BIM技术在管道预制加工中的应用

杨诚，王伟，姜磊，马国梅，宁宏翔

（1.云南建投安装股份有限公司；2.云南工程建设总承包股份有限公司）

1 引言

工业制造中构件预制化程度大、生产效率高。相对而言，建筑行业产值逐年上涨，但效率有所下降。在提倡建筑行业信息化的今天，人们开始探索利用BIM技术提升建筑生产效率。将BIM技术与预制装配技术结合，能加强施工过程精细化管理，确保各专业人员相互协调，提高生产质量，还能起到节约资源保护环境的作用。因此，生产施工人员应加强BIM技术与预制装配技术的研究，以便于更好地应用到实践。

2 BIM技术

BIM技术在计算机辅助设计（CAD）等技术上发展而成，其是一种可建立三维可视化模型，并将所有建筑信息集成统一管理的技术。具有可视化、模拟性、协调性、优化性以及可出图性五大特点。可以运用在建筑项目可行性研究、设计、施工、运维、拆除等各个阶段，以达到提高效率，节约成本，缩短工期的效果。

近年来，BIM技术的发展和应用给机电安装行业带来不少机遇与挑战。很多单位开始利用BIM建模软件建立BIM模型，运用模型做管道综合优化，方便了施工过程；一些企业利用施工模拟软件模拟重要节点的施工工艺，及时发现了问题。当然，BIM技术也能满足管道预制加工的要求，找到合适的切入点和结合点就能发挥各自的价值。

3 管道预制加工

管道预制加工是指在施工现场外的某固定区域，进行管道设计，管道预制，然后将预制构配件送往现场进行安装和焊接。管道预制构件包括：预制管段、预制支架和预制管组。

预制加工流程主要如下：预制加工部门用BIM软件深化设计，将校核过的施工图导入预制加工软件，得到预制加工图及清单，按照质量标准并依据清单图纸预制构件；待构件运输至现场后，安装人员根据施工模型定位拼装。

4 BIM技术在管道预制的应用现状

Ghang Lee[1-2]在开发建筑领域产品信息建模软件的过程中对张配饰建设过程进行了建模 ；Babič[3]结合 BIM、RFID等技术，对产品的生产安装进行实时跟踪监控，实现设计生产信息集成，提高了生产安装的管理效率；何涛[4]指出管道预制管理信息系统能一定程度上实现管道的设计和生产的集成管理；胡振中[5]利用BIM技术，提出一种管道预制构件的自动深化设计的方法，突破了模型可视化、递进式参数化建模以及模型信息共享3个核心技术问题。

国外的预制装配技术经过几十年的实践与应用已十分成熟。比如日本的住宅工业化程度极高，在工厂进行的安装工程内容已＞95%，现场只有少量管道、设备的加工作业。在中国，民用建筑中土建、钢结构、玻璃幕墙预制化发展已取得不错的效果，相比之下管道预制加工还有很大差距。

5 BIM技术预制加工技术的优势和应用条件

传统的构件制作完全根据施工图纸和现场施工情况进行测量、划分、预制、运输、安装，此过程中存在计算统计过程繁琐、材料质量管理麻烦、施工人员制造水平有限等问题。图纸的精确性受到很大影响。BIM技术的使用则能很好解决上述问题，相对于二维图纸点线的图像表达方式，BIM技术以数字化的可视模型展示，结合实际物体的属性参数、空间关系，能在设计生成阶段起到精确控制的作用。

施工现场的预制加工模式往往存在诸多问题，包括占用场地，其他工种交叉干扰，工人生产制作效率低，所制作构件规格不统一等。采用BIM技术的预制生产是在固定场所标准化、流水化进行，生产过程不受场地、交叉施工等环境因素的影响，从而保证质量控制过程。制作好的沟槽管线连接操作简单，无需特殊技能要求，最大限度简化了施工技术难度，节约时间。

