BIM技術(shù)在管線綜合設(shè)計施工中的應用分析

周波波

摘要：核工程相關(guān)技術(shù)的不斷成熟使得配套工程規(guī)模呈現(xiàn)明顯增加的趨勢，管道工程設(shè)計數(shù)量明顯增加。在此背景下，需要不斷優(yōu)化管線綜合設(shè)計，確保管道設(shè)計和使用效果最佳，推動我國核工程事業(yè)發(fā)展。本文圍繞核工程管道設(shè)計，通過分析傳統(tǒng)管線設(shè)計存在問題，研究BIM技術(shù)的應用優(yōu)勢，探討管線在綜合設(shè)計施工中的具體應用，旨在提升核工程管道設(shè)計水平，強化BIM技術(shù)應用效果，以供參考。

關(guān)鍵詞：三維協(xié)同設(shè)計平臺；核工程管道設(shè)計；管線綜合設(shè)計；BIM技術(shù)

DOI：10.12433/zgkjtz.20232842

核工程管道較特殊，對于管道設(shè)計安全性以及嚴密性要求嚴苛。由于傳統(tǒng)管道設(shè)計存在一定的弊端，開始將各種先進技術(shù)運用到管線綜合設(shè)計中，而BIM技術(shù)就是其中一種。該技術(shù)會通過構(gòu)建信息技術(shù)模型的方式，對管線綜合設(shè)計情況進行三維模擬，具有明顯的可視化以及可協(xié)調(diào)性等優(yōu)勢，可以減少管線交叉碰撞，優(yōu)化管線布置效果，對核工程管道建設(shè)具有積極作用。

一、傳統(tǒng)管線綜合設(shè)計弊端

（一）容易出現(xiàn)錯誤問題

在進行傳統(tǒng)管道綜合布線設(shè)計過程中，會用到二維圖紙，而施工技術(shù)人員在現(xiàn)場實踐時，需要分析圖紙，根據(jù)行業(yè)規(guī)范和施工標準要求，揣摩設(shè)計師意圖，完成相應施工指導。在此過程中，需要與工人進行溝通交流，但信息傳達流程相對較長，存在對圖紙理解的偏差。二維圖紙設(shè)計模式只能表達局部信息以及截面信息，無法詳細展示整體管線搭建系統(tǒng)和走向等各項內(nèi)容，容易出現(xiàn)錯誤。

（二）管線設(shè)計存在沖突

在進行綜合管線設(shè)計過程中，傳統(tǒng)設(shè)計主要以立面圖和平面圖的設(shè)計為主，會按照各項專業(yè)的具體要求進行相關(guān)內(nèi)容的設(shè)計。由于各專業(yè)設(shè)計屬于較為獨立的狀態(tài)，專業(yè)信息尚未沒有形成有效融合，存在各項設(shè)計整體性不強的狀況，而且，在進行設(shè)計和設(shè)計修改時，也沒有形成有效統(tǒng)一，會對整體管線建設(shè)產(chǎn)生不良影響。

（三）多專業(yè)協(xié)同難度大

綜合管線協(xié)調(diào)不僅需要進行各專業(yè)之間的協(xié)調(diào)，還要進行核工程整體統(tǒng)籌，整體管線設(shè)計較復雜，在進行管線布置過程中，可能出現(xiàn)多種沖突問題。同時，各專業(yè)之間處于獨立設(shè)計和分工狀態(tài)，整體協(xié)同難度相對較大，易出現(xiàn)信息缺失或交流滯后問題，導致圖紙內(nèi)容無法得到及時修改，不利于工程后續(xù)施工，影響施工進度和施工成本。

二、BIM技術(shù)應用優(yōu)勢分析

（一）設(shè)計內(nèi)容更加形象

運用BIM技術(shù)進行數(shù)據(jù)協(xié)同模型建設(shè)，能將二維碼圖紙設(shè)計模式轉(zhuǎn)變?yōu)槿S模型，可以以更加真實的方式呈現(xiàn)工程設(shè)計內(nèi)容，確保內(nèi)容表現(xiàn)更加形象立體，信息內(nèi)容更加豐富，便于他人理解。在利用該項技術(shù)進行設(shè)計交底過程中，可以更加直觀地分析設(shè)計意圖以及設(shè)計內(nèi)容，確保施工人員和設(shè)計人員之間溝通的有效性，便于后續(xù)施工方案的設(shè)置和優(yōu)化。同時，利用模型傳播信息內(nèi)容，避免出現(xiàn)理解差異問題，確保后續(xù)施工順利實施。

