BIM技術在管線綜合設計施工中的應用分析

周波波

摘要：核工程相關技術的不斷成熟使得配套工程規模呈現明顯增加的趨勢，管道工程設計數量明顯增加。在此背景下，需要不斷優化管線綜合設計，確保管道設計和使用效果最佳，推動我國核工程事業發展。本文圍繞核工程管道設計，通過分析傳統管線設計存在問題，研究BIM技術的應用優勢，探討管線在綜合設計施工中的具體應用，旨在提升核工程管道設計水平，強化BIM技術應用效果，以供參考。

關鍵詞：三維協同設計平臺；核工程管道設計；管線綜合設計；BIM技術

DOI：10.12433/zgkjtz.20232842

核工程管道較特殊，對于管道設計安全性以及嚴密性要求嚴苛。由于傳統管道設計存在一定的弊端，開始將各種先進技術運用到管線綜合設計中，而BIM技術就是其中一種。該技術會通過構建信息技術模型的方式，對管線綜合設計情況進行三維模擬，具有明顯的可視化以及可協調性等優勢，可以減少管線交叉碰撞，優化管線布置效果，對核工程管道建設具有積極作用。

一、傳統管線綜合設計弊端

（一）容易出現錯誤問題

在進行傳統管道綜合布線設計過程中，會用到二維圖紙，而施工技術人員在現場實踐時，需要分析圖紙，根據行業規范和施工標準要求，揣摩設計師意圖，完成相應施工指導。在此過程中，需要與工人進行溝通交流，但信息傳達流程相對較長，存在對圖紙理解的偏差。二維圖紙設計模式只能表達局部信息以及截面信息，無法詳細展示整體管線搭建系統和走向等各項內容，容易出現錯誤。

（二）管線設計存在沖突

在進行綜合管線設計過程中，傳統設計主要以立面圖和平面圖的設計為主，會按照各項專業的具體要求進行相關內容的設計。由于各專業設計屬于較為獨立的狀態，專業信息尚未沒有形成有效融合，存在各項設計整體性不強的狀況，而且，在進行設計和設計修改時，也沒有形成有效統一，會對整體管線建設產生不良影響。

（三）多專業協同難度大

綜合管線協調不僅需要進行各專業之間的協調，還要進行核工程整體統籌，整體管線設計較復雜，在進行管線布置過程中，可能出現多種沖突問題。同時，各專業之間處于獨立設計和分工狀態，整體協同難度相對較大，易出現信息缺失或交流滯后問題，導致圖紙內容無法得到及時修改，不利于工程后續施工，影響施工進度和施工成本。

二、BIM技術應用優勢分析

（一）設計內容更加形象

運用BIM技術進行數據協同模型建設，能將二維碼圖紙設計模式轉變為三維模型，可以以更加真實的方式呈現工程設計內容，確保內容表現更加形象立體，信息內容更加豐富，便于他人理解。在利用該項技術進行設計交底過程中，可以更加直觀地分析設計意圖以及設計內容，確保施工人員和設計人員之間溝通的有效性，便于后續施工方案的設置和優化。同時，利用模型傳播信息內容，避免出現理解差異問題，確保后續施工順利實施。

（二）模擬施工可視化

利用該項技術進行建模操作可以直觀呈現管線各項信息，幫助設計人員更好地處理標高設計以及管線排布等問題，提前發現管線、結構以及管線之間的碰撞情況，通過預演和虛擬漫游處理的方式，掌握管線走向和各項系統運轉情況，確保及時發現設計問題，并做針對性調整。

模型建立后，各系統之間的數據會處于相互關聯狀態，及時處理單一的專業數據，其他相關專業數據信息也會隨之修改，確保快速檢測到碰撞部位，及時協調改進，防止出現盲點和遺漏點，保證最終設計質量。同時，通過模型分析的方式，優化綜合管線排布情況，便于盡心后續檢修，提高施工效率和施工質量，便于專業溝通，降低返工和設計變更概率。

（三）信息內容精準度高

在設計管線的過程中，可以利用模型獲取和分析各部分數據信息，信息內容的準確程度相對較高，能準確完成信息標注，多方位換算參考，更好地開展工程建設。在后續工程施工過程中，施工人員能根據模型更加清晰地明確設計要點以及設計意圖，整體工程施工具有指導性和把控性，有利于工程高質量建設。

