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摘要：建筑信息模型（Building Information Modeling，以下简称“BIM”）技术是在计算机辅助设计（CAD）等技术基础上发展起来的多维建筑模型信息集成管理技术，是传统的二维设计建造方式向三维数字化设计建造方式转变的革命性技术，是促进绿色建筑发展、提高建筑产业信息化水平、推进智慧城市建设和实现建筑业转型升级的基础性技术。推行BIM技术应用，发挥其可视化、虚拟化、协同管理、成本和进度控制等优势，将极大地提升工程决策、规划、设计、施工和运营的管理水平，减少返工浪费，有效缩短工期，提高工程质量和投资效益。同时，将进一步增加建设工程信息的透明度和可追溯性，对规范市场秩序和预防建设领域腐败具有重要作用。由此可见BIM技术在未来工程应用中的重要性，本文将对BIM在综合管线的排布中如何分层管理和排布计算进行详细介绍和分析。
关键词：政府关注；应用现状；原则；净空间；净排布空间；模型应用；重点突破
1政府对BIM应用的关注
《建筑信息模型应用统一标准》GB/T 51212-5016是我国第一部建筑信息模型应用的工程建设标准，提出了建筑信息模型应用的基本要求，是建筑信息模型应用的基础标准，可作为我国建筑信息模型应用及相关标准研究和编制的依据。国务院日前印发《“十三五”国家信息化规划》，《标准》实施将为国家建筑业信息化能力提升奠定基础。此《标准》于2016年12月2日发布，于2017年7月1日实施。
作为山东省省会城市，济南是山东省第一个出台BIM技术应用政策的城市。2016年6月29日济南市城建委发布《关于加快推进建筑信息模型（BIM）技术应用的意见》。其明确指出，自2016年起至2017年底在城建计划、各类政府投资工程以及大型市政工程中，增加BIM技术应用，同时形成具备可推广的经验和方法，培养一批具有BIM技术应用能力的企业。这一应用目标虽只制定两年计划，但在推广力度上还是非常大的，几乎涵盖了济南市未来两年全部大型市政工程项目，对于在BIM技术在本地区和山东省的推广起到重要作用。
2国内企业应用BIM现状
我国的BIM应用虽然刚刚起步，但发展速度很快，许多企业有了非常强烈的BIM意识，出现了一批BIM应用的标杆项目，同时，BIM的发展也逐渐得到了政府的大力推动。
2.1目前设计企业应用BIM的主要内容：
1、方案设计：使用BIM技术能进行造型、体量和空间分析外，还可以同时进行能耗分析和建造成本分析等，使得初期方案决策更具有科学性；
2、扩初设计：建筑、结构、机电各专业建立BIM模型，利用模型信息进行能耗、结构、声学、热工、日照等分析，进行各种干涉检查和规范检查，以及进行工程量统计；
3、施工图：各种平面、里面、剖面图纸和统计报表都从BIM模型中得到；
4、设计协同：设计有上十个甚至几十个专业需要协调，包括设计计划，互提资料、校对审核、版本控制等；
5、设计工作重心前移：目前设计师50%以上的工作量用在施工图阶段，BIM可以帮助设计师把主要工作放到方案和扩初阶段，使得设计师的设计工作集中在创造性劳动上。
2.2目前施工企业应用BIM的主要内容：
1、碰撞检查，减少返工。利用BIM的三维技术在前期进行碰撞检查，直观解决空间关系冲突，优化工程设计，减少在建筑施工阶段可能存在的错误和返工，而且优化净空，优化管线排布方案。最后施工人员可以利用碰撞优化后的方案，进行施工交底、施工模拟，提高施工质量，同时也提高了与业主沟通的能力。
