水電站蝸殼安裝中的BIM技術(shù)應(yīng)用

胡保濤

（中國(guó)水利水電第十四工程局有限公司機(jī)電安裝事業(yè)部，云南 昆明650032）

1 BIM技術(shù)

1.1 BIM簡(jiǎn)述

BIM是英文Building Information Modeling的縮寫(xiě)，中文一般譯為建筑信息模型。BIM是以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，進(jìn)行建筑模型的建立，通過(guò)數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息。具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性等特點(diǎn)。

1.2 BIM特點(diǎn)

1.2.1 可視化

傳統(tǒng)圖紙中，通過(guò)線(xiàn)條表達(dá)構(gòu)件的信息，但其真正的外觀(guān)等狀況就需要識(shí)圖的人憑借自己的經(jīng)驗(yàn)和技能去想象。BIM可視化就是將傳統(tǒng)的線(xiàn)條模型轉(zhuǎn)換成三維立體模型，讓人們很直觀(guān)的看到模型構(gòu)件其真實(shí)物理三維狀態(tài)。真正實(shí)現(xiàn)“所見(jiàn)即所得”的視覺(jué)感官設(shè)計(jì)。

1.2.2 協(xié)調(diào)性

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，一個(gè)建筑項(xiàng)目通常按專(zhuān)業(yè)進(jìn)行進(jìn)一步的設(shè)計(jì)，然而各個(gè)專(zhuān)業(yè)在根據(jù)自己專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)往往出現(xiàn)溝通協(xié)調(diào)不到位的情況。這樣就容易導(dǎo)致在后續(xù)施工過(guò)程中出現(xiàn)很多弊病。這時(shí)無(wú)論是監(jiān)理、業(yè)主還是施工單位無(wú)不為此奔波協(xié)調(diào)。BIM協(xié)調(diào)性特點(diǎn)體現(xiàn)在其可在設(shè)計(jì)階段利用三維設(shè)計(jì)時(shí)的碰撞檢查功能，提前協(xié)調(diào)清楚各專(zhuān)業(yè)沖突。當(dāng)然各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)師還可通過(guò)其三維物理幾何狀態(tài)與周?chē)h(huán)境的相互影響關(guān)系中適當(dāng)調(diào)整其位置、大小及選材等問(wèn)題，避免后期施工中需要二次設(shè)計(jì)等問(wèn)題出現(xiàn)。

1.2.3 模擬性

隨著時(shí)代和科技的不斷發(fā)展，建筑領(lǐng)域也發(fā)生著翻天覆地的變化。設(shè)計(jì)不僅完成了從2D到3D的跨越，現(xiàn)在更是實(shí)現(xiàn)3D到4D甚至是5D的偉大跨越，在原本的三維模型的基礎(chǔ)上，附加時(shí)間維度和資金。這樣就能更加接近實(shí)際的完成各種模擬試驗(yàn)，使得模擬效果更能讓人們所接受。

1.2.4 優(yōu)化性

在日常的施工過(guò)程中，我們通常希望通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)提升工藝質(zhì)量和觀(guān)感質(zhì)量，而B(niǎo)IM的優(yōu)化性特點(diǎn)就能很輕松的解決這個(gè)難題。在BIM三維模型中，我們可以根據(jù)直觀(guān)的視覺(jué)體驗(yàn)直接開(kāi)始我們的優(yōu)化設(shè)計(jì)，從根源上減少返工可能性。我們可以通過(guò)修改構(gòu)件的空間位置、形態(tài)大小、材質(zhì)樣式等來(lái)促使排列整齊，布置美觀(guān)。

1.2.5 可出圖性

運(yùn)用BIM技術(shù)，還可以對(duì)建筑物的平面、立面、剖面、詳圖等進(jìn)行出圖。除此之外，對(duì)于一些訂制的構(gòu)件，BIM技術(shù)也可以輕松出圖。

2 蝸殼安裝中BIM技術(shù)應(yīng)用

兩河口水電站安裝有6臺(tái)單機(jī)容量為500 MW的水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量3 000 MW,每臺(tái)水輪機(jī)蝸殼有25個(gè)管節(jié)需現(xiàn)場(chǎng)掛裝、焊接，其中16個(gè)管節(jié)需要現(xiàn)場(chǎng)組裝，3個(gè)湊合節(jié)需現(xiàn)場(chǎng)配割，總重量約為324.8 t。2臺(tái)機(jī)組蝸殼安裝間隔不到1個(gè)月，為確?，F(xiàn)場(chǎng)安裝質(zhì)量、安全文明施工可控，確保施工進(jìn)度按期或提前完成，各個(gè)環(huán)節(jié)都應(yīng)充分考慮。

