BIM技术在管道布置优化中的应用

BIM技术在管道布置优化中的应用

胡凤勃

中铁十九局集团第五工程有限公司  辽宁省大连市 116199

摘要：随着我国经济的快速发展，建筑管道布局优化进入快速发展期，工程设计越来越复杂，难度大大增加。工程设计周期短，施工周期紧，传统的计算机辅助设计方法面临诸多困难和瓶颈。BIM技术服务于整个生命周期的管道布局优化，是自BIM技术出现之后又一项在建筑领域应用的计算机技术有助于提高设计人员的工作质量以及工作效率。同时，也可以有效地促进设计数据的重复使用，避免信息资源的浪费。BIM技术将是未来设计的主流方向。

关键词：BIM技术;管道布置优化;应用

引言

目前，随着BIM技术的日益完善，可以利用BIM技术对各种管道系统中间管道的安装进行建模和仿真，深化安装图纸的设计。根据生成的管道预制图纸，采用专用管道加工、焊接等先进工具对管道进行批量化预制加工；与此同时，在安装现场可根据三维图纸的指导进行管路支架的设置，预制管道到达安装现场，即可进行管路装配，这种施工方式可提高管道安装效率。

1  BIM 技术概述

BIM作为一种应用于工程设计、施工、管理等方面的信息管理手段，可以将项目中所有相关信息存储在一个参数化的三维信息模型中，以便在项目的整个过程中进行信息的交换和共享。BIM 技术在工程建设中的运用，可以使传统的工程项目管理方式得到有效的更新与优化，并以此为依据，对建筑工程的设计、施工等进行了系统的技术支撑与管理。这对施工项目的顺利进行起到了很大的促进作用。它的核心功能就是将建筑和物理信息进行有效的联系，建立起一种动态的、动态的、可交互的体系结构，使BIM 系统能够建立起一个高效的信息共享机制。通过BIM 在施工项目的整个流程中的运用，可以有效地解决施工各环节的要求。《建筑信息模型应用统一标准》（GB/T 51212—2016）将BIM 技术界定为三大类：首先，BIM是一种对建筑工程项目及其相关设备进行参数化描述的技术；其次，BIM 能够成为建设项目中有关信息共享的知识资源，能够为建设项目整个生命周期中的所有决策提供全面、可靠的信息支持；最后，BIM 是一个在整个项目的整个生命周期中，建立和使用施工数据的信息管理平台，它使所有的项目参与者能够在工程项目周期内通过各种技术平台进行运作，以保证建筑工程项目能够通过科学有效的管理提升项目品质 。

2BIM技术优势

2.1减少返工率

传统建筑存在的问题在混凝土结构中就可以发现，而且通常很难改变。小的改变是可以的，但是大的改变会导致大量的返工，浪费人力和资源，造成延误。通过使用BIM技术，可以建立三维可视化模型，通过模型可反映出工程建设中可能会遇到问题，将数据信息和组件属性导入在模型中，提高模型建设的真实性，提高其指导性意义。通过数据比较，制定可行的施工方案，并结合现场检查和其他技术，建设质量大大提高，安全问题和返工大大减少[1]。

　2.2可及时调整方案

在过去，施工图依赖于规划者的想象力和个人经验来配合施工，以及具体的操作能力，并且受到许多限制。在施工过程中，施工人员缺乏阅读能力，容易造成质量问题。现在,通过BIM结构仿真，建筑物中的每一个组件都可以根据实际尺寸导入到 BIM模型中，通过BIM软件模拟，可以综合考虑理论结构和实际结构的差距。同时，通过施工模拟，业主便可以尽早发现施工中的问题，及时调整，避免事后返工。

3BIM技术在管道布置优化中的应用

3.1熟悉图纸及现场

为了实现准确的建模，除了管道位置之外，还需要考虑上述因素。因此，在建模之前熟悉专业图纸是非常重要的。熟悉土建图纸，审核相关梁柱、预留管孔位置尺寸，预埋件位置尺寸，保证管道安装区域相关土建基础尺寸正确，为精准建模做充分准备。熟悉管道设计原理图及安装示意图，主要包括管道系统的划分、泵站、油箱、阀台、接口设备的位置，并对这些设备的安装区域进行现场量测。核对相关的通风管道图纸、电气设备电缆桥架布置图纸，明确通风管道与电缆桥架的走向和安装位置，标注出其与管道系统可能产生交叉的区域。通常可以对所有专业施工内容进行建模，利用BIM 技术的碰撞检测功能进行检测，提前发现碰撞点，进行优化[2]。

