一種基于BIM 的通行線路管道應用研究

何慶新

（廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，廣西 南寧 53001）

0 引言

現(xiàn)代高級酒店的配套設(shè)施已經(jīng)逐漸普及，其中恒溫游泳池和SPA 水療中心作為主要的功能區(qū)域，對于水暖管道的安裝質(zhì)量提出了更高的要求。然而，水暖管道“跑冒滴漏”已成為此類項目的質(zhì)量通病問題。為了解決水暖管道安裝牢固性、密閉性和耐久性等問題，必須充分量化分析原因，進行優(yōu)化設(shè)計，并實驗測試管道和支架，提高水暖管道的質(zhì)量和可靠性[1]。本研究嘗試利用建筑信息模型（BIM）技術(shù)，實現(xiàn)管道通行線路的數(shù)字化建模與設(shè)計，研究出一種建筑水暖通行線路管道的穩(wěn)固技術(shù)。

1 工程案例

珠海市萬悅酒店二樓SPA 水療中心裝修工程，建筑面積約為1400 m2。施工承包方為珠海市建安建筑裝飾工程有限公司。項目于2019 年12 月12 日完成竣工驗收。

2 設(shè)計與施工中的問題

在建筑系統(tǒng)工程中，通行線路管道是復雜專業(yè)系統(tǒng)，其設(shè)計及施工難度較大。傳統(tǒng)的手工紙質(zhì)圖紙設(shè)計模式是二維特征性表達，較難在三維空間中全面處理管道系統(tǒng)與建筑其他系統(tǒng)的三維空間關(guān)系。這導致一系列建設(shè)工作效率低下且容易出現(xiàn)錯誤，給后續(xù)管道設(shè)計、施工和物業(yè)維護帶來不小的困難。主要表現(xiàn)為：通行線路管道的建模缺乏標準化的參數(shù)和規(guī)范，施工效率仍然有待提高，數(shù)據(jù)協(xié)同性不強，只能采用低效率的現(xiàn)場定制預制施工模式，難于提高工作效率。

通行線路管道系統(tǒng)中，活動支架被用于與通行管道連接固定?；顒又Ъ芏嗖捎每烧{(diào)式支架，其作用是可以在確定范圍內(nèi)調(diào)整，以適應管道變形，保證管道的長期穩(wěn)定性。然而傳統(tǒng)的可調(diào)式支架主要采用接頭連接和法蘭連接，密封性和承載力存在差異，容易導致漏水或管道松動問題。此外，在不同溫度流體通行管道過程中，還會出現(xiàn)水錘作用，這會導致管道震動，加劇破壞管道連接部位密閉性，甚至影響周圍設(shè)備的正常使用。

3 解決問題思路

項目經(jīng)理組織成立施工圖BIM 技術(shù)優(yōu)化小組、現(xiàn)場施工小組、驗收觀測小組。第一步進行管道施工圖revit 軟件建模工作，利用流體模擬軟件NextLimit RealFlow 模擬溫水在管道中運行，計算機模擬找出管道系統(tǒng)中易于產(chǎn)生水錘作用的區(qū)域。第二步重新設(shè)計該區(qū)域管道固定施工圖。第三步現(xiàn)場小組根據(jù)新設(shè)計的管道固定施工圖進行施工，并進行多次多種固定方式安裝。第四步驗收觀測小組對多次多種固定方式安裝進行系統(tǒng)化觀測收集數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)水錘作用最小的固定安裝模式。進而反饋施工小組，由施工小組完成施工圖變更手續(xù)，付諸實施。

4 技術(shù)路線

將基于BIM 技術(shù)實現(xiàn)通行線路管道的數(shù)字化建模和設(shè)計，旨在提高設(shè)計及施工質(zhì)量和效率。該方案技術(shù)路線[2，3]如下：

