一種基于BIM 技術的大體積混凝土循環冷卻水管快速布置方法

龍桂元，韓春龍，李大衛

（中航天建設工程集團有限公司，北京100070）

1 引言

大體積混凝土施工過程中，為減少裂縫的出現，保證施工質量，施工企業往往組織人員進行冷卻水管的布置，通過必要的冷卻手段將大體積混凝土的溫度控制在合理范圍內。本文立足于建筑施工技術領域，從過往經驗出發，旨在基于BIM 技術，對大體積混凝土循環冷卻水管系統快速布置的方式方法進行深入探討。

2 大體積混凝土循環冷卻水管布置的基本要求

為進一步保證大體積混凝土的冷卻效果，科學防范裂縫的發生，施工企業投入了大量資金進行相應的研發與創新工作。為確保大體積混凝土循環冷卻水管的科學布置，有必要著眼于實際，梳理相關要求，明確BIM 技術在循環冷卻水管布置中的作用與應用機理。

2.1 大體積混凝土循環冷卻水管布置的必要性

從過往建筑施工經驗來看，大體積混凝土在施工過程中會受到溫度等因素的影響而出現一定的裂縫，導致混凝土使用壽命縮短，增加病害發生率。為避免這一情況，有效延長混凝土的使用壽命，減少混凝土病害的發生，施工企業在大體積混凝土施工環節往往要搭建必要的冷卻設備，通過冷卻設備有效控制混凝土的溫度。從實際情況看來，布置循環冷卻水管系統是一種有效降低大體積混凝土內部溫度峰值，有效防止大體積混凝土出現裂縫的主動控制方法。循環冷卻水管設置成本較低，冷卻效果較好，并且不會產生額外的廢棄物，不會對建筑施工區域的環境產生危害。為了保證循環冷卻水管系統對大體積混凝土良好的降溫效果，確保大體積混凝土不出現裂縫，施工人員需要考慮如何確保操作過程中實現循環冷卻水管管道快速精準定位，確保水管布設的有效性。傳統的施工布置方法為大體積混凝土鋼筋工序綁扎完成后再在現場切割焊接定位，不僅耗費大量人工，施工速度十分緩慢，定位精度也不理想，最終影響循環冷卻水管的降溫效果[1]。基于這種認知，為確保相關冷卻水管布設工作的有序進行，施工人員需要在科學性原則、實用性原則的基礎上，借助于現有的技術手段，實現冷卻水管的準確定位，為大體積混凝土冷卻成效提供技術支持。

2.2 BIM 技術在大體積混凝土循環冷卻水管布置中的作用

為有效應對現階段大體積混凝土循環冷卻水管布設環節存在的問題，越來越多的施工技術人員嘗試從BIM 技術出發，借助其強大的計算、分析以及模擬能力，提前進行冷卻水管布置方案的模擬，實現布置方案的最優化。

借助于BIM 技術，技術人員能夠保證其嚴格按照大體積混凝土降溫實施方案所設計的要求進行準確快速施工操作，確保循環冷卻水管精確定位，同時，可以對組成循環冷卻水管系統的單元組件提前到基礎施工之前完成，提前按照分解的單元模塊下料備用，待基礎鋼筋綁扎完成即可插入循環冷卻水管組裝作業工序，而且可以在大體積混凝土內的各個部位同時展開作業，在確保精確定位的基礎上大大加快了施工進度。

3 傳統大體積混凝土循環冷卻水管布置方法存在的問題

為保證大體積混凝土循環冷卻水管布置工作的順利進行，在研究環節，有必要著眼于實際，對現階段施工技術人員沿用的傳統二維設計方法進行系統化梳理，明確其存在的問題與缺陷，進而為后續相關技術應用工作的開展提供方向性引導。

采用大體積混凝土降溫實施方案還無法對循環冷卻水管管道精準定位，特別是一些結構超厚超大、形狀體積不規則（異形結構構件）、鋼筋預埋件等構造密集復雜的大體積混凝土內部的布置。根據二維平面圖紙進行布置存在以下局限性：（1）從循環冷卻水管管道的二維施工圖獲取的定位信息往往不夠精準，理論上，用平面圖紙精準表達復雜的三維空間存在著幾乎不可克服的困難，因而造成定位極不準確，給后續的實際施工以及布置帶來了極大的難度，無形之中延長了施工周期，降低了冷卻的實際成效。往往影響原設計大體積混凝土實施方案所設計的降溫效果[2]。（2）除了理論上不能獲取精確的定位信息，實踐操作時，為了順利插入循環冷卻水管管道，會人為更改循環冷卻水管管道位置，理論上講是要求在規范允許的范圍之內，但是實踐操作中往往偏差大于規范的要求，往往可能導致誤差的積累和加劇。為避免上述情況的發生，降低操作難度，有必要采取相應的技術手段，扎實做好循環冷卻水管的定位與布置工作。

4 BIM 技術在大體積混凝土循環冷卻水管布置的應用方式

在研究過程中，通過吸取過往有益經驗，采用一種基于BIM 技術的超大體積混凝土循環冷卻水管系統的布置方法，解決了現有循環冷卻水管系統布置存在偏差的問題，施工進度緩慢的問題。

在整個應用過程中，有必要根據大體積混凝土部位的基礎施工圖，通過BIM 相關技術模塊建立相應的三維模型。根據大體積混凝土溫控實施方案及循環冷卻水管二維平面系統圖的位置坐標導入三維模型。在建立的三維模型中檢測循環冷卻水管管道間或與鋼筋、預埋件、不規則結構基礎間的沖突位置。通過動態模擬調整優化檢測到的沖突位置的循環冷卻水管位置坐標，并將調整優化后的循環冷卻水管位置坐標信息導入大體積混凝土溫控實施方案計算書進行校核，確保調整優化后的循環冷卻水管滿足原設計要求[3]。將調整優化后的循環冷卻水管按照管道組裝或焊接工藝進行單元模塊分解并生成組裝編號圖；循環冷卻水管管道按照分解的單元模塊切割下料并組裝編號圖進行編號，待基礎鋼筋工序綁扎完成按照生成的循環冷卻水管的三維BIM 及組裝編號圖完成現場組裝。該方法將傳統二維平面施工圖紙中的混凝土構造（含集水坑、電梯基坑、設備基礎等構造）信息、普通鋼筋、預埋件信息以及循環冷卻水管管道信息三者集成到統一的三維BIM 信息模型中，能夠簡單直觀地找出上述構造與循環冷卻水管管道沖突位置，預先提出沖突避繞方案并按單元模塊進行分解，指導工人循環冷卻水管按照分解單元模塊下料、編號、定位組裝，合理下料減少二次切割，特別是特別是結構超厚超大、形狀體積不規則（異形結構構件）、鋼筋預埋件等構造密集復雜的大體積混凝土，解決了復雜位置準確定位的問題，避免后期返工，保證大體積混凝土的降溫效果，從而確保施工質量，同時利用循環冷卻水管管道單元模塊可提前施工，加快施工進度。

5 結語

BIM 技術在大體積混凝土循環冷卻水管布置中的應用，大大提升了冷卻水管布置的整體質效，在保證冷卻效果，防范混凝土裂縫的同時，縮短了冷卻水管布置的周期，降低了布置難度，有效管控成本，是一種成熟高效的布置方案設置優化機制。