浅析BIM技术与管线装配式安装的结合应用

李姝睿

（深圳市天健坪山建设工程有限公司，广东 深圳 518000）

0 引言

目前，城市地下综合管廊建设呈现出快速发展趋势。由于地下综合管廊内断面形式多样、空间有限，且机电管线数量多、尺寸大，支架多、管线排布密集，管线就位及焊接施工难度大。特别是管廊内管道下管、竖向提升、安装及就位都是地下综合管廊内机电安装的难点，目前还没有较好的解决方法[1]。随着建筑装配化技术的发展，建设行业的精细建造是大势所趋，粗放式施工将被集约化、流水线化的施工所取代。大部分管廊装配式研究集中在管廊土建施工环节，安装过程中利用BIM技术指导管道装配式施工的研究还不够深入[2]。本文就BIM技术与管线装配式安装的结合应用进行分析。

1 项目概况

该项目属于深圳市坪山区支线管廊工程，沿金辉路布置，北起坪山大道（深汕公路），南至临惠路，全长约2.6km。主要施工内容包括管廊主体工程、入廊管网工程、围护结构工程、交通疏解工程、道路恢复工程、管线迁改工程、绿化工程等。

该项目综合管廊布置在道路西侧，分为两舱和三舱两种断面形式。两舱：分别为天然气舱和电力给水通信综合舱（综合舱）。收纳10kV、DN600给水管、DN400中水管、DN300 直饮水管（预留）及通信线缆。三舱：分别为天然气舱、电力给水通信综合舱（综合舱）和热力舱，综合舱内收纳10kV、DN600给水管、DN400中水管、DN300直饮水管（预留）及通信线缆。综合管廊断面结构如图1所示。

图1 综合管廊断面结构

2 基于BIM技术的管线装配式施工案例分析

2.1 参数化或半参数化建模方法

该项目为线性工程，为保证装配式安装的准确性，将项目所涉及的中水、给水、电力、通信、燃气等多类管线、管道附件、附属支墩支架等进行三维空间上的合理布设。上述内容，大部分BIM建模软件无法进行自动识别或完成，同时，模型精度要求较高，内容相对重复，仅凭人力逐个进行布设和对准效率较低。

因此，采取参数化或半参数化建模方式，可以有效解决该问题。参数化建模应用，一方面，对有规律可寻的标准段建模，如支架、水泥墩等根据管廊中心线等三维空间和约束条件、布设条件进行参数化快速对点布设创建。另一方面，参数化体现在管道安装相关构件尺寸的参变设置。半参数化建模应用，指在涉铁、穿重要管线、支线引出、通道、人孔、吊装口等非标准段，需要一半进行参变设置一半进行手动修改。目前装配式和BIM参数化建模多利用REVIT、犀牛等传统建模软件，搭配DYNAMO、GRASSHOPPER等开源可视化编程插件的技术路径，对工程人员编写代码能力要求较低，具有实用性较高，编写脚本直观，可视化等特点。经实践证明，该方法在同类项目中可以提升60%以上的建模效率。

2.2 全要素三维模型搭建

利用BIM技术按综合管廊施工图纸搭建建筑、结构及机电各专业模型和细部模型，解决在三维视图中存在的几何碰撞和复杂管线节点管综优化排布问题[3]。根据最终创建的全专业BIM模型，确定施工顺序和各专业管线的施工方案；进行预留洞口套管预埋件等的预留预埋出图，提高土建预留预埋准确性，减少后期因结构问题导致的管线安装不便。

在三维建模过程中，将根据二维各专业图纸搭建的模型快速汇聚在一起，不再完全依赖工程师的空间想象，解决传统图纸会审中无法发现的问题。管廊工程中发现的最主要问题，如不同专业管线及结构构筑物的碰撞约占三维审查发现问题的55%，预留预埋位置不正确问题约占三维审查的45%，三维审查便捷度高，周期更短，因此产生的图纸变更和签证问题相较传统项目有了明显减少。管廊部分节点BIM全专业模型见图2所示。

图2 管廊部分节点BIM全专业模型

2.3 装配式划分

安装阶段前，应用BIM技术将舱内给排水、暖通、电气、燃气等系统进行管线管段装配式划分，进行合理的深化和出图，使大部分管线的焊接、安装等工作在工厂内完成，最大限度减少地下管廊有限空间下的焊接和人员作业。尤其是支线引出端、交叉口、通风口等涉及到预埋件、设备等较多的地方，要针对性地从BIM模型直接进行1∶1出图，提高安装准确性。同时，必须对设备管线的运输环节、预制现场、现场组装、设备吊装及吊装投料口等条件进行考虑，现场施工过程中经常会由于未考虑运输车辆限高，导致无法投料等问题。