2、模拟施工，有效协同。三维可视化功能再加上时间维度，可以进行进度模拟施工。随时随地直观快速地将施工计划与实际进展进行对比，同时进行有效协同，项目参建方都能对工程项目的各种问题和情况了如指掌。从而减少建筑质量问题、安全问题，减少返工和整改。利用BIM技术进行协同，可更加高效信息交互，加快反馈和决策后传达地周转效率。利用模块化的方式，在一个项目的BIM信息建立后，下一个项目可类同的引用，达到知识积累，同样工作只做一次。
3、三维渲染，宣传展示。三维渲染动画，可通过虚拟现实让客户有代入感，给人以真实感和直接的视觉冲击，配合投标演示及施工阶段调整实施方案。建好的BIM模型可以作为二次渲染开发的模型基础，大大提高了三维渲染效果的精度与效率，给业主更为直观的宣传介绍，在投标阶段可以提升中标几率。
4、识管理，保存信息模拟过程可以获取施工中不易被积累的知识和技能，使之变为施工单位长期积累的知识库内容。
2.3目前运维阶段BIM的应用主要有：
1、空间管理。空间管理主要应用在照明、消防等各系统和设备空间定位。获取各系统和设备空间位置信息，把原来编号或者文字表示变成三维图形位置，直观形象且方便查找。
2、设施管理。主要包括设施的装修、空间规划和维护操作。美国国家标准与技术协会（NIST）于2004年进行了一次研究，业主和运营商在持续设施运营和维护方面耗费的成本几乎占总成本的三分之二。而BIM技术的特点是，能够提供关于建筑项目的协调一致的、可计算的信息，因此该信息非常值得 共享和重复使用，且业主和运营商便可降低由于缺乏互操作性而导致的成本损失。此外还可对重要设备进行远程控制。
3、隐蔽工程管理。在建筑设计阶段会有一些隐蔽的管线信息是施工单位不关注的，或者说这些资料信息可能在某个角落里，只有少数人知道。特别是随着建筑物使用年限的增加，人员更换频繁，这些安全隐患日益显得突出，有时直接导致悲剧酿成。基于BIM技术的运维可以管理复杂的地下管网，如污水管、排水管、网线、电线以及相关管井，并且可以在图上直接获得相对位置关系。当改建或二次装修的时候可以避开现有管网位置，便于管网维修、更换设备和定位。内部相关人员可以共享这些电子信息，有变化可随时调整，保证信息的完整性和准确性。
4、应急管理。基于BIM技术的管理不会有任何盲区。公共建筑、大型建筑和高层建筑等作为人流聚集区域，突发事件的响应能力非常重要。传统的突发事件处理仅仅关注响应和救援，而通过BIM技术的运维管理对突发事件管理包括：预防、警报和处理。通过BIM系统我们可以迅速定位设施设备的位置，避免了在浩如烟海的图纸中寻找信息，如果处理不及时，将酿成灾难性事故。
5、节能减排管理。通过BIM结合物联网技术的应用，使得日常能源管理监控变得更加方便。通过安装具有传感功能的电表、水表、煤气表后，可以实现建筑能耗数据的实时采集、传输、初步分析、定时定点上传等基本功能，并具有较强的扩展性。系统还可以实现室内温湿度的远程监测，分析房间内的实时温湿度变化，配合节能运行管理。在管理系统中可以及时收集所有能源信息，并且通过开发的能源管理功能模块，对能源消耗情况进行自动统计分析，比如各区域，各户主的每日用电量，每周用电量等，并对异常能源使用情况进行警告或者标识。
3管综排布原则
作为BIM领域之一的电气领域，其中在目前国内建筑施工应用阶段较为广泛的是BIM在地下室及机房的管线优化。依据以往地下室管综排布的原则，形成了一套较为全面的管综排布原则，因此，在BIM电气建模过程中，也应遵循此原则进行管综排布。
3.1总则