在蝸殼掛裝工作準(zhǔn)備階段，充分考慮蝸殼安裝各工序作業(yè)內(nèi)容及需使用到的工器具，利用BIM技術(shù)制定出一套較完善的蝸殼安裝技術(shù)方案，其中主要包括材料設(shè)備需求清單、技術(shù)要求、各工序流程動(dòng)畫(huà)、文明施工布置等內(nèi)容。按照材料設(shè)備清單提前進(jìn)行采購(gòu)，防止設(shè)備材料供應(yīng)不及時(shí)產(chǎn)生的工期延誤等問(wèn)題。

為快速安裝蝸殼各管節(jié)，確保蝸殼掛裝、焊接、支撐割除、水壓試驗(yàn)等各工序的質(zhì)量和安全，可利用BIM技術(shù)做蝸殼安裝施工平臺(tái)等的三維仿真施工布置規(guī)劃。在座環(huán)下環(huán)板面搭設(shè)下施工平臺(tái)，在座環(huán)法蘭面安裝上施工平臺(tái)，上平臺(tái)上放置溫控儀設(shè)備和部分焊機(jī)，下平臺(tái)主要布置焊機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)等設(shè)備。蝸殼安裝外圍采用腳手架、安全網(wǎng)等做安裝安全通道及防護(hù)措施。各平臺(tái)、通道、安全防護(hù)示意如圖1所示。

為保證工程質(zhì)量高標(biāo)準(zhǔn)完成，在蝸殼掛裝前通過(guò)BIM技術(shù)進(jìn)行三維技術(shù)交底，三維技術(shù)交底工作除了讓作業(yè)人員明確現(xiàn)場(chǎng)蝸殼安裝各尺寸要求及安裝焊接工藝要求外，還需通過(guò)蝸殼掛裝順序動(dòng)畫(huà)重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)對(duì)稱(chēng)掛裝，讓作業(yè)人員嚴(yán)格按照方案執(zhí)行，以此保證已安裝好的座環(huán)方位尺寸不偏移。

在眾多水電站蝸殼安裝中都會(huì)出現(xiàn)各種施工問(wèn)題，如蝸殼掛裝尺寸偏差，輔機(jī)管路與蝸殼接口對(duì)接錯(cuò)位，安裝器械無(wú)法正常使用等，經(jīng)過(guò)大量的分析研究顯示，此類(lèi)問(wèn)題多是由于蝸殼支墩形狀或尺寸不合適，安裝過(guò)程缺乏整體考慮，設(shè)計(jì)缺乏多角度考慮等原因所致。其在常規(guī)的二維平面設(shè)計(jì)中很難遇見(jiàn)，但是通過(guò)BIM制作數(shù)字三維模型，在三維狀態(tài)下考慮各方面施工訴求就變得較為簡(jiǎn)易了。另外，通過(guò)碰撞檢驗(yàn)的方式，可檢查各項(xiàng)尺寸是否對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生影響，在施工前就可及時(shí)的發(fā)現(xiàn)或規(guī)避問(wèn)題。利用BIM技術(shù)在工程實(shí)施前對(duì)作業(yè)內(nèi)容進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，方案優(yōu)化，可大大降低返工率和減少安裝材料浪費(fèi)，最大程度的降低安裝工期和安裝成本。

兩河口水電站蝸殼安裝工期較短，因此不可避免的出現(xiàn)了2臺(tái)機(jī)組蝸殼同時(shí)安裝的情況。這種情況下，通過(guò)BIM技術(shù)制定出一套符合合同工期，同時(shí)又能很好的協(xié)調(diào)好2臺(tái)水輪機(jī)蝸殼安裝的進(jìn)度計(jì)劃來(lái)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度是十分有必要的。按照以往水電站機(jī)電施工經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合本電站自身特點(diǎn)，利用BIM技術(shù)做出蝸殼模型和廠(chǎng)房安裝環(huán)境后，給模型賦予時(shí)間維度，令每一節(jié)蝸殼、每一條焊縫都有一個(gè)合理的施工時(shí)間，在完成時(shí)間進(jìn)度編制后，開(kāi)始施工動(dòng)態(tài)模擬，真實(shí)的再現(xiàn)蝸殼安裝場(chǎng)景，通過(guò)觀(guān)察研究暴露出各種可能出現(xiàn)的情況。模擬中，注重將安裝中的各項(xiàng)資源利用調(diào)配到最高效狀態(tài)，如橋機(jī)的使用，調(diào)整好2臺(tái)蝸殼安裝的配合度，利用其中1臺(tái)蝸殼安裝的焊接、調(diào)整或者加溫時(shí)間，來(lái)進(jìn)行另外1臺(tái)蝸殼的掛裝吊運(yùn)，待其具備掛裝新的蝸殼管節(jié)的時(shí)候又返回去繼續(xù)吊運(yùn)新蝸殼，然后另外1臺(tái)蝸殼開(kāi)展調(diào)整、加溫、焊接工作。極大的提高橋機(jī)利用率，減少機(jī)械浪費(fèi)。同時(shí)，在機(jī)械的高效配合及帶動(dòng)作用下，各項(xiàng)工器具和人力資源的生產(chǎn)效率也會(huì)得到極大的提升。生產(chǎn)效率得到提升，相應(yīng)的安裝工期也將大大縮減。利用施工動(dòng)態(tài)模擬對(duì)進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行實(shí)際可行性研究分析，最后甄別出一份具有實(shí)際指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工意義的進(jìn)度計(jì)劃。

