基于BIM的装配式支吊架设计与应用_卢雅男.pdf

ANZHUANG2023年第2期52专 题 报 道 Feature Story图3信息化库房材料管理流程四川安装在贵阳龙洞堡机场项目实现了BIM技术的深度落地，从深化、装配式施工、数字化工具全面辅助项目过程管理，打造精品工程，为国家重点工程建设保驾护航。卢雅男（四川省工业设备安装集团有限公司 成都 610000）摘 要：本项目基于贵阳龙洞堡机场三期扩建工程航站楼及场区配套设施工程的BIM技术应用，利用Revit以及Solidworks软件，深化设计了全装配式支吊架，提出装配式支吊架应用的合理性，并在项目中落地使用。关键词：机电安装 装配式支吊架 BIM 设计中图分类号：TU758 文献标识码：B 文章编号：1002-3607（2023）02-0052-04基于BIM的装配式支吊架设计与应用支吊架是机电安装中不可或缺的部分，通常分为综合支吊架和单专业支吊架。综合支吊架主要运用在有限的空间，对电缆桥架、母线、给排水管道、空调水管道、消防管道、风管以及其他各种管线进行最优的综合布置。在我国推行建筑行业标准化、规范化，提倡建筑安全绿色环保、节能降耗，大力推动预制装配化的环境下，现阶段解决机电管线预制化的同时，还需进一步开展支吊架的装配化探索。传统型支吊架主要基于现场实测实量和施工经验加工成型，缺乏科学的受力分析和可行性研究的有力支撑。传统支吊架制作方法主要采用焊接工艺，通过型钢与型钢焊接制作而成。传统型支吊架在制作过程中，受尺寸偏差的影响，其返工和报废的概率极高。也因为传统型支吊架采用现场加工制作的模式，安装过程中安全风险53INSTALLATION2023.2项 目 管 理 Feature Story 专 题 报 道 栓通过前后2块方管间连接钢板连接横杆。根部连接件由1块400mm400mm钢板、2块侧面钢板以及4块三角肋板加工而成，与梁壁通过4套膨胀螺栓连接。梁式装配式方管支吊架模型见图1。图3150mm150mm6mm梁式装配式方管单层支吊架尺寸详图板式装配式方管支吊架仅立杆根部连接件与梁式装配式方管支吊架不同，板式装配式方管支吊架模型见图2。以150mm150mm6mm梁式装配式方管单层支吊架为例，横杆制作长度和立杆制作长度均设置为1500mm。横杆制作长度和立杆制作长度在实际应用中根据机电管线深化布置需求决定（见图3）。图1梁式装配式方管支吊架局部细节图膨胀螺栓普通六角螺栓8横、立杆方管连接处梁式-根部连接件大、污染环境、工序复杂、耗时长、成本高，并且焊接整体观感质量差，焊接表面需做补漆处理。目前，采用传统的焊接工艺支吊架制作与安装，在我国机电安装市场份额中占比高达90%1。项目团队根据成都天府国际机场工程BIM技术在装配式支吊架应用的实践经验，以及贵阳龙洞堡机场一期和二期航站楼工程中传统型支吊架设置的现场考察，在贵阳龙洞堡机场T3航站楼项目中提出一种基于BIM技术的全机械连接装配式支吊架，并进行了深化设计与实际应用。1 工程概况贵阳龙洞堡机场三期扩建工程航站楼及场区配套设施项目机电专业众多且管线复杂，土建采用跳仓法施工，严重制约机电施工连贯性。项目基于BIM技术分区、分段深化，在结构施工过程中，装配式支吊架同步深化加工，提升安装效率，满足进度要求。该类支吊架体量达194t，近2000副。装配式支吊架类型以型钢分类，包含角钢式、槽钢式、方管式及组合式支吊架，其余为常规支吊架。本文主要分享项目装配式支吊架中的装配式方管支吊架的深化设计及落地应用。项目团队通过全过程BIM技术，严格控制材料用量，力求以最少的材料达到最优的效果。支吊架全部采用螺栓连接现场装配，运输方便，安装难度低、效率高，从而降低安装成本。图2板式装配式方管支吊架局部细节图膨胀螺栓普通六角螺栓8板式-根部连接件横、立杆方管连接处2 装配式方管支吊架设计2.1装配式方管支吊架形式设计项目应用BIM技术，深化机电管线排布，深化项目综合支吊架模型，采用方形冷弯空心型钢，其承重及抗震能力更强。装配式方管支吊架按安装位置分为梁式和板式。梁式装配式方管支吊架由连接件、方管间连接件、普通螺栓和膨胀螺栓组成。在设计方面，充分考虑了梁式装配式方管支吊架承重的安全性，立杆上端使用了4套普通六角螺栓与连接件相连，下端使用了8套普通六角螺ANZHUANG2023年第2期54专 题 报 道 Feature Story表1管道类型及尺寸管道编号12345材质PSP钢塑复合管（保温）热浸塑质管无缝钢管（保温）焊接螺旋钢管（保温）无缝钢管（保温）直径N/mm150200150300150管道编号678910材质焊接螺旋钢管（保温）无缝钢管（保温）焊接螺旋钢管（保温）无缝钢管（保温）无缝钢管（保温）直径N/mm300200350200200图4支吊架受力分布及方向图5应力分析图图6应变分析图图7应力应变曲线图根据需求，当方管支吊架横杆过长时，横杆中部应根据需求情况增加立杆数量，以增强支吊架稳定性和安全性。