BIM技术在水泥工程防排烟系统设计中的应用.pdf

2023年第3期中图分类号：TQ172.6文献标志码：B文章编号：1007-0389（2023）03-70-03【DOI】10.13697/ki.32-1449/tu.2023.03.026BIM技术在水泥工程防排烟系统设计中的应用刘宏福，高强权，周惠中国中材国际工程股份有限公司（南京），江苏 南京 211100摘要：防排烟系统在建筑消防安全中发挥关键作用，随着BIM技术在水泥行业的应用，其三维模型的可视化给设计带来了巨大的优势。为更好适应防排烟系统设计的变化并满足审图的要求，本文结合使用广联达防排烟系统计算和BIMSpace机电软件，以某水泥厂中控化验楼防排烟系统三维设计为例，探索如何简化防排烟系统在水泥工厂车间从计算到三维建模出图的设计全过程，为水泥工厂数字化设计探索提供借鉴。关键词：防排烟系统；BIM技术；三维模型；三维设计The application of BIM technology in the design of smoke control and exhaust systems in cement engineeringLiu Hongfu，Gao Qiangquan，Zhou HuiChina National Materials Corporation（Nanjing），Nanjing 211100，ChinaAbstract:The smoke prevention and exhausting system plays a key role in building fire safety.With the application of BIM in the cement industry，the visualization of 3D models brings huge advantages to the design.In order to better adapt to the changes of the designand meet the requirements of vetting，the author uses Glodon calculation software for smoke prevention and exhausting and BIMSpacein combination and takes the design of a smoke prevention and exhausting system used in a centralized controlled laboratory in a cement factory as an example to explore how to simplify the whole designing process from the calculation，3D modeling to drawing of thesmoke prevention and exhausting system in the cement factory workshop.Such conclusion are encouraged to be adapted in the digitaldesign in the cement industry.Key words:smoke prevention and exhausting system；BIM；3D model；3D design0前言对于建筑消防安全来说，建筑暖通空调的防排烟系统至关重要。但是，在实际操作中，该设计过程往往存在着一些问题，包括：自然排烟外窗设计不合理、防排烟系统风机设置不合理以及风机选择不满足系统要求等问题。笔者认为，如果想要改进防排烟系统的设计，设计人员在熟练掌握相关规范条文的基础上，还需要利用成熟的计算三维建模软件。近年来，BIM技术在工程设计中占据着越来越重要的地位，成为了行业探索和发展的方向。其中Autodesk Revit是建筑三维设计中用到的一款主流设计软件，在民用及工业建筑设计中被广泛应用，本文介绍的设计方法采用广联达防排烟系统计算软件和基于此软件开发的BIMSpace机电软件进行防排烟系统的设计，在一定程度上简化了设计流程，避免了部分设计问题，并可更加直观地查找问题，建立三维模型，参与施工。Revit中的工作集可以使各专业的设计工作协同开展，每个专业建立工作集后，可以与其他专业同步开展设计任务，过程中灵活运用视图可见性等功能，控制其他专业模型的显隐性，以减少模型视图干扰；根据需要进行碰撞检查，强化各专业间设计信息交流，减少各专业间的碰撞冲突问题，以达到提高工作效率和设计精度的目的。本文采用Autodesk Revit进行暖通防排烟系统的三维设计，借助广联达防排烟系统计算软件和BIMSpace机电设计软件，以某水泥厂中控化验楼为例，采用工作集协同设计方式对防排烟系统三维设计过程进行介绍，该过程具有操作简单，设计高效等优点。