4.1 資料收集

首先需要準備現(xiàn)場的資料，包括但不限于建筑物全貌、材料配件、構(gòu)造結(jié)構(gòu)、尺寸和施工圖等。然后根據(jù)資料進行分類整理，并與管道BIM 模型進行對比和校驗。

4.2 構(gòu)建BIM 模型

根據(jù)實際情況和收集的資料，搭建完整的BIM建模環(huán)境，以管道為主要對象，將其三維建模，并確定其空間位置、尺寸和管徑等重要參數(shù)，并修改原BIM數(shù)據(jù)樣板制作此項目標準樣板，在此基礎(chǔ)上制作通行線路管道應用模型。

4.3 數(shù)據(jù)應用

通過BIM 技術(shù)軟件監(jiān)視應用數(shù)據(jù)，對模型與實際工程進行驗證，提高模型的模擬精度與準確性，并進行數(shù)據(jù)共享和協(xié)同管理。

4.4 施工協(xié)調(diào)

在BIM 數(shù)據(jù)環(huán)境下，對通行線路管道進行精確定位和施工進度管控，并對多個施工階段進行協(xié)調(diào)，以保證施工效率和工作質(zhì)量。

4.5 管道配件定制

利用BIM 技術(shù)，結(jié)合單體施工控制系統(tǒng)，將管道配件訂單信息與BIM 數(shù)據(jù)結(jié)合，制定配件的規(guī)格和數(shù)量，并利用BIM 精確化尺寸數(shù)據(jù)進行工廠化定制預制生產(chǎn)。

5 新型可調(diào)活動支架研究成果

圖1 為管路和安裝支架圖示連接結(jié)構(gòu)。所述安裝支架呈“∏”形，具體的，安裝支架包括兩根立柱和一根橫擔，橫擔位于兩根立柱的上方且與立柱固定連接，橫擔的頂部固定設(shè)有若干安裝塊，安裝塊頂部開設(shè)有管槽，管槽的截面形狀為G 形，所述管槽表面圓周均勻設(shè)有若干可調(diào)托架。

圖2 為該連接結(jié)構(gòu)包括主管路上末端開設(shè)有的第一連接部和連接管路末端上設(shè)有的第二連接部，該第一連接部的內(nèi)徑大于主管路的內(nèi)徑。

圖2 第一、二連接部

圖3 為通行線路管道中纖維芯層和強度增加層的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3 管道中纖維芯層和強度增加層

6 BIM 數(shù)據(jù)成果

采用BIM 技術(shù)實現(xiàn)通行線路管道的數(shù)字化建模和設(shè)計。利用BIM 三維模型（圖4）提供的高精度尺寸數(shù)據(jù)，保證了施工質(zhì)量，提高建設(shè)工作效率，還兼具統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理，重構(gòu)行業(yè)標準等多方面成效。

圖4 通行管道區(qū)域BIM 綜合排布管道

（1）在BIM 模型建造和驗證方面，基于BIM 技術(shù)通行線路管道樣板數(shù)據(jù)，利用BIM 技術(shù)創(chuàng)建模型。將模型過程中設(shè)置的管形、管徑、斜率、坡度等布置參數(shù)進行分離，從而規(guī)范了設(shè)計和施工中的重要參數(shù)。

學校培養(yǎng)的人才要能服務于社會，與企業(yè)崗位需求接軌。由于校內(nèi)的專任教師大部分都缺乏實戰(zhàn)經(jīng)驗，對于課程的教學是非常不利的。因此我們組織教師下到合作企業(yè)進行頂崗實習，提高實戰(zhàn)能力；指導學生參與企業(yè)真實項目的部分實訓，感受企業(yè)崗位能力的要求；企業(yè)導師參與指導學生的創(chuàng)業(yè)項目執(zhí)行，提高學生的學習興趣，增強自信心，有效的實現(xiàn)理論和實踐的對接。

