BIM建模技術(shù)在套管精準(zhǔn)預(yù)埋施工中的應(yīng)用

莊恢凰

（廣東省工業(yè)設(shè)備安裝有限公司 廣州510220）

0 引言

以往的穿樓板套管安裝方法一種是在土建澆倒混凝土?xí)r預(yù)留安裝套管所需的孔洞，日后管線系統(tǒng)和套管再一起安裝，此安裝方式安裝管線及套管后需二次封堵套管外部與樓板之間的縫隙，施工工序多，耗費(fèi)人工多，且二次封堵的套管外部縫隙還存在容易滲漏的弊端。還有一種方法是在澆筑樓板時(shí)直接預(yù)埋套管，采用這種方法時(shí)，工人套管測量過程中參考的坐標(biāo)為土建模板的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，土建模板坐標(biāo)數(shù)據(jù)偏差較大，不符合機(jī)電安裝的精度要求，固定過程繁瑣而且不易控制，容易出現(xiàn)套管中心不對(duì)中，一旦封堵完成，若有偏差只能打掉重新來安裝，費(fèi)時(shí)費(fèi)工［1-3］。

為解決套管預(yù)埋安裝過程中存在的缺陷，開展了科技創(chuàng)新，組建科研小組進(jìn)行專項(xiàng)技術(shù)研發(fā)，取得了“基于BIM 建模的套管精準(zhǔn)預(yù)埋施工技術(shù)”研究成果，該成果經(jīng)廣東省建筑業(yè)協(xié)會(huì)組織的科技成果鑒定達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)技術(shù)水平。

1 工程概況

某綜合樓位于廣州市越秀區(qū)，總建筑面積約4.5萬m2，為高端辦公樓項(xiàng)目。本工程套管數(shù)量多，套管分布零散，套管所屬的系統(tǒng)多，按單個(gè)系統(tǒng)分開單獨(dú)預(yù)埋容易出現(xiàn)占用其他系統(tǒng)套管位置的情況。業(yè)主為提高防水效果，要求所有套管均需一次預(yù)埋于混凝土結(jié)構(gòu)中，且要求安裝后的管道需居于套管正中，確保觀感良好。因套管需一次預(yù)埋于混凝土中，為保證管道的豎直度和管道在套管中的居中度，故預(yù)埋套管的精度需特別高才能滿足要求。

2 工藝原理

⑴BIM建模綜合管線布置原理:設(shè)計(jì)院在繪制圖紙的過程中，電氣、暖通、給排水、智能化等各個(gè)專業(yè)的管線會(huì)不可避免地出現(xiàn)碰撞。施工前先通過REVIT軟件對(duì)施工圖紙進(jìn)行模型構(gòu)建，利用其可模擬化、可視化的優(yōu)點(diǎn)，依據(jù)規(guī)范對(duì)發(fā)現(xiàn)的管線碰撞進(jìn)行碰撞調(diào)整，并利用magicad統(tǒng)計(jì)出軟件生成的套管規(guī)格、坐標(biāo)等［4-6］。

⑵套管精準(zhǔn)預(yù)埋原理:利用全站儀的精準(zhǔn)放樣功能，結(jié)合已經(jīng)構(gòu)建的綜合管線模型，將每個(gè)需預(yù)埋的套管坐標(biāo)在輔助放樣裝置的幫助下精準(zhǔn)放樣，然后使用輔助固定裝置進(jìn)行套管固定。

3 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程

施工工藝流程如圖1所示。

3.2 操作要點(diǎn)

3.2.1 施工準(zhǔn)備

施工前先進(jìn)行各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，注意全站儀等儀器已經(jīng)校驗(yàn)合格并處于有效期內(nèi)，各類特殊工種人員（如焊工）資質(zhì)有效。

圖1 工藝流程Fig.1 Process Flow Chart

3.2.2 BIM模型構(gòu)建

依據(jù)設(shè)計(jì)院提供的土建、機(jī)電等專業(yè)CAD 底圖，利用REVIT軟件依次構(gòu)建各專業(yè)模型。

3.2.3 碰撞檢查

對(duì)施工圖紙進(jìn)行模型構(gòu)建后，利用其可模擬化、可視化的優(yōu)點(diǎn)，依據(jù)規(guī)范對(duì)發(fā)現(xiàn)的管線碰撞進(jìn)行碰撞調(diào)整，使之符合規(guī)范要求及觀感要求。綜合管線布置完成后利用Navisworks 進(jìn)行漫游檢查，對(duì)不符合觀感要求及標(biāo)高要求的管道進(jìn)行修改［7］。

