李姝睿

（深圳市天健坪山建設(shè)工程有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

目前，城市地下綜合管廊建設(shè)呈現(xiàn)出快速發(fā)展趨勢(shì)。由于地下綜合管廊內(nèi)斷面形式多樣、空間有限，且機(jī)電管線數(shù)量多、尺寸大，支架多、管線排布密集，管線就位及焊接施工難度大。特別是管廊內(nèi)管道下管、豎向提升、安裝及就位都是地下綜合管廊內(nèi)機(jī)電安裝的難點(diǎn)，目前還沒(méi)有較好的解決方法[1]。隨著建筑裝配化技術(shù)的發(fā)展，建設(shè)行業(yè)的精細(xì)建造是大勢(shì)所趨，粗放式施工將被集約化、流水線化的施工所取代。大部分管廊裝配式研究集中在管廊土建施工環(huán)節(jié)，安裝過(guò)程中利用BIM技術(shù)指導(dǎo)管道裝配式施工的研究還不夠深入[2]。本文就BIM技術(shù)與管線裝配式安裝的結(jié)合應(yīng)用進(jìn)行分析。

1 項(xiàng)目概況

該項(xiàng)目屬于深圳市坪山區(qū)支線管廊工程，沿金輝路布置，北起坪山大道（深汕公路），南至臨惠路，全長(zhǎng)約2.6km。主要施工內(nèi)容包括管廊主體工程、入廊管網(wǎng)工程、圍護(hù)結(jié)構(gòu)工程、交通疏解工程、道路恢復(fù)工程、管線遷改工程、綠化工程等。

該項(xiàng)目綜合管廊布置在道路西側(cè)，分為兩艙和三艙兩種斷面形式。兩艙：分別為天然氣艙和電力給水通信綜合艙（綜合艙）。收納10kV、DN600給水管、DN400中水管、DN300 直飲水管（預(yù)留）及通信線纜。三艙：分別為天然氣艙、電力給水通信綜合艙（綜合艙）和熱力艙，綜合艙內(nèi)收納10kV、DN600給水管、DN400中水管、DN300直飲水管（預(yù)留）及通信線纜。綜合管廊斷面結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 綜合管廊斷面結(jié)構(gòu)

2 基于BIM技術(shù)的管線裝配式施工案例分析

2.1 參數(shù)化或半?yún)?shù)化建模方法

該項(xiàng)目為線性工程，為保證裝配式安裝的準(zhǔn)確性，將項(xiàng)目所涉及的中水、給水、電力、通信、燃?xì)獾榷囝惞芫€、管道附件、附屬支墩支架等進(jìn)行三維空間上的合理布設(shè)。上述內(nèi)容，大部分BIM建模軟件無(wú)法進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別或完成，同時(shí)，模型精度要求較高，內(nèi)容相對(duì)重復(fù)，僅憑人力逐個(gè)進(jìn)行布設(shè)和對(duì)準(zhǔn)效率較低。

因此，采取參數(shù)化或半?yún)?shù)化建模方式，可以有效解決該問(wèn)題。參數(shù)化建模應(yīng)用，一方面，對(duì)有規(guī)律可尋的標(biāo)準(zhǔn)段建模，如支架、水泥墩等根據(jù)管廊中心線等三維空間和約束條件、布設(shè)條件進(jìn)行參數(shù)化快速對(duì)點(diǎn)布設(shè)創(chuàng)建。另一方面，參數(shù)化體現(xiàn)在管道安裝相關(guān)構(gòu)件尺寸的參變?cè)O(shè)置。半?yún)?shù)化建模應(yīng)用，指在涉鐵、穿重要管線、支線引出、通道、人孔、吊裝口等非標(biāo)準(zhǔn)段，需要一半進(jìn)行參變?cè)O(shè)置一半進(jìn)行手動(dòng)修改。目前裝配式和BIM參數(shù)化建模多利用REVIT、犀牛等傳統(tǒng)建模軟件，搭配DYNAMO、GRASSHOPPER等開源可視化編程插件的技術(shù)路徑，對(duì)工程人員編寫代碼能力要求較低，具有實(shí)用性較高，編寫腳本直觀，可視化等特點(diǎn)。經(jīng)實(shí)踐證明，該方法在同類項(xiàng)目中可以提升60%以上的建模效率。

2.2 全要素三維模型搭建

利用BIM技術(shù)按綜合管廊施工圖紙搭建建筑、結(jié)構(gòu)及機(jī)電各專業(yè)模型和細(xì)部模型，解決在三維視圖中存在的幾何碰撞和復(fù)雜管線節(jié)點(diǎn)管綜優(yōu)化排布問(wèn)題[3]。根據(jù)最終創(chuàng)建的全專業(yè)BIM模型，確定施工順序和各專業(yè)管線的施工方案；進(jìn)行預(yù)留洞口套管預(yù)埋件等的預(yù)留預(yù)埋出圖，提高土建預(yù)留預(yù)埋準(zhǔn)確性，減少后期因結(jié)構(gòu)問(wèn)題導(dǎo)致的管線安裝不便。

