基于BIM技术的装配式管道施工研究

基于BIM技术的装配式管道施工研究

王安顺范家乐刘强强李景飞

中建八局第三建设有限公司江苏南京210046

摘要：应用BIM技术和三维扫描技术对机电管线进行综合排布，通过管道的分节和安装流程设计，实现管道的装配式施工。从三维扫描现场比对、BIM技术管线综合、管道分节加工图、预制加工运输、施工现场拼装等方面描述了基于BIM技术的装配式管道施工工艺。同时对整个流程中需注意的要点进行分析，为装配式管道施工的技术管理、成本控制、质量管控等方面提供了经验。

关键词：BIM技术；装配式管道；三维扫描技术；施工工艺；注意事项

引言

随着BIM技术应用的不断发展，BIM技术在建筑机电安装工程中的应用越来越收到重视，但由于技术水平的限制，BIM模型通常与现场情况脱离开来，其模型建立往往缺少适用性和有效性。通过高效率、高精度、高分辨率、点云密度高的三维扫描技术，使BIM技术与现场实际紧密连接，大大提高了模型的精确度和降低了装配式管道安装的误差，有效地降低了施工成本和提高施工效率，在指导施工、成本控制和现场管理等方面的应用带来了显著的效果。

1基于BIM的装配式管道施工方法

基于BIM的装配式管道施工方法是，利用三维扫描技术对施工现场建筑结构进行扫描，后台比对处建筑结构BIM模型的偏差，进行修改后利用BIM技术继续进行机电管线综合，将需要装配安装的管道按照现场实际情况进行分段，标识其管径、长度以出具加工图，为了便于现场安装，每段管道使用二维码标识同批次管道安装位置。工厂制作时按照加工图进行预制镀锌，在管道预制镀锌完成后运输至施工现场进行拼装。

2基于BIM的装配式管道施工工艺

装配式管道实施包含BIM深化设计、工厂构件加工运输及现场拼装三个阶段，其详细流程如下：

2.1利用三维扫描技术进行现场扫描比对偏差

使用高效率、高精度、高分辨率、点云密度高等特点的手持三维扫描仪，根据施工进度，分区块对施工现场进行全面扫描，收集现场信息。通过扫描信息逆向进行建筑结构BIM模型搭建，将现场实际偏差在BIM模型中进行修改，更贴近实际，消除误差。

2.2利用BIM技术进行管线综合

在经过扫描比对后调整的建筑结构模型基础上，利用BIM技术进行机电管线综合深化并碰撞，将管道定位，进一步消除碰撞，提高安装精度，如图一所示。

图一BIM管线综合图示例

2.3出具管线加工分节图

利用BIM软件单独列出需要装配的管道模型，定位出管道的位置，以便支架定位及施工。根据BIM模型，绘制出每根管道分节位置和支架的位置，将管道法兰位置、管道管径长度及管道编号等信息标注在BIM模型中，并绘制每路管线安装时所需的递推流程图。定位及标注完成后，为了便于施工各层面查看及施工，将BIM模型转换为CAD格式，出具管道分节图（见图二）和管道安装递推流程图（见图三）。需要注意的是，为了进一步消除加工误差，在管道弯头或直线段处设置自由端。

图二管道分节图示例

图三管道安装递推流程图示例

2.4出具管线加工图

为便于工人进行加工，深化设计需出具管线加工图（见下图四）。出具管线加工图时，同部位同系统绘制，并标识处管线长度及编号，编号与递推流程图一致。为了便于全程跟踪进度情况及现场分类，按照同批次制作每节管道二维码。

图四管道加工图示例

2.5工厂预制加工、镀锌、运输

工厂根据管线加工图制作下料单，工人按照下料单进行配料；配料完成后进行管道的预制和加工，所有的预制加工工序均采用自动化机械，包括等离子切割机和自动焊接机等。加工结束后分系统进行管道的热镀锌处理，再分批次装车运输至施工现场。

2.6施工现场拼装

施工现场根据递推流程图及BIM模型定位在支架安装好的前提下，管道采用移动叉车或者液压车运输至施工作业面，利用机械吊装的方式进行管道就位拼装。施工现场无需焊接，只需安装管道并使用螺栓进行连接。

3基于BIM的装配式管道施工注意事项

3.1装配式管道法兰位置

装配式管道法兰位置要避开支架、结构梁，如果法兰位置靠近支架和结构梁，会造成螺栓无法紧固和管道无法保温等问题。为解决此类问题，在BIM综合管线深化设计时必须对管道法兰、管道支架等全部进行定位，将其相互避开，一般考虑200-500mm的间距。

