装。
上述技术方案中，步骤(3)中，所述调整优化包括根据桥架、风管支架、碰撞问题、受力情况及外观进行的设计调整。
其中，进行桥架优化时，根据电力桥架、火灾报警桥架、弱电桥架的分布，确定是否适合做共同支架，如果不适合做共同支架时，对桥架支架的布置进行优化，使布置整齐，满足视觉效果要求。
进行桥架、风管支架优化时，对桥架和风管支架的间距进行调整，满足受力和对称性的要求。
优选地，桥架支架以2米间距设置，风管支架以3米间距设置，每间隔6米，所述桥架支架和风管支架位于同一直线上。
在进行调整优化时，考虑各支架间的碰撞问题，对发生位置冲突的支架进行位置调整。
上述技术方案中，根据受力情况进行调整优化时，保证设计垂直荷载不小于支架间距内管线重量的1.55倍。
进一步的技术方案，步骤(5)中，采用红外水平仪对机电各系统管线进行测量放线，首先根据尺寸定位图测量管线及支吊架的位置，并在地面上弹出各系统管线中心线及支吊架固定点的位置，再利用两台红外水平仪将地面放线投射到顶板上，利用两台水平仪的交叉点找出支吊架的固定点。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1、本发明基于BIM获得支吊架系统的组件的结构，进行工厂化生产，安装现场只需进行组件的组装、定位打孔及安装，一方面解决了现场制作所存在的工艺复杂、工期长、环境污染严重的问题，另一方面解决了采用标准化组件时不能适应各种现场需求的问题，真正做到了工厂预制化、现场装配化的要求，能显著节约能源，节约钢材，安装中无现场进料、切割、焊接、钻孔等带来的空气污染、噪音污染和光污染，在降低生产制造成本的同时，保障了施工者的现场安全，有效降低劳动者的工作强度。
2、本发明在进行BIM建模后，对获得的三维模型针对现场情况进行优化调整，保证了支吊架系统的质量。
附图说明
图1是本发明实施例的施工工艺流程图；
图2是本发明实施例中装配式建筑管线支吊架设计选型流程图；
图3是实施例中支吊架系统制造及装配示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：参见图1所示，一种装配式建筑管线支吊架系统安装方法，采用BIM技术对建筑管线进行三维深化设计，然后由厂家在此基础上及施工方提出的相关支架设置要求进行支吊架的设计排布、受力计算、产品选型、加工制造。其中支吊架设计环节，厂家在支吊架设计完成后先提供给施工方审核，审核无问题则厂家接着下一步作业，若有问题则进行修改，完成后再提交给施工方，施工方将最终的支架尺寸定位图打印出来，用于放线测量。
具体包括以下过程：
1、施工准备
装配式建筑管线支吊架系统中，支吊架的排布设计及安装精度控制是难点和核心。安装前技术准备包括技术方案的编制；BIM深化设计；支吊架排布的规范性、美观性；测量放线的方式；策划工程总体施工进度计划，对装配式支吊架进场进行合理的安排。
2、支吊架系统设计
(1)设计步骤
应用BIM进行管线综合深化设计，厂家根据深化设计图进行支吊架的排布设计，施工方根据厂家的支吊架排布设计图进行支吊架系统的三维建模，发现问题进行优化排布后再提交厂家，厂家根据施工方提供的优化最终版BIM模型图进行受力计算后进行产品选型。
1）应用REVIT软件进行精细化建模，建模深度达到LOD400（加工制造）等级，BIM深化设计完成后，将管线综合深化最终版的平面图提交给厂家，并提出支吊架在机电安装各系统管线中的相关要求，比如管道卡箍配件两端30公分处均需设置支吊架等一些增设支吊架的具体要求及风水电支吊架系统的间距要求，厂家根据提供的管线综合深化图及提出的相应需求进行支吊架的设计排布、受力计算、产品选型。
2）厂家在支吊架设计选型结束后，将设计选型完成的带有支吊架的管线综合平面图再提交给施工方， BIM工程师先进行支吊架系统的三维建模，然后再根据项目的BIM模型，进行支吊架排列布局的美观性调整。
3）BIM工程师利用REVIT软件在BIM三维图中对支吊架系统进行尺寸标注，再将三维图导出二维图交付施工技术人员指导现场施工，二维图中支吊架的尺寸定位应很清晰。
(2) 设计过程调整
在拿到厂家的支吊架排布图后，首先应对支吊架系统进行了三维建模，检查支吊架排布是否考虑了各专业之间的协调与美观，是否需要进一步调整优化，比如出现下面几种情况，应采取的调整方法：
1）桥架
