BIM建模技术在套管精准预埋施工中的应用

庄恢凰

（广东省工业设备安装有限公司 广州510220）

0 引言

以往的穿楼板套管安装方法一种是在土建浇倒混凝土时预留安装套管所需的孔洞，日后管线系统和套管再一起安装，此安装方式安装管线及套管后需二次封堵套管外部与楼板之间的缝隙，施工工序多，耗费人工多，且二次封堵的套管外部缝隙还存在容易渗漏的弊端。还有一种方法是在浇筑楼板时直接预埋套管，采用这种方法时，工人套管测量过程中参考的坐标为土建模板的坐标数据，土建模板坐标数据偏差较大，不符合机电安装的精度要求，固定过程繁琐而且不易控制，容易出现套管中心不对中，一旦封堵完成，若有偏差只能打掉重新来安装，费时费工［1-3］。

为解决套管预埋安装过程中存在的缺陷，开展了科技创新，组建科研小组进行专项技术研发，取得了“基于BIM 建模的套管精准预埋施工技术”研究成果，该成果经广东省建筑业协会组织的科技成果鉴定达到国内先进技术水平。

1 工程概况

某综合楼位于广州市越秀区，总建筑面积约4.5万m2，为高端办公楼项目。本工程套管数量多，套管分布零散，套管所属的系统多，按单个系统分开单独预埋容易出现占用其他系统套管位置的情况。业主为提高防水效果，要求所有套管均需一次预埋于混凝土结构中，且要求安装后的管道需居于套管正中，确保观感良好。因套管需一次预埋于混凝土中，为保证管道的竖直度和管道在套管中的居中度，故预埋套管的精度需特别高才能满足要求。

2 工艺原理

⑴BIM建模综合管线布置原理:设计院在绘制图纸的过程中，电气、暖通、给排水、智能化等各个专业的管线会不可避免地出现碰撞。施工前先通过REVIT软件对施工图纸进行模型构建，利用其可模拟化、可视化的优点，依据规范对发现的管线碰撞进行碰撞调整，并利用magicad统计出软件生成的套管规格、坐标等［4-6］。

⑵套管精准预埋原理:利用全站仪的精准放样功能，结合已经构建的综合管线模型，将每个需预埋的套管坐标在辅助放样装置的帮助下精准放样，然后使用辅助固定装置进行套管固定。

3 施工工艺流程及操作要点

3.1 施工工艺流程

施工工艺流程如图1所示。

3.2 操作要点

3.2.1 施工准备

施工前先进行各项准备工作，注意全站仪等仪器已经校验合格并处于有效期内，各类特殊工种人员（如焊工）资质有效。

图1 工艺流程Fig.1 Process Flow Chart

3.2.2 BIM模型构建

依据设计院提供的土建、机电等专业CAD 底图，利用REVIT软件依次构建各专业模型。

3.2.3 碰撞检查

对施工图纸进行模型构建后，利用其可模拟化、可视化的优点，依据规范对发现的管线碰撞进行碰撞调整，使之符合规范要求及观感要求。综合管线布置完成后利用Navisworks 进行漫游检查，对不符合观感要求及标高要求的管道进行修改［7］。

3.2.4 套管规格、坐标统计

碰撞消除后，根据已构建完成的模型，利用magicad 自动生成套管。根据生成的套管统计套管规格及坐标等参数，如表1所示。

表1 套管规格及坐标Tab.1 Casing Specification and Coordinate

3.2.5 辅助放样装置预制［8］

为保证放样精度和降低放样难度，设计制作出一种辅助放样装置（见图2）进行放样，本装置已取得实用新型专利。辅助放样装置由以下几部分组成:

⑴尺寸与全站仪棱镜三脚架竖直杠相匹配的内铁环（三脚架竖直杠刚好可以从环内穿过）。

⑵尺寸与套管内壁相匹配的外铁环（外铁环刚好可以放进需预埋的套管内）。

⑶连接内、外环的连杆。

⑷3根沿外铁环均匀竖直布置的带尖头座脚，尖头可以通过敲击使座脚固定在模板上。图2为辅助放样装置示意图及实物。

图2 辅助放样装置示意图及实物Fig.2 Schematic Diagram and Physical Picture of Auxiliary Positioning Device

3.2.6 套管坐标放样［9，10］

⑴站点选择:利用全站仪的精准放样功能，将每个通过BIM 建模确定了坐标的套管坐标精准放样于楼板板面。在楼板板面模板安装好后进行套管坐标放样工作，放样设备为全站仪。放样过程中，为减少累积误差，同一楼层或同一板面使用1 个共同的参照点作为测站基点进行放样。不同楼层板面的测站基点宜为同一铅垂线上的点，测站基点、后视点的选择应依据楼栋整体结构进行综合选择，选择原则为视野宽阔、容易架设设备。

