BIM技术在管线综合设计施工中的应用分析

周波波

摘要：核工程相关技术的不断成熟使得配套工程规模呈现明显增加的趋势，管道工程设计数量明显增加。在此背景下，需要不断优化管线综合设计，确保管道设计和使用效果最佳，推动我国核工程事业发展。本文围绕核工程管道设计，通过分析传统管线设计存在问题，研究BIM技术的应用优势，探讨管线在综合设计施工中的具体应用，旨在提升核工程管道设计水平，强化BIM技术应用效果，以供参考。

关键词：三维协同设计平台；核工程管道设计；管线综合设计；BIM技术

DOI：10.12433/zgkjtz.20232842

核工程管道较特殊，对于管道设计安全性以及严密性要求严苛。由于传统管道设计存在一定的弊端，开始将各种先进技术运用到管线综合设计中，而BIM技术就是其中一种。该技术会通过构建信息技术模型的方式，对管线综合设计情况进行三维模拟，具有明显的可视化以及可协调性等优势，可以减少管线交叉碰撞，优化管线布置效果，对核工程管道建设具有积极作用。

一、传统管线综合设计弊端

（一）容易出现错误问题

在进行传统管道综合布线设计过程中，会用到二维图纸，而施工技术人员在现场实践时，需要分析图纸，根据行业规范和施工标准要求，揣摩设计师意图，完成相应施工指导。在此过程中，需要与工人进行沟通交流，但信息传达流程相对较长，存在对图纸理解的偏差。二维图纸设计模式只能表达局部信息以及截面信息，无法详细展示整体管线搭建系统和走向等各项内容，容易出现错误。

（二）管线设计存在冲突

在进行综合管线设计过程中，传统设计主要以立面图和平面图的设计为主，会按照各项专业的具体要求进行相关内容的设计。由于各专业设计属于较为独立的状态，专业信息尚未没有形成有效融合，存在各项设计整体性不强的状况，而且，在进行设计和设计修改时，也没有形成有效统一，会对整体管线建设产生不良影响。

（三）多专业协同难度大

综合管线协调不仅需要进行各专业之间的协调，还要进行核工程整体统筹，整体管线设计较复杂，在进行管线布置过程中，可能出现多种冲突问题。同时，各专业之间处于独立设计和分工状态，整体协同难度相对较大，易出现信息缺失或交流滞后问题，导致图纸内容无法得到及时修改，不利于工程后续施工，影响施工进度和施工成本。

二、BIM技术应用优势分析

（一）设计内容更加形象

运用BIM技术进行数据协同模型建设，能将二维码图纸设计模式转变为三维模型，可以以更加真实的方式呈现工程设计内容，确保内容表现更加形象立体，信息内容更加丰富，便于他人理解。在利用该项技术进行设计交底过程中，可以更加直观地分析设计意图以及设计内容，确保施工人员和设计人员之间沟通的有效性，便于后续施工方案的设置和优化。同时，利用模型传播信息内容，避免出现理解差异问题，确保后续施工顺利实施。

（二）模拟施工可视化

利用该项技术进行建模操作可以直观呈现管线各项信息，帮助设计人员更好地处理标高设计以及管线排布等问题，提前发现管线、结构以及管线之间的碰撞情况，通过预演和虚拟漫游处理的方式，掌握管线走向和各项系统运转情况，确保及时发现设计问题，并做针对性调整。

模型建立后，各系统之间的数据会处于相互关联状态，及时处理单一的专业数据，其他相关专业数据信息也会随之修改，确保快速检测到碰撞部位，及时协调改进，防止出现盲点和遗漏点，保证最终设计质量。同时，通过模型分析的方式，优化综合管线排布情况，便于尽心后续检修，提高施工效率和施工质量，便于专业沟通，降低返工和设计变更概率。

（三）信息内容精准度高

在设计管线的过程中，可以利用模型获取和分析各部分数据信息，信息内容的准确程度相对较高，能准确完成信息标注，多方位换算参考，更好地开展工程建设。在后续工程施工过程中，施工人员能根据模型更加清晰地明确设计要点以及设计意图，整体工程施工具有指导性和把控性，有利于工程高质量建设。