3.2机电模型创建

在创建设备机电模型之前，设计人员需要将相关水电设备加载到项目模板中。管件、配件和管道设备所需的基本设备可以由软件系统提供，并在建筑家庭图书馆中找到。项目模板文件加载完成后，可作为基础信息添加到BIM模型中。在BIM平台下，水暖电专业设计与传统的二维设计方法有很大不同。在传统二维管道设计中，不同的管道系统由不同的线型、线宽和对应的二维图形符号表示。在三维设备模型中，而不是只有管 道的几何尺寸信息，必须输入各设备对应的属性、类型名称、型号、材质、相关制造信息等。设备的BIM设计模型是在相应的平面视图中的BIM模型。视图中的设备模型包括平面图和立面图。二维图纸文件可以直接导入制图软件进行三维设计。要在立面布置的设备可以在通过构建起点高程时进行创建，有效地减少碰撞和干涉，提高碰撞检测的速度，减少后期调整碰撞的工作量。在模型创建过程中，每个系统都可以通过设置工作集，使用视图显示模式来以不同的颜色或样式显示不同的系统。制图软件将自动分配相应的管道系统、管道附件或连接设备的属性，并将视图设置为不同的管道系统、不同的线型、颜色、显示方式等

[3]。

3.3管路安装模拟与优化

根据造型分区，针对管道区域和主轧机管道区域等管道布置复杂的区域，结合施工现场的实际情况，对管道的安装趋势、标高、位置等进行统计，同时收集管道安装所需的各种管件、阀门、流量计、过滤器等材料的具体尺寸，利用三维建模软件，主要为Solidworks、Revit 等软件，对各系统管道中间配管进行模拟安装 。模拟安装需进行管路优化，首先，优化的重点是对管路进行碰撞检测，在施工前及时发现管道与管道、管道与基础、管道与通风以及电缆桥架等之间的干涉，于施工前调整布局，减少后期返工。其次，通常管道图纸中不会进行详细的管道支架布置和设计，三维模型建立以后就可根据管道布置提前确定管道焊缝、支架设置，然后进行支架的制作和安装。（1）碰撞检测。将各区域各系统介质管道模块进行整合，应用BIM 软件进行碰撞点检查，并优化管道布局，力争使管道无交叉碰撞，路线较短、布局美观。轧制生产线管路系统较多，其管路在地下室布局较多，加之地下室本身结构复杂，通风、电缆桥架等极易与管路发生碰撞。将建立好的三维模型导入专业的 BIM管理平台，即可进行碰撞检测。在设定好的碰撞规则下，生成碰撞报告，进行结果检查。碰撞检测后的结果不应立即进行处理，应根据碰撞检测报告整理出各专业与结构和或者专业间的碰撞点；然后将碰撞点罗列编制记录并给出相关问题的解决办法后上报，由甲方、设计单位、监理审批同意，四方签字确认后方可进行碰撞处理并施工。（2）管道焊缝、支架设置。对于压力高的管道，在管道安装中，要尽可能减少焊接固定口的数量，固定口的焊接耗时长，在狭小空间进行该项工作时，焊接质量很难保证。因此要进行减少固定口的数量，并尽量安排在空间宽松的位置。针对管道密集复杂区域，主要是地下室液压管道区域及主轧机管道区域，可根据三维模型，形象直观地统筹管道布局情况，减少、错位密集区管道焊缝，以利于管道安装检修，另外考虑到管道的安装焊接及冲洗方便，在必要的位置加设安装法兰或者接头。根据相关规范、管道布局，合理设置管道支架，主要考虑管道支架位置、设置形式、间距、承载力是否满足相关标准及现场需求。传统施工方式中需要先在现场实际测量布局好管路后，才能进行管路支架安装，经常会出现窝工现象，建立精准管道三维模型后，就可以在预制管道的同时开展支架制作和安装工作，显著加快施工进度。