在三維建模過(guò)程中，將根據(jù)二維各專業(yè)圖紙搭建的模型快速匯聚在一起，不再完全依賴工程師的空間想象，解決傳統(tǒng)圖紙會(huì)審中無(wú)法發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題。管廊工程中發(fā)現(xiàn)的最主要問(wèn)題，如不同專業(yè)管線及結(jié)構(gòu)構(gòu)筑物的碰撞約占三維審查發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的55%，預(yù)留預(yù)埋位置不正確問(wèn)題約占三維審查的45%，三維審查便捷度高，周期更短，因此產(chǎn)生的圖紙變更和簽證問(wèn)題相較傳統(tǒng)項(xiàng)目有了明顯減少。管廊部分節(jié)點(diǎn)BIM全專業(yè)模型見(jiàn)圖2所示。

圖2 管廊部分節(jié)點(diǎn)BIM全專業(yè)模型

2.3 裝配式劃分

安裝階段前，應(yīng)用BIM技術(shù)將艙內(nèi)給排水、暖通、電氣、燃?xì)獾认到y(tǒng)進(jìn)行管線管段裝配式劃分，進(jìn)行合理的深化和出圖，使大部分管線的焊接、安裝等工作在工廠內(nèi)完成，最大限度減少地下管廊有限空間下的焊接和人員作業(yè)。尤其是支線引出端、交叉口、通風(fēng)口等涉及到預(yù)埋件、設(shè)備等較多的地方，要針對(duì)性地從BIM模型直接進(jìn)行1∶1出圖，提高安裝準(zhǔn)確性。同時(shí)，必須對(duì)設(shè)備管線的運(yùn)輸環(huán)節(jié)、預(yù)制現(xiàn)場(chǎng)、現(xiàn)場(chǎng)組裝、設(shè)備吊裝及吊裝投料口等條件進(jìn)行考慮，現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中經(jīng)常會(huì)由于未考慮運(yùn)輸車輛限高，導(dǎo)致無(wú)法投料等問(wèn)題。

2.4 預(yù)制化生產(chǎn)

管線預(yù)制化生產(chǎn)分為兩類：一類是風(fēng)管、橋架等異形構(gòu)件和給水、排水、支墩及支吊架等進(jìn)行工廠預(yù)制化生產(chǎn)；另一類是管線分段劃分后，在地面進(jìn)行組裝和焊接，然后按管段運(yùn)輸?shù)焦芾葍?nèi)安裝[4]。對(duì)于風(fēng)管、橋架等異型構(gòu)件在工廠預(yù)制具有節(jié)省空間，減少污染和噪聲的特點(diǎn)。對(duì)異型構(gòu)件、彎頭、直線管段，各管廊內(nèi)所需支座、支墩及支吊架等，進(jìn)行二次設(shè)計(jì)整合出加工圖，將部分支墩拆分為PC構(gòu)件，進(jìn)行預(yù)制生產(chǎn)，減小生產(chǎn)誤差；利用二維碼實(shí)現(xiàn)構(gòu)件在分批預(yù)制加工、運(yùn)輸及拼裝的信息可追蹤，高效管理。對(duì)于重點(diǎn)構(gòu)件部位加入增強(qiáng)二維碼將拼裝圖和技術(shù)資料加以體現(xiàn)，工廠根據(jù)項(xiàng)目部構(gòu)件清單、任務(wù)書和施工圖利用一體化數(shù)控加工設(shè)備進(jìn)行加工，保證構(gòu)件及管線與模型一致。管線支墩支架BIM預(yù)制出圖見(jiàn)圖3所示。

圖3 管線支墩支架BIM預(yù)制出圖

2.5 裝配式施工

由于管廊為線性結(jié)構(gòu)，按施工作業(yè)面對(duì)施工段進(jìn)行劃分，工廠根據(jù)施工先后順序制定運(yùn)輸方案。管線等構(gòu)件到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后材料人員掃碼驗(yàn)貨，按區(qū)域通過(guò)吊裝口運(yùn)送到管廊內(nèi)部。管道等沉重物料經(jīng)過(guò)吊裝演算和吊裝模擬，通過(guò)投料口進(jìn)入管廊內(nèi)，先到廊內(nèi)的接收裝置，利用兩臺(tái)電動(dòng)葫蘆進(jìn)行提升和對(duì)位，利用現(xiàn)場(chǎng)制作的經(jīng)過(guò)承重能力復(fù)合的機(jī)動(dòng)或手動(dòng)小車運(yùn)送到各個(gè)安裝點(diǎn)，進(jìn)行人工焊接或借助機(jī)械對(duì)口安裝。

