制冷机房双层设备BIM优化设计研究

摘要：本文结合BIM技术和装配式技术，对某项目冰蓄冷机房采用双层、立体装配式技术进行探索与实践应用。通过BIM技术进行排布方案模拟，采取水泵双层排布设计方案，解决机房内空调水泵组检修通道过窄问题。采用装配式管段分解设计，实现制冷机房设备与管道的最佳布置。

关键词：双层制冷机房;BIM技术;钢结构受力软件;装配式

随着大型商业综合体设计的日趋成熟，业态规划日益多样化，相比传统建筑而言，中央空调系统的冷量需求高出较多，制冷系统的设计复杂加大。与此同时，受限于开发投资的经济性考量，机房面积受设计约束，使得机房内设备管线布置密集，如果没有完整的优化设计将影响后期的运营维护。本项目制冷机房原设计设备布置凌乱，整体观感差，无法满足通行检修要求，借助于BIM技术综合排布技术以及钢结构受力软件应用，对空调水泵采用双层设计优化，以期解决空调泵组安装后运营检修空间不足的问题，为装配式立体机房的实施提供支持。

1工程概况

本项目位于深圳市南山区西丽片区，总建筑面积约28.64万m2，共3栋办公楼，项目制冷机房位于B塔正下方负三层，面积784m2，机房区域负二负三层通高，室内净高超过6m，共分布两台双工况冷水机组和两台基载冷水机组，此外，还有3台板式换热器和15台水泵。

2冷冻机房设备优化设计

2.1方案分析

通过不同的BIM排布方案模拟分析，解决东侧水泵检修空间及人员通行空间的问题，以及提高现场设备布局的整体观感效果，经过方案对比分析，本项目冰蓄冷机房拟采用空调水泵组双层排布设计，调整内容主要包括：（1）调整所有空调水泵安装角度，全部由斜向排布调整为正向排布；（2）调整东侧六台空调水泵设计，分上下两层布置，增加两侧通道宽度；（3）模块段划分，水泵、钢平台以及接驳管道采用装配式施工；（4）采用受力分析软件，校核空调管道联合支架以及钢平台用料规格型号。

2.2制冷机房内设备布局调整

经过方案分析，所有设备调整为正向排布（见图1），原设计2000冷吨制冷主机与300冷吨制冷主机调整位置；六台双吸泵一层布置，修改为两层排布，每层三台排布；东侧次检修通道检修宽度接近2m，更加方便检修，同时整体效果也有提升。

2.3空调水泵双层优化设计及联合支吊架设计

利用BIM技术进行制冷机房综合排布建模，根据空调水泵的选型尺寸及重量，建双层空调水泵双层BIM模型（见图2），东侧6台水泵分上下两层布置。3台1260m3/h板换冷冻水泵安装在下层，3台1590m3/h双工况冷却水泵安装在上层钢平台。冰蓄冷机房位于负三层，机房内管道管径大、数量多，下方为基础底板，若按照常规方式固定于梁上，结构梁的承重载荷加大，机电管线振动会传递至负二层楼板，本机房调整乙二醇、冷冻水、冷却水主管，设置管组联合支吊架。落地支架立杆采用DN150无缝钢管，受力可靠且不会对其他区域造成影响。

2.4上层空调水泵钢平台设计

水泵进出口水管上安装有截止阀、过滤器、止回阀等阀部件，操作频率较高，因此上层水泵及相应阀部件需要考虑安装安全性以及操作的便利性，结合机房本身条件，考虑在上层水泵基础布置位置以及一周设置钢平台（见图3）。上层钢平台选用20#工字钢作为平台外框主要受力结构以及设备布置区框梁结构，上层空调水泵、水泵底座及浮动基础安装于20#工字钢结构上，选用DN150无缝钢管作为平台的立柱支撑。采用300mm×300mm×10mm热镀锌铁板作为立柱顶面受力板，立柱底座。钢板与热镀锌板采用四个60×60×10三角肋片进行对称焊接加强，底座采用四个φ12膨胀螺栓对称设计，加固于地面。爬梯及上层平台检修通道钢梁中间采用50mm×50mm热镀锌方管壁厚3mm间距400mm，方管上敷设厚度为2.5mm花纹钢板作为日常检修通道，平台四周采用无缝钢管做护栏，高度1.2m，竖向立柱采用DN32无缝钢管，横向的DN20无缝钢管。

2.5计算复核及受力分析

型钢选型计算采用“钢结构设计受力计算”软件辅助计算，根据受力模型进行匹配校核。需要计算载荷以及支架布置点位分布和支架跨度。（1）机电设备及管线重量计算载荷主要包括：空调水泵、惯性地台、管道及阀部件，其中管道按照满水重量计算，设备按照厂家提供的运行重量计算，惯性地台按水泵重量的1.5倍计算，合计重量为6220kg。（2）上层平台受力分析上层平台的主要受力包括：上层空调水泵、水泵基础、水泵相连接的管道、弹簧减震器、配套阀部件，以及管道系统内的介质，受力均落在型钢平台上，按照单侧3个受力点考虑，跨度取最大值3.16m。单个集中力为1036kg×10N/kg=10.36kN。工字钢拟选型为20#工字钢，经过受力分析，完全满足人员通行及承载负荷的需求。（3）联合支架受力分析制冷机房内主空调水管道支架间距在3m~3.5m，管道尺寸有DN700，DN600，全部按照DN700进行核算，钢板尺寸为300mm×300mm。按照最不利点进行计算，3根DN700空调水管联合支架，3.5m跨度，建立受力分析模型，集中力为565kg/m×5m×10N/kg，即14.1kN。支架横担按照25#工字钢进行选型，经过验算，25#工字钢满足空调水管联合支架的承重要求，选择合格。

3空调水支管装配式应用

在完成机房BIM模型的精细化建模后，进行可视化校审和漫游模拟，确保整体效果满足预期要求，依据BIM模型精确定位排布，本项目制冷机房DN500及以上管道采用现场安装方式，管道横向尺寸、标高、中心线偏差控制在3mm以内，严格控制环焊缝位置，避开管道开孔和支架位置，确保管道强度和焊接应力释放。前期的BIM精细化建模给装配式方案的策划及实施奠定了坚实的基础，在此基础上再进行模块划分，装配式管段主要包括制冷机组进出水支管段，空调水泵进出水支管段，装配式管段以空调水主管顺水三通为界，顺水三通以下均采用装配式。在空调水系统BIM模型中，对空调水支管段进行分段分解并编号，由BIM模型直接生成材料清单，由加工厂分段制作，制作完毕后对每个管节贴上二维码，注明系统编号，所属系统管节编号，与模型分解编号保持一致，确保管节运输至现场能快速装配就位。基于BIM的装配式施工大大提高了加工精度和生产效率，通过将加工好的管道和装配式模块运送至施工现场，直接进行机械化装配，有效缩短了安装工期，大大减少了现场焊接量，保护了现场施工环境。

4结语

本项目利用BIM技术并结合受力分析软件进行验算，探讨了空调水泵双层排布设计方案可行性，双层排布方案较好解决了原设计机电管线布置空间不足的问题，同时为其他项目类似问题探索出一种可行的备选解决方案；利用装配式技术对各设备连接支管进行设计分解，也为装配式技术日后在本项目的落地应用提供技术支持。

作者：周伟铖 胡安军 郑文琪 张鹏飞 匡友桥 肖易顺 单位：中建五局安装工程有限公司 深圳市特区建设发展集团有限公司