6 BIM技术在预制加工中的应用

传统的构件制作依据现场情况和施工平面图进行测量，划分等工作，制作过程要受到材料质量管理、工期延误，施工人员制造水平参差不齐的影响，图纸大体符合，但精度有待优化。目前机电安装中的冷冻机房、水泵房、消防泵房的水管安装主要采用卡箍连接，BIM软件建模依照内部建筑和参数设计，模型完全构件化的生产要求；模型数据录入、读取、传输方便，预制加工个阶段联系更加紧密，更能满足管道预制的需要；“BIM+”的思想为预制构件生产加工带来新的活力，加速预制生产模式的转变，例如BIM+互联网，BIM+二维码、BIM+RFID。

6.1 信息桥梁

在以往的过程中，人员操作与设计图纸变更等因素常常导致信息误解和丢失，信息读取与传递的准确性受到影响，增加了预制加工风险。预制加工目的是降低成本和提高效率，但当预制加工人员在校核图纸、统计信息上花费大量人员与时间，这将与目的背道而驰。

利用BIM技术的信息集成化，能从根本上保证预制加工信息准确传递。因为BIM技术的信息紧紧围绕模型储存，再加上可视化的特点，无论是从设计到制作、运输到安装，每一块构件的信息都可清楚表达。其次，BIM软件出的施工图纸通过规范的格式约束，导入进预制加工软件中，软件可迅速进行分段编号。图纸信息传递便利，也为预制图纸的生成、校核节约了很多人力、物力。

6.2 质量控制

在CAD图纸中，常用平面图配文字的方式表达构配件信息。工作人员通常在绘制好的图形边配以文字标注，通过标注文字查询设备材料表格，确定构件的型号、材质、安装位置，图像与信息联系性并不强。在图纸设计阶段，运用BIM技术提出解决方案，利用可视化和调整修改的便捷性，用BIM软件建模并深化设计，把碰撞部位及设计不合理问题找出，解决“错、漏、碰、缺”问题；调整各区域管线走向，管线标高及管件、阀门的位置等，优化整体管线布局，满足排布美观合理和方便安装检修的要求。如图1所示为某医院管道优化图。

图1 某医院管道优化图

在构件生产阶段，在预制件从预制施工图转化为实体的过程中，所需各项信息可轻松提取，包括尺寸、型号、材质，详细的各项参数将有效保证质量。CAD图纸在关节部位，关键节点的表现力不强，很多隐藏问题不能及时发现，导致预制构件计划与实际不符。BIM信息基于模型存储，BIM技术的精细化建模，让工作人员结合模拟环境，精确绘制图纸，通过用二维平面图结合三维立体图的方式提前发现问题，提高图纸精度，增加预制件的质量可靠性。

在运输阶段，BIM技术结合二维码（见图2）、RFID，实现信息化运输及管理，定时跟踪构件位置，完全掌握构件动态信息。

图2 BIM结合二维码图

在安装阶段，利用BIM信息库管理平台分类安置构配件，施工人员按编号选取构件施工，现场人员少，安装工序简单，材料需求明确，真正做到“多快好省”，降低了施工成本，提高了效率。

6.3 流程管理

预制加工流程管理是基于BIM模型和信息的管理，工作人员基于模型信息控制管理平台，将BIM模型建立到预制分段施工是层层联系，某一段环节疏漏都会影响预制安装施工，导致加工管道不能很好满足现场要求，造成人工和材料损失。基于模型的管理阶段包括：BIM各专业模型收集，BIM模型综合、BIM模型与现场模型对比、方案优化、BIM模型碰撞检测，模型结合预制加工要求调整，出预制加工图以及导出3D模型指导施工。

7 结语

综上所述，为适应建设行业发展需要，未来将会有更多BIM与预制加工结合的项目。将BIM技术应用于管道预制加工中，能在设计、生产，运输、安装阶段起到很好的效果。设计、生产、运输、安装，各环节层层联系，时间紧凑合理；各专业人员各司其职，发挥各自专业技能，构件质量有保障；施工现场人员工作强度降低，数量减少，人员费用降低。BIM技术的信息集成化很好地满足预制装配式产业的发展，良好的信息交互平台可兼容其他数据格式，实现不同技术件的交流与传递。在不久之后，BIM技术必将与其他技术结合，一起为管道预制加工而服务。