⑵设站及定向:为方便放样作业，放样工作在土建单位支好模板后且套管位置未扎钢筋前进行。放样前先对设备进行整平，输入测站点坐标、仪高完成测站点设置，输入后视点坐标确认方位角后完成后视点设置。完成设备方位设置后直接测量一下后视点坐标，作为校核，检查无误后方可进行坐标放样。

⑶放样:测量准备工作完成后，输入待放样点坐标参数及棱镜高后，调整dHR 为0，指挥棱镜使dHD=0，测出带放样点。在此过程中，为使测出的套管坐标准确定位在模板上，棱镜三脚架上的竖直杠需穿过上述辅助放样装置的内铁环，注意选用的辅助装置规格需与待预埋的套管规格相匹配。放样过程中，辅助定位装置内铁环套住棱镜三脚架的竖直杠随棱镜三脚架的移动而移动。图3 为放样现场，图4 为辅助放样装置配合全站仪使用。

⑷坐标标记:放样完成后，把辅助放样装置的3 个带尖头的座脚均匀敲入模板，使辅助放样装置固定在模板上，然后竖直拿走棱镜的三脚架。完成上述工作后，拿出1 个与待预埋套管相同规格的套管套进辅助定位装置内，使用油性的大头笔在模板上沿着套管底部画出1个圈，该圈就是待预埋套管的平面尺寸。拔出辅助放样装置，依次在模板上放出各个套管点位。

图3 现场放样Fig.3 Positioning Picture

图4 辅助放样装置配合全站仪使用Fig.4 The Lofting Device Used in Conjunction with the Total Station

3.2.7 辅助固定装置预制

设计制作出一种辅助固定装置进行套管固定。为保证套管固定的精度和速度，制作出一种辅助固定装置进行套管固定，如图5所示，辅助固定装置有两大部分:

⑴尺寸与待固定套管外壁相匹配的铁环（套管可以刚好穿过铁环）。

⑵与铁环在同一平面且沿铁环四周均匀布置的3根固定铁杠。

图5 辅助固定装置示意图及实物Fig.5 Schematic Diagram and Physical Picture of Casing Auxiliary Fixing Device

3.2.8 套管预制

根据统计的套管规格对需预埋的套管进行预制。

3.2.9 套管安装

⑴待预埋套管放置于已定位的坐标上:土建单位完成待预埋套管位置的钢筋绑扎后，把待预埋套管精确放置在放样标记好的模板的圆圈上，若套管安装位置有钢筋阻碍，可通过敲打钢筋适当调整钢筋位置，使套管能平稳放置于模板上。

⑵安装辅助固定装置:把待预埋套管放置于已定位的坐标上后，把辅助固定装置穿过套管并套住待预埋套管后，再把辅助固定装置紧贴在已绑扎好的钢筋上表面。

⑶检查套管水平度及垂直度:用水平尺检查套管垂直度与水平度，观察套管水平度与垂直度是否符合要求。

⑷套管焊接固定:先把套管与辅助固定装置电焊焊接牢固，然后把辅助固定装置3 根固定铁杆依次与绑扎好的固定铁杆焊接牢固，完成套管的固定工作，如图6所示。

3.2.10 套管坐标复验

图6 辅助固定装置与钢筋焊接连接Fig.6 The Auxiliary Positioning Device Welded to the Steel Bar

套管安装固定完成后，使用全站仪复验1 次套管坐标，判断套管精度是否符合要求。若经复验的套管坐标精度误差大于5 mm，判定套管安装不合格，应重新进行定位安装；若经复验的套管坐标精度误差小于5 mm，判定套管安装合格。

3.2.11 记录验收

经复验的套管精度符合要求后，组织套管验收工作。验收套管过程中需记录套管坐标、套管规格、套管精度等指标，方便日后复查。

4 结语

“BIM建模技术在套管精准预埋施工中的应用”解决了传统套管预埋安装中存在的缺陷，该技术具有以下优势:

⑴适用范围广，适用于所有机电工程需预埋楼板套管的安装工程。机电安装过程中均有大量管线需穿越楼板，需要预埋大量的套管。

⑵施工效率高，大幅度提高了套管预埋精度。采用全站仪进行精确放样，大幅提高套管安装坐标精度，避免日后返工，节省大量人工和材料。

⑶降低施工成本。施工过程中套管直接预埋在混凝土中，省去预留孔洞再安装套管时需要的二次封堵工作，减少了施工工序，同时降低施工成本。

本施工技术已经在多个工程中得到了成功应用，在确保质量、工期和节约成本等方面获得了可喜的经济和社会效益。该技术可为今后的套管精准预埋施工提供有效的技术支持。