3.2.4 套管規(guī)格、坐標(biāo)統(tǒng)計(jì)

碰撞消除后，根據(jù)已構(gòu)建完成的模型，利用magicad 自動(dòng)生成套管。根據(jù)生成的套管統(tǒng)計(jì)套管規(guī)格及坐標(biāo)等參數(shù)，如表1所示。

表1 套管規(guī)格及坐標(biāo)Tab.1 Casing Specification and Coordinate

3.2.5 輔助放樣裝置預(yù)制［8］

為保證放樣精度和降低放樣難度，設(shè)計(jì)制作出一種輔助放樣裝置（見圖2）進(jìn)行放樣，本裝置已取得實(shí)用新型專利。輔助放樣裝置由以下幾部分組成:

⑴尺寸與全站儀棱鏡三腳架豎直杠相匹配的內(nèi)鐵環(huán)（三腳架豎直杠剛好可以從環(huán)內(nèi)穿過）。

⑵尺寸與套管內(nèi)壁相匹配的外鐵環(huán)（外鐵環(huán)剛好可以放進(jìn)需預(yù)埋的套管內(nèi)）。

⑶連接內(nèi)、外環(huán)的連桿。

⑷3根沿外鐵環(huán)均勻豎直布置的帶尖頭座腳，尖頭可以通過敲擊使座腳固定在模板上。圖2為輔助放樣裝置示意圖及實(shí)物。

圖2 輔助放樣裝置示意圖及實(shí)物Fig.2 Schematic Diagram and Physical Picture of Auxiliary Positioning Device

3.2.6 套管坐標(biāo)放樣［9，10］

⑴站點(diǎn)選擇:利用全站儀的精準(zhǔn)放樣功能，將每個(gè)通過BIM 建模確定了坐標(biāo)的套管坐標(biāo)精準(zhǔn)放樣于樓板板面。在樓板板面模板安裝好后進(jìn)行套管坐標(biāo)放樣工作，放樣設(shè)備為全站儀。放樣過程中，為減少累積誤差，同一樓層或同一板面使用1 個(gè)共同的參照點(diǎn)作為測站基點(diǎn)進(jìn)行放樣。不同樓層板面的測站基點(diǎn)宜為同一鉛垂線上的點(diǎn)，測站基點(diǎn)、后視點(diǎn)的選擇應(yīng)依據(jù)樓棟整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合選擇，選擇原則為視野寬闊、容易架設(shè)設(shè)備。

⑵設(shè)站及定向:為方便放樣作業(yè)，放樣工作在土建單位支好模板后且套管位置未扎鋼筋前進(jìn)行。放樣前先對(duì)設(shè)備進(jìn)行整平，輸入測站點(diǎn)坐標(biāo)、儀高完成測站點(diǎn)設(shè)置，輸入后視點(diǎn)坐標(biāo)確認(rèn)方位角后完成后視點(diǎn)設(shè)置。完成設(shè)備方位設(shè)置后直接測量一下后視點(diǎn)坐標(biāo)，作為校核，檢查無誤后方可進(jìn)行坐標(biāo)放樣。

⑶放樣:測量準(zhǔn)備工作完成后，輸入待放樣點(diǎn)坐標(biāo)參數(shù)及棱鏡高后，調(diào)整dHR 為0，指揮棱鏡使dHD=0，測出帶放樣點(diǎn)。在此過程中，為使測出的套管坐標(biāo)準(zhǔn)確定位在模板上，棱鏡三腳架上的豎直杠需穿過上述輔助放樣裝置的內(nèi)鐵環(huán)，注意選用的輔助裝置規(guī)格需與待預(yù)埋的套管規(guī)格相匹配。放樣過程中，輔助定位裝置內(nèi)鐵環(huán)套住棱鏡三腳架的豎直杠隨棱鏡三腳架的移動(dòng)而移動(dòng)。圖3 為放樣現(xiàn)場，圖4 為輔助放樣裝置配合全站儀使用。

⑷坐標(biāo)標(biāo)記:放樣完成后，把輔助放樣裝置的3 個(gè)帶尖頭的座腳均勻敲入模板，使輔助放樣裝置固定在模板上，然后豎直拿走棱鏡的三腳架。完成上述工作后，拿出1 個(gè)與待預(yù)埋套管相同規(guī)格的套管套進(jìn)輔助定位裝置內(nèi)，使用油性的大頭筆在模板上沿著套管底部畫出1個(gè)圈，該圈就是待預(yù)埋套管的平面尺寸。拔出輔助放樣裝置，依次在模板上放出各個(gè)套管點(diǎn)位。

