抗震支吊架&BIM設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)企業(yè)的高效管理

　　建筑機(jī)電管線的設(shè)計(jì)圖紙與現(xiàn)場實(shí)際安裝情況之間的差異一直是建筑機(jī)電抗震支吊架設(shè)計(jì)與安裝的一大難題。本文通過引入BIM技術(shù)，提出了一種抗震支吊架的深化設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了抗震支吊架的遞進(jìn)式參數(shù)化建模、自動化設(shè)計(jì)、碰撞檢測與智能化拼裝。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并開發(fā)一個面向抗震支吊架的BIM設(shè)計(jì)系統(tǒng)，著重介紹了系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)功能模塊及全壽命周期信息平臺，最大程度地提高設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工效率，實(shí)現(xiàn)建筑機(jī)電抗震企業(yè)的高效管理。

　　引言

　　目前，抗震支吊架設(shè)計(jì)一般采用二維、三維的通用軟件，如AutoCAD、Solidworks等?？拐鹬У跫艿陌惭b依附于建筑機(jī)電系統(tǒng)，但機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)備管線平面布置復(fù)雜、現(xiàn)場管線安裝施工與設(shè)計(jì)圖紙不對應(yīng)等常見問題，造成傳統(tǒng)的抗震支吊架的設(shè)計(jì)手段存在工作量大、自動化程度低、安裝施工難度大、設(shè)計(jì)與施工之間信息沖突等一系列問題。從抗震支吊架全壽命周期的角度考慮，現(xiàn)有設(shè)計(jì)施工模式有3個問題：(1)在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、現(xiàn)場施工各階段存在信息斷層或錯位等問題;(2)各參與方的協(xié)同工作機(jī)制不夠完善，導(dǎo)致工作效率低下;(3)智能化程度低，存在繁瑣的材料清單統(tǒng)計(jì)環(huán)節(jié)。

　　

　　建筑信息模型(BIM)作為一種新的設(shè)計(jì)手段，通過建立建筑結(jié)構(gòu)-機(jī)電管線-抗震支吊架一體化BIM模型，能夠有效得實(shí)現(xiàn)抗震支吊架設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、管養(yǎng)階段的信息互通與共享?；贐IM的抗震支吊架系統(tǒng)的核心思想是建立一個BIM數(shù)據(jù)中心，各參與方圍繞這一數(shù)據(jù)中心進(jìn)行協(xié)同工作，提高全生態(tài)鏈的智能化與信息化。本文提出一種基于BIM技術(shù)的抗震支吊架的精細(xì)化設(shè)計(jì)方法，包括遞進(jìn)式參數(shù)化建模、自動化設(shè)計(jì)、碰撞檢驗(yàn)和智能化拼裝4個核心算法，可實(shí)現(xiàn)單管與組合抗震支吊架設(shè)計(jì)的智能化。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并開發(fā)了一個面向抗震支吊架的BIM設(shè)計(jì)系統(tǒng)，著重介紹了系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)功能模塊及全壽命周期信息平臺。

　　

　　建筑抗震支吊架的精細(xì)化設(shè)計(jì)方法

　　2.1遞進(jìn)式參數(shù)化建模方法

　　抗震支吊架由吊桿、斜撐、抗震連接件、管束等構(gòu)件組成。這些構(gòu)件通常可以由1個或多個基本的三維實(shí)體模型組合而成。本研究采用Revit軟件構(gòu)造三維模型，并同時實(shí)現(xiàn)BIM系統(tǒng)的建立。

　　

　　吊桿和斜撐通常由槽鋼制成，通過在Revit軟件中創(chuàng)建統(tǒng)一的槽鋼截面，通過拉伸、掃掠等可以實(shí)現(xiàn)吊桿和斜撐的快速參數(shù)化建模?？拐疬B接件、管束及零配件的參數(shù)定義包括各個截面的屬性，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模。各基本構(gòu)件參數(shù)化建模完成后，設(shè)計(jì)人員在其中修改參數(shù)即可完成模型的修改工作。

　　構(gòu)件的幾何模型建立完成后，再賦予模型系統(tǒng)類型、材質(zhì)、型號、標(biāo)識等附加屬性，然后將建成的模型集成到原BIM模型與其建立關(guān)聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)抗震支吊架的遞進(jìn)式參數(shù)化BIM建模過程。

　　2.2自動化設(shè)計(jì)方法

　　抗震支吊架起到對機(jī)電工程設(shè)施的保護(hù)作用，承受來自任何方向的水平地震作用?？拐鹬У跫艿脑O(shè)計(jì)首先要根據(jù)管道的類型、空間位置等因素參照《建筑機(jī)電工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行選型和定位;然后合理布置抗震支吊架中吊桿和斜撐的位置及布置方向，確定構(gòu)件的型號規(guī)格;最后對支架進(jìn)行受力核驗(yàn)，檢驗(yàn)其是否滿足抗震設(shè)防要求。

