BIM技術(shù)在管道焊接質(zhì)量控制及工藝管理中的應(yīng)用

唐 軍

（湖南六建機電安裝有限責任公司，湖南 長沙 410000）

工程建設(shè)中，管道安裝占有相當大的份額，管道連接除了螺紋連接、法蘭連接，還大量采用焊接連接。作為輸送物料、介質(zhì)的各種管道，可以根據(jù)其材質(zhì)、工作條件等分類，按材料分有碳素鋼、合金鋼、不銹鋼、鑄鐵、有色金屬管道等，按設(shè)計壓力可分為真空管道、低壓、中壓和高壓管道。由于管道的工作條件千差萬別，因此對管道焊接的質(zhì)量要求也不同，由此產(chǎn)生的焊接工藝參數(shù)種類繁多。而通過BIM技術(shù)，在深化后的模型中，按照不同的管道類型、材質(zhì)、壓力等級，添加管道焊縫，同時在加工過程中收集好焊接工藝參數(shù)，并輸入模型中，形成完整的焊縫信息數(shù)據(jù)庫，方便焊接工藝的有效實施。

1 施工過程中焊接質(zhì)量控制的重難點

（1）管材及焊材的質(zhì)量控制。施工單位應(yīng)具備完善的材料管理體系，保證材料的規(guī)格、型號符合設(shè)計要求?，F(xiàn)場材料員根據(jù)到貨憑證核對材料的名稱、規(guī)格、型號、數(shù)量和質(zhì)量證明等資料是否與實物相符，并將檢驗合格的材料入庫，登記上賬。材料發(fā)放時，一定要核對材料的工程項目、規(guī)格、型號和數(shù)量，以防有誤。焊材的存放一定要有專門的焊材庫，并有濕度檢測裝置及除濕設(shè)施，現(xiàn)場使用的焊條必須烘干，操作人員需使用保溫桶存放，以防返潮。

（2）坡口及管道組對控制。坡口加工前，需按工藝要求設(shè)計坡口（見圖1），在現(xiàn)場條件允許的情況下，應(yīng)盡量采用等離子弧、氧乙炔等熱加工方法進行坡口加工，坡口加工完成后必須去除表面的氧化皮、油污等雜質(zhì)。管道接頭組對應(yīng)在確認坡口加工、清理質(zhì)量后進行，管道接頭的組對定位焊是保證焊接質(zhì)量，促使單面焊雙面成形的關(guān)鍵所在。

圖1 單V形坡口

（3）焊接工藝控制。管道焊接作業(yè)前，施工單位應(yīng)提供合格有效的焊接工藝評定報告，并依據(jù)此工藝評定報告和施工場地的實際條件編制焊接作業(yè)指導(dǎo)書或焊接工藝卡。施焊前，由項目技術(shù)負責人對焊接作業(yè)人員進行詳細的技術(shù)交底，內(nèi)容包括焊接材料、工藝參數(shù)、焊前預(yù)熱、層間、后熱、無損檢測等，促使他們掌握具體的工藝參數(shù)（見表1）；同時，檢查作業(yè)人員、設(shè)備、材料、施焊環(huán)境與管道坡口，確認符合要求后方可施焊。作業(yè)過程中，施工管理人員應(yīng)隨時檢查各工藝參數(shù)的執(zhí)行情況，以及焊縫表面的成形質(zhì)量。

（4）焊接環(huán)境控制。壓力管道的焊接質(zhì)量要求高，因此在焊接作業(yè)時，必須提供滿足要求的施焊環(huán)境。下雨或雪天，應(yīng)停止施焊或搭設(shè)臨時遮雨棚；環(huán)境溫度低于0℃時，應(yīng)采取預(yù)熱或保暖措施，保證施焊溫度滿足要求；手工電弧焊風(fēng)速超過8m/s、氣體保護焊風(fēng)速超過2m/s時，應(yīng)有擋風(fēng)措施；相對濕度達到90%時，應(yīng)停止焊接作業(yè)。

（5）焊接檢測控制。焊接作業(yè)完成后，必須自檢合格，對有無損檢測要求的焊縫，應(yīng)及時進行無損檢測；對于檢測不合格的焊縫，返修應(yīng)不超過2次，每次返修應(yīng)制定合理的返修工藝。

2 BIM技術(shù)在焊接質(zhì)量控制中的應(yīng)用

（1）三維焊縫的位置添加。在機電深化模型完成后，通過確定管材的實際長度、管配件的接口位置以及考慮最佳的施焊位置等綜合因素后，在三維模型的相應(yīng)位置建立焊縫，得到帶有焊縫的三維模型（見圖2）。三維焊縫的位置必須充分考慮實際施工的需求，根據(jù)實際采購的管道長度進行綜合布置，并按規(guī)范要求預(yù)留合理的間隙。

