任國(guó)強(qiáng) 大慶油田工程建設(shè)有限責(zé)任公司

AUTOCAD軟件在長(zhǎng)輸管道施工中的應(yīng)用

任國(guó)強(qiáng) 大慶油田工程建設(shè)有限責(zé)任公司

自2002年參建西氣東輸施工開(kāi)始，為保證長(zhǎng)輸管道的施工質(zhì)量，提高施工的技術(shù)可控性，簡(jiǎn)化施工流程，降低現(xiàn)場(chǎng)施工難度，在管溝開(kāi)挖、數(shù)字化管道數(shù)據(jù)審核、彎頭彎管放樣、穿越設(shè)計(jì)等方面應(yīng)用AUTOCAD系列軟件。該軟件在西氣東輸、西部管道、西二線、西三線、漠大管道、蘭鄭長(zhǎng)管道等一系列工程中均起到技術(shù)指導(dǎo)作用，簡(jiǎn)化了施工程序，實(shí)現(xiàn)了施工由粗放式管理向精細(xì)設(shè)計(jì)、科學(xué)組織的轉(zhuǎn)變。

AUTOCAD；管溝開(kāi)挖；數(shù)字化；彎管放樣；穿越施工

管道施工中，管溝開(kāi)挖一般采用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量人員進(jìn)行測(cè)定，控制埋深；彎頭、彎管敷設(shè)采用現(xiàn)場(chǎng)放樣，參照GB50369的規(guī)定，一般采取工兵法、坐標(biāo)法、總偏角法進(jìn)行放樣，然后選擇彎頭、彎管的角度，現(xiàn)場(chǎng)工作量大，測(cè)量存在偏差。在2005年推行數(shù)字化管道后，經(jīng)歷了全站儀和RTK測(cè)量的方式，在竣工測(cè)量中存在偏差，矯正測(cè)量偏差、直觀校核中線和管道敷設(shè)偏差是施工中的難點(diǎn)。在中小型穿越或者大型穿越過(guò)程中，如何確定管溝開(kāi)挖方式和尺寸，確定穿越處的連接管段長(zhǎng)度和彎頭、彎管的位置，是穿越能否成功的關(guān)鍵。在十余年的施工中，利用AUTOCAD輔助進(jìn)行施工設(shè)計(jì)，出色地完成了水網(wǎng)段管溝開(kāi)挖設(shè)計(jì)、山區(qū)彎頭測(cè)量、復(fù)雜的路河連穿設(shè)計(jì)、隧道穿越施工設(shè)計(jì)、大型河流穿越施工設(shè)計(jì)等方面的工作，經(jīng)歷過(guò)西氣東輸、西部管道等多個(gè)項(xiàng)目的檢驗(yàn)，形成了“CAD模擬”的概念，達(dá)到了良好的應(yīng)用效果。

1 選取AUTOCAD的理由

（1）工程特點(diǎn)的需要。長(zhǎng)輸管道施工無(wú)論是通過(guò)山區(qū)、水網(wǎng)、凍土等不同地區(qū)等級(jí)，還是不同地質(zhì)條件，均會(huì)遇到復(fù)雜地質(zhì)條件，穿跨越、管溝開(kāi)挖、彎頭彎管及彈性敷設(shè)定位、數(shù)字化數(shù)據(jù)采集等施工程序，這些工作的特點(diǎn)需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行精確計(jì)算和校對(duì)。對(duì)設(shè)計(jì)圖紙的細(xì)化和優(yōu)化，客觀上也需要有效的技術(shù)手段進(jìn)行任務(wù)分解和合理表達(dá)。例如某工程水網(wǎng)段，在20 km范圍內(nèi)有大小河渠124條，水塘7個(gè)。在施工中需要合理控制管道埋深，保證其符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，同時(shí)，盡最大可能減少土方，客觀上要求準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)管道線路走向，在施工中合理控制管溝開(kāi)挖深度。伴隨城市建設(shè)的擴(kuò)展，原有管道敷設(shè)段的地區(qū)等級(jí)提升，迫切需要精確控制管道走向。