　　目前，抗震支吊架的選型及定位主要依靠設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，是一個反復(fù)調(diào)整的復(fù)雜過程，這類工作繁瑣、效率低，難以滿足大型建筑抗震支吊架的設(shè)計(jì)需求。通過對抗震支吊架生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品類型、力學(xué)性能、計(jì)算模型及國家相關(guān)規(guī)范的條文的研究，建立一種方法可實(shí)現(xiàn)抗震支吊架的定位、選型的自動化。其步驟如下：

　　

　　1)抗震支吊架選型和定位。根據(jù)所給建筑BIM模型中機(jī)電工程設(shè)施的基本幾何信息來初選抗震支吊架類型，然后根據(jù)所選類型、管道及建筑設(shè)施等條件來確定生根點(diǎn)位置;

　　2)構(gòu)件選型。根據(jù)所給管道信息初步確定抗震支吊架吊桿和斜撐的空間位置及型號規(guī)格，自動確定斜撐的角度;

　　3)抗震支吊架受力驗(yàn)算。通過設(shè)置程序接口自動調(diào)用設(shè)計(jì)好的Excel表格進(jìn)行地震作用下的抗震支吊架的受力驗(yàn)算，同時要驗(yàn)算支吊架斜桿的整體穩(wěn)定。若不滿足受力要求，根據(jù)受力計(jì)算結(jié)果返回Step2重新進(jìn)行構(gòu)件選型，從而實(shí)現(xiàn)抗震支吊架的自動化設(shè)計(jì)。

　　2.3智能化拼裝方法

　　抗震支吊架節(jié)點(diǎn)的拼裝，要根據(jù)各管線的空間位置、抗震支吊架的生根位置等因素進(jìn)行綜合考慮，工作十分繁瑣復(fù)雜。智能化拼裝是在BIM系統(tǒng)中使用合理的方式將抗震支吊架與管道拼裝起來?？拐鹬У跫芙M合節(jié)點(diǎn)智能化拼裝是在兩個相互正交的方向(組合管道剖面所在的平面坐標(biāo)系)上尋找可以劃分的點(diǎn)以形成網(wǎng)格，保留管道截面都在網(wǎng)格內(nèi)的結(jié)果，依此形成的圖形便是一個合理的拼裝方案。其算法如下：

　　

　　1)將每一根管道的位置用一個坐標(biāo)表示(ai，bi，ci，di)，則管道集合的合理劃分轉(zhuǎn)換為求一坐標(biāo)集合{M｝的合理劃分;

　　2)對管道進(jìn)行x方向的合理劃分，具體如下：將{M｝按ai進(jìn)行升序排列，形成集合{Mx｝，依次比較集合{Mx｝中ai+1-ci與Dx的大小，若ai+1-ci>Dx，則將直線x=ci+Dx/2計(jì)入集合{X｝中，若ai+1-ci

　　3)對管道進(jìn)行y方向的合理劃分，具體如下：將{M｝按bi進(jìn)行升序排列，形成集合{My｝，依次比較集合{My｝中di+1-bi與Dy的大小，若di+1-bi>Dy，則將直線y=bi+Dy/2計(jì)入集合{Y｝中，若di+1-bi

　　4)進(jìn)行整體劃分，在坐標(biāo)系中畫出集合{X｝和集合{Y｝中各條直線的位置，即可形成一個初步劃分好的網(wǎng)絡(luò)。

　　5)進(jìn)行劃分網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，由于立柱一般是通長的，因此，要去除部分與x方向平行的線段;

　　6)根據(jù)最終網(wǎng)格的位置和斜撐生根的位置，通過連接件將斜撐與支吊架主體連結(jié)成整體，形成完整的抗震支吊架。

　　最后形成合理的網(wǎng)絡(luò)劃分方案。上述各個步驟中各變量的意義如下：a為矩形左上角點(diǎn)的x坐標(biāo);b為矩形左上角點(diǎn)的y坐標(biāo);c為矩形右下角點(diǎn)的x坐標(biāo);d為矩形右下角點(diǎn)的y坐標(biāo);Dx為水平方向安裝抗震支吊架的距離限值;Dy為豎直方向安裝抗震支吊架的距離限值;距離限值：為如果兩個相鄰矩形網(wǎng)格在某一方向距離大于該方向的距離限值，則應(yīng)在這兩個矩形網(wǎng)格之間插入一個劃分點(diǎn)。

　　2.4碰撞檢測

　　碰撞檢測是對建筑BIM模型中的建筑構(gòu)件、結(jié)構(gòu)構(gòu)件、機(jī)械設(shè)備、水暖電管線等進(jìn)行檢查，排查它們之間是否出現(xiàn)交叉、碰撞等無法施工的現(xiàn)象。獲取各構(gòu)件的幾何尺寸等其他信息是碰撞檢測的必備信息，而目前的CAD等其他設(shè)計(jì)軟件無法做到這一點(diǎn)。在所給的建筑BIM模型中，加入由自動化設(shè)計(jì)得出的抗震支吊架模型，進(jìn)行碰撞檢測。