（2）通過BIM 技術(shù)，實現(xiàn)了通行線路管道設(shè)計與現(xiàn)場施工的信息協(xié)同與共享。施工過程的數(shù)據(jù)實時更新，為指導施工提供實時坐標與重要參數(shù)數(shù)據(jù)，提高了施工效率。

（3）在BIM 模型建造過程，制定了一套規(guī)范，建立了管道參數(shù)標準化，使得管路的建模更為精確、便于管理和維護。

（4）在實際工地測試中，通過BIM 技術(shù)軟件，可以更方便地進行管道位置定位和各類管件尺寸和數(shù)量的計算，提高工程建設(shè)的施工質(zhì)量和效率。

7 施工安裝過程

7.1 安裝前準備工作

安裝前，建設(shè)方要求施工方選擇技術(shù)能力強、管理規(guī)范化、財務狀態(tài)佳的勞務公司進行勞務施工。建設(shè)方與施工方，施工方與勞務方都需要通過擬訂詳細的合同條款明確雙方的責任和義務。施工管理人員通過BIM 可視化對工人進行技術(shù)交底工作。施工管理人員加強對工人培訓，要求工人制作樣板工程的方式，來提高工人掌握新技術(shù)的能力。

施工方要提高管道和支架安裝質(zhì)量，關(guān)鍵在于施工圖設(shè)計環(huán)節(jié)。施工方利用好圖紙會審程序，通過BIM 技術(shù)模型數(shù)據(jù)審查施工圖中各種管線及支架等設(shè)備的各項參數(shù)，發(fā)現(xiàn)缺漏、錯誤、與其他構(gòu)件沖突等問題，及時報告，要求設(shè)計方進行修改。即便在施工過程中發(fā)現(xiàn)上述問題，也要積極和相關(guān)部門進行溝通解決，絕不可以擅自不按施工圖紙施工。

7.2 提高安裝精細化要求

按施工圖紙規(guī)格要求選擇材料。安裝中，新型可調(diào)活動支架可以依靠吊架、滑動卡架完成施工，但墻體不能作為活動支架的托架，當水暖管道穿過墻體，需要在距離兩側(cè)墻外1 m 設(shè)置兩個活動支架?？茖W控制支架的位置，剩余的管道長度不可以超過支架最大間距。這才能使轉(zhuǎn)角部位更加穩(wěn)定。新型可調(diào)活動支架安裝避免出現(xiàn)間距不均勻、部分管道薄弱等問題。

7.3 重視延長管道壽命問題

水暖管道滲漏及堵塞問題嚴重影響支架使用壽命。施工中必須對管道進行封口，做好有效的防滲漏措施，避免雜物堵塞管道，導致管道內(nèi)壁銹蝕。水暖管道系統(tǒng)中穿樓板的立管要套鋼管，防止地面積水滲入其他樓層，導致管道、支架銹蝕，嚴重影響支架使用壽命。水暖管道系統(tǒng)中的放水口要安裝在最低點，減少熱脹冷縮變形頻繁，影響管道、支架使用壽命。

8 實用新型技術(shù)效果分析

本實用新型技術(shù)創(chuàng)新一種建筑水暖通行線路管道的穩(wěn)固技術(shù)，具有以下性能效果：

8.1 加強管道支架的安全性

此新型可調(diào)活動支架固定支撐通行管道。相對于傳統(tǒng)支架而言，具有一定靈活性。管道在通行不同溫度流體時，新型可調(diào)活動支架能延伸變形，承受管道變形，保證管道運行安全性與穩(wěn)定性。

8.2 提高管道的密閉性

對傳統(tǒng)的管道連接方式進行改善。傳統(tǒng)管道連接多采用螺紋連接，這種連接方式不易拆裝維修，且多次拆裝有損螺紋壽命。本設(shè)計采用法蘭連接，便于拆裝，且第一連接部的內(nèi)壁和第二連接部的外壁均呈圓錐形，此設(shè)計的密封性較好，不易產(chǎn)生滲漏。

