BIM技术在核电站土建施工中的综合应用概述

宋大鹏

（中国核工业二四建设有限公司）

1 引言

华龙一号是我国自主设计研发具有完整知识产权的第三代106kW级压水堆核电技术，各项指标和技术性能已经达到了国际三代核电技术的先进水平，首次规划建设6台106kW三代核电机组，采用“华龙一号”融合技术，先进的单堆布置，双层安全壳结构。

2 BIM应用概述

漳州核电1号机组单堆底板为超大超厚多变截面筏板基础，钢筋体量大、型号多且预埋件、钢结构安装精度要求高，大体积混凝土灌浆浇筑施工工艺水平高。技术策划以施工方案为核心，在施工方案中详细策划了施工准备、总体思路及部署、主要施工方法、质量控制措施、安全防护措施、文明施工措施、环境保护措施、职业健康措施等[1]。1号机组筏基FCD结合BⅠM技术综合应用，严格控制施工组织措施，综合部署BⅠM技术应用。

影响核电工程建设工期的因素非常多，比如，质量、安全、成本、外部环境等。但是每一种影响因素对核电站建设的工期的影响程度与影响范围不一样。通过对核电站建设工程实际情况进行全面分析，了解核电站建设工期的影响因素，建立模型，整理出各因素对工期的具体影响，为华龙一号核电建设合理工期模型提供依据[2]。

1号机组超大超厚多变截面筏板基础工程包括反应堆厂房、电气厂房、核燃料厂房、安全厂房。反应堆厂房廊道标高为-16.50m～-12.00m，筏基标高为-12.00m～-9.55m/-7.95m，周边厂房共分为9段。由于核电钢筋设计规范、技术标准相对于非核行业存在很大的差异性，在钢筋工程专项应用中BⅠM数据要精细到每根钢筋的每个接头，自主创新开发一套与实体工程并行基于BⅠM技术的工程量统计、原材定尺采购，控制现场钢筋加工成本与损耗。

1号机组反应堆厂房筏基钢筋比较密集（见图1），基于二维平面图很难将钢筋绑扎与施工逻辑理解到位，钢套管穿插密集的钢筋笼施工极易碰撞。通过三维数字模型将钢筋逐层分解显示，仿真模拟主体钢筋上下层关系，可视化交底钢筋施工绑扎顺序，预测并解决施工过程中可能遇到的绑扎作业难题，基于三维模型共同商讨、提出解决思路。

图1 钢筋深化图

筏基预埋的钢衬里支架与钢衬里连接点是主要受力连接点之一，设计规范中钢筋排布技术要求与部分钢衬里支架存在碰撞冲突，使钢筋无法安装，由此将钢衬里支架模型重构进行冲突问题分析，与设计共同探讨并优化钢筋施工方案，在合理范围内调整钢筋避让措施实现一次性施工到位。

为确保内部结构换料水箱的吊装与安装顺利，利用BⅠM仿真模拟1号机组内部结构换料水箱不锈钢模块吊装、安装过程。通过“先试后建”，三维放样，提前将背肋及锚固钉位置进行三维定位，调整立筋，避开背肋及锚固钉位置（见图2），理论结合实际，解决施工过程中的预判问题。

图2 碰撞检测图

安全壳上部，人员闸门贯穿件洞口处加筋较多，竖向导管布置在反应堆厂房半径24.05m处，共7根需要避让，标高起于-6.65m，止于9.85m，高度共16.5m。环向导管布置在反应堆厂房半径24.45m处，共16根需要避让，预应力导管施工需要预留一定空间，将设计图纸上所反映的导管位置信息利用BⅠM三维深化模型进行准确表达（见图3），分析有限空间内预应力导管与其周边物项的施工逻辑。

图3 施工逻辑模拟图

在1号机组安全壳钢衬里，环形吊车牛腿是固定在反应堆厂房筒壁上的重要受力钢结构构件，环形吊车牛腿共45个，沿圆周分布，单体质量约2.8t，抗震等级为Ⅰ类。

环吊牛腿是用于支撑环形吊车的重要承载构件，属箱型焊接结构，焊缝等级为Ⅰ级。环吊牛腿结构复杂，拘束焊缝多、焊接量大，焊接变形控制难度大，部分焊缝焊接操作难度大，其结构尺寸及焊缝质量要求较高。在核电站运行期间，环吊牛腿不便于检测和维修，因此环吊牛腿在施工阶段的质量控制尤为重要。

