BIM 技术在装配式混凝土建筑电气设计中的应用

　　装配式混凝土建筑从设计、生产到施工由一整套工业化生产技术完成，即设计标准化、精细化，生产及建筑装配工业化。装配式混凝土建筑是将建筑的部分或全部构件(预制混凝土PC构件)分割成许多单元，在工厂内预制生产完成，规划合理路线运输到施工现场，PC构件通过节点现浇的方式连接组装起来。

　　装配式混凝土建筑PC构件的设计、拆分、生产、施工安装的一系列流程精度要求高。

　　《装配式混凝土建筑技术标准》第7.1.4条规定：预留预埋应满足结构专业相关要求，不得在安装完成后的预制构件上剔凿沟槽、打孔开洞等。故精准化定位设计在装配式建筑机电设计中尤为重要。在装配式建筑设计中运用BIM技术，可以实现各专业在三维环境内的高效协同，在模型准确无误的情况下，软件可以生成构件深化图，减少绘图工作量及校核工作;运用BIM技术可对节点与结构图复核、预埋管线及点位确认、机电一体化集成等进行深化设计，可以很好地规避工程项目中的风险，排查失误。

　　通过三维模拟施工，板与板、板与梁、框架柱连接节点、线管预留孔洞与结构钢筋等是否冲突都能一目了然。结合PC构件特点，项目的BIM精度可达到钢筋级、线管级，可以看清每根钢筋的三维排布，做到钢筋、管线不“打架”。

　　在国家政策规范、各地地方政策也多有提及技术应与装配式建筑结合，如闽政办[2017]59号“福建省人民政府办公厅关于大力发展装配式建筑的实施意见”中提及“装配式建筑应采用建筑信息模型(BIM)技术”“在设计、生产、施工和运维全过程推广应用BIM技术，实现各环节数据共享”。

1 机电BIM集成设计

　　装配式建筑机电系统采用BIM技术实现机电集成化设计，进行机电(水、暖、电)专业间及机电与土建间的碰撞检测，对设备布置及机电管道、桥架、管线进行优化，确定准确的机电模型后，进行装配式建筑电气的深化设计。某工业化研发基地装配式混凝土办公楼BIM机电模型如图1所示。

　　在预制结构深化模型上构建机电3 专业模型， 分专业进行路径规划。机电设备按照实际尺寸布置， 各机电系统管道、桥架等在各平面楼层的布置顺序大致为： 重力排水(考虑泄水坡度) — 排烟风管— 空调风管— 空调水管— 消防水管— 给水管— 动力排水管— 电气桥架— 弱电桥架。大的管道、设备先进行第一次碰撞检测， 小的支管在大管优化后进行调整;布置的顺序也可根据工程的具体情况再进行调整。

　　以天花板净高为依据， 检验哪些部位需穿预制结构梁， 预留套管位置进行定位并提交结构专业补强。

　　预制结构模型与机电系统整合后的三维模型， 检测预制结构上钢筋是否与机电线管、预埋洞冲突， 机电管线间是否冲突， 优化调整后再进行生产制造图的制作。

2 预制混凝土（PC） 构件内电气预埋技术

　　预制混凝土(PC) 构件包含桁架钢筋混凝土叠合楼板、叠合梁、预制外墙板、预制内隔墙、预制柱、预制阳台板、预制空调板等。在设计之初， 需向结构专业提资， 确定装配式建筑中的预制混凝土构件类型， 根据PC 构件的结构特点及生产制造工艺特点， 考虑线管布线及预埋线管。竖向管线相对集中的电缆井等管井， 采用现浇楼板的方式， 设置在公共区域， 集中管理。

　　叠合楼板(梁) 分为现浇层和预制层。电气的线管在现浇层内布线， 线管设置在钢筋桁架上弦筋下方穿梭布线(如图2 所示)， 故采用弯曲性好的可绕线管有利于施工安装。可挠金属电气导管是弯曲性能好的金属保护管， 但因其造价较高， 使用得不普遍。根据JGJ 16 - 2008 《民用建筑电气设计规范》、《建筑设计防火规范》、GB 50116 - 2013 《火灾自动报警系统设计规范》等规范对电气保护导管的要求， 消防用电及消防报警联动等消防系统线路暗敷设时， 应敷设在不燃烧体结构内且保护层厚度不应小于30 mm， 非消防配线的保护层厚度不应小于15 mm。

　　普通电源、火灾自动报警系统线路暗敷设时可采用级以上的刚性中型塑料管保护， 消防用电设备、消防联动控制、自动灭火控制、通信、应急照明及应急广播等线路暗敷设时， 采用金属导管保护。