（二）模擬施工可視化

利用該項技術(shù)進行建模操作可以直觀呈現(xiàn)管線各項信息，幫助設(shè)計人員更好地處理標高設(shè)計以及管線排布等問題，提前發(fā)現(xiàn)管線、結(jié)構(gòu)以及管線之間的碰撞情況，通過預演和虛擬漫游處理的方式，掌握管線走向和各項系統(tǒng)運轉(zhuǎn)情況，確保及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計問題，并做針對性調(diào)整。

模型建立后，各系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)會處于相互關(guān)聯(lián)狀態(tài)，及時處理單一的專業(yè)數(shù)據(jù)，其他相關(guān)專業(yè)數(shù)據(jù)信息也會隨之修改，確保快速檢測到碰撞部位，及時協(xié)調(diào)改進，防止出現(xiàn)盲點和遺漏點，保證最終設(shè)計質(zhì)量。同時，通過模型分析的方式，優(yōu)化綜合管線排布情況，便于盡心后續(xù)檢修，提高施工效率和施工質(zhì)量，便于專業(yè)溝通，降低返工和設(shè)計變更概率。

（三）信息內(nèi)容精準度高

在設(shè)計管線的過程中，可以利用模型獲取和分析各部分數(shù)據(jù)信息，信息內(nèi)容的準確程度相對較高，能準確完成信息標注，多方位換算參考，更好地開展工程建設(shè)。在后續(xù)工程施工過程中，施工人員能根據(jù)模型更加清晰地明確設(shè)計要點以及設(shè)計意圖，整體工程施工具有指導性和把控性，有利于工程高質(zhì)量建設(shè)。

三、BIM技術(shù)在核工程管道設(shè)計中的應用

（一）建設(shè)三維協(xié)同設(shè)計平臺

BIM技術(shù)應用主要以模型建設(shè)為主，利用相應技術(shù)軟件，通過輸入工程相關(guān)數(shù)據(jù)的方式，完成仿真數(shù)據(jù)模型建設(shè)，并在模型中進行協(xié)同設(shè)計，通過構(gòu)建三維協(xié)同設(shè)計平臺的方法，開展各項設(shè)計操作。在建設(shè)協(xié)同設(shè)計平臺的過程中，人員權(quán)限以及角色要按照項目層和平臺層兩部分內(nèi)容進行設(shè)置，確保兩部分內(nèi)容處于相互獨立的狀態(tài)，防止出現(xiàn)職能管理人員誤操作項目內(nèi)部的狀況，合理設(shè)置人員可操作范圍以及管理權(quán)責等。

1.平臺層設(shè)置

在進行平臺層的人員角色設(shè)置過程中，要根據(jù)實際需要設(shè)置成員、超級管理人員以及管理人員等角色，按照相應級別的不同設(shè)置配套數(shù)據(jù)安全管理以及相關(guān)權(quán)責，確保擁有相對應的使用權(quán)限，避免因為權(quán)限不明而出現(xiàn)人員操作錯誤，出現(xiàn)重要資料丟失或被盜取等問題。

2.項目層設(shè)置

項目人員角色主要包括項目成員以及管理人員等，根據(jù)項目具體內(nèi)容設(shè)置人員角色和成員內(nèi)容，合理展開模型分組方案設(shè)計。專業(yè)負責人員和項目管理人員可以進行工作集配置和管線系統(tǒng)設(shè)置，將管線系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)分配給特定項目成員的方式，確保項目順利實施，設(shè)計建模工作得到高質(zhì)量執(zhí)行。項目管理系統(tǒng)設(shè)計人員要在協(xié)同平臺中，以中心文件為核心開展設(shè)計建模操作，設(shè)置中心文件，保障數(shù)據(jù)信息安全。所有的模型修改以及各項操作內(nèi)容需要同步到中心文件中，并根據(jù)調(diào)整內(nèi)容及時修改模型，自動完成新模型的設(shè)置。同時，自動更新管線系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容，通過利用平臺具備的自動同步功能，確保設(shè)計模型內(nèi)容同步，不出現(xiàn)設(shè)計成果丟失的問題。

（二）做好工作集設(shè)置分配

工作集主要負責建模任務(wù)圖元和構(gòu)件的放置，具有明顯的私人屬性。在利用工作集模式進行設(shè)計工作過程中，需要按照任務(wù)分工和管線系統(tǒng)分類的具體要求，在規(guī)定管線系統(tǒng)之內(nèi)完成建模設(shè)計。如果存在管線系統(tǒng)發(fā)生沖突的問題，需要修改他人工作集圖元內(nèi)容，利用平臺進行及時溝通，確保修改工作順利完成。在進行工作集的建設(shè)過程中，要充分分析任務(wù)分工以及碰撞檢測等內(nèi)容，在保證建模效率和精準度的基礎(chǔ)上，展開后續(xù)操作，按照整體建模規(guī)劃內(nèi)容，設(shè)置獨立工作集。

（三）合理設(shè)置管線系統(tǒng)