在蝸殼安裝中，將現(xiàn)場(chǎng)安裝進(jìn)度、人員投入、材料使用情況等信息及時(shí)反饋至計(jì)算機(jī)蝸殼安裝進(jìn)度模擬系統(tǒng)里，這樣也可及時(shí)對(duì)模擬的進(jìn)度計(jì)劃做出合理調(diào)整，使之更貼合實(shí)際。對(duì)不符合進(jìn)度要求的工序也可指導(dǎo)其完成進(jìn)度糾偏的工作。借助BIM技術(shù)反映的進(jìn)度信息、材料數(shù)量來(lái)不斷的調(diào)整和強(qiáng)化生產(chǎn)管理工作，為后續(xù)4臺(tái)水輪機(jī)蝸殼安裝提供借鑒，以提高資源使用效率，指導(dǎo)成本管控重點(diǎn)。這樣通過(guò)不斷的雙向反饋，不斷優(yōu)化蝸殼的各項(xiàng)安裝工序，最后指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)順利實(shí)施6臺(tái)蝸殼的安裝工作，并形成一份成熟的蝸殼安裝標(biāo)準(zhǔn)工藝指導(dǎo)。

3 評(píng)價(jià)

通過(guò)BIM技術(shù)的協(xié)同管理，可不斷優(yōu)化蝸殼安裝過(guò)程工序，加快蝸殼安裝進(jìn)度，從而大大的縮短了蝸殼安裝施工工期。另外，在蝸殼安裝準(zhǔn)備階段，利用BIM技術(shù)的三維可視性可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)可能出現(xiàn)的問(wèn)題實(shí)施規(guī)避或改進(jìn)。通過(guò)碰撞檢查，檢驗(yàn)出安裝方案不合理的地方，找出問(wèn)題根源，及時(shí)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行處理，避免在后期因現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題不及時(shí)導(dǎo)致的停工或其他糾紛。這樣蝸殼安裝一直保持高效率，“零”問(wèn)題的狀態(tài)，將為整個(gè)工程項(xiàng)目節(jié)約大量工期。BIM技術(shù)的運(yùn)用也將幫助蝸殼安裝減少大量的資源浪費(fèi)，從而減少成本投入，幫助企業(yè)形成較優(yōu)越的競(jìng)爭(zhēng)力。

BIM技術(shù)在參與蝸殼安裝協(xié)同管理的同時(shí)，不僅會(huì)考慮安裝質(zhì)量、安裝技術(shù)措施，還會(huì)考慮安全環(huán)保、文明施工等方面。在蝸殼安裝前對(duì)施工布置進(jìn)行規(guī)劃，確定好腳手架位置、安全網(wǎng)的鋪設(shè)，安全通道的設(shè)置，各種工器具的擺放等等。運(yùn)用BIM技術(shù)在三維狀態(tài)中建立一個(gè)安全得到保障、設(shè)施布置完備、現(xiàn)場(chǎng)布置美觀(guān)的安裝作業(yè)面。不斷的在管理中進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，努力實(shí)現(xiàn)蝸殼安裝精品工程。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著時(shí)代的發(fā)展，BIM技術(shù)正以其強(qiáng)大的功能滲透到工程建設(shè)的方方面面，如結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)電設(shè)計(jì)、工程算量、施工管理、裝飾應(yīng)用等。但在水電站建設(shè)領(lǐng)域的BIM技術(shù)應(yīng)用仍有很大缺口，特別是水電站機(jī)電運(yùn)用。電站機(jī)組輔機(jī)管路安裝、電氣安裝、設(shè)備布置等問(wèn)題極大的影響著水電站發(fā)電效率，但其每一項(xiàng)工作都非常復(fù)雜，工作量都極其繁重。因此，我們應(yīng)當(dāng)加大新技術(shù)研究力度，積極推廣BIM技術(shù)研究成果，從而提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，提升工程質(zhì)量。