三、BIM技术在核工程管道设计中的应用

（一）建设三维协同设计平台

BIM技术应用主要以模型建设为主，利用相应技术软件，通过输入工程相关数据的方式，完成仿真数据模型建设，并在模型中进行协同设计，通过构建三维协同设计平台的方法，开展各项设计操作。在建设协同设计平台的过程中，人员权限以及角色要按照项目层和平台层两部分内容进行设置，确保两部分内容处于相互独立的状态，防止出现职能管理人员误操作项目内部的状况，合理设置人员可操作范围以及管理权责等。

1.平台层设置

在进行平台层的人员角色设置过程中，要根据实际需要设置成员、超级管理人员以及管理人员等角色，按照相应级别的不同设置配套数据安全管理以及相关权责，确保拥有相对应的使用权限，避免因为权限不明而出现人员操作错误，出现重要资料丢失或被盗取等问题。

2.项目层设置

项目人员角色主要包括项目成员以及管理人员等，根据项目具体内容设置人员角色和成员内容，合理展开模型分组方案设计。专业负责人员和项目管理人员可以进行工作集配置和管线系统设置，将管线系统设计任务分配给特定项目成员的方式，确保项目顺利实施，设计建模工作得到高质量执行。项目管理系统设计人员要在协同平台中，以中心文件为核心开展设计建模操作，设置中心文件，保障数据信息安全。所有的模型修改以及各项操作内容需要同步到中心文件中，并根据调整内容及时修改模型，自动完成新模型的设置。同时，自动更新管线系统设计内容，通过利用平台具备的自动同步功能，确保设计模型内容同步，不出现设计成果丢失的问题。

（二）做好工作集设置分配

工作集主要负责建模任务图元和构件的放置，具有明显的私人属性。在利用工作集模式进行设计工作过程中，需要按照任务分工和管线系统分类的具体要求，在规定管线系统之内完成建模设计。如果存在管线系统发生冲突的问题，需要修改他人工作集图元内容，利用平台进行及时沟通，确保修改工作顺利完成。在进行工作集的建设过程中，要充分分析任务分工以及碰撞检测等内容，在保证建模效率和精准度的基础上，展开后续操作，按照整体建模规划内容，设置独立工作集。

（三）合理设置管线系统

核工程安装相对特殊，在利用该项技术进行管线设计过程中，按照核电站以及管道使用的特殊要求，合理设置管道，满足经济性、安全性以及可达性。在进行安全性的设计过程中，第一，做好管道辐射防护以及防火、防水淹等一系列的保护处理，在布置管道前，详细检查管道可能穿越的耐火极限以及辐射分区等，并按照调查结果进行管道布置。第二，确保多重系统部件之间的独立性，保证非平安重要物象和平安重要物象之间的独立。第三，做好空间隔离以及实体隔离处理，执行平安功能冗余管道布置隔离操作。第四，确保所有设备以及管道和管道支架的安装维修留有足够空间，通过设置必要设施的方式，为后续各项工作开展提供便捷，保证管道安装和检查维护工作开展顺利。第五，确定系统流程以及管道清单等各项细节内容的设计，做好零部件尺寸和具体位置等各项内容的设置，利用建模方式直观呈现各项设计内容，确定各项细节设置是否符合实际情况，及时调整存在问题的部分，保证整体设计的实用性和可靠性。

在进行支架设计过程中，第一，按照支吊架对管道有限位以及固定等功能，合理挑选标准零部件，确保吊支架得到有效应用。第二，按照管道数量和管道安装重量等各项内容，在了解各部分管道具体环境的基础上，通过建模处理的方式，反复对比和调整滑动支架和导向支架等各类型支架的具体使用方式，按照支架性能制定支架使用方案，合理设置支架类型和安装位置等。第三，按照管道技术参数内容确定支架最大间距，避免因管道荷载过应力的影响而出现位移。第四，合理控制间距，避免发生过大检应力或弯曲应力问题，影响管道后续运行。第五，需要通过建模的方式，模拟可能出现的各种情况，通过反复试验验证的方式，确定最佳间距和正确的支架设置方式，确保管道和支架设置等具体设计都达到最佳状态。第六，通过进行力学验算的方式，检验管道设计的合理性，利用建模技术验证检验结果，确保整体管道设计达到最佳水平。

