BIM 技術(shù)在管線裝配式施工中的應(yīng)用研究

毛林章 劉 洋 楊慧玲 陳 亮

（重慶機電控股集團機電工程技術(shù)有限公司，重慶 400000）

1 工程概況

重慶軌道交通六號線支線二期工程坐落于重慶市兩江新區(qū)，該線全長14.022km，設(shè)有王家莊站（已建）、清溪河站、劉家院子站、思源站、復(fù)興站、紅巖坪站、沙河壩站等7 座車站，其中地下站5 座，高架站2 座，換乘站2 座，其中王家莊站與10 號線和14 號線換乘，復(fù)興站與16 號線換乘。隨著二期的開通，6 號線總長將達到89km，成為全國最長的地鐵線路，直接拉近北碚區(qū)與市中心的時空距離，極大方便沿途市民的工作與生活出行，為重慶市發(fā)展增添新動力。該線既有線環(huán)網(wǎng)光、電纜敷設(shè)有108 條公里，此外，還包含各類管線設(shè)備安裝。

2 項目需求分析

本工程為線性工程，長達14 公里，各作業(yè)點相對分散，不利于項目的整體把控，利用BIM技術(shù)的信息化集成化[1]，可以有效的將各個作業(yè)工程進行有效整合[2]，方便于對工程的管控。其次，由于工程處于市區(qū)，作業(yè)條件受限，有限的施工空間，復(fù)雜的交叉作業(yè)，利用傳統(tǒng)現(xiàn)場作業(yè)方式效率較低，而利用BIM 數(shù)據(jù)化特點[3]，進行構(gòu)件設(shè)計預(yù)制，能夠有效提升施工效率。

3 BIM 技術(shù)在項目中的應(yīng)用

BIM技術(shù)在項目中應(yīng)用可分為三個部分，分別為設(shè)計準(zhǔn)備階段、預(yù)制加工階段、現(xiàn)場施工階段。項目首先根據(jù)設(shè)計圖紙進行設(shè)計模型的創(chuàng)建[4]，在設(shè)計階段模型的基礎(chǔ)上進行施工深化轉(zhuǎn)化為符合施工現(xiàn)場安裝要求的施工階段模型，然后通過對施工階段模型的拆分、調(diào)整、編碼生成滿足裝配式施工精度要求的預(yù)制加工模型，再對預(yù)制加工模型的工作成果進行輸出生成符合廠家生產(chǎn)要求及現(xiàn)場安裝要求的裝配圖紙、下料單等成果文件（如圖1 所示）。

圖1 應(yīng)用流程圖

3.1 設(shè)計準(zhǔn)備階段

設(shè)計準(zhǔn)備階段分為準(zhǔn)備階段和設(shè)計階段，準(zhǔn)備階段主要的工作是相關(guān)預(yù)制構(gòu)件的建模工作和預(yù)制構(gòu)件模型庫的管理工作。預(yù)制構(gòu)件建模前應(yīng)先組織有關(guān)廠家進行產(chǎn)品交底并提供相應(yīng)的產(chǎn)品規(guī)格書及圖紙資料作為建模依據(jù)，對通用性產(chǎn)品如管道閥門、管件等還應(yīng)提供相應(yīng)的產(chǎn)品實物進行復(fù)測并封樣保存，以保證預(yù)制構(gòu)件的精度。預(yù)制構(gòu)件模型庫的管理工作可分入庫確認、構(gòu)件分類、構(gòu)件更新和構(gòu)件清理。

設(shè)計階段階段是依據(jù)設(shè)計圖紙進行三維建模生成設(shè)計模型，設(shè)計模型應(yīng)與設(shè)計圖紙保持一致。各專業(yè)系統(tǒng)模型應(yīng)包含設(shè)計圖紙所體現(xiàn)的所有信息，風(fēng)系統(tǒng)模型應(yīng)能區(qū)分各系統(tǒng)如大系統(tǒng)- 送風(fēng)、小系統(tǒng)1- 排風(fēng)等，系統(tǒng)類型應(yīng)按圖紙的系統(tǒng)名稱進行命名[5]，風(fēng)管的尺寸、材質(zhì)、風(fēng)閥的設(shè)置應(yīng)與圖紙保持一致；水系統(tǒng)模型的管段和尺寸設(shè)置應(yīng)與圖紙保持一致，系統(tǒng)類型應(yīng)按圖紙的系統(tǒng)名稱進行命名，管道的尺寸、管件的類型、閥門的設(shè)置應(yīng)與圖紙保持一致（如圖2 所示）；電系統(tǒng)模型的橋架應(yīng)能區(qū)分不同系統(tǒng)，橋架的類型名稱與管件（配件）的族名稱應(yīng)包含如“強電”等字段，橋架的尺寸、材質(zhì)、配件應(yīng)與圖紙保持一致（如圖3 所示）。

圖2 管段和尺寸設(shè)置

圖3 橋架類型名稱及配件名稱

3.2 預(yù)制加工階段

預(yù)制加工階段包括預(yù)制前復(fù)核與加工階段。預(yù)制前復(fù)核是在設(shè)計模型的基礎(chǔ)上進行施工深化如管線綜合優(yōu)化設(shè)計、支吊架深化設(shè)計、預(yù)留孔洞深化設(shè)計及土建結(jié)構(gòu)現(xiàn)場復(fù)測等，以保證加工數(shù)據(jù)的可實施性。