1.大管优先，小管让大管；2.有压让无压；3.低压管避让高压管；4.常温管让低温、高温管；5.可弯管线让不可弯管线；6.附件少的管线让附件多的管线；7.电气管线避让热水，有热水管、蒸汽管线上方及水管的垂直下方不宜布置电气管线；8.安装、维修空间≥500mm；9.预留管廊内风机盘管、机柜等设备的拆装距离；10.管廊内吊顶标高以上预留250mm的装修空间；11.租赁线以外400mm距离内尽可能不要布置管线，用作检修空间；12.各防火分区处，卷帘门上方预留管线通过的空间，如遇空间不足，选择绕行。
3.2机电各个专业细则
3.2.1给排水专业
1.管线要尽量少设置弯头；2.给水管线在上，排水管线在下。保温管道在上，不保温管道在下，小口径管道应尽量支撑在大口径管道上方或吊挂在大管道下方；3.冷热水管（垂直）净距15cm，且水平高度一致，偏差不得超过5mm（其中对卫生间淋雨及浴缸龙头严格执行该标准进行检查，其余部位可以放宽至1CM）；4.除设计提升泵外，带坡度的无压水管绝对不能上返；5.给水引入管与排水排出管的水平净距不得小于1m。室内给水管道与排水管道平行敷设时，两管之间的最小净间距不得小于0.5m；交叉敷设时，最小净距离不得小于0.15m。给水管应敷设在排水管上面，若给水管必须敷设在排水管下面，给水管应加套管，套管长度不得小于排水管管径的3倍；6.喷淋管应尽量选在下方安装，与吊顶间距至少保持100mm（无吊顶区域可选在上方，因为一般是上喷）；7.各个专业水管应尽量平行敷设，最多出现两层上下敷设；8.污水、雨水、废水等自然排水（即重力排水）管线不应上翻，其他管线避让重力管线；9.给水PPR管与其他金属管道平行敷设时，应有一定保护距离，净距不宜小于100mm，且PPR管宜在金属管道内侧。10.水管与桥架层叠铺设时，要放在桥架下方；11.管线不应该当门、窗，应避免通过电机盘、配电盘、仪表盘上方；12.管线外壁之间的最小距离不宜小于100mm，管线阀门不宜并列安装，应错开位置，若需并列安装，净距不宜小于200mm；13.水管与墙（柱）间距如下表：
3.2.2暖通专业
1.一般情况下，保证无压管（通常指冷凝管）的重力坡度，无压管放在最下方；2.风管和较大的母线桥架一般安装在最上方，风管与桥架之间的距离要大于100mm；3.对于管道的外壁、法兰边缘及热绝缘层外壁等管路最突出的部位，距离墙或柱的净距应≥100mm；4.通常风管顶部距梁底部50-100mm；5.如遇空间不足的管廊，可与设计师沟通，断面尺寸改扁，便于提高标高；6.暖通的风管较多时，一般情况下，排烟风管应高于其他风管，大风管应高于小风管。两个风管如果只是在局部交叉，可以安装在同一标高，交叉的位置，小方管绕大风管；7.空调水平干管应高于风机盘管；8.冷凝水应考虑坡度，吊顶的实际安装高度，通常由冷凝水的最低点决定。
3.2.3电气专业
1.电缆线槽、桥架宜高出地面2.2m，线槽和桥架顶部距顶棚或其他障碍物不宜小于0.3m；2.电缆桥架和线槽应敷设在易燃易爆气体管道下方，当设计无要求时，与管道的最小净距离应符合下列要求：
2.在吊顶内敷设时，槽盖开启面应保持80mm的垂直净空（即顶部最小得与梁保证80mm的最小距离），与其他专业之间的距离最好保持在≥100mm；4.电缆桥架与用电设备交越时，其间的净距不小于0.5m；5.两组电缆桥架在同一高度平行敷设时，其间距不小于0.6m，桥架距墙边或柱边净距≥100mm；6.电缆桥架内侧的弯曲半径不应小于0.3m；7.电缆桥架多层布置时，控制电缆间不小于0.2m，电力电缆间不小于0.3m，弱电电缆与电力电缆间不小于0.5m，如有屏蔽盖可减少到0.3m，桥架上部距顶棚或其他障碍不小于0.3m；8.电缆桥架不宜敷设在腐蚀性气体管道和热力管道上方及腐蚀性液体管道的消防；9.通信桥架距离其他桥架水平间距至少300mm，垂直距离至少300mm，防止其他桥架磁场干扰；10.桥架上下翻时要放缓坡（即最好不要垂直上下翻），桥架与其他管道平行间距≥100mm；11.桥架不宜穿楼梯间、空调机房、风井、管井等，遇到后应尽量绕行；12.强电桥架要靠近配电间的位置安装，如果强电桥架和弱电桥架上下安装时，优先考虑强电桥架放在上方。