图1车间建模完成后的三维模型1防排烟系统的设计在水泥厂工艺设计中，需要暖通专业进行防排烟系统设计的建筑主要是在厂前区及辅助生产车间如中控化验楼，销售楼，食堂宿舍等，一般为多层建智能管理刘宏福，等：BIM技术在水泥工程防排烟系统设计中的应用-702023年第3期筑，设计高度小于24 m。本文所介绍水泥工程项目的中控化验楼为集中央控制室、化验室、办公室与会议室一体的四层综合楼，建筑物高度为23 m。根据规范要求，其防排烟系统设计可考虑自然排烟和机械排烟两种方式，该单体的防排烟系统设计需考虑如下因素：自然排烟外窗设计是否合理；防排烟系统风机设置是否合理；风机选择是否满足系统要求；配电设施是否齐全、规范；排烟阀和防火阀配置是否合理；一次施工图系统设计是否考虑后期二次精装深化；是否明晰构造结构；需要注意与其他专业的协调配合细节1。1.1计算过程与通风空调系统水力计算相比，排烟系统水力计算具有以下特性：首先，排烟系统的排烟口根据各防烟分区的烟感信号而开启，而通风空调系统的各个送、排风口同时开启；其次，排烟系统中排烟风机的风量需要考虑一个排烟系统负担多个防烟分区、漏风率高等因素，是按最大防烟分区排烟量及漏风率确定的2，3，并不是各防烟分区排烟量之和，而通风空调系统的送、排风口风量为各分区风量的总和。因此，设计人员要重视排烟系统水力计算特性。在工程设计中，对于消防排烟风机类型的选用并没有特殊的要求，通常选用耐高温的离心式或轴流式风机，保证能在280 环境中连续工作30 min即可24。某水泥厂中控化验楼防排烟系统的机械排烟部分计算过程为：（1）防烟分区风量的计算：依据规范条文，根据建筑防火分区的划分，确定各个防火分区中防烟分区的参数信息，其中包含各个分区的风量和风速、排烟口的数量、风速和风量等。（2）风管尺寸的确定采用暖通红宝书中的推荐流速法，以不超过规范推荐的最大流速选用矩形风管的尺寸5。（3）根据风管尺寸的大小，计算在当前风速下的沿程阻力和局部阻力，计算出气流的最远端，即最不利支路的阻力，根据最大支路阻力选择风机扬程，风机的风量则需根据规范考虑0.2倍漏风系数。采用上述过程可进行手工计算，而在广联达防排烟系统计算和BIMSpace机电软件已集成了相关规范和计算方法，可以在正向设计的过程中根据需要实时调整，软件动态显示调整结果，极大地简化了设计过程，下面对初步选型和软件计算进行介绍。1.2初步选型某水泥厂中控化验楼的模型一层平面视图见图2所示。图2某水泥厂中控化验楼模型一层平面视图暖通专业接受建筑专业的三维提资模型，根据建筑专业模型平面图纸提供的信息，该项目中控化验楼每层各有一个防火分区，依据 建筑防烟排烟系统技术标准 GB512512017中的规范条文，对防排烟系统风管系统进行初步选型计算如下：一层走道防烟分区面积115.2m，净高3.6m，计算排烟量为 115.260=6 912 m/h，最小清晰度 1.96m，储烟仓厚度 0.5m，单个排烟口最大允许排烟量20900m/h；二层走道防烟分区面积115.20m，净高3.30m，计算 排 烟 量 为 115.2 60=6 912 m/h，最 小 清 晰 度1.930m，储烟仓厚度 0.50m，单个排烟口最大允许排烟量209000m/h；三层走道防烟分区面积64.80m，净高3.90m，计算 排 烟 量 为 64.8 60=308880m/h，最 小 清 晰 度1.990m，储烟仓厚度 0.50m，单个排烟口最大允许排烟量209000m/h；四层走道防烟分区面积115.20m，净高3.00m，计算 排 烟 量 为 115.2 60=609120m/h，最 小 清 晰 度1.50m，储烟仓厚度0.50m，单个排烟口最大允许排烟量209000m/h；排 烟 风 机 风 量 为 1300000m/h，选 型 风 量 为1601940m/h（取1.2安全系数）。计算结果见表1。表1某水泥厂中控化验楼防排烟系统风管初步选型分区防火分区一防火分区二防火分区三防火分区四防烟分区一防烟分区二防烟分区三防烟分区三面积/m2115.2115.264.8115.2层高/m3.63.33.93.0排烟量/（m3h-1）13 00013 00013 00013 0001.3软件计算根据建筑物信息，设置计算参数，并利用广联达防排烟系统计算软件进行防排烟系统计算见图3。软件计算结果与人工计算结果一致，由此可见，通过软件计算防排烟系统设计要求，过程可靠，计算智能管理刘宏福，等：BIM技术在水泥工程防排烟系统设计中的应用-712023年第3期效率提高，并能快速生成满足审图要求的防排烟系统设计计算书。图3某水泥厂中控化验楼防排烟系统软件计算结果根据规范中条文和示意图（见图4），确定系统结构，可以进行下一步的模型绘制。图4排烟系统示意图1.4三维建模根据上述计算结果，利用基于 Revit 的广联达BIMSpace机电二次开发三维建模工具，进行风管、风口以及阀门等设备的三维布置和连接。在广联达BIMSpace中，可自动完成风速和比摩阻的计算，结合绘制工具可快速的绘制满足计算要的风管系统，并能自动标注且便于修改；系统主风管绘制完毕后，进行风口布置；利用该软件可完成风口与风管、水平风管与竖向风管等快速连接；完成上述建模后，再根据规范，将防火阀和排烟风机布置到系统中即可，见图5，6。