一種基于BIM 技術(shù)的大體積混凝土循環(huán)冷卻水管快速布置方法

龍桂元，韓春龍，李大衛(wèi)

（中航天建設(shè)工程集團(tuán)有限公司，北京100070）

1 引言

大體積混凝土施工過(guò)程中，為減少裂縫的出現(xiàn)，保證施工質(zhì)量，施工企業(yè)往往組織人員進(jìn)行冷卻水管的布置，通過(guò)必要的冷卻手段將大體積混凝土的溫度控制在合理范圍內(nèi)。本文立足于建筑施工技術(shù)領(lǐng)域，從過(guò)往經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，旨在基于BIM 技術(shù)，對(duì)大體積混凝土循環(huán)冷卻水管系統(tǒng)快速布置的方式方法進(jìn)行深入探討。

2 大體積混凝土循環(huán)冷卻水管布置的基本要求

為進(jìn)一步保證大體積混凝土的冷卻效果，科學(xué)防范裂縫的發(fā)生，施工企業(yè)投入了大量資金進(jìn)行相應(yīng)的研發(fā)與創(chuàng)新工作。為確保大體積混凝土循環(huán)冷卻水管的科學(xué)布置，有必要著眼于實(shí)際，梳理相關(guān)要求，明確BIM 技術(shù)在循環(huán)冷卻水管布置中的作用與應(yīng)用機(jī)理。

2.1 大體積混凝土循環(huán)冷卻水管布置的必要性

從過(guò)往建筑施工經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，大體積混凝土在施工過(guò)程中會(huì)受到溫度等因素的影響而出現(xiàn)一定的裂縫，導(dǎo)致混凝土使用壽命縮短，增加病害發(fā)生率。為避免這一情況，有效延長(zhǎng)混凝土的使用壽命，減少混凝土病害的發(fā)生，施工企業(yè)在大體積混凝土施工環(huán)節(jié)往往要搭建必要的冷卻設(shè)備，通過(guò)冷卻設(shè)備有效控制混凝土的溫度。從實(shí)際情況看來(lái)，布置循環(huán)冷卻水管系統(tǒng)是一種有效降低大體積混凝土內(nèi)部溫度峰值，有效防止大體積混凝土出現(xiàn)裂縫的主動(dòng)控制方法。循環(huán)冷卻水管設(shè)置成本較低，冷卻效果較好，并且不會(huì)產(chǎn)生額外的廢棄物，不會(huì)對(duì)建筑施工區(qū)域的環(huán)境產(chǎn)生危害。為了保證循環(huán)冷卻水管系統(tǒng)對(duì)大體積混凝土良好的降溫效果，確保大體積混凝土不出現(xiàn)裂縫，施工人員需要考慮如何確保操作過(guò)程中實(shí)現(xiàn)循環(huán)冷卻水管管道快速精準(zhǔn)定位，確保水管布設(shè)的有效性。傳統(tǒng)的施工布置方法為大體積混凝土鋼筋工序綁扎完成后再在現(xiàn)場(chǎng)切割焊接定位，不僅耗費(fèi)大量人工，施工速度十分緩慢，定位精度也不理想，最終影響循環(huán)冷卻水管的降溫效果[1]?；谶@種認(rèn)知，為確保相關(guān)冷卻水管布設(shè)工作的有序進(jìn)行，施工人員需要在科學(xué)性原則、實(shí)用性原則的基礎(chǔ)上，借助于現(xiàn)有的技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)冷卻水管的準(zhǔn)確定位，為大體積混凝土冷卻成效提供技術(shù)支持。

2.2 BIM 技術(shù)在大體積混凝土循環(huán)冷卻水管布置中的作用

為有效應(yīng)對(duì)現(xiàn)階段大體積混凝土循環(huán)冷卻水管布設(shè)環(huán)節(jié)存在的問(wèn)題，越來(lái)越多的施工技術(shù)人員嘗試從BIM 技術(shù)出發(fā)，借助其強(qiáng)大的計(jì)算、分析以及模擬能力，提前進(jìn)行冷卻水管布置方案的模擬，實(shí)現(xiàn)布置方案的最優(yōu)化。

借助于BIM 技術(shù)，技術(shù)人員能夠保證其嚴(yán)格按照大體積混凝土降溫實(shí)施方案所設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行準(zhǔn)確快速施工操作，確保循環(huán)冷卻水管精確定位，同時(shí)，可以對(duì)組成循環(huán)冷卻水管系統(tǒng)的單元組件提前到基礎(chǔ)施工之前完成，提前按照分解的單元模塊下料備用，待基礎(chǔ)鋼筋綁扎完成即可插入循環(huán)冷卻水管組裝作業(yè)工序，而且可以在大體積混凝土內(nèi)的各個(gè)部位同時(shí)展開作業(yè)，在確保精確定位的基礎(chǔ)上大大加快了施工進(jìn)度。

3 傳統(tǒng)大體積混凝土循環(huán)冷卻水管布置方法存在的問(wèn)題

為保證大體積混凝土循環(huán)冷卻水管布置工作的順利進(jìn)行，在研究環(huán)節(jié)，有必要著眼于實(shí)際，對(duì)現(xiàn)階段施工技術(shù)人員沿用的傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)方法進(jìn)行系統(tǒng)化梳理，明確其存在的問(wèn)題與缺陷，進(jìn)而為后續(xù)相關(guān)技術(shù)應(yīng)用工作的開展提供方向性引導(dǎo)。