核工程安裝相對特殊，在利用該項技術(shù)進行管線設(shè)計過程中，按照核電站以及管道使用的特殊要求，合理設(shè)置管道，滿足經(jīng)濟性、安全性以及可達性。在進行安全性的設(shè)計過程中，第一，做好管道輻射防護以及防火、防水淹等一系列的保護處理，在布置管道前，詳細檢查管道可能穿越的耐火極限以及輻射分區(qū)等，并按照調(diào)查結(jié)果進行管道布置。第二，確保多重系統(tǒng)部件之間的獨立性，保證非平安重要物象和平安重要物象之間的獨立。第三，做好空間隔離以及實體隔離處理，執(zhí)行平安功能冗余管道布置隔離操作。第四，確保所有設(shè)備以及管道和管道支架的安裝維修留有足夠空間，通過設(shè)置必要設(shè)施的方式，為后續(xù)各項工作開展提供便捷，保證管道安裝和檢查維護工作開展順利。第五，確定系統(tǒng)流程以及管道清單等各項細節(jié)內(nèi)容的設(shè)計，做好零部件尺寸和具體位置等各項內(nèi)容的設(shè)置，利用建模方式直觀呈現(xiàn)各項設(shè)計內(nèi)容，確定各項細節(jié)設(shè)置是否符合實際情況，及時調(diào)整存在問題的部分，保證整體設(shè)計的實用性和可靠性。

在進行支架設(shè)計過程中，第一，按照支吊架對管道有限位以及固定等功能，合理挑選標準零部件，確保吊支架得到有效應用。第二，按照管道數(shù)量和管道安裝重量等各項內(nèi)容，在了解各部分管道具體環(huán)境的基礎(chǔ)上，通過建模處理的方式，反復對比和調(diào)整滑動支架和導向支架等各類型支架的具體使用方式，按照支架性能制定支架使用方案，合理設(shè)置支架類型和安裝位置等。第三，按照管道技術(shù)參數(shù)內(nèi)容確定支架最大間距，避免因管道荷載過應力的影響而出現(xiàn)位移。第四，合理控制間距，避免發(fā)生過大檢應力或彎曲應力問題，影響管道后續(xù)運行。第五，需要通過建模的方式，模擬可能出現(xiàn)的各種情況，通過反復試驗驗證的方式，確定最佳間距和正確的支架設(shè)置方式，確保管道和支架設(shè)置等具體設(shè)計都達到最佳狀態(tài)。第六，通過進行力學驗算的方式，檢驗管道設(shè)計的合理性，利用建模技術(shù)驗證檢驗結(jié)果，確保整體管道設(shè)計達到最佳水平。

（四）進行綜合評審和漫游檢測

通過進行模型剖切綜合評審的方式，對三維模型進行層層剖切分析，明確管線系統(tǒng)設(shè)置是否合理，確定管線設(shè)置在各區(qū)域中需要注意的事項以及設(shè)計內(nèi)容設(shè)置情況。利用技術(shù)具有的虛擬漫游檢查功能，在軟件中完成三維管線綜合模型加載，從第一視角或第三視角等多角度入手，綜合檢測模型所處環(huán)境，反復驗證各項細節(jié)，確保通過虛擬漫游檢測的方式確定整體管線系統(tǒng)設(shè)計是否存在不當之處，及時調(diào)整細節(jié)。同時，以較直觀的方式呈現(xiàn)各項設(shè)置內(nèi)容，便于設(shè)計人員和施工人員進行查閱和理解，從而更好地落實設(shè)計內(nèi)容。

（五）合理展開設(shè)計交底和施工管理

模型展示有助于更好地展開設(shè)計交底和施工管控工作。設(shè)計人員要對模型進行輕量化處理，確保所有參建單位通過安裝相應軟件的方式，在指定客戶端進行登錄和模型查看，根據(jù)具體需求，及時瀏覽和分析模型內(nèi)容，以便更好地應用模型。同時，合理使用模型立體化以及三維可視化，將設(shè)計理念和設(shè)計各項細節(jié)以較立體化的方式呈現(xiàn)，更好地幫助施工團隊理解，掌握施工細節(jié)和設(shè)計重點，確保通過較直觀的理解方式消除彼此之間的溝通誤會，確保高質(zhì)量完成設(shè)計交底工作和施工管理工作。

（六）做好主管道安裝細節(jié)設(shè)計

在進行主管道的安裝設(shè)計過程中，借助BIM技術(shù)優(yōu)勢，做好以下各項細節(jié)設(shè)計：

第一，按照核工程的需要和特點，展開管道坡口、尺寸以及對口間隙等各項內(nèi)容的檢查，通過模型呈現(xiàn)的方式，便于技術(shù)人員開展工藝評定。

第二，檢查管道水平度、中心線位置以及焊縫坡口根部的平行度，同時檢查組對點焊和尺寸等，確定是否存在設(shè)計不足，及時調(diào)整模型中的參數(shù)，確保各項參數(shù)設(shè)置合理。