圖3 現(xiàn)場放樣Fig.3 Positioning Picture

圖4 輔助放樣裝置配合全站儀使用Fig.4 The Lofting Device Used in Conjunction with the Total Station

3.2.7 輔助固定裝置預(yù)制

設(shè)計(jì)制作出一種輔助固定裝置進(jìn)行套管固定。為保證套管固定的精度和速度，制作出一種輔助固定裝置進(jìn)行套管固定，如圖5所示，輔助固定裝置有兩大部分:

⑴尺寸與待固定套管外壁相匹配的鐵環(huán)（套管可以剛好穿過鐵環(huán)）。

⑵與鐵環(huán)在同一平面且沿鐵環(huán)四周均勻布置的3根固定鐵杠。

圖5 輔助固定裝置示意圖及實(shí)物Fig.5 Schematic Diagram and Physical Picture of Casing Auxiliary Fixing Device

3.2.8 套管預(yù)制

根據(jù)統(tǒng)計(jì)的套管規(guī)格對(duì)需預(yù)埋的套管進(jìn)行預(yù)制。

3.2.9 套管安裝

⑴待預(yù)埋套管放置于已定位的坐標(biāo)上:土建單位完成待預(yù)埋套管位置的鋼筋綁扎后，把待預(yù)埋套管精確放置在放樣標(biāo)記好的模板的圓圈上，若套管安裝位置有鋼筋阻礙，可通過敲打鋼筋適當(dāng)調(diào)整鋼筋位置，使套管能平穩(wěn)放置于模板上。

⑵安裝輔助固定裝置:把待預(yù)埋套管放置于已定位的坐標(biāo)上后，把輔助固定裝置穿過套管并套住待預(yù)埋套管后，再把輔助固定裝置緊貼在已綁扎好的鋼筋上表面。

⑶檢查套管水平度及垂直度:用水平尺檢查套管垂直度與水平度，觀察套管水平度與垂直度是否符合要求。

⑷套管焊接固定:先把套管與輔助固定裝置電焊焊接牢固，然后把輔助固定裝置3 根固定鐵桿依次與綁扎好的固定鐵桿焊接牢固，完成套管的固定工作，如圖6所示。

3.2.10 套管坐標(biāo)復(fù)驗(yàn)

圖6 輔助固定裝置與鋼筋焊接連接Fig.6 The Auxiliary Positioning Device Welded to the Steel Bar

套管安裝固定完成后，使用全站儀復(fù)驗(yàn)1 次套管坐標(biāo)，判斷套管精度是否符合要求。若經(jīng)復(fù)驗(yàn)的套管坐標(biāo)精度誤差大于5 mm，判定套管安裝不合格，應(yīng)重新進(jìn)行定位安裝；若經(jīng)復(fù)驗(yàn)的套管坐標(biāo)精度誤差小于5 mm，判定套管安裝合格。

3.2.11 記錄驗(yàn)收

經(jīng)復(fù)驗(yàn)的套管精度符合要求后，組織套管驗(yàn)收工作。驗(yàn)收套管過程中需記錄套管坐標(biāo)、套管規(guī)格、套管精度等指標(biāo)，方便日后復(fù)查。

4 結(jié)語

“BIM建模技術(shù)在套管精準(zhǔn)預(yù)埋施工中的應(yīng)用”解決了傳統(tǒng)套管預(yù)埋安裝中存在的缺陷，該技術(shù)具有以下優(yōu)勢:

⑴適用范圍廣，適用于所有機(jī)電工程需預(yù)埋樓板套管的安裝工程。機(jī)電安裝過程中均有大量管線需穿越樓板，需要預(yù)埋大量的套管。

⑵施工效率高，大幅度提高了套管預(yù)埋精度。采用全站儀進(jìn)行精確放樣，大幅提高套管安裝坐標(biāo)精度，避免日后返工，節(jié)省大量人工和材料。

⑶降低施工成本。施工過程中套管直接預(yù)埋在混凝土中，省去預(yù)留孔洞再安裝套管時(shí)需要的二次封堵工作，減少了施工工序，同時(shí)降低施工成本。

本施工技術(shù)已經(jīng)在多個(gè)工程中得到了成功應(yīng)用，在確保質(zhì)量、工期和節(jié)約成本等方面獲得了可喜的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。該技術(shù)可為今后的套管精準(zhǔn)預(yù)埋施工提供有效的技術(shù)支持。