淺析BIM技術與管線裝配式安裝的結合應用

李姝睿

（深圳市天健坪山建設工程有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

目前，城市地下綜合管廊建設呈現出快速發展趨勢。由于地下綜合管廊內斷面形式多樣、空間有限，且機電管線數量多、尺寸大，支架多、管線排布密集，管線就位及焊接施工難度大。特別是管廊內管道下管、豎向提升、安裝及就位都是地下綜合管廊內機電安裝的難點，目前還沒有較好的解決方法[1]。隨著建筑裝配化技術的發展，建設行業的精細建造是大勢所趨，粗放式施工將被集約化、流水線化的施工所取代。大部分管廊裝配式研究集中在管廊土建施工環節，安裝過程中利用BIM技術指導管道裝配式施工的研究還不夠深入[2]。本文就BIM技術與管線裝配式安裝的結合應用進行分析。

1 項目概況

該項目屬于深圳市坪山區支線管廊工程，沿金輝路布置，北起坪山大道（深汕公路），南至臨惠路，全長約2.6km。主要施工內容包括管廊主體工程、入廊管網工程、圍護結構工程、交通疏解工程、道路恢復工程、管線遷改工程、綠化工程等。

該項目綜合管廊布置在道路西側，分為兩艙和三艙兩種斷面形式。兩艙：分別為天然氣艙和電力給水通信綜合艙（綜合艙）。收納10kV、DN600給水管、DN400中水管、DN300 直飲水管（預留）及通信線纜。三艙：分別為天然氣艙、電力給水通信綜合艙（綜合艙）和熱力艙，綜合艙內收納10kV、DN600給水管、DN400中水管、DN300直飲水管（預留）及通信線纜。綜合管廊斷面結構如圖1所示。

圖1 綜合管廊斷面結構

2 基于BIM技術的管線裝配式施工案例分析

2.1 參數化或半參數化建模方法

該項目為線性工程，為保證裝配式安裝的準確性，將項目所涉及的中水、給水、電力、通信、燃氣等多類管線、管道附件、附屬支墩支架等進行三維空間上的合理布設。上述內容，大部分BIM建模軟件無法進行自動識別或完成，同時，模型精度要求較高，內容相對重復，僅憑人力逐個進行布設和對準效率較低。

因此，采取參數化或半參數化建模方式，可以有效解決該問題。參數化建模應用，一方面，對有規律可尋的標準段建模，如支架、水泥墩等根據管廊中心線等三維空間和約束條件、布設條件進行參數化快速對點布設創建。另一方面，參數化體現在管道安裝相關構件尺寸的參變設置。半參數化建模應用，指在涉鐵、穿重要管線、支線引出、通道、人孔、吊裝口等非標準段，需要一半進行參變設置一半進行手動修改。目前裝配式和BIM參數化建模多利用REVIT、犀牛等傳統建模軟件，搭配DYNAMO、GRASSHOPPER等開源可視化編程插件的技術路徑，對工程人員編寫代碼能力要求較低，具有實用性較高，編寫腳本直觀，可視化等特點。經實踐證明，該方法在同類項目中可以提升60%以上的建模效率。

2.2 全要素三維模型搭建

利用BIM技術按綜合管廊施工圖紙搭建建筑、結構及機電各專業模型和細部模型，解決在三維視圖中存在的幾何碰撞和復雜管線節點管綜優化排布問題[3]。根據最終創建的全專業BIM模型，確定施工順序和各專業管線的施工方案；進行預留洞口套管預埋件等的預留預埋出圖，提高土建預留預埋準確性，減少后期因結構問題導致的管線安裝不便。

在三維建模過程中，將根據二維各專業圖紙搭建的模型快速匯聚在一起，不再完全依賴工程師的空間想象，解決傳統圖紙會審中無法發現的問題。管廊工程中發現的最主要問題，如不同專業管線及結構構筑物的碰撞約占三維審查發現問題的55%，預留預埋位置不正確問題約占三維審查的45%，三維審查便捷度高，周期更短，因此產生的圖紙變更和簽證問題相較傳統項目有了明顯減少。管廊部分節點BIM全專業模型見圖2所示。

圖2 管廊部分節點BIM全專業模型

2.3 裝配式劃分

安裝階段前，應用BIM技術將艙內給排水、暖通、電氣、燃氣等系統進行管線管段裝配式劃分，進行合理的深化和出圖，使大部分管線的焊接、安裝等工作在工廠內完成，最大限度減少地下管廊有限空間下的焊接和人員作業。尤其是支線引出端、交叉口、通風口等涉及到預埋件、設備等較多的地方，要針對性地從BIM模型直接進行1∶1出圖，提高安裝準確性。同時，必須對設備管線的運輸環節、預制現場、現場組裝、設備吊裝及吊裝投料口等條件進行考慮，現場施工過程中經常會由于未考慮運輸車輛限高，導致無法投料等問題。

