制冷機房雙層設備BIM優化設計研究

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摘要：本文結合BIM技術和裝配式技術，對某項目冰蓄冷機房采用雙層、立體裝配式技術進行探索與實踐應用。通過BIM技術進行排布方案模擬，采取水泵雙層排布設計方案，解決機房內空調水泵組檢修通道過窄問題。采用裝配式管段分解設計，實現制冷機房設備與管道的最佳布置。

關鍵詞：雙層制冷機房;BIM技術;鋼結構受力軟件;裝配式

隨著大型商業綜合體設計的日趨成熟，業態規劃日益多樣化，相比傳統建筑而言，中央空調系統的冷量需求高出較多，制冷系統的設計復雜加大。與此同時，受限于開發投資的經濟性考量，機房面積受設計約束，使得機房內設備管線布置密集，如果沒有完整的優化設計將影響后期的運營維護。本項目制冷機房原設計設備布置凌亂，整體觀感差，無法滿足通行檢修要求，借助于bim技術綜合排布技術以及鋼結構受力軟件應用，對空調水泵采用雙層設計優化，以期解決空調泵組安裝后運營檢修空間不足的問題，為裝配式立體機房的實施提供支持。

1工程概況

本項目位于深圳市南山區西麗片區，總建筑面積約28.64萬m2，共3棟辦公樓，項目制冷機房位于B塔正下方負三層，面積784m2，機房區域負二負三層通高，室內凈高超過6m，共分布兩臺雙工況冷水機組和兩臺基載冷水機組，此外，還有3臺板式換熱器和15臺水泵。

2冷凍機房設備優化設計

2.1方案分析

通過不同的BIM排布方案模擬分析，解決東側水泵檢修空間及人員通行空間的問題，以及提高現場設備布局的整體觀感效果，經過方案對比分析，本項目冰蓄冷機房擬采用空調水泵組雙層排布設計，調整內容主要包括：（1）調整所有空調水泵安裝角度，全部由斜向排布調整為正向排布；（2）調整東側六臺空調水泵設計，分上下兩層布置，增加兩側通道寬度；（3）模塊段劃分，水泵、鋼平臺以及接駁管道采用裝配式施工；（4）采用受力分析軟件，校核空調管道聯合支架以及鋼平臺用料規格型號。

2.2制冷機房內設備布局調整

經過方案分析，所有設備調整為正向排布（見圖1），原設計2000冷噸制冷主機與300冷噸制冷主機調整位置；六臺雙吸泵一層布置，修改為兩層排布，每層三臺排布；東側次檢修通道檢修寬度接近2m，更加方便檢修，同時整體效果也有提升。

2.3空調水泵雙層優化設計及聯合支吊架設計

利用BIM技術進行制冷機房綜合排布建模，根據空調水泵的選型尺寸及重量，建雙層空調水泵雙層BIM模型（見圖2），東側6臺水泵分上下兩層布置。3臺1260m3/h板換冷凍水泵安裝在下層，3臺1590m3/h雙工況冷卻水泵安裝在上層鋼平臺。冰蓄冷機房位于負三層，機房內管道管徑大、數量多，下方為基礎底板，若按照常規方式固定于梁上，結構梁的承重載荷加大，機電管線振動會傳遞至負二層樓板，本機房調整乙二醇、冷凍水、冷卻水主管，設置管組聯合支吊架。落地支架立桿采用DN150無縫鋼管，受力可靠且不會對其他區域造成影響。