3.2.1 土建結(jié)構(gòu)現(xiàn)場復(fù)測

土建結(jié)構(gòu)現(xiàn)場復(fù)測應(yīng)在設(shè)計模型完成后施工模型深化前開展，避免建模所依據(jù)圖紙與現(xiàn)場實施的存在偏差而導(dǎo)致管線碰撞等問題。土建結(jié)構(gòu)現(xiàn)場復(fù)測可分為人工復(fù)核和三維掃描復(fù)核。復(fù)核依據(jù)以土建模型的建模圖紙為參照，復(fù)核重點為結(jié)構(gòu)梁、板下凈高、梁下凈高、走廊寬度、結(jié)構(gòu)預(yù)留孔洞及管線復(fù)雜區(qū)域等。三維掃描技術(shù)可根據(jù)現(xiàn)場掃描情況生成點云模型，通過點云模型與Revit 模型進行對比分析檢查兩者之間的偏差。

3.2.2 管線綜合優(yōu)化設(shè)計

構(gòu)建碰撞檢測技術(shù)，通過對管線綜合運用現(xiàn)狀的分析，可以發(fā)現(xiàn)管線排布的不合理位置，為管線的合理設(shè)計提供調(diào)整依據(jù)[2]。對全專業(yè)管線進行統(tǒng)一排布，避免不同專業(yè)之間管線布置不合理及碰撞現(xiàn)象。

3.2.3 支吊架深化設(shè)計

通過支吊架深化設(shè)計將現(xiàn)場管線有序的布置在各支吊架上，以確定每根管線的平面位置及安裝標(biāo)高?，F(xiàn)場安裝人工根據(jù)支吊架的深化圖紙把對應(yīng)的管線放在相應(yīng)的支吊架上，從而保證施工模型與現(xiàn)場管線安裝的一致性。

3.2.4 預(yù)留孔洞深化設(shè)計

通過二次結(jié)構(gòu)預(yù)留孔洞深化，明確管線穿墻處的平面位置及安裝標(biāo)高（如圖4 所示）。現(xiàn)場安裝人工根據(jù)預(yù)留孔洞的深化圖紙把管線安裝到相應(yīng)的孔洞中，從而保證施工模型與現(xiàn)場管線安裝的一致性。

圖4 現(xiàn)場孔洞預(yù)留實體

加工階段在經(jīng)過復(fù)核的基礎(chǔ)上通過預(yù)制構(gòu)件的替換、管段的拆分、調(diào)整及編碼將施工模型深化為預(yù)制加工模型，加工模型階段的關(guān)鍵工作是管段連接件的設(shè)置及調(diào)整管段與管件、閥門的位置關(guān)系，從而最大程度的減少非標(biāo)準(zhǔn)管段的數(shù)量（如圖5、6 所示）。

圖5 風(fēng)管管段的裝配圖

圖6 風(fēng)管管段及管件的下料單

在進行加工時，首先需要對接生產(chǎn)廠家收集相關(guān)預(yù)制段的生產(chǎn)數(shù)據(jù)如標(biāo)準(zhǔn)節(jié)長度、最短節(jié)長度、最長節(jié)長度、連接形式等。對接完成之后，將模型中非預(yù)制構(gòu)件模型替換為預(yù)制構(gòu)件模型庫中的構(gòu)件。設(shè)置預(yù)制分段連接件，調(diào)整管段的位置關(guān)系以減少非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。再對預(yù)制管段及管件進行編碼，編碼可根據(jù)現(xiàn)場實際情況而定，一般由區(qū)域代碼、系統(tǒng)代碼、順序號等組成。最后按照約定的樣式導(dǎo)出下料單及裝配圖紙，完成內(nèi)部審批手續(xù)提交廠家進行相應(yīng)生產(chǎn)。

3.3 現(xiàn)場施工階段

預(yù)制構(gòu)件安裝前通過執(zhí)行技術(shù)交底制度，明確裝配圖及預(yù)制構(gòu)件上各標(biāo)識編碼的含義，區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)段與非標(biāo)段的安裝位置。每組預(yù)制管段的起點安裝位置及標(biāo)高應(yīng)在作業(yè)現(xiàn)場進行標(biāo)識。管線安裝過程中還應(yīng)對管線的安裝偏差情況進行動態(tài)控制，施工過程中通過圖紙、全景照片、全景視頻、三維模型等方式復(fù)核管線的安裝情況。此外還可以探索三維掃描技術(shù)、機器人全站儀、MR 混合現(xiàn)實技術(shù)對安裝過程進行動態(tài)復(fù)核。（圖7、8）

圖7 技術(shù)交底

圖8 管線安裝模型

4 結(jié)論

通過BIM技術(shù)對重慶軌道交通六號線支線二期機電管線工程進行優(yōu)化，能夠有效的避免機電管線施工中的裝配誤差。利用BIM技術(shù)可視化的特點對結(jié)構(gòu)尺寸和預(yù)制構(gòu)件尺寸進行復(fù)測，可將預(yù)制構(gòu)件的幾何尺寸誤差及土建結(jié)構(gòu)的施工誤差值控制20mm 內(nèi)；利用BIM技術(shù)數(shù)據(jù)化參數(shù)化的特點，對預(yù)制管段的可調(diào)節(jié)段進行參數(shù)修正，可以控制100mm 范圍內(nèi)水平或垂直段的累計裝配差誤。此外，利用BIM將工程數(shù)據(jù)與預(yù)制生產(chǎn)相結(jié)合，能夠大幅提高工程的預(yù)制率，其中風(fēng)管的綜合預(yù)制率可達到96.5%；綜合支吊架的綜合預(yù)制率可達到100%；水管、橋架在相關(guān)機房中綜合預(yù)制率可達到90%。利用BIM技術(shù)對機電管線工程進行指導(dǎo)，能夠提升工程質(zhì)量、縮短施工周期、改善作業(yè)條件及環(huán)境、減少事故隱患、降低材料損耗。