第三，分析工程施工過程中的所有焊接施工程序，確定充氬氣保護具體應用方法，檢驗焊接施工工藝以及焊縫滲透等情況，做好預熱設(shè)計和相關(guān)施工分析，確保焊接施工順利進行。

第四，在完成主管道和反應堆容器、蒸汽發(fā)生器或主泵的接管對中后，展開中心位置以及管道水平度的檢查，通過合理處理焊縫坡口，確保平行度滿足標準需求。在設(shè)計過程中，充分分析焊接施工中的收縮量問題，在完成主管道的裝配處理后，進行點焊施工，合理設(shè)計工程施工順序，確保工程施工順利。

BIM技術(shù)的引進有效克服了傳統(tǒng)的平面綜合方法中存在的不足，使傳統(tǒng)的平面綜合方法得到了很大程度上的轉(zhuǎn)變，節(jié)省了大量的人力和物力。BIM技術(shù)具有可視化、協(xié)調(diào)、模擬優(yōu)化、可出圖等特征。在進行管線綜合時，利用BIM業(yè)軟件，將平面圖表轉(zhuǎn)換成3D立體模型，可以模擬施工過程，發(fā)現(xiàn)沖突地點，并協(xié)調(diào)管道布線。以某工程為實例，該工程所使用的主廠房為“一”字形布局，布局方式為東西向423m，北向103.8m，占地61377m2。建筑、結(jié)構(gòu)專業(yè)是在Revit平臺上，在上面完成建筑模型的制作，而其他的機電專業(yè)是通過Magi CAD繪制專業(yè)管道，由綜合管線人員將建筑模型及各專業(yè)管路利用 Navisworks平臺綜合到一起，展開檢查碰撞、預留孔洞、合理布線等工作。由于模型對真實對象的高度模擬，可以展現(xiàn)傳統(tǒng)設(shè)計不清楚的地方。通過使用 Navisworks，可以全面檢測管線之間、管線和土建之間的問題，以沖突檢測報告中的沖突點為依據(jù)，在3D模型中快速定位沖突地點，看到?jīng)_突細節(jié)，維護沖突信息和沖突問題，在土建和設(shè)備施工之前，找出隱藏問題并予以及時解決。

四、結(jié)語

綜上所述，核工程管道設(shè)計相對較復雜，且整體要求較嚴苛，所以需要進一步加大對管道設(shè)計工作的研究力度，結(jié)合以往管道設(shè)計存在的問題，制定可行的BIM技術(shù)應用方案，確保該項技術(shù)優(yōu)勢能在工程管道設(shè)計中發(fā)揮更大的作用，高質(zhì)量完成管道綜合設(shè)計，進而為核工程高質(zhì)量應用奠定良好的基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]結(jié)少鵬，喬艷偉，虞鴻.基于BIM技術(shù)的管線綜合設(shè)計優(yōu)化研究[J].長江技術(shù)經(jīng)濟，2022，06（06）：72-78.

[2]莊彬.基于BIM技術(shù)的酒店安裝工程管線綜合設(shè)計和

施工技術(shù)研究應用[J].廣東土木與建筑，2022，29（05）：11-14.

[3]杜秉旋.BIM技術(shù)在機電管線綜合深化設(shè)計中的研究[J].科技資訊，2022，20（07）：61-63.

[4]紀曉雨.BIM技術(shù)在建筑綜合管線設(shè)計優(yōu)化中的應用[J].安徽建筑，2022，29（02）：89-90.

[5]趙軍，楊昕映，麻宇成，等.跨座式單軌車輛基地室外管

線綜合BIM技術(shù)應用研究[J].鐵道勘察，2021，47（05）：136-139.

[6]汪震洋.BIM技術(shù)在機電管線綜合深化設(shè)計中的研究[J].中國科技信息，2021（07）：55-56.

[7]袁欣，李亞嬌.BIM技術(shù)在地下車庫管線綜合設(shè)計中的應用[J].居舍，2019（36）：110-112.

[8]馮源，常麗麗，王英志.BIM技術(shù)在地鐵高架車站管線綜合設(shè)計中的應用[J].工程建設(shè)，2019，51（08）：59-63.

[9]王欣睿.基于BIM的綜合交通樞紐管線綜合設(shè)計研究——以京張高鐵清河站設(shè)計為例[J].鐵道標準設(shè)計，2019，63（09）：97-100+125.

[10]李肖楓，楊浩.BIM技術(shù)在建設(shè)工程綜合管線設(shè)計施工中的應用[J].建設(shè)監(jiān)理，2017（10）：22-24.