（四）进行综合评审和漫游检测

通过进行模型剖切综合评审的方式，对三维模型进行层层剖切分析，明确管线系统设置是否合理，确定管线设置在各区域中需要注意的事项以及设计内容设置情况。利用技术具有的虚拟漫游检查功能，在软件中完成三维管线综合模型加载，从第一视角或第三视角等多角度入手，综合检测模型所处环境，反复验证各项细节，确保通过虚拟漫游检测的方式确定整体管线系统设计是否存在不当之处，及时调整细节。同时，以较直观的方式呈现各项设置内容，便于设计人员和施工人员进行查阅和理解，从而更好地落实设计内容。

（五）合理展开设计交底和施工管理

模型展示有助于更好地展开设计交底和施工管控工作。设计人员要对模型进行轻量化处理，确保所有参建单位通过安装相应软件的方式，在指定客户端进行登录和模型查看，根据具体需求，及时浏览和分析模型内容，以便更好地应用模型。同时，合理使用模型立体化以及三维可视化，将设计理念和设计各项细节以较立体化的方式呈现，更好地帮助施工团队理解，掌握施工细节和设计重点，确保通过较直观的理解方式消除彼此之间的沟通误会，确保高质量完成设计交底工作和施工管理工作。

（六）做好主管道安装细节设计

在进行主管道的安装设计过程中，借助BIM技术优势，做好以下各项细节设计：

第一，按照核工程的需要和特点，展开管道坡口、尺寸以及对口间隙等各项内容的检查，通过模型呈现的方式，便于技术人员开展工艺评定。

第二，检查管道水平度、中心线位置以及焊缝坡口根部的平行度，同时检查组对点焊和尺寸等，确定是否存在设计不足，及时调整模型中的参数，确保各项参数设置合理。

第三，分析工程施工过程中的所有焊接施工程序，确定充氩气保护具体应用方法，检验焊接施工工艺以及焊缝渗透等情况，做好预热设计和相关施工分析，确保焊接施工顺利进行。

第四，在完成主管道和反应堆容器、蒸汽发生器或主泵的接管对中后，展开中心位置以及管道水平度的检查，通过合理处理焊缝坡口，确保平行度满足标准需求。在设计过程中，充分分析焊接施工中的收缩量问题，在完成主管道的装配处理后，进行点焊施工，合理设计工程施工顺序，确保工程施工顺利。

BIM技术的引进有效克服了传统的平面综合方法中存在的不足，使传统的平面综合方法得到了很大程度上的转变，节省了大量的人力和物力。BIM技术具有可视化、协调、模拟优化、可出图等特征。在进行管线综合时，利用BIM业软件，将平面图表转换成3D立体模型，可以模拟施工过程，发现冲突地点，并协调管道布线。以某工程为实例，该工程所使用的主厂房为“一”字形布局，布局方式为东西向423m，北向103.8m，占地61377m2。建筑、结构专业是在Revit平台上，在上面完成建筑模型的制作，而其他的机电专业是通过Magi CAD绘制专业管道，由综合管线人员将建筑模型及各专业管路利用 Navisworks平台综合到一起，展开检查碰撞、预留孔洞、合理布线等工作。由于模型对真实对象的高度模拟，可以展现传统设计不清楚的地方。通过使用 Navisworks，可以全面检测管线之间、管线和土建之间的问题，以冲突检测报告中的冲突点为依据，在3D模型中快速定位冲突地点，看到冲突细节，维护冲突信息和冲突问题，在土建和设备施工之前，找出隐藏问题并予以及时解决。

四、结语

综上所述，核工程管道设计相对较复杂，且整体要求较严苛，所以需要进一步加大对管道设计工作的研究力度，结合以往管道设计存在的问题，制定可行的BIM技术应用方案，确保该项技术优势能在工程管道设计中发挥更大的作用，高质量完成管道综合设计，进而为核工程高质量应用奠定良好的基础。

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