8.3 提高支架對管道的適應性

新型可調(diào)活動支架可適應不同直徑的管道，外套管與內(nèi)管間有柔性填充物，減震隔音。管道在晃動、震動條件下，彈簧與調(diào)節(jié)螺母能提供有效固定支撐。

通過對傳統(tǒng)的管道系統(tǒng)進行改善創(chuàng)新，管道系統(tǒng)密閉性提高30%；新型可調(diào)活動支架可以適應不同直徑的管道；管道在晃動、震動條件下，新型可調(diào)活動支架中彈簧與調(diào)節(jié)螺母的相互作用，提供有效固定支撐，消除“水錘”效應破壞；經(jīng)企業(yè)級專家論證鑒定，降低項目全壽命期成本23%，提高項目使用壽命25%。本技術(shù)已于2020 年11 月24 日獲實用新型專利證書《一種基于BIM 的通行線路管道》，專利號為：ZL202020314610.X。并報上一級部門進行技術(shù)經(jīng)濟鑒定。

9 BIM 數(shù)據(jù)技術(shù)效果分析

9.1 提高工程質(zhì)量

依托BIM 技術(shù)管道設(shè)備高精度數(shù)據(jù)，構(gòu)件工廠預制化生產(chǎn)得以實現(xiàn)。管道構(gòu)件工廠采用大型機械加工生產(chǎn)，構(gòu)件加工施工條件優(yōu)于傳統(tǒng)現(xiàn)場制作，提高了機械化程度，精度高，大大提升構(gòu)件產(chǎn)品質(zhì)量。此外，BIM 模型還能提供精確定位數(shù)據(jù)，提高管道安裝精度質(zhì)量。

9.2 縮短施工工期

BIM 技術(shù)管道設(shè)備數(shù)據(jù)要比傳統(tǒng)二維CAD 數(shù)據(jù)更為直觀。利用BIM 技術(shù)的三維可視化特性進行前期設(shè)計碰撞檢查，進而優(yōu)化管道設(shè)計，就能減少施工階段不必要返工，縮短施工工期。利用BIM 模型數(shù)據(jù)進行工廠化預制，現(xiàn)場安裝。這與傳統(tǒng)現(xiàn)場預制相比，生產(chǎn)效率更高，縮短施工工期。

9.3 減少材料不合理損耗

利用BIM 技術(shù)可優(yōu)化管線綜合排布，減少管道不必要的彎曲及支架使用的數(shù)量；高精度BIM 數(shù)據(jù)可減少材料損耗，還可提高機電安裝工作效率，減少不必要返工浪費。

10 結(jié)語

研究結(jié)果“一種通行線路管道的穩(wěn)固技術(shù)”作用在于：一方面新發(fā)明一種可調(diào)活動支架應用于工程項目，加強了管道的安全性、密閉性，提高了支架對管道的適應性，為管道設(shè)計帶來新形式，促進了建筑管道設(shè)備的發(fā)展。應用此活動支架的管道經(jīng)項目組聯(lián)合驗收，設(shè)備性能及各項精度指標均達到國標驗收標準要求，能解決水暖管道常見的“跑冒滴漏”的質(zhì)量通病，穩(wěn)固性能效果比傳統(tǒng)技術(shù)更耐用，更適應建筑水暖不同管徑應用需求[4]。此技術(shù)值得在大型高檔酒店、大型醫(yī)院、大型商場等建筑管道設(shè)備工程推廣使用。

另一方面為建筑設(shè)備項目管理提供新的思路和方法。運用BIM 技術(shù)研究方法，也能提高施工質(zhì)量和效率，并且達到節(jié)約材料和工期目的。隨著數(shù)字化建造技術(shù)快速發(fā)展，BIM 技術(shù)應用能大幅度提升建筑工程信息化和智能化水平，有助于推進我國建筑業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，這具有重要的推廣利用價值。