　　叠合楼板(预制层+现浇层)的板厚较现浇混凝土楼板厚，楼板内预埋的接线盒需为深型接线盒(高度100mm或110mm)，深型接线盒的敲落孔高出预制层，使敲落孔不会被预制层的混凝土封堵。成品深型接线盒的管接头可在生产线上安装定位，故在生产制造图上，宜注明深型接线盒管接头的配管方向，以便工厂生产时预埋。叠合楼板内的现浇层厚度考虑造价等因素，结构专业较多考虑厚度在70mm左右(内有钢筋保护层及板顶受力筋等)，实际走管的空间在40mm左右，故叠合楼板对电气配管较为不利，管线之间需交叉时，不能交叉超过两层(如图3所示)，且线管的外径之和不能超过实际走管的空间。

　　配管在叠合楼板(梁)由上往下配管时，需在叠合楼板(梁)上预留孔洞(一般预留的孔洞比线管大一级)。

　　电气配管宜布置在现浇层或现浇混凝土构件内，需在预制构件(预制层) 内配管时， 应在预制构件生产深化图精确定位预埋的电气线管及接线盒， 预留接线沟槽、孔洞。

　　预制混凝土构件与其他构件的连接亦应考虑预埋管、接线沟槽间的连接方式， 如留有操作空间， 采用软管接头连接构件间的线管。

　　等电位箱、配电箱、弱电箱等尽量不设置在预制墙体上， 需设置在预制墙体上时， 预留箱体进出线管的接线空间。

　　装配式混凝土建筑中机电的深化设计、生产、施工的精度要求较高， 亦可采用管线分离的方式， 即采用裸露于室内空间及敷设在地面架空层、非承重墙体空腔和吊顶内方式配管(如图4 所示)。在《装配式建筑评价标准》中， 管线分离的比例可作为加分项提高装配率。

3 电气精确定位

　　结合装配式混凝土建筑PC 构件的结构特点， 机电与预制结构模型进行整合后， 机电的套管、深型接线盒、预留孔洞等需与钢筋桁架、叠合梁箍筋等合理避让(如图5 所示)， 模型优化后， 预制混凝土构件、预制层内安装的深型接线盒、预留孔洞、套管、接线空间等， 都需在生产制造图上精确定位， 预埋的线管与孔洞的图例按实际规格绘制并注明尺寸及相关系统(如图6 所示)， 提交工业化工厂准确放样生产。

4 防雷设计要点

　　装配式混凝土建筑， 宜利用所有现浇混凝土柱或现浇剪力墙内的主筋作为防雷引下线， 在现浇混凝土建筑防雷设计中， 防雷引下线是利用土建柱内两对角主筋(Φ ≥ 16 mm) 由屋面至基础接地体通长焊接，再利用土建地梁底两主筋(Φ ≥ 16 mm) 周圈焊通并与引下线可靠焊通作接地装置， 故作为引下线的柱内钢筋应连接成电气通路。在装配式建筑中， 若需利用预制混凝土柱或预制剪力墙体作为引下线时， 因装配式建筑预制柱及预制剪力墙的特点， 上下层的钢筋通过套筒连接， 上下层钢筋与套筒均没有连接， 没有形成电气通路， 故需对上下层的预制柱或剪力墙内的钢筋作可靠的电气连接。GB / T 51231 - 2016 《装配式混凝土建筑技术标准》第7. 4. 3 条对装配式混凝土建筑的防雷设计也作出了规定。

　　具体做法为： 在预制柱上预埋100 mm ×× 10 mm 的接地钢板， Φ16 的圆钢与两处对角主筋先焊接， 上层圆钢与上层中间接地钢板的内侧焊接， 下层圆钢与230 mm 长的40 × 4 镀锌扁钢焊接， 通过镀锌扁钢与接地钢板焊接， 焊接的长度均大于100 mm，上下层的引下线形成电气通路(如图7 所示)。

5 结语

　　传统现浇式建筑设计施工向装配式混凝土建筑设计施工的转变就是传统粗放式设计施工向集约型设计施工的转变。精准设计、精益制造需建立在装配式建筑结构体、机电模型准确的基础上。故BIM技术在装配式混凝土建筑的应用必不可少，在机电设计中，按照BIM软件建模—三维碰撞检测—优化设计—机电预留洞及线盒深化设计—提交结构碰撞调整—机电精细定位—拆分—生产—现场拼装步骤完成一系列的工艺流程，并应用到装配式建筑的全生命周期中。