2.4 預制化生產

管線預制化生產分為兩類：一類是風管、橋架等異形構件和給水、排水、支墩及支吊架等進行工廠預制化生產；另一類是管線分段劃分后，在地面進行組裝和焊接，然后按管段運輸到管廊內安裝[4]。對于風管、橋架等異型構件在工廠預制具有節省空間，減少污染和噪聲的特點。對異型構件、彎頭、直線管段，各管廊內所需支座、支墩及支吊架等，進行二次設計整合出加工圖，將部分支墩拆分為PC構件，進行預制生產，減小生產誤差；利用二維碼實現構件在分批預制加工、運輸及拼裝的信息可追蹤，高效管理。對于重點構件部位加入增強二維碼將拼裝圖和技術資料加以體現，工廠根據項目部構件清單、任務書和施工圖利用一體化數控加工設備進行加工，保證構件及管線與模型一致。管線支墩支架BIM預制出圖見圖3所示。

圖3 管線支墩支架BIM預制出圖

2.5 裝配式施工

由于管廊為線性結構，按施工作業面對施工段進行劃分，工廠根據施工先后順序制定運輸方案。管線等構件到達現場后材料人員掃碼驗貨，按區域通過吊裝口運送到管廊內部。管道等沉重物料經過吊裝演算和吊裝模擬，通過投料口進入管廊內，先到廊內的接收裝置，利用兩臺電動葫蘆進行提升和對位，利用現場制作的經過承重能力復合的機動或手動小車運送到各個安裝點，進行人工焊接或借助機械對口安裝。

在空間小同時管線復雜的位置等，要把提前在工廠內調試好的管段和設備進行有序安裝，從技術和管理手段，最大限度減少在廊內密閉狹小空間施工。施工過程中和施工完畢后的檢查均通過BIM數據平臺進行數據留底，確保現場安裝與BIM竣工模型一致。在預制場地提前進行一次或多次組裝和預安裝可以大大提高現場安裝一次合格率。但預制場地和施工現場環境與安裝高度等具有一定誤差，在綜合管廊等管線安裝半徑較大的應用場景中，一旦連接件等誤差較大則需要現場調整，代價較高，需引起重視。

2.6 土建主體的準確性

土建主體結果準確性對管線裝配式安裝影響較大，利用三維激光掃描設備，進行內部結構掃描，并利用軟件導出點云數據進行逆向建模，完成三維現狀核對，模型存檔，進行對比分析。另外要在土建初期利用BIM技術對預留預埋和洞口進行精準定位，這無疑提高了施工階段BIM全專業工作量和重要性。對現場結構進行實測實量復核，必要時對機電各專業模型進行二次修改，以滿足土建施工條件。

2.7 智慧管理平臺

BIM智慧管理平臺作為施工階段生產管理和數據的中臺，可以有效地對進度和質量進行把控，主要應用包括：BIM軟硬件的交互，設計、施工、運維階段的設備管線安裝及運維復核；BIM深化設計二維碼生成和構件追蹤；進行全部構件的信息匯總和維護；安裝的中后期隨材料入場進展，進行廠家數據的維護和錄入；記錄裝配式施工過程中數據，方便維護竣工模型。管廊項目BIM智慧管理平臺見圖4所示。

圖4 管廊項目BIM智慧管理平臺

2.8 運維準備

因管廊后期運維要求較高，故利用BIM竣工模型和拆分模型進行各專業的運維準備和指導具有重要意義。應用AR、VR可視化技術，對全專業管線進行數字孿生可視化運維具有重要意義。裝配式管線和設備的安裝在施工階段提供了大量的數字資料和數字資產，當后期運維過程中需要維護或換配件時，可以利用設備、管線附件等上的二維碼等標志調取安裝階段資料，快速了解材料的非幾何屬性和幾何信息，大大降低運維階段資料的獲取成本，搭配較好的運維平臺，可使運維工作更加便捷。綜合管廊內的運維機器人搭載AI識別攝像頭并充分利用竣工階段BIM模型，可以快速識別滲漏，并具有溫度、氣體監測等功能。

3 結束語

綜上所述，在保證項目工期和質量的條件下，利用BIM技術指導裝配式管線施工，一方面是因為管廊項目線性狹長和空間狹小；另一方面利用先進的預制生產技術，具有縮減工期和減少人工的經濟性優勢。總體上看，該項目應用BIM技術解決土建機電碰撞問題20余處，廊內施工整體人員和交叉作業減少，施工順暢。實踐證明，管線的裝配式安裝與BIM技術相結合是復雜機房和管線較多較密集的項目或節點的較好解決方案。但其仍然存在前期技術投入大，復核周期長，前期BIM人員投入大等問題。