（2）三維焊縫的信息錄入。三維焊縫的信息分2步錄入，第一步是焊前信息錄入，即在管道焊接前錄入工藝參數(shù)；第二步是焊后信息錄入，即在施焊完成后復(fù)核并錄入所有的原始參數(shù)，由此形成完整的焊縫信息庫。①焊前信息的錄入包含管材鋼號、焊縫編號、坡口信息、施焊參數(shù)的錄入。其中，管材鋼號的信息主要指管道的材質(zhì)及厚度；焊縫編號應(yīng)對每個焊縫形成唯一的識別碼，方便后期焊縫位置及信息的檢索；焊縫坡口信息包括接頭形式、角度、間隙等；施焊參數(shù)包含焊接方法、焊接位置、焊前預(yù)熱、焊接電流、電弧電壓、填充材料、焊后熱處理等參數(shù)。②焊后信息的錄入包含實際施焊參數(shù)、焊工代號、檢驗信息的錄入。其中，實際施焊參數(shù)的錄入必須基于現(xiàn)場原始參數(shù)的記錄進行，通過焊前與焊后信息的對比，形成更加完善的焊縫數(shù)據(jù)庫；焊工代號的錄入主要用以記錄施焊人員的信息，方便后期企業(yè)的焊工業(yè)績管理；檢驗信息的錄入，主要用以記錄檢測方法、檢測結(jié)果及合格與否。在三維模型的基礎(chǔ)上構(gòu)建產(chǎn)品的焊接信息模型，主要包括焊縫坡口信息、工藝信息、施焊信息及檢驗信息，以在構(gòu)建完成的焊接信息模型中，雙擊焊縫所在位置即可查看焊縫的屬性信息，并能根據(jù)不同的屬性值查詢、篩選出所需查看的焊縫。

表1 工藝參數(shù)表

圖2 三維焊縫模型

（3）基于BIM技術(shù)的管道組對。管道組對是焊縫質(zhì)量的重要保障，依據(jù)建好的三維焊縫模型，出具管道下料清單，并對各位置的管段進行編號。每段管道必須有唯一的編號，方便管道組對時選用正確的管段。根據(jù)下料清單進行下料后，依據(jù)焊接作業(yè)指導(dǎo)書進行坡口制作，坡口的角度、鈍邊厚度應(yīng)能滿足規(guī)范的要求。坡口加工完成后，進行管段的組對，組對間隙應(yīng)嚴格控制，要既能滿足規(guī)范要求，又能保證按模型施工。

（4）基于BIM技術(shù)的焊接技術(shù)交底。通過BIM技術(shù)的可視化及模擬性，將焊接工藝信息及三維尺寸信息以動畫及工藝卡的形式進行直觀的交底，通過模擬現(xiàn)場施焊環(huán)境來客觀反映焊接的具體要求，以動畫交底的方式表達焊接工藝參數(shù)的實施。結(jié)合BIM技術(shù)進行焊接技術(shù)交底，可以更直觀地呈現(xiàn)焊接的工藝設(shè)計，并將技術(shù)要點清晰明了地體現(xiàn)在動畫視頻中，幫助施工人員更深入地理解焊接工藝。

3 BIM技術(shù)在焊接工藝管理中的應(yīng)用

（1）施焊工藝管理。焊縫質(zhì)量管理的基礎(chǔ)是施焊工藝管理，制定良好的施焊工藝可以確保焊縫的成形，做好焊接交底是確保施工人員嚴格按照作業(yè)指導(dǎo)書執(zhí)行的保障，焊后工藝參數(shù)復(fù)核是提高工藝設(shè)計的方法，因此加強施焊工藝管理至關(guān)重要。通過BIM技術(shù)建立三維焊縫信息模型，可以針對每一個焊縫進行工藝設(shè)計，監(jiān)督施焊過程的執(zhí)行情況，同時反饋工藝設(shè)計的優(yōu)良情況，讓工藝管理真正落到實處，并不斷完善。

（2）焊接成本管理。三維焊縫管理不僅可以用于技術(shù)管理，對項目焊材管理及人工管理也可以形成有效的監(jiān)督控制作用，通過三維焊縫模型，可以生成焊縫信息統(tǒng)計表（見圖3），形成備料計劃；同時可以通過模型導(dǎo)出管段明細表，形成管道分段表，并通過合理的管道分段排布，減少管道焊口數(shù)量及余料的浪費。在三維焊縫模型中，通過單獨統(tǒng)計焊縫的填充量，可以形成有效的焊材備用量，并通過勞務(wù)班組限額領(lǐng)料措施，對焊材的領(lǐng)用形成細化管理，減少焊材的浪費。在施焊完成后，通過抽取不同的管材、焊接方式、規(guī)格的施焊管道進行焊工用時統(tǒng)計，并輸入模型中，形成項目的用工統(tǒng)計表，通過綜合分析，形成單位工程的用工分析，為今后項目用工控制提供有效的依據(jù)。

圖3 焊縫信息統(tǒng)計表

（3）焊縫信息管理。通過添加焊前工藝參數(shù)和焊后原始數(shù)據(jù)，把所有焊縫信息集成在BIM模型中，形成可以追溯的焊接信息模型，方便竣工階段管道焊接信息的查詢、修改和統(tǒng)計，為管道的焊接工藝設(shè)計提供有效的支撐，也為后期管道運維管理提供更便利的查詢通道。

4 結(jié)束語

三維焊縫信息管理主要利用了BIM技術(shù)的集成化、可視化及信息化的特點，將所有焊接信息都集成到焊縫信息模型中，形成完整的焊接信息庫，并可對焊縫屬性進行添加與修改，減少技術(shù)人員的工作量。此外，三維模型還可進行管材統(tǒng)計、焊材統(tǒng)計、用工統(tǒng)計等統(tǒng)計分析工作，充分利用焊接數(shù)據(jù)，提高工作效率。大數(shù)據(jù)時代的來臨，也引發(fā)了建筑施工行業(yè)的變革，BIM技術(shù)作為一種新的技術(shù)管理工具，合理有效地加以利用，必能為項目建設(shè)提質(zhì)增效。