2.4上層空調水泵鋼平臺設計

水泵進出口水管上安裝有截止閥、過濾器、止回閥等閥部件，操作頻率較高，因此上層水泵及相應閥部件需要考慮安裝安全性以及操作的便利性，結合機房本身條件，考慮在上層水泵基礎布置位置以及外圍一周設置鋼平臺（見圖3）。上層鋼平臺選用20#工字鋼作為平臺外框主要受力結構以及設備布置區框梁結構，上層空調水泵、水泵底座及浮動基礎安裝于20#工字鋼結構上，選用DN150無縫鋼管作為平臺的立柱支撐。采用300mm×300mm×10mm熱鍍鋅鐵板作為立柱頂面受力板，立柱底座。鋼板與熱鍍鋅板采用四個60×60×10三角肋片進行對稱焊接加強，底座采用四個φ12膨脹螺栓對稱設計，加固于地面。爬梯及上層平臺檢修通道鋼梁中間采用50mm×50mm熱鍍鋅方管壁厚3mm間距400mm，方管上敷設厚度為2.5mm花紋鋼板作為日常檢修通道，平臺四周采用無縫鋼管做護欄，高度1.2m，豎向立柱采用DN32無縫鋼管，橫向的DN20無縫鋼管。

2.5計算復核及受力分析

型鋼選型計算采用“鋼結構設計受力計算”軟件輔助計算，根據受力模型進行匹配校核。需要計算載荷以及支架布置點位分布和支架跨度。（1）機電設備及管線重量計算載荷主要包括：空調水泵、慣性地臺、管道及閥部件，其中管道按照滿水重量計算，設備按照廠家提供的運行重量計算，慣性地臺按水泵重量的1.5倍計算，合計重量為6220kg。（2）上層平臺受力分析上層平臺的主要受力包括：上層空調水泵、水泵基礎、水泵相連接的管道、彈簧減震器、配套閥部件，以及管道系統內的介質，受力均落在型鋼平臺上，按照單側3個受力點考慮，跨度取最大值3.16m。單個集中力為1036kg×10N/kg=10.36kN。工字鋼擬選型為20#工字鋼，經過受力分析，完全滿足人員通行及承載負荷的需求。（3）聯合支架受力分析制冷機房內主空調水管道支架間距在3m~3.5m，管道尺寸有DN700，DN600，全部按照DN700進行核算，鋼板尺寸為300mm×300mm。按照最不利點進行計算，3根DN700空調水管聯合支架，3.5m跨度，建立受力分析模型，集中力為565kg/m×5m×10N/kg，即14.1kN。支架橫擔按照25#工字鋼進行選型，經過驗算，25#工字鋼滿足空調水管聯合支架的承重要求，選擇合格。

3空調水支管裝配式應用

在完成機房BIM模型的精細化建模后，進行可視化校審和漫游模擬，確保整體效果滿足預期要求，依據BIM模型精確定位排布，本項目制冷機房DN500及以上管道采用現場安裝方式，管道橫向尺寸、標高、中心線偏差控制在3mm以內，嚴格控制環焊縫位置，避開管道開孔和支架位置，確保管道強度和焊接應力釋放。前期的BIM精細化建模給裝配式方案的策劃及實施奠定了堅實的基礎，在此基礎上再進行模塊劃分，裝配式管段主要包括制冷機組進出水支管段，空調水泵進出水支管段，裝配式管段以空調水主管順水三通為界，順水三通以下均采用裝配式。在空調水系統BIM模型中，對空調水支管段進行分段分解并編號，由BIM模型直接生成材料清單，由加工廠分段制作，制作完畢后對每個管節貼上二維碼，注明系統編號，所屬系統管節編號，與模型分解編號保持一致，確保管節運輸至現場能快速裝配就位。基于BIM的裝配式施工大大提高了加工精度和生產效率，通過將加工好的管道和裝配式模塊運送至施工現場，直接進行機械化裝配，有效縮短了安裝工期，大大減少了現場焊接量，保護了現場施工環境。

4結語

本項目利用BIM技術并結合受力分析軟件進行驗算，探討了空調水泵雙層排布設計方案可行性，雙層排布方案較好解決了原設計機電管線布置空間不足的問題，同時為其他項目類似問題探索出一種可行的備選解決方案；利用裝配式技術對各設備連接支管進行設計分解，也為裝配式技術日后在本項目的落地應用提供技術支持。

作者：周偉鋮 胡安軍 鄭文琪 張鵬飛 匡友橋 肖易順 單位：中建五局安裝工程有限公司 深圳市特區建設發展集團有限公司