通过上述操作，完成系统的初步三维建模，再利用BIMSpace机电软件进行风管的水力校核计算，根据计算：调整初步三维建模的风管管径和风口大小，并以最不利支路压降和风量为依据选择风机。绘制完成后的风管三维模型见图7。1.5标注提资完成风管系统三维建模后，为满足专业的提资及安装标注的要求，需对模型进行二维标注。标注阶段，可借助广联达BIMSpace软件中的风口风管阀门设备标注，在平面图中标注已经绘制好的模型，该项目中控化验楼防排烟系统正向设计完毕，后续只需根据建筑结构查反更新图纸，增加说明修改出图即可。图5三维建模菜单示意图图6排烟系统风管水利计算图7某水泥厂中控化验楼防排烟系统三维模型2三维设计的优势本文所介绍某水泥厂中控化验楼利用BIM技术在暖通专业中进行防排烟系统的三维设计，不只是在设计阶段给设计人员提供便利，提高了设计效率，在施工阶段更是带来了巨大的经济效益，施工现场反馈积极，主要表现在以下方面：（1）直观展现效果。由于传统二维设计绘制的（下转第84页）智能管理刘宏福，等：BIM技术在水泥工程防排烟系统设计中的应用-722023年第3期正常水位，已形成连续防渗帷幕。（2）帷幕完成后，矿区北侧西段帷幕治理范围涌水量减少70%以上，地表塌陷的范围、频次和危害程度也得以大幅度减少。5结论（1）根据江西安福南方石灰石矿矿山岩溶涌水和地表塌陷现象，在传统帷幕灌浆基础上提出了可控复合膏浆高压脉动注浆技术，总结了一套成熟的施工工艺。实际应用表明，在涌水治理区成功堵水70%以上，大幅减少了地表塌陷的范围、频次和危害程度，取得了良好的治理效果。（2）针对溶洞充填灌浆灌入量大，浆液跑浆漏浆严重的问题，及时调整注浆工艺，按照注入改性水泥黏土膏浆和改性水泥黏土砂浆两种方式，根据溶洞实际情况（规模大小、充填物类型、充填程度、水流情况），调整浆液配合比，达到了理想的充填封堵效果，提高了施工效率，为今后同类矿山溶洞的封堵处理提供了可行性参考。参考文献1全必刚，黄生凯.帷幕注浆技术在矿山岩溶涌水治理中的应用J.中国水泥，2019（07）：115-117.2林义华，杨伟，朱福春，等.矿山岩溶巷道突水突泥事故分析及对策J.公路交通技术，2015（04）：136-140.3徐刚.帷幕灌浆钻孔孔斜控制工艺措施研究J.人民黄河，2020 42（S1）：229-231.4赵迪华，谭勇，宾斌，等.可控黏土复合膏浆灌注技术在岩溶地层中的应用J.湖南水利水电，2012（06）：24-26.5黄之初，陈明祥，程少荣.从灌浆过程谈专用灌浆水泥的生产J.水泥，2002（06）：13-15.（收稿日期：2023-04-19）水泥厂中控化验楼图纸仅有二维平面表达的特性，施工人员很难在施工前就得出施工后的实际效果，且很难发现管道的交叉与建构筑物的碰撞问题，效果非常不直观，并极易发生重复施工的情况。本文在某水泥厂中控化验楼中应用BIM技术，建立三维模型，直观地向施工人员展示其施工效果，通过配合运行碰撞实验在施工前就发现了可能出现的问题，使现场在早期就掌握了重点的施工环节，减少了很多浪费和重复施工。（2）缩短施工周期。本文某水泥厂中控化验楼通过应用BIM技术，建立三维模型，预先进行了模拟安装，避免了安装的顺序问题造成重复拆卸安装，而浪费时间，对比其他项目的中控化验楼，某水泥厂中控化验楼施工井然有序，高效顺畅，极大缩短了施工周期，同时避免了重大的安全问题。（3）节约资源配备。在建筑施工中，设备材料和人工费用在投资中占有极大比例，对施工成本产生影响。相比于传统二维设计绘制的中控化验楼，某水泥厂中控化验楼通过应用BIM技术，建立三维模型，事先模拟了各种施工问题，优化了管道和线路布局，从而达到精简材料和人员配备、减少施工成本的目的。由此可见，在设计与施工中，相比于应用传统二维设计进行设计，应用BIM技术进行三维设计可以显著节省成本和提高效益。3结语相对于传统二维设计设计方式来说，采用BIM技术进行防排烟系统的三维设计，具有一定的优势，如设计方案更加直观，图纸可以动态变换与调整，在施工也有巨大的经济效益。在工程设计中，BIM技术三维设计虽然对整个工程的建设具有重要意义，但仍存在一些不足，主要表现：标注相对传统二维设计还是稍有不便，主视图调整后，其他视图，如剖面视图会发生标注偏移，需重新调整，增加了工作量。综上所述，在现代防排烟系统设计中，应加强对 BIM 技术三维设计的重视程度，寻求科学的方法，并加强对该技术的应用力度，通过该技术，更好地完成防排烟系统的设计工作，简化设计过程，为水泥工厂数字化奠定良好基础。参考文献1 赵程.建筑暖通空调防排烟设计常见问题分析J.中国建筑装饰装修，2022（07）：83-85.2 GB 500162014，建筑设计防火规范S.3 GB 512512017，建筑防烟排烟系统技术标准S.4 GB500162018，高层建筑防火设计规范S.5 陆耀庆.实用供暖通风空调设计手册M.2版.北京:中国建筑工业出版社，2008.（编辑：于欢）（收稿日期：2023-02-26）（上接第72页）工程建设彭小平，等：注浆技术在岩溶矿山涌水塌陷防治中的应用-84