2.4 预制化生产

管线预制化生产分为两类：一类是风管、桥架等异形构件和给水、排水、支墩及支吊架等进行工厂预制化生产；另一类是管线分段划分后，在地面进行组装和焊接，然后按管段运输到管廊内安装[4]。对于风管、桥架等异型构件在工厂预制具有节省空间，减少污染和噪声的特点。对异型构件、弯头、直线管段，各管廊内所需支座、支墩及支吊架等，进行二次设计整合出加工图，将部分支墩拆分为PC构件，进行预制生产，减小生产误差；利用二维码实现构件在分批预制加工、运输及拼装的信息可追踪，高效管理。对于重点构件部位加入增强二维码将拼装图和技术资料加以体现，工厂根据项目部构件清单、任务书和施工图利用一体化数控加工设备进行加工，保证构件及管线与模型一致。管线支墩支架BIM预制出图见图3所示。

图3 管线支墩支架BIM预制出图

2.5 装配式施工

由于管廊为线性结构，按施工作业面对施工段进行划分，工厂根据施工先后顺序制定运输方案。管线等构件到达现场后材料人员扫码验货，按区域通过吊装口运送到管廊内部。管道等沉重物料经过吊装演算和吊装模拟，通过投料口进入管廊内，先到廊内的接收装置，利用两台电动葫芦进行提升和对位，利用现场制作的经过承重能力复合的机动或手动小车运送到各个安装点，进行人工焊接或借助机械对口安装。

在空间小同时管线复杂的位置等，要把提前在工厂内调试好的管段和设备进行有序安装，从技术和管理手段，最大限度减少在廊内密闭狭小空间施工。施工过程中和施工完毕后的检查均通过BIM数据平台进行数据留底，确保现场安装与BIM竣工模型一致。在预制场地提前进行一次或多次组装和预安装可以大大提高现场安装一次合格率。但预制场地和施工现场环境与安装高度等具有一定误差，在综合管廊等管线安装半径较大的应用场景中，一旦连接件等误差较大则需要现场调整，代价较高，需引起重视。

2.6 土建主体的准确性

土建主体结果准确性对管线装配式安装影响较大，利用三维激光扫描设备，进行内部结构扫描，并利用软件导出点云数据进行逆向建模，完成三维现状核对，模型存档，进行对比分析。另外要在土建初期利用BIM技术对预留预埋和洞口进行精准定位，这无疑提高了施工阶段BIM全专业工作量和重要性。对现场结构进行实测实量复核，必要时对机电各专业模型进行二次修改，以满足土建施工条件。

2.7 智慧管理平台

BIM智慧管理平台作为施工阶段生产管理和数据的中台，可以有效地对进度和质量进行把控，主要应用包括：BIM软硬件的交互，设计、施工、运维阶段的设备管线安装及运维复核；BIM深化设计二维码生成和构件追踪；进行全部构件的信息汇总和维护；安装的中后期随材料入场进展，进行厂家数据的维护和录入；记录装配式施工过程中数据，方便维护竣工模型。管廊项目BIM智慧管理平台见图4所示。

图4 管廊项目BIM智慧管理平台

2.8 运维准备

因管廊后期运维要求较高，故利用BIM竣工模型和拆分模型进行各专业的运维准备和指导具有重要意义。应用AR、VR可视化技术，对全专业管线进行数字孪生可视化运维具有重要意义。装配式管线和设备的安装在施工阶段提供了大量的数字资料和数字资产，当后期运维过程中需要维护或换配件时，可以利用设备、管线附件等上的二维码等标志调取安装阶段资料，快速了解材料的非几何属性和几何信息，大大降低运维阶段资料的获取成本，搭配较好的运维平台，可使运维工作更加便捷。综合管廊内的运维机器人搭载AI识别摄像头并充分利用竣工阶段BIM模型，可以快速识别渗漏，并具有温度、气体监测等功能。

3 结束语

综上所述，在保证项目工期和质量的条件下，利用BIM技术指导装配式管线施工，一方面是因为管廊项目线性狭长和空间狭小；另一方面利用先进的预制生产技术，具有缩减工期和减少人工的经济性优势。总体上看，该项目应用BIM技术解决土建机电碰撞问题20余处，廊内施工整体人员和交叉作业减少，施工顺畅。实践证明，管线的装配式安装与BIM技术相结合是复杂机房和管线较多较密集的项目或节点的较好解决方案。但其仍然存在前期技术投入大，复核周期长，前期BIM人员投入大等问题。