采用大體積混凝土降溫實(shí)施方案還無(wú)法對(duì)循環(huán)冷卻水管管道精準(zhǔn)定位，特別是一些結(jié)構(gòu)超厚超大、形狀體積不規(guī)則（異形結(jié)構(gòu)構(gòu)件）、鋼筋預(yù)埋件等構(gòu)造密集復(fù)雜的大體積混凝土內(nèi)部的布置。根據(jù)二維平面圖紙進(jìn)行布置存在以下局限性：（1）從循環(huán)冷卻水管管道的二維施工圖獲取的定位信息往往不夠精準(zhǔn)，理論上，用平面圖紙精準(zhǔn)表達(dá)復(fù)雜的三維空間存在著幾乎不可克服的困難，因而造成定位極不準(zhǔn)確，給后續(xù)的實(shí)際施工以及布置帶來(lái)了極大的難度，無(wú)形之中延長(zhǎng)了施工周期，降低了冷卻的實(shí)際成效。往往影響原設(shè)計(jì)大體積混凝土實(shí)施方案所設(shè)計(jì)的降溫效果[2]。（2）除了理論上不能獲取精確的定位信息，實(shí)踐操作時(shí)，為了順利插入循環(huán)冷卻水管管道，會(huì)人為更改循環(huán)冷卻水管管道位置，理論上講是要求在規(guī)范允許的范圍之內(nèi)，但是實(shí)踐操作中往往偏差大于規(guī)范的要求，往往可能導(dǎo)致誤差的積累和加劇。為避免上述情況的發(fā)生，降低操作難度，有必要采取相應(yīng)的技術(shù)手段，扎實(shí)做好循環(huán)冷卻水管的定位與布置工作。

4 BIM 技術(shù)在大體積混凝土循環(huán)冷卻水管布置的應(yīng)用方式

在研究過(guò)程中，通過(guò)吸取過(guò)往有益經(jīng)驗(yàn)，采用一種基于BIM 技術(shù)的超大體積混凝土循環(huán)冷卻水管系統(tǒng)的布置方法，解決了現(xiàn)有循環(huán)冷卻水管系統(tǒng)布置存在偏差的問(wèn)題，施工進(jìn)度緩慢的問(wèn)題。

在整個(gè)應(yīng)用過(guò)程中，有必要根據(jù)大體積混凝土部位的基礎(chǔ)施工圖，通過(guò)BIM 相關(guān)技術(shù)模塊建立相應(yīng)的三維模型。根據(jù)大體積混凝土溫控實(shí)施方案及循環(huán)冷卻水管二維平面系統(tǒng)圖的位置坐標(biāo)導(dǎo)入三維模型。在建立的三維模型中檢測(cè)循環(huán)冷卻水管管道間或與鋼筋、預(yù)埋件、不規(guī)則結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)間的沖突位置。通過(guò)動(dòng)態(tài)模擬調(diào)整優(yōu)化檢測(cè)到的沖突位置的循環(huán)冷卻水管位置坐標(biāo)，并將調(diào)整優(yōu)化后的循環(huán)冷卻水管位置坐標(biāo)信息導(dǎo)入大體積混凝土溫控實(shí)施方案計(jì)算書進(jìn)行校核，確保調(diào)整優(yōu)化后的循環(huán)冷卻水管滿足原設(shè)計(jì)要求[3]。將調(diào)整優(yōu)化后的循環(huán)冷卻水管按照管道組裝或焊接工藝進(jìn)行單元模塊分解并生成組裝編號(hào)圖；循環(huán)冷卻水管管道按照分解的單元模塊切割下料并組裝編號(hào)圖進(jìn)行編號(hào)，待基礎(chǔ)鋼筋工序綁扎完成按照生成的循環(huán)冷卻水管的三維BIM 及組裝編號(hào)圖完成現(xiàn)場(chǎng)組裝。該方法將傳統(tǒng)二維平面施工圖紙中的混凝土構(gòu)造（含集水坑、電梯基坑、設(shè)備基礎(chǔ)等構(gòu)造）信息、普通鋼筋、預(yù)埋件信息以及循環(huán)冷卻水管管道信息三者集成到統(tǒng)一的三維BIM 信息模型中，能夠簡(jiǎn)單直觀地找出上述構(gòu)造與循環(huán)冷卻水管管道沖突位置，預(yù)先提出沖突避繞方案并按單元模塊進(jìn)行分解，指導(dǎo)工人循環(huán)冷卻水管按照分解單元模塊下料、編號(hào)、定位組裝，合理下料減少二次切割，特別是特別是結(jié)構(gòu)超厚超大、形狀體積不規(guī)則（異形結(jié)構(gòu)構(gòu)件）、鋼筋預(yù)埋件等構(gòu)造密集復(fù)雜的大體積混凝土，解決了復(fù)雜位置準(zhǔn)確定位的問(wèn)題，避免后期返工，保證大體積混凝土的降溫效果，從而確保施工質(zhì)量，同時(shí)利用循環(huán)冷卻水管管道單元模塊可提前施工，加快施工進(jìn)度。

5 結(jié)語(yǔ)

BIM 技術(shù)在大體積混凝土循環(huán)冷卻水管布置中的應(yīng)用，大大提升了冷卻水管布置的整體質(zhì)效，在保證冷卻效果，防范混凝土裂縫的同時(shí)，縮短了冷卻水管布置的周期，降低了布置難度，有效管控成本，是一種成熟高效的布置方案設(shè)置優(yōu)化機(jī)制。