三、BIM技術在核工程管道設計中的應用

（一）建設三維協同設計平臺

BIM技術應用主要以模型建設為主，利用相應技術軟件，通過輸入工程相關數據的方式，完成仿真數據模型建設，并在模型中進行協同設計，通過構建三維協同設計平臺的方法，開展各項設計操作。在建設協同設計平臺的過程中，人員權限以及角色要按照項目層和平臺層兩部分內容進行設置，確保兩部分內容處于相互獨立的狀態，防止出現職能管理人員誤操作項目內部的狀況，合理設置人員可操作范圍以及管理權責等。

1.平臺層設置

在進行平臺層的人員角色設置過程中，要根據實際需要設置成員、超級管理人員以及管理人員等角色，按照相應級別的不同設置配套數據安全管理以及相關權責，確保擁有相對應的使用權限，避免因為權限不明而出現人員操作錯誤，出現重要資料丟失或被盜取等問題。

2.項目層設置

項目人員角色主要包括項目成員以及管理人員等，根據項目具體內容設置人員角色和成員內容，合理展開模型分組方案設計。專業負責人員和項目管理人員可以進行工作集配置和管線系統設置，將管線系統設計任務分配給特定項目成員的方式，確保項目順利實施，設計建模工作得到高質量執行。項目管理系統設計人員要在協同平臺中，以中心文件為核心開展設計建模操作，設置中心文件，保障數據信息安全。所有的模型修改以及各項操作內容需要同步到中心文件中，并根據調整內容及時修改模型，自動完成新模型的設置。同時，自動更新管線系統設計內容，通過利用平臺具備的自動同步功能，確保設計模型內容同步，不出現設計成果丟失的問題。

（二）做好工作集設置分配

工作集主要負責建模任務圖元和構件的放置，具有明顯的私人屬性。在利用工作集模式進行設計工作過程中，需要按照任務分工和管線系統分類的具體要求，在規定管線系統之內完成建模設計。如果存在管線系統發生沖突的問題，需要修改他人工作集圖元內容，利用平臺進行及時溝通，確保修改工作順利完成。在進行工作集的建設過程中，要充分分析任務分工以及碰撞檢測等內容，在保證建模效率和精準度的基礎上，展開后續操作，按照整體建模規劃內容，設置獨立工作集。

（三）合理設置管線系統

核工程安裝相對特殊，在利用該項技術進行管線設計過程中，按照核電站以及管道使用的特殊要求，合理設置管道，滿足經濟性、安全性以及可達性。在進行安全性的設計過程中，第一，做好管道輻射防護以及防火、防水淹等一系列的保護處理，在布置管道前，詳細檢查管道可能穿越的耐火極限以及輻射分區等，并按照調查結果進行管道布置。第二，確保多重系統部件之間的獨立性，保證非平安重要物象和平安重要物象之間的獨立。第三，做好空間隔離以及實體隔離處理，執行平安功能冗余管道布置隔離操作。第四，確保所有設備以及管道和管道支架的安裝維修留有足夠空間，通過設置必要設施的方式，為后續各項工作開展提供便捷，保證管道安裝和檢查維護工作開展順利。第五，確定系統流程以及管道清單等各項細節內容的設計，做好零部件尺寸和具體位置等各項內容的設置，利用建模方式直觀呈現各項設計內容，確定各項細節設置是否符合實際情況，及時調整存在問題的部分，保證整體設計的實用性和可靠性。

在進行支架設計過程中，第一，按照支吊架對管道有限位以及固定等功能，合理挑選標準零部件，確保吊支架得到有效應用。第二，按照管道數量和管道安裝重量等各項內容，在了解各部分管道具體環境的基礎上，通過建模處理的方式，反復對比和調整滑動支架和導向支架等各類型支架的具體使用方式，按照支架性能制定支架使用方案，合理設置支架類型和安裝位置等。第三，按照管道技術參數內容確定支架最大間距，避免因管道荷載過應力的影響而出現位移。第四，合理控制間距，避免發生過大檢應力或彎曲應力問題，影響管道后續運行。第五，需要通過建模的方式，模擬可能出現的各種情況，通過反復試驗驗證的方式，確定最佳間距和正確的支架設置方式，確保管道和支架設置等具體設計都達到最佳狀態。第六，通過進行力學驗算的方式，檢驗管道設計的合理性，利用建模技術驗證檢驗結果，確保整體管道設計達到最佳水平。