（2）計(jì)算方法改進(jìn)的需要。在管道施工中，對(duì)管道轉(zhuǎn)折處一般采取經(jīng)驗(yàn)與計(jì)算相結(jié)合的做法，對(duì)彎頭角度及數(shù)量的計(jì)算采取現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量放樣，這種做法有著速度慢，不能統(tǒng)一規(guī)劃線路中彎頭、彎管數(shù)量，并且對(duì)管道埋深控制不力等缺點(diǎn)。而計(jì)算機(jī)模擬，就是在計(jì)算機(jī)上完成管道現(xiàn)場(chǎng)放樣、確定管道走向的工作，充分利用計(jì)算機(jī)的計(jì)算功能，減少現(xiàn)場(chǎng)工作量與計(jì)算量，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和傳遞的迅速性。在施工現(xiàn)場(chǎng)，可以完全根據(jù)模擬結(jié)果進(jìn)行施工，減少施工中的偏差與變數(shù)。

（3）軟件本身的特點(diǎn)。AUTOCAD軟件是一款工程繪圖軟件，繪圖及計(jì)算功能十分強(qiáng)大，在各行業(yè)的工程設(shè)計(jì)及工程圖繪制中廣泛采用，并具有可擴(kuò)展性，在此基礎(chǔ)上可以進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。使用其進(jìn)行管道線路模擬，具有操作簡(jiǎn)便、精確直觀及擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

2 應(yīng)用過(guò)程

2.1 工作流程

（1）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量地形地貌，得到地形參數(shù)。在這個(gè)步驟上，采用計(jì)算機(jī)模擬，與傳統(tǒng)做法是一樣的，只是要求測(cè)量精度高，能真實(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)地形地貌，為下一步工作提供準(zhǔn)確的參數(shù)。

（2）用AUTOCAD軟件繪制地形圖，主要是線路的縱斷面圖以及平面圖。如果利用其擴(kuò)展功能，只需要輸入地形地貌的水平與豎直參數(shù)，就可以繪制出完全反映現(xiàn)實(shí)情況的地形剖面或平面圖。

（3）在軟件中制作彎頭或彎管的構(gòu)件圖，以及線路彈性敷設(shè)的構(gòu)件圖。既然是進(jìn)行模擬，就需要在AUTOCAD中制作出真實(shí)的構(gòu)件，模擬現(xiàn)實(shí)。利用AUTOCAD軟件強(qiáng)大的矢量制圖及計(jì)算能力，可以輕易實(shí)現(xiàn)管道的旋轉(zhuǎn)、位移、縮放等動(dòng)作，比現(xiàn)場(chǎng)放樣快速而準(zhǔn)確。簡(jiǎn)單說(shuō)，就是在計(jì)算機(jī)上作出彎頭、彎管以及彈性敷設(shè)的模型，下一步在此基礎(chǔ)上進(jìn)行各部件安裝。

（4）對(duì)構(gòu)件圖進(jìn)行組合，保證埋深的前提下，在地形圖中添加管道線路圖，對(duì)于彈性敷設(shè)，繪制管道走向圖，并將結(jié)果反饋給現(xiàn)場(chǎng)。

（5）在現(xiàn)場(chǎng)地上加工彎頭、彎管、短節(jié)，對(duì)于彈性敷設(shè)，按照彈性敷設(shè)設(shè)計(jì)圖進(jìn)行管溝開(kāi)挖和下溝。

（6）在穿越處安裝彎頭、彎管等管道構(gòu)件，完成施工。

2.2 成果應(yīng)用典型事例

2.2.1 西部管道北大河穿越設(shè)計(jì)

