AUTOCAD软件在长输管道施工中的应用

任国强 大庆油田工程建设有限责任公司

AUTOCAD软件在长输管道施工中的应用

任国强 大庆油田工程建设有限责任公司

自2002年参建西气东输施工开始，为保证长输管道的施工质量，提高施工的技术可控性，简化施工流程，降低现场施工难度，在管沟开挖、数字化管道数据审核、弯头弯管放样、穿越设计等方面应用AUTOCAD系列软件。该软件在西气东输、西部管道、西二线、西三线、漠大管道、兰郑长管道等一系列工程中均起到技术指导作用，简化了施工程序，实现了施工由粗放式管理向精细设计、科学组织的转变。

AUTOCAD；管沟开挖；数字化；弯管放样；穿越施工

管道施工中，管沟开挖一般采用现场测量人员进行测定，控制埋深；弯头、弯管敷设采用现场放样，参照GB50369的规定，一般采取工兵法、坐标法、总偏角法进行放样，然后选择弯头、弯管的角度，现场工作量大，测量存在偏差。在2005年推行数字化管道后，经历了全站仪和RTK测量的方式，在竣工测量中存在偏差，矫正测量偏差、直观校核中线和管道敷设偏差是施工中的难点。在中小型穿越或者大型穿越过程中，如何确定管沟开挖方式和尺寸，确定穿越处的连接管段长度和弯头、弯管的位置，是穿越能否成功的关键。在十余年的施工中，利用AUTOCAD辅助进行施工设计，出色地完成了水网段管沟开挖设计、山区弯头测量、复杂的路河连穿设计、隧道穿越施工设计、大型河流穿越施工设计等方面的工作，经历过西气东输、西部管道等多个项目的检验，形成了“CAD模拟”的概念，达到了良好的应用效果。

1 选取AUTOCAD的理由

（1）工程特点的需要。长输管道施工无论是通过山区、水网、冻土等不同地区等级，还是不同地质条件，均会遇到复杂地质条件，穿跨越、管沟开挖、弯头弯管及弹性敷设定位、数字化数据采集等施工程序，这些工作的特点需要对数据进行精确计算和校对。对设计图纸的细化和优化，客观上也需要有效的技术手段进行任务分解和合理表达。例如某工程水网段，在20 km范围内有大小河渠124条，水塘7个。在施工中需要合理控制管道埋深，保证其符合设计及规范要求，同时，尽最大可能减少土方，客观上要求准确地设计管道线路走向，在施工中合理控制管沟开挖深度。伴随城市建设的扩展，原有管道敷设段的地区等级提升，迫切需要精确控制管道走向。

（2）计算方法改进的需要。在管道施工中，对管道转折处一般采取经验与计算相结合的做法，对弯头角度及数量的计算采取现场测量放样，这种做法有着速度慢，不能统一规划线路中弯头、弯管数量，并且对管道埋深控制不力等缺点。而计算机模拟，就是在计算机上完成管道现场放样、确定管道走向的工作，充分利用计算机的计算功能，减少现场工作量与计算量，以保证数据的准确性和传递的迅速性。在施工现场，可以完全根据模拟结果进行施工，减少施工中的偏差与变数。

（3）软件本身的特点。AUTOCAD软件是一款工程绘图软件，绘图及计算功能十分强大，在各行业的工程设计及工程图绘制中广泛采用，并具有可扩展性，在此基础上可以进行二次开发。使用其进行管道线路模拟，具有操作简便、精确直观及扩展性强等优点。

2 应用过程

2.1 工作流程

（1）现场测量地形地貌，得到地形参数。在这个步骤上，采用计算机模拟，与传统做法是一样的，只是要求测量精度高，能真实反映现场地形地貌，为下一步工作提供准确的参数。

（2）用AUTOCAD软件绘制地形图，主要是线路的纵断面图以及平面图。如果利用其扩展功能，只需要输入地形地貌的水平与竖直参数，就可以绘制出完全反映现实情况的地形剖面或平面图。

（3）在软件中制作弯头或弯管的构件图，以及线路弹性敷设的构件图。既然是进行模拟，就需要在AUTOCAD中制作出真实的构件，模拟现实。利用AUTOCAD软件强大的矢量制图及计算能力，可以轻易实现管道的旋转、位移、缩放等动作，比现场放样快速而准确。简单说，就是在计算机上作出弯头、弯管以及弹性敷设的模型，下一步在此基础上进行各部件安装。

（4）对构件图进行组合，保证埋深的前提下，在地形图中添加管道线路图，对于弹性敷设，绘制管道走向图，并将结果反馈给现场。

（5）在现场地上加工弯头、弯管、短节，对于弹性敷设，按照弹性敷设设计图进行管沟开挖和下沟。

（6）在穿越处安装弯头、弯管等管道构件，完成施工。

2.2 成果应用典型事例

2.2.1 西部管道北大河穿越设计

北大河两岸陡峭，埋深达到6.5 m，经过AUTOCAD软件模拟和计算，决定采取“围堰导流，整体预制，分段下沟”的施工方法，从而避免分段施工造成在河道内沟下连头，缩短了穿越施工时间。

通过使用AUTOCAD软件模拟，确定管道弹性敷设范围。经过计算，在除去西侧30 m宽导流渠占用河道外，通过60 m的弹性敷设段完全可以将东侧40 m范围内管沟下至沟底，同时压稳重块、回填，由此从理论上保证了方案的可行性。AUTOCAD软件模拟管道穿越施工的管道敷设曲线如图1所示。

图1 AUTOCAD软件模拟管道穿越施工的管道敷设曲线

2.2.2 水网连穿管道设计

对一些工程难点（主要是公路、灌溉渠等的连续穿越，在西气东输某处连续穿越多处公路、灌溉渠等），通过模拟，提前进行弯管以及短节加工，节约工期和成本，保证了穿越质量，如图2所示。

图2 某复杂穿越施工纵断面设计

3 数字化应用

使用AUTOCAD软件绘制竣工测量单线图，直观表现管道走向是否存在个别焊口数据不准确或标识错误。操作过程中可以直接导入引用电子表格中的数据，做到了界面直观，计算迅速。

在管道测量精确性方面，单纯通过两坐标之间的管长校核，不能发现全部的错误数据，通过上述的校核过程，可及时补充数据，保证数据的准确性。在西部管道施工中，因双管同沟敷设，如测量过程中焊口坐标误差达到1.5 m，在管道成形图中将产生两管重合或交叉。

通过西部管道、漠大线等工程应用，AUTOCAD软件作为一种辅助手段已必不可少，通过数据校核、走向判断、埋深表达等与Excel电子表格软件配合，为准确、完整地提供数据建立了基础。

4 结语

长输管道施工过程中，AUTOCAD的应用在进度控制、分段试压设计及走向优化等方面，均能起到相应的作用。通过疏勒河隧道、北大河、额木尔河试压断面设计和分析等工程应用，已充分证明了其良好的应用效果。在管道数字化、精确化整体趋势下，需要精确设计施工流程和过程，应用AUTOCAD等软件只是手段，为此提出了施工设计的概念，工程需要设计，施工更需要设计才能进一步降低成本、提高质量、保证安全，也是真正“优化”的具体实践。

（栏目主持 焦晓梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.9.040

任国强：高级工程师，1987年毕业于大庆石油学院石油矿场机械专业，2005年哈尔滨工业大学管理科学与工程硕士毕业，从事施工企业生产技术管理工作。

2015-08-04

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