（四）進行綜合評審和漫游檢測

通過進行模型剖切綜合評審的方式，對三維模型進行層層剖切分析，明確管線系統設置是否合理，確定管線設置在各區域中需要注意的事項以及設計內容設置情況。利用技術具有的虛擬漫游檢查功能，在軟件中完成三維管線綜合模型加載，從第一視角或第三視角等多角度入手，綜合檢測模型所處環境，反復驗證各項細節，確保通過虛擬漫游檢測的方式確定整體管線系統設計是否存在不當之處，及時調整細節。同時，以較直觀的方式呈現各項設置內容，便于設計人員和施工人員進行查閱和理解，從而更好地落實設計內容。

（五）合理展開設計交底和施工管理

模型展示有助于更好地展開設計交底和施工管控工作。設計人員要對模型進行輕量化處理，確保所有參建單位通過安裝相應軟件的方式，在指定客戶端進行登錄和模型查看，根據具體需求，及時瀏覽和分析模型內容，以便更好地應用模型。同時，合理使用模型立體化以及三維可視化，將設計理念和設計各項細節以較立體化的方式呈現，更好地幫助施工團隊理解，掌握施工細節和設計重點，確保通過較直觀的理解方式消除彼此之間的溝通誤會，確保高質量完成設計交底工作和施工管理工作。

（六）做好主管道安裝細節設計

在進行主管道的安裝設計過程中，借助BIM技術優勢，做好以下各項細節設計：

第一，按照核工程的需要和特點，展開管道坡口、尺寸以及對口間隙等各項內容的檢查，通過模型呈現的方式，便于技術人員開展工藝評定。

第二，檢查管道水平度、中心線位置以及焊縫坡口根部的平行度，同時檢查組對點焊和尺寸等，確定是否存在設計不足，及時調整模型中的參數，確保各項參數設置合理。

第三，分析工程施工過程中的所有焊接施工程序，確定充氬氣保護具體應用方法，檢驗焊接施工工藝以及焊縫滲透等情況，做好預熱設計和相關施工分析，確保焊接施工順利進行。

第四，在完成主管道和反應堆容器、蒸汽發生器或主泵的接管對中后，展開中心位置以及管道水平度的檢查，通過合理處理焊縫坡口，確保平行度滿足標準需求。在設計過程中，充分分析焊接施工中的收縮量問題，在完成主管道的裝配處理后，進行點焊施工，合理設計工程施工順序，確保工程施工順利。

BIM技術的引進有效克服了傳統的平面綜合方法中存在的不足，使傳統的平面綜合方法得到了很大程度上的轉變，節省了大量的人力和物力。BIM技術具有可視化、協調、模擬優化、可出圖等特征。在進行管線綜合時，利用BIM業軟件，將平面圖表轉換成3D立體模型，可以模擬施工過程，發現沖突地點，并協調管道布線。以某工程為實例，該工程所使用的主廠房為“一”字形布局，布局方式為東西向423m，北向103.8m，占地61377m2。建筑、結構專業是在Revit平臺上，在上面完成建筑模型的制作，而其他的機電專業是通過Magi CAD繪制專業管道，由綜合管線人員將建筑模型及各專業管路利用 Navisworks平臺綜合到一起，展開檢查碰撞、預留孔洞、合理布線等工作。由于模型對真實對象的高度模擬，可以展現傳統設計不清楚的地方。通過使用 Navisworks，可以全面檢測管線之間、管線和土建之間的問題，以沖突檢測報告中的沖突點為依據，在3D模型中快速定位沖突地點，看到沖突細節，維護沖突信息和沖突問題，在土建和設備施工之前，找出隱藏問題并予以及時解決。

四、結語

綜上所述，核工程管道設計相對較復雜，且整體要求較嚴苛，所以需要進一步加大對管道設計工作的研究力度，結合以往管道設計存在的問題，制定可行的BIM技術應用方案，確保該項技術優勢能在工程管道設計中發揮更大的作用，高質量完成管道綜合設計，進而為核工程高質量應用奠定良好的基礎。

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