3.4管道预制加工

施工现场应设置适当的预制场地，配备成套加工设备，按照批准的预制图纸对管道进行加工和预制。在这种模式下，可以根据现场的具体情况和实际需要投入人力和物力，建立集中或分散能遮风避雨的简易厂房；配备水平及垂直运输设备，关键工序需使用的拋丸除锈机、高速带锯机、管道自动坡口机、多种形式管道预制自动焊机等，保证工序之间合理衔接，形成流水作业，充分发挥管道预制工厂化的作用。对于需要进行探伤检测的焊口，预制好的管路要经探伤检测合格后才能交付现场装配。另外，预制场地还可以用来进行钢结构的预制，充分发挥预制场地的作用。轧制生产线的管路系统复杂，预制管路的成品管理也非常关键。为方便管理预制管路和管路在后续装配时的识别，配专人进行成品管理，可按照管路系统进行分类，将同一类介质的预制管道分区存放；可利用成熟的二维码标签技术，为每根管路赋予一个唯一的二维码，在二维码中，添加管路号及该预制管段在管路号中的排序号码，甚至可以将二维码信息直接关联至建立好的三维模型中，识别二维码后，该预制管段可直接在三维模型中以其应准确存在的位置进行高亮显示，更加形象直观。该二维码也可做成永久性的，待该工程交付于业主方时，业主方也可利用该二维码进行生产检修[4]。

4 BIM技术管道安装施工质量控制措施

在管道安装的BIM施工中，应注意加强焊接工艺、设计阶段的质量控制和管道防腐处理。焊接工艺在管道安装施工中起着重要的作用。为了保证焊接作业的顺利进行，需要进行BIM建模，制定合适的焊接工艺，控制焊接质量。检查焊接接头时间，完成相关单线图。由专业检验人员进行检验和缺陷检测，确保焊缝质量，NDT时必须遵循相关的步骤。要改善管线的焊接质量确保管线的安全稳定运行。 管线的安装质量与设计质量直接相关。要进行BIM建模控制管线的焊接质量，相关管理人员的职业道德直接关系到建筑工程管道的安装质量，定期提高管理者的知识水平的研修。严密勘察设计图，根据管线设置的实际情况制定相应的施工计划，一些管线段根据实际参数和报告进行改进，出现问题必须及时修正。设计图纸变更应提交有关部门进行建设前的审批。管线防腐蚀工作不当会引起管线腐蚀。用防腐蚀层涂覆，确保管线表面的平坦性。 建设前管道建设规划提交专家监督部门。检查合格后根据设计图纸的要求执行检查。管道建设装置加强自检，应填写该质量检验报告。监督部门必须进行再次确认和签名[5]。

结束语

综上所述，BIM技术在管道优化中起着非常重要的作用。在机电安装中，如果只有二维图纸，没有BIM技术的应用，必然会在管道碰撞和实际管道施工中产生干扰。建筑信息模型碰撞检测功能检测碰撞，减少更改请求的数量，并避免由于绘图问题而暂停或返工，提高了施工质量，节省了大量的管理和施工成本，并有利于现场施工和员工总承包管理，从而创造显著的经济效益。随着国家和地方建设部门出台了相关政策、规范和标准，BIM技术真正实现了我国建设的目标和行业信息化发展要求。

参考文献：

[1]丁传奇,杨秉钧,尹中国.基于BIM技术的管线综合和预制安装应用研究[J].建筑技术,2019,50(12):1416-1419.

[2]项锟.BIM技术在综合管线安装中的应用浅析[J].长江技术经济,2019,3(S1):27-30

[3]何文江.论述BIM在机电管线综合布置中的应用[J].建材与装饰,2019(35):13-14.

[4]吴宇.BIM技术在机电安装项目中的应用管理[J].中小企业管理与科技(上旬刊),2019(12):193-194.

[5]刘查琳. 基于BIM技术机电工程预制加工研究[D].上海交通大学,2019.