桥架分为电力桥架、火灾报警桥架以及弱电桥架，不适合做共同支架时，没有考虑美观性，支架布置不整齐，视觉效果混乱，应将所有的桥架支架进行优化，达到整齐一致，在施工中达成一线的效果。
2）桥架与风管
桥架支架布置以2米间距设置一个支架，风管支架布置以3米间距设置一个支架，这两个系统的成品支架应确保在间距6m时在一条直线上。
3）碰撞问题
成品支架在布置时若没有考虑系统间的协调，在布置支架时支架点设置在管道上，例如：桥架按照2m的间距设置，局部支架设置时穿过风管。
(3) 装配式支吊架系统设计选型和力学计算要求
系统设计中只考虑地震荷载，不考虑风荷载。按地震设防烈度≤8度计算地震作用，8度时基本地震加速度为0.2g，即垂直荷载需增加0.2倍。考虑制造、安装等因素，支吊架所受垂直荷载采用管架间距的标准荷载乘1.35的荷载分项系数。系统所受水平荷载按垂直荷载的0.3倍计算。综上可得设计垂直荷载为管架间距内管线重量的1.55倍,1.55即为安全系数。
参见附图2，设计选型过程如下：
① 根据管道、桥架母线及风管走向、排布及与房屋结构的关系确定支吊架的型式。
② 确定支吊架横梁的型号。
包括：
1）横梁需承载重量计算
A管道
确定支吊架间距，计算出每付支吊架每根横梁所要承担的管道重量合计，包括空管重量、管道装满介质（水）后的介质重量，需要保温的管道还要加上保温层的重量及以上各项之和的10%。
B桥架及母线
确定支吊架间距，计算出每付支吊架每根横梁所要承担的桥架（母线）重量合计，桥架包括桥架重量及桥架内电缆重量。
C风管
确定支吊架间距，计算出每付支吊架每根横梁所要承担的风管重量合计，需要保温的风管还要加上保温层的重量。
2）横梁长度计算
A管道
根据管道外径（有保温按保温外径计）、管道相互之间间距计算横梁长度。
B桥架及母线
根据桥架（母线）外形尺寸、桥架（母线）相互之间间距计算横梁长度。
C风管
根据风管外形尺寸计算横梁长度。
3）横梁型号选取
根据横梁需要承担重量及横梁长度通过技术资料选取横梁型号。管道按集中荷载选取，单根桥架按均布荷载选取、多根桥架按集中荷载选取，风管按均布荷载选取。悬臂梁选取时重量按计算重量2倍计算、长度按计算长度2倍计算。
4）横梁强度验算
A管道
管道横梁需满足下式要求：
（1）
式中：MX、MY所验算截面绕x轴（水平方向轴）和绕y轴（垂直方向轴）的弯矩(N·mm)。WX、WY所验算截面对x轴（水平方向轴）和对y轴（垂直方向轴）的抗弯截面模数(mm3)。1.5系数是考虑三付支吊架中间一付脱落时的情况。1是截面塑性发展系数。0.85是安全系数。235是Q235型材的抗弯、抗压、抗拉强度设计值 (N/mm2)。
说明：管道无长度变形，不需安装补偿器的管道MY=0.3MX。管道有长度变形，需要安装补偿器的管道滑动、导向及固定支吊架需考虑加装斜拉杆或斜撑。
B桥架、母线及风管
桥架、母线及风管横梁需满足下式要求：
（2）
5）横梁挠度验算
横梁挠度不得大于横梁长度的200分之一。
③确定支吊架立柱(丝杆)的型号
根据支吊架底座的连接孔数量确定立柱型号。
表1丝杆（Q235）拉力允许值(安全系数1.5)
| 丝杆直径(mm) | 10 | 12 | 16 | 20 | 24 | 30 |
| 拉力允许值(kg) | 331.5 | 484.5 | 918 | 1428.5 | 2040.8 | 3316 |
说明：立柱受压时，长细比不得超过120。
④确定支吊架连接件、底座及固定件的型号
可根据选好的横梁及需承载重量选择，一个带齿螺母锁紧副可承载400kg。
⑤膨胀螺栓的选择
表2 膨胀螺栓荷载表(安全系数1.5)
(4) 对用于各类不同管道的支吊系统的要求：
1）.水（包含各类给、排水管道）
装配式支吊系统安装间距，依据管道直径大小与管道数量直线段一般为3-4m 在管道始末，管道末端设置的支吊架与端头的距离一般不大于400mm，也不小于100mm。管道走向改变或转角处应加装吊装支架。
2）.电（包含各类桥架、母线、配电配件）
金属线槽支吊系统安装间距，直线段一般为1.5 -2m在线槽始末。末端200mm处及线槽走向改变或转角处应加装支吊系统。
母线支吊系统安装间距，一般为2-3m，建议1000A以上以2m为宜。
3）.风（包含通风系统管道与配件）
风管支吊系统安装间距，直线段一般为2-3m在风管始末。管道末端设置的支吊架与端头的距离一般不大于1000mm，也不小于100mm，管道走向改变或转角处依据实际需求应加装支吊系统。
(5) 对装配式建筑管线支吊架形式作出要求：