4管线综合排布中BIM的分层管理计算技术
根据管综排布原则，对于桥架、给排水管道、风管，一般将较大的风管排布于底层，其次，桥架位于最上层，至少桥架与给排水管道位于同一绝对标高空间内。
在进行分层管理的计算时，首先确认工程中综合管道排布完成后的最下层系统，是照明线槽下方灯管，还是宽度超过1200mm风管下方安装的喷淋头；并且对于不同部位，如车道和车位处，综合管道排布完成后的最下层系统可能不一，且机电安装的标高要求也高低不一，如果没有照明线槽下方灯管或者宽度超过1200mm风管下方安装的喷淋头，那么最下层系统就是支吊架横担。
为方便下面的述文介绍，在此为大家定义几个的概念。
①建筑完成净空间：建筑完成地面的绝对标高与顶棚完成面的绝对标高的高差，以下简称“净空间”。
②管综净排布空间：综合管道排布完成后底部的绝对标高，包括照明线槽下方灯管的底部，或者宽度超过1200mm风管下方安装的喷淋头底部，或者支吊架横担的底部，与顶棚完成面的绝对标高的高差，以下简称“净排布空间”。
③照明线槽空间：当综合管道排布完成后的最下层系统是照明线槽下方灯管时，灯管底部绝对标高与照明线槽顶部的绝对标高的高差，在照明线槽紧贴于风管下方时，为灯管底部绝对标高与风管底部绝对标高的高差。
④喷淋头安装空间：当综合管道排布完成后的最下层系统是宽度超过1200mm风管下方安装的喷淋头时，喷淋头底部绝对标高与风管底部绝对标高的高差。
4.1排布计算式
一般对于地下室内，车道部位要求净高2.4m，车位部位要求净高2.2m。
计算式一：净排布空间=车库层高-车道净高（或者车位净高）-照明线槽空间
当照明线槽空间＞横担高度
计算式二：净排布空间=车库层高-车道净高（或者车位净高）-底层横担高度
当照明线槽空间＜横担高度
计算式三：净排布空间=车库层高-车道净高（或者车位净高）-喷淋头安装空间
当喷淋头安装空间＞横担高度
计算式四：净排布空间=车库层高-车道净高（或者车位净高）-底层横担高度
当喷淋头安装空间＜横担高度
这四个计算式根据综合管道排布完成后的最下层系统来选择，如果既有照明线槽下方灯管，又有宽度超过1200mm风管下方安装的喷淋头，则需要先将照明线槽空间和喷淋头安装空间进行对比，取大者然后依据计算式使用条件计算出净排布空间。
4.2交叉分析表
为便于详细分析和具体说明，在此以某工程的数据为例：
该工程地下室内车库层高为地下一层为3.4m，地下二层为3.55m，除去顶板厚度，地下一层净空间为3.00m（A区为3m，其余为3.02m，故皆以3.00m为准），地下二层净空间为3.28m；管综排布后车道净高为2.4m，车位净高为2.2m。
4.2.1对地下二层分析
照明线槽空间（即照明线槽下方的灯管底部距风管底部）为150mm，喷淋头安装空间（即喷淋头下端距风管底部）为150mm，各管线的支吊架横担高100mm，风管最大高度规格为400mm，给排水管最大规格为DN150\DE159（设计要求保温20mm），桥架最大高度规格为100mm。因照明线槽空间和喷淋头安装空间相同为150mm，其大于支吊架横担高100mm，故采用计算式一或计算三皆可，计算可得：
①车道处净排布空间为730=3280-2400-150
②车位处净排布空间为930=3280-2200-150