北大河兩岸陡峭，埋深達(dá)到6.5 m，經(jīng)過(guò)AUTOCAD軟件模擬和計(jì)算，決定采取“圍堰導(dǎo)流，整體預(yù)制，分段下溝”的施工方法，從而避免分段施工造成在河道內(nèi)溝下連頭，縮短了穿越施工時(shí)間。

通過(guò)使用AUTOCAD軟件模擬，確定管道彈性敷設(shè)范圍。經(jīng)過(guò)計(jì)算，在除去西側(cè)30 m寬導(dǎo)流渠占用河道外，通過(guò)60 m的彈性敷設(shè)段完全可以將東側(cè)40 m范圍內(nèi)管溝下至溝底，同時(shí)壓穩(wěn)重塊、回填，由此從理論上保證了方案的可行性。AUTOCAD軟件模擬管道穿越施工的管道敷設(shè)曲線如圖1所示。

圖1 AUTOCAD軟件模擬管道穿越施工的管道敷設(shè)曲線

2.2.2 水網(wǎng)連穿管道設(shè)計(jì)

對(duì)一些工程難點(diǎn)（主要是公路、灌溉渠等的連續(xù)穿越，在西氣東輸某處連續(xù)穿越多處公路、灌溉渠等），通過(guò)模擬，提前進(jìn)行彎管以及短節(jié)加工，節(jié)約工期和成本，保證了穿越質(zhì)量，如圖2所示。

圖2 某復(fù)雜穿越施工縱斷面設(shè)計(jì)

3 數(shù)字化應(yīng)用

使用AUTOCAD軟件繪制竣工測(cè)量單線圖，直觀表現(xiàn)管道走向是否存在個(gè)別焊口數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確或標(biāo)識(shí)錯(cuò)誤。操作過(guò)程中可以直接導(dǎo)入引用電子表格中的數(shù)據(jù)，做到了界面直觀，計(jì)算迅速。

在管道測(cè)量精確性方面，單純通過(guò)兩坐標(biāo)之間的管長(zhǎng)校核，不能發(fā)現(xiàn)全部的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，通過(guò)上述的校核過(guò)程，可及時(shí)補(bǔ)充數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在西部管道施工中，因雙管同溝敷設(shè)，如測(cè)量過(guò)程中焊口坐標(biāo)誤差達(dá)到1.5 m，在管道成形圖中將產(chǎn)生兩管重合或交叉。

通過(guò)西部管道、漠大線等工程應(yīng)用，AUTOCAD軟件作為一種輔助手段已必不可少，通過(guò)數(shù)據(jù)校核、走向判斷、埋深表達(dá)等與Excel電子表格軟件配合，為準(zhǔn)確、完整地提供數(shù)據(jù)建立了基礎(chǔ)。

4 結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)輸管道施工過(guò)程中，AUTOCAD的應(yīng)用在進(jìn)度控制、分段試壓設(shè)計(jì)及走向優(yōu)化等方面，均能起到相應(yīng)的作用。通過(guò)疏勒河隧道、北大河、額木爾河試壓斷面設(shè)計(jì)和分析等工程應(yīng)用，已充分證明了其良好的應(yīng)用效果。在管道數(shù)字化、精確化整體趨勢(shì)下，需要精確設(shè)計(jì)施工流程和過(guò)程，應(yīng)用AUTOCAD等軟件只是手段，為此提出了施工設(shè)計(jì)的概念，工程需要設(shè)計(jì)，施工更需要設(shè)計(jì)才能進(jìn)一步降低成本、提高質(zhì)量、保證安全，也是真正“優(yōu)化”的具體實(shí)踐。

（欄目主持 焦曉梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.9.040

任國(guó)強(qiáng)：高級(jí)工程師，1987年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院石油礦場(chǎng)機(jī)械專業(yè)，2005年哈爾濱工業(yè)大學(xué)管理科學(xué)與工程碩士畢業(yè)，從事施工企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)管理工作。

2015-08-04

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