1）对于各种液态流体的管道的管径DN15～DN250设计支吊架时使用轻型C型钢作简梁，用全牙丝杆作吊杆，两者之间使用定位孔对穿固定形式，在管道距离≤24米时增加以型材为立柱和简支梁的相应连接的防晃减振支架的搭配使用。
2）对管径DN300～DN900的管道设计支吊架时采用重型C型钢和H型钢进行定位孔，10.9级高强度螺栓相连接的形式。
3）在对相应隔热管道设计支吊架时，应根据热膨胀系数另行设计、导向、滑动和固定管托。
(6) 支吊架系统制造及装配，参见图3。
支吊架产品的主材型钢，利用流水线设备，不同规格的模具一次性成型，配件在实现标准化工作后，组织专业化生产，开发专业加工设备工装，以保证加工产品的品质。
支吊架的装配可以委托工厂完成，也可以在施工现场进行装配，若委托工厂完成装配工作，则安装效率更高。
(7) 支吊架系统测量放线
采用红外水平仪对机电各系统管线进行测量放线，首先根据尺寸定位图测量管线及支吊架的位置，并在地面上弹出风管、桥架、喷淋管等各系统管线中心线及支吊架固定点的位置，再利用两台红外水平仪将地面放线投射到顶板上，利用两台水平仪的交叉点找出支吊架的固定点。
(8) 支吊架系统安装
现场安装的四个步骤：型材装配（支吊架组装若厂家负责装配则无需考虑此步骤，若在施工现场完成，则需进行型材断料，采用厂家提供的相关螺栓等配件进行组装、顶板打孔、螺栓固定、完成安装。待后续大量装配式支吊架安装完成后，还需要进行局部调整，将施工过程中各种原因导致的丝杆弯曲、排列不齐等各种问题统一调整顺直、美观。整个支吊架系统施工过程不再需要大量切割、焊接作业，可能前期精确的放线测量会耗费一点时间，但整个支吊架系统的安装速度明显有了质的提升，能真正做到“节能减排、安全环保、经济高效”。
本实施例安装主的基于BIM技术的装配式建筑管线支吊架系统，安装成型美观性极佳，通过BIM三维优化支吊架的设置也更为规范和科学。
Claims (8)
1.一种基于BIM的装配式建筑管线支吊架系统安装方法，包括以下步骤：
(1) 进行支吊架布局设计，根据建筑结构图、管线走向剖面图进行支吊架设计及受力分析，确定支吊架连接固定方式，获得支吊架设计图；
(2) 将步骤(1)得到的图纸导入BIM软件中，进行三维建模；
(3) 步骤(2)中三维建模成型后，对支吊架排布进行调整优化，完成支吊架的排布设计、受力计算和产品选型；
(4) 根据调整优化后的支吊架排布图，生成各组件的零件图和装配图，据此实现组件的工厂化生产；
(5) 在现场进行支吊架系统的测量放线，据此进行结构打孔操作；将步骤(4)中获得的组件装配形成支吊架，并完成支吊架安装。
2.根据权利要求1所述的基于BIM的装配式建筑管线支吊架系统安装方法，其特征在于：步骤(3)中，所述调整优化包括根据桥架与风管支架、碰撞问题、受力情况及外观进行的设计调整。
3.根据权利要求2所述的基于BIM的装配式建筑管线支吊架系统安装方法，其特征在于：进行桥架优化时，根据电力桥架、火灾报警桥架、弱电桥架的分布，确定是否适合做共同支架，如果不适合做共同支架时，对桥架支架的布置进行优化，使布置整齐，满足视觉效果要求。
4.根据权利要求2所述的基于BIM的装配式建筑管线支吊架系统安装方法，其特征在于：进行桥架、风管支架优化时，对桥架和风管支架的间距进行调整，满足受力和对称性的要求。
5.根据权利要求4所述的基于BIM的装配式建筑管线支吊架系统安装方法，其特征在于：桥架支架以2米间距设置，风管支架以3米间距设置，每间隔6米，所述桥架支架和风管支架位于同一直线上。
6.根据权利要求2所述的基于BIM的装配式建筑管线支吊架系统安装方法，其特征在于：在进行调整优化时，考虑各支架间的碰撞问题，对发生位置冲突的支架进行位置调整。
7.根据权利要求2所述的基于BIM的装配式建筑管线支吊架系统安装方法，其特征在于：根据受力情况进行调整优化时，保证设计垂直荷载不小于支架间距内管线重量的1.55倍。
8.根据权利要求1所述的基于BIM的装配式建筑管线支吊架系统安装方法，其特征在于：步骤(5)中，采用红外水平仪对机电各系统管线进行测量放线，首先根据尺寸定位图测量管线及支吊架的位置，并在地面上弹出各系统管线中心线及支吊架固定点的位置，再利用两台红外水平仪将地面放线投射到顶板上，利用两台水平仪的交叉点找出支吊架的固定点。
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