在空間小同時(shí)管線復(fù)雜的位置等，要把提前在工廠內(nèi)調(diào)試好的管段和設(shè)備進(jìn)行有序安裝，從技術(shù)和管理手段，最大限度減少在廊內(nèi)密閉狹小空間施工。施工過(guò)程中和施工完畢后的檢查均通過(guò)BIM數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)留底，確?，F(xiàn)場(chǎng)安裝與BIM竣工模型一致。在預(yù)制場(chǎng)地提前進(jìn)行一次或多次組裝和預(yù)安裝可以大大提高現(xiàn)場(chǎng)安裝一次合格率。但預(yù)制場(chǎng)地和施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境與安裝高度等具有一定誤差，在綜合管廊等管線安裝半徑較大的應(yīng)用場(chǎng)景中，一旦連接件等誤差較大則需要現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整，代價(jià)較高，需引起重視。

2.6 土建主體的準(zhǔn)確性

土建主體結(jié)果準(zhǔn)確性對(duì)管線裝配式安裝影響較大，利用三維激光掃描設(shè)備，進(jìn)行內(nèi)部結(jié)構(gòu)掃描，并利用軟件導(dǎo)出點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行逆向建模，完成三維現(xiàn)狀核對(duì)，模型存檔，進(jìn)行對(duì)比分析。另外要在土建初期利用BIM技術(shù)對(duì)預(yù)留預(yù)埋和洞口進(jìn)行精準(zhǔn)定位，這無(wú)疑提高了施工階段BIM全專業(yè)工作量和重要性。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)測(cè)實(shí)量復(fù)核，必要時(shí)對(duì)機(jī)電各專業(yè)模型進(jìn)行二次修改，以滿足土建施工條件。

2.7 智慧管理平臺(tái)

BIM智慧管理平臺(tái)作為施工階段生產(chǎn)管理和數(shù)據(jù)的中臺(tái)，可以有效地對(duì)進(jìn)度和質(zhì)量進(jìn)行把控，主要應(yīng)用包括：BIM軟硬件的交互，設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維階段的設(shè)備管線安裝及運(yùn)維復(fù)核；BIM深化設(shè)計(jì)二維碼生成和構(gòu)件追蹤；進(jìn)行全部構(gòu)件的信息匯總和維護(hù)；安裝的中后期隨材料入場(chǎng)進(jìn)展，進(jìn)行廠家數(shù)據(jù)的維護(hù)和錄入；記錄裝配式施工過(guò)程中數(shù)據(jù)，方便維護(hù)竣工模型。管廊項(xiàng)目BIM智慧管理平臺(tái)見(jiàn)圖4所示。

圖4 管廊項(xiàng)目BIM智慧管理平臺(tái)

2.8 運(yùn)維準(zhǔn)備

因管廊后期運(yùn)維要求較高，故利用BIM竣工模型和拆分模型進(jìn)行各專業(yè)的運(yùn)維準(zhǔn)備和指導(dǎo)具有重要意義。應(yīng)用AR、VR可視化技術(shù)，對(duì)全專業(yè)管線進(jìn)行數(shù)字孿生可視化運(yùn)維具有重要意義。裝配式管線和設(shè)備的安裝在施工階段提供了大量的數(shù)字資料和數(shù)字資產(chǎn)，當(dāng)后期運(yùn)維過(guò)程中需要維護(hù)或換配件時(shí)，可以利用設(shè)備、管線附件等上的二維碼等標(biāo)志調(diào)取安裝階段資料，快速了解材料的非幾何屬性和幾何信息，大大降低運(yùn)維階段資料的獲取成本，搭配較好的運(yùn)維平臺(tái)，可使運(yùn)維工作更加便捷。綜合管廊內(nèi)的運(yùn)維機(jī)器人搭載AI識(shí)別攝像頭并充分利用竣工階段BIM模型，可以快速識(shí)別滲漏，并具有溫度、氣體監(jiān)測(cè)等功能。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在保證項(xiàng)目工期和質(zhì)量的條件下，利用BIM技術(shù)指導(dǎo)裝配式管線施工，一方面是因?yàn)楣芾软?xiàng)目線性狹長(zhǎng)和空間狹小；另一方面利用先進(jìn)的預(yù)制生產(chǎn)技術(shù)，具有縮減工期和減少人工的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)?？傮w上看，該項(xiàng)目應(yīng)用BIM技術(shù)解決土建機(jī)電碰撞問(wèn)題20余處，廊內(nèi)施工整體人員和交叉作業(yè)減少，施工順暢。實(shí)踐證明，管線的裝配式安裝與BIM技術(shù)相結(jié)合是復(fù)雜機(jī)房和管線較多較密集的項(xiàng)目或節(jié)點(diǎn)的較好解決方案。但其仍然存在前期技術(shù)投入大，復(fù)核周期長(zhǎng)，前期BIM人員投入大等問(wèn)題。