通常设计的竖向管井空间狭小，法兰螺栓安装及检修空间受限。如采用装配式管道施工首先需要在设计阶段须出具管道排布大样图，充分考虑法兰和保温的操作空间；同时在施工阶段，法兰设置位置要考虑螺栓安装紧固及检修方便，一般设置在每层相对标高1.2-1.5m处，并且相互错开。

3.2管道构件的分类

当多个管路的管道镀锌完成运至施工现场后，不同管路相同管径的管道较多，不易区分每个构件安装位置。为了区分，在出具管道分节图时，按照管路安装方向，将每根管道进行编号。管道制作完成后，使用钢印将编号打在法兰侧面，现场安装时，按照管道分节图上面的编号找到相同编号的管道进行拼装。在管道编号时注意，尽量按照不同位置的管道使管道编号尽量简单明了，并在打钢印时，编号不能过于浅，以免镀锌过程中被遮盖掉。

3.3法兰螺栓孔对正

法兰面与管道不垂直，导致法兰连接平面不平行。这就要求在管道法兰焊接制作时，为保证加工基础面平整，沿管道横向铺设槽钢基础平台进行找平，焊接法兰时使用水平尺保证法兰平面与管道中心线垂直，避免法兰与法兰连接时出现角度差。

法兰螺栓孔未对齐，导致管道无法连接。因此在焊接管道系统的法兰时，可在地面沿管道放置方向设置一条与管道中心线平行的线，使管道最底部的法兰螺栓孔中心线与此线平行对正，以保证所有管道法兰的螺栓孔对应一致。成平弯头角度不正确也会导致直线段管道位置出现偏差。所以在成品弯头进场验收时，严格控制材料质量，重点关注成品弯头角度，并在管道制作时按照上条方法使每一根管道的中心线重合，以避免法兰与法兰连接时出线角度差。

3.4管道长度控制

管道长度直接影响到能否镀锌成功。首先在出管道分节图前，和镀锌厂沟通镀锌池的尺寸，以确定管道的长度及90︒弯头两侧的长度。例如镀锌池为12m（长）*2m（宽）*3m（深），在不考虑运输条件的情况下，加工的带弯头管道最长可为10m+2m。此外，在条件允许的条件下应尽量减少法兰使用量，不仅减少成本，也会减少可能存在的漏水点。

管道长度不合适增加运输困难及受限空间安装难度。受限空间内安装的管道，在出管道分节图时要充分考虑运输路线及安装方式，依此来决定管道的具体长度。如果项目安装部位为不规则的通道或者通道宽度过窄，就需要充分考虑管道运输的转弯半径。若管道过长，必将导致结构墙柱阻挡导致无法运输。

3.5精度控制

整个系统管道一次性加工完成后，由于测量及加工累计误差，导致管道过长或过短无法安装。因此在出具管道分节图时，在系统的直线段部分预留自由端（纠偏段），在系统安装完成后，现场测量自由端的长度再行加工安装。需要注意的是，自由端的设置尽量选择在直线段，仅测量其长度即可，若选择在转弯处或三通处，需要测量两至三个方向的长度，反而会增加了测量误差。

管道截取长度误差和焊接加工误差，导致每根管道无法达到分节图所示长度。可在每段管道加工完成后对其进行长度的测量记录，对比分节图的长度，在加工下一段管道时将偏差值附加上去，起到补偿纠偏的作用，这种方法更有利于减小累计误差。

4结束语

装配式管道安装是机电安装工程中的新技术，基于BIM的装配式管道技术＋三维扫描技术是更是综合了各项新技术的优势，改变了BIM技术应用率低的现状。尤其是3D可视化的技术，把工程中每一个碰撞都清晰的反映在机电管线模型上，碰撞后消除误差，为后续施工带来方便和快捷，为项目的质量、成本、进度提供了有效保障。

参考文献：

[1]王静.三维激光扫描技术结合BIM技术在建设工程中的应用[J].江西建材，2018，（11）.

[2]胡振中，陈祥祥，王亮，何田丰.基于BIM的管道预制构件设计技术与系统研发[N].清华大学学报：自然科学版，2015，（12）.

[3]刘倩，郑威，秦光.BIM技术在管线综合排布中的应用[J].建设管理，2015年，（3）.

[4]舒振纲.装配式焊接管道施工技术研究[J].建筑施工，2019年.