反应堆厂房内部结构预埋件钢筋量为966t，近1000块预埋件，是典型的高低跨、大体积施工结构。随着工程进度的推进，利用三维数字模型技术碰撞检测出55处碰撞点，并根据设计反馈结果进行预埋件重构定位，二次确保预埋件施工图纸的准确性（见图4）。

图4 可视化安装分析图

综上，从漳州华龙一号1号机组FCD到内穹顶按期顺利吊装，利用BⅠM组织开展了一系列施工进度模拟、施工逻辑模拟，针对新技术、重大施工技术难点及复杂施工部位开展了技术方案论证、施工工艺模拟、过程动态演示等，多次通过BⅠM技术组织协调现场机械占位点和施工部门、施工、各项资源之间的相互关系，形成具有指导性的核电站土建施工阶段模拟建造演示视频（见图5）。

3 成效分析

通过BⅠM技术的不断推进，在BⅠM软件中已经植入多达200余种华龙一号核岛钢筋矢量图形，自主创新一套可完全替代传统CAD二维下料的方式和业务流程，为了满足自主化与LOD500精度需求，通过不断探索及检验，优化标准套筒、正反套筒、变径套筒、锚固块、正反丝头等百余个标准参数化单元库，匹配核电多项目管理系统内钢筋图形库，将钢筋属性字段写入BⅠM平台数据库中进行托管。利用BⅠM模型生成子项各个施工层段的钢筋排版图、钢筋剖面图，并且针对设计变更可实现快速修改，改善了传统的工作模式，综合效率提高了约5%，导出模型数据库，将BⅠM数据导入核电多项目管理系统，自动匹配识别数据，相比人工手动录入的方式，效率提高了约80%。

在1号机组土建高峰期，有20名技术员从事下料、图纸变更梳理、现场施工技术指导等工作，按平均工资水平0.5万/月，经验证，BⅠM全流程下料每月节省钢筋技术管理人工费2.92万元。钢筋材料用量偏差控制在1%以内，将钢筋废料余料率控制在2%以内，钢筋价格大约在0.38万元/t～0.39万元/t，节省钢筋材料费至少19万元。

据统计，在内部结构复杂的施工环境中，1号机组内部结构土建预埋件三维碰撞预警优化工期约7d，预计节约施工成本3.5万元。另一方面，在BⅠM三维可视化技术的支撑下，提前策划，优化资源，明确施工逻辑，对施工方案及浇筑方式进行反复研究讨论，按日制定施工进度计划，并针对潜在不确定因素制定多个预案，再一次利用实践证明了BⅠM技术在复杂施工环境中，对提高一次性施工合格率起到了至关重要的支撑作用。

4 总结

按照自主化思路以及华龙一号各规范要求，实现基于BⅠM的精准物项采购、构件加工、成本控制，同时将钢筋加工数据转换成二维制式，依据分层分段需求将主材数据一键推送至核电多项目管理系统，BⅠM与钢筋自动化加工设备的数据共享与交互得以应用，实现钢筋全流程数字化应用。

通过不断拓展应用，成功将BⅠM技术与核电项目工程管理进行融合，通过组建企业级BⅠM协同平台，搭建基于互联网集中存储的BⅠM工作空间，以施工模型为数据交互载体，为项目提供施工过程中的进度管理、成本管理、资源配置管理与协调，解决数据信息支持途径，提升沟通效率，实现了真正意义上的数字设计、数字加工，将数字化建造技术落到实处。为华龙一号批量化建设走向数字化之路迈出坚实步伐。

5 结语

核工业是高科技战略产业，是国家安全的重要基石，通过自主化BⅠM管理工具的开发与可视化应用，在1号机组内穹顶吊装前，进行了各种复杂施工区域BⅠM技术可视化应用，确保1号机组内穹顶按期吊装并精准就位，标志着该机组从土建施工阶段全面转入设备安装阶段。BⅠM技术与核电土建施工有效融合，综合辅助项目施工组织管理，通过BⅠM深化应用得到了设计等参建各方的充分肯定，为后续组建全生命周期的一整套“华龙一号”数字化管理平台打下坚实基础，为后续堆型固化、标准堆型推广、数字化核电站等提供了科学数据和信息化支持。