2.2装配式方管支吊架受力分析受力分析是装配式支吊架从设计到实际应用的重要保障。项目使用Solidworks快速建模进行受力分析，验证支吊架在项目实际使用中承重的安全性和可靠性，并在同一类型中抽取承重最大支吊架进行受力分析，以保证支吊架的安全使用。以梁式150单层三立杆支吊架为例进行受力分析，该类型支吊架每隔3m布置一副，每副支吊架均承受3m管道的重量。管道于支吊架位置从左至右编号1、2、3列出表1。2.2.2 对支吊架进行有限元分析应力和应变分析见图5、图6。从应力图中可以看出，支吊架的屈服力为235MPa，而最大应力为130MPa，支吊架最大应力小于屈服力，所以支吊架处于弹性应变阶段。应力应变曲线见图7。根据该副支吊架剖面管道材料信息及相关图集、规范计算得出支吊架受力情况，运用Solidworks软件建模并进行简化，对支吊架模型赋予材质、载荷加载、受力情况分析。2.2.1 支吊架载荷加载定义受力位置：对横担的管道投影区域的中心线进行分割，便于下一步为载荷选择指定线（管道与支吊架的接触形式为线接触，即力施加在线上）。边界条件、载荷的定义：对支吊架的上端进行固定，保证在力的加载过程中不晃动，对支吊架进行加载。支吊架受力分布及方向见图4。2.2.3 对螺栓进行分析（1）对与方管间钢板连接件相连螺栓进行分析。支吊架重量F支=45810=4580N；支吊架承受满水管道总重量F总管道=1890+3105+17552+63452+29703+7965=38,070N，所以支吊架加满水管道总重F总=4580+38070=42,650N。与方管间钢板连接件连接的螺栓规格为M16190，55INSTALLATION2023.2项 目 管 理 Feature Story 专 题 报 道 共计83=24套，查GB/T 3098.1-2010得出M16（4.6）的保证载荷为35,300N。螺栓抗剪切力一般取抗拉力的一半，则能承受的剪力值为17,65024=423,600N，远大于42,650N，满足使用。（2）对与根部连接件相连螺栓进行分析。与根部连接的螺栓规格为M16200，共计43=12套，查国标GB/T 3098.1-2010得出M16（4.6）的保证载荷为35,300N。螺栓抗剪切力一般取抗拉力的一半，则能承受的剪力值为17,65012=211,800N，远大于42,650N，满足使用。（3）对膨胀螺栓进行分析。查膨胀螺栓规格表得出表2。线深化布置的前提下，采用的全机械连接的装配式支吊架，在该项目大量生产并落地使用，提高了项目施工质量和进度，降低支吊架施工对环境造成的影响。后续，公司仍将从以下几个方面开展研究装配式支吊架相关工作：（1）基于该项目的支吊架形式及总结的经验，编撰装配式支吊架图集，使其更加标准化，专业化。（2）后续项目将优化模型精度，提高受力分析计算准确性。（3）未来将在后续项目中深入地探究装配式支吊架形式，丰富支吊架类型。参考文献：1尤奇，黄振南，朱深.我国装配式综合支吊架发展与研究现状J.建筑工程技术与设计，2018（32）：155.表2M16膨胀螺栓特性型号拉力值/N剪力值/NM16膨胀螺栓31,00016,250图8支吊架布置图支吊架使用M16膨胀螺栓共计43=12套，则能承受的剪力值为16,25012=195,000N，大于支吊架加水管重量42,650N。所以每副支吊架使用M16膨胀螺栓12套，完全满足使用。通过以上分析，可以得出梁式150方管单层三立杆支吊架在上述承载条件下能够保证安全可靠的使用。2.3装配式支吊架的落地应用装配式支吊架从深化设计到项目落地应用需经过一系列步骤，首先通过BIM机电模型深化布置管线，再到支吊架类型深化设计、支吊架布置、导出CAD图纸和材料计划、加工厂制作和现场安装七大步骤。利用BIM模型，做好管线综合布置的前提下，还需考虑支吊架布置的合理性，对管线布置的间距、位置、翻弯进行调整（见图8）。利用Revit软件，通过BIM模型导出支吊架平面图、剖面图以及大样图。标注支吊架详细制作、安装尺寸以及规范编号。支吊架安装班组根据支吊架编号搬运支吊架各部件至安装区域，作业人员按照图纸进行支吊架定位，现场进行支吊架的组装和安装。3 结语贵阳龙洞堡机场T3航站楼利用BIM技术对机电进行管