根据上列交叉表分析，在车道处要求净高为2.4m时，各交叉项小于车道处净排布空间730mm，所以车位处也可实现2.4m。
4.2.2对地下一层分析
照明线槽空间（即照明线槽下方的灯管底部距风管底部）为150mm，喷淋头安装空间（即喷淋头下端距风管底部）为150mm，各管线的支吊架横担高100mm，风管最大高度规格为400mm，给排水管最大规格为DN150\DE159（设计要求保温20mm），桥架最大高度规格为100mm。因照明线槽空间和喷淋头安装空间相同为150mm，较于支吊架横担高100mm为大，故采用计算式一或计算三皆可，计算可得：
①车道处净排布空间为450=3000-2400-150
②车位处净排布空间为650=3000-2200-150
根据上列交叉表的数据，对下滑波浪线的交叉项具体分析，给排水管道交叉于风管的安装空间670mm，其大于车道处净排布空间450mm及车位处净排布空间650mm；桥架交叉于风管的安装空间550mm，其大于车道处净排布空间450mm，而小于车位处净排布空间650mm；给排水管道交叉于给排水管道的安装空间654mm，其大于车道处净排布空间450mm及车位处净排布空间650mm。
通过分析可知地下室负一层的净空间不容乐观，在不能满足车道部位和车位部位一般净空间的要求下，要尽可能的提高其净空间，并根据问题提出解决方案。如桥架交叉于风管部位，可将其调整至车位处，这样即可满足净空间要求；而对于给排水管道交叉于风管的情况，可提出将风管尺寸高度由400mm改为300mm；对于给排水管道交叉于给排水管道的情况，根据截面等换计算并结合流量、压力等因素，可将其中一根DN150管道改为两根DN100管道或者其他管径组合。
5模型应用
目前我国BIM应用总体还处于起步阶段，BIM应用受限于从业人员技能、软硬件条件、各参与方协同模式以及模型应用范围等因素。针对不同的协同模式与应用范围，BIM应用可采用集成或综合应用以及专业任务单项应用方式，对于BIM电气领域的管综排布即属于后者。
模型创建和使用前，应根据项目需求以及BIM应用环境和条件，选择合适的BIM应用方式。BIM应用宜按照“重点突破，渐进发展”的策略，从重点的单任务应用到多任务应用，循序渐进，不断提升，最终实现建设工程全生命期BIM集成应用。
6结束语
文章从国家政府对BIM的重点关注出发，体现了BIM技术未来在国内广泛深度应用的必然趋势，继而介绍了国内企业对BIM应用的现状，分析了它在各企业各阶段和方面中的应用。然而，作为一项贯穿建设工程全生命期，涉及各个专业任务的综合集成应用技术，现阶段只能根据工程各阶段的具体需要进行单任务的单点式应用；结合电气领域安装的专业综合性、系统复杂性，可将BIM技术的优越性在此领域重点实现，以此点突破，实现渐进发展。
参考文献：
[1]关于在本市推进建筑信息模型技术应用指导意见的通知[沪府办发（2014）58号]
[2]BIM的应用现状与发展趋势.环球BIM沙龙，2016.1.6，2
[3]BIM技术文件.2012.12.3修订
[4]《建筑信息模型应用统一标准》（GB/T 51212-2016）.国家标准，2017，27、31
[5]《自动喷水灭火系统设计规范》（GB-50084-2001）.国家规范，2001.7.1，7.2.3
论文作者:郭文铭
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第26期
论文发表时间:2018/2/2
标签：风管论文; 空间论文; 管线论文; 管道论文; 桥架论文; 标高论文; 净高论文; 《建筑学研究前沿》2017年第26期论文;