　　抗震支吊架的碰撞檢測主要涉及3方面：一是實(shí)體碰撞檢測，即是否和其他構(gòu)件產(chǎn)生交錯;二是進(jìn)行延伸碰撞檢測，要預(yù)留出工人施工以及維修空間等;三是進(jìn)行程序性碰撞檢測，即檢測施工工序是否會導(dǎo)致無法順利安裝抗震支吊架。系統(tǒng)會根據(jù)檢測結(jié)果，在模型中對有問題的地方做出標(biāo)記，同時對所有碰撞位置進(jìn)行匯總，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)匯總的信息進(jìn)行調(diào)整并修改。通過碰撞檢查，可以最大程度地提高設(shè)計(jì)及施工效率，減少設(shè)計(jì)與施工之間的協(xié)調(diào)修改，縮短工期。

　　

　　基于BIM的建筑抗震支吊架設(shè)計(jì)系統(tǒng)

　　3.1系統(tǒng)功能模塊

　　前處理模塊。在BIM數(shù)據(jù)庫中，讀取建筑機(jī)電設(shè)備管線、各類抗震支吊架的信息進(jìn)行分析歸類，以供抗震支吊架設(shè)計(jì)、碰撞檢測及抗震支吊架拼裝使用。

　　族庫管理模塊。負(fù)責(zé)管理抗震支吊架吊桿、斜撐、連接件、管束等參數(shù)化建模后形成的族文件，設(shè)計(jì)人員可以直接調(diào)用族庫中預(yù)先創(chuàng)建好的抗震支吊架族文件，也可根據(jù)要求對類似的模型進(jìn)行修改，提高設(shè)計(jì)效率。

　　抗震支吊架設(shè)計(jì)模塊。根據(jù)《建筑機(jī)電工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，系統(tǒng)自動完成抗震支吊架的平面布置，用戶可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整各參數(shù)以及手動修改各抗震支吊架平面布置位置。根據(jù)建筑機(jī)電系統(tǒng)相應(yīng)的抗震設(shè)防要求，在用戶指定抗震支吊架承載跨度和需要選定關(guān)聯(lián)的管道后，系統(tǒng)會自動計(jì)算地震作用，并對抗震支吊架吊桿、斜撐、管束、連接件等所需配件進(jìn)行自動選型，用戶可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整各參數(shù)以及手動修改各配件的選型。

　　抗震支吊架拼裝模塊。根據(jù)抗震支吊架平面布置位置和用戶指定需要選定關(guān)聯(lián)的管道后以及先前零配件的選型，系統(tǒng)完成自動拼裝。自動拼裝完成后，用戶可根據(jù)需要調(diào)整各參數(shù)以及添加或刪除吊桿、斜撐、管束等構(gòu)件。

　　碰撞檢驗(yàn)?zāi)K。負(fù)責(zé)檢驗(yàn)智能拼裝后的結(jié)果是否合理，能否滿足施工要求，系統(tǒng)會將不滿足要求的部位標(biāo)記出來，用戶可以調(diào)整參數(shù)設(shè)置以及手動修改抗震支吊架設(shè)置位置。

　　后處理模塊。后處理模塊包括將設(shè)計(jì)完成的抗震支吊架集成到BIM數(shù)據(jù)庫、生成材料清單供預(yù)制加工使用、對選定的特定節(jié)點(diǎn)進(jìn)行簡單的力學(xué)驗(yàn)算以校核安全性。

　　

　　3.2全壽命周期信息平臺

　　全壽命周期管理是工程現(xiàn)代化信息管理的核心目標(biāo)，抗震支吊架BIM系統(tǒng)在全生命周期管理過程中的不同階段使用各自對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，目前已有的信息管理系統(tǒng)往往是針對不同的業(yè)務(wù)需求進(jìn)行開發(fā)。借助建立的全壽命周期信息平臺可將抗震支吊架設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及安裝過程中的信息資源進(jìn)行有效地整合，解決設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工各部門之間信息傳遞艱難、信息共享不完全、系統(tǒng)間信息接口標(biāo)準(zhǔn)不規(guī)范等一系列問題，從而實(shí)現(xiàn)真正意義上的信息共享。

　　目前信息化水平不斷提升，一個企業(yè)往往具有許多信息管理系統(tǒng)，如進(jìn)度管理系統(tǒng)、財(cái)務(wù)管理系統(tǒng)、質(zhì)量管理系統(tǒng)等，且這些系統(tǒng)一般都由不同的軟件設(shè)計(jì)，具有不同的架構(gòu)技術(shù)，導(dǎo)致在實(shí)際的管理過程中，對于一個綜合問題就需要在多個不同的系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取與匯總分析，工作效率低下。在BIM系統(tǒng)中建立一個綜合的抗震支吊架全壽命周期信息平臺，使他們形成一個整體，用戶只需進(jìn)入全壽命周期信息平臺，就可以進(jìn)行各類業(yè)務(wù)的處理和信息共享，實(shí)現(xiàn)抗震支吊架系統(tǒng)全生態(tài)鏈的信息共享。

本文標(biāo)題：抗震支吊架&BIM設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)企業(yè)的高效管理
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