BIM 技術在核電工程管道深化設計中的應用與探究

甘小馬 吳 巍

中國核工業第五建設有限公司 上海 201500

隨著BIM 技術在建筑業中的應用，對設計要求也越來越高，管道深化設計的必要性、重要性不言而喻，因此也應該搭上信息化技術帶給建筑行業變革的快車。利用BIM 技術的三維可視化、碰撞檢查、4D 施工模擬等技術手段，幫助管道深化設計人員及時發現并解決管線碰撞、凈高不足等問題，減少現場返工次數，從而有效減少資源浪費，提高設計質量。

管道深化設計是核電建設中的一個重要環節，但由于施工過程中各專業間存在“信息封閉”等問題，且缺乏一個共享的協同平臺進行協作[1]，導致目前的決策與后續的現場施工出現的客觀問題往往不符。基于BIM 技術將小管深化設計在BIM 軟件平臺上實現，創建了符合施工現場的設計環境，為施工管理人員重塑了深化設計新思維以及BIM 技術應用的新思路，增強了施工管理人員及各專業工程師對BIM 技術應用的系統認知，將BIM 技術在建筑工程的應用轉化為新的科技生產力。

1 核電工程管道深化設計特點分析

1.1 深化設計環境復雜

核電工程管線分布在廠房的各個區域，且與廠房內的不同專業聯合布置，考慮到管道深化設計需結合管線附近各專業正式物項的布置情況，因此在設計之前需充分計算各專業的安裝位置，避免深化設計的管線與現有物項或后續安裝的正式物項沖突，這也給深化設計工作提出了較高的要求。

1.2 深化設計成果要求高

根據項目實際需要，進行深化設計的管道不僅要滿足現場施工的要求，同時還要能夠根據設計成果自動得出管道的工程量、材料量等信息，用于現場材料采購以及工程量統計。而傳統的深化設計基本上都不具備自動統計工程量和材料量的功能，需手動人工計算，因此如要滿足該要求，就需要采用新的設計手段和方法。

1.3 設計過程修改較頻繁

介于核電工程的建造特點，針對首堆工程，部分專業存在邊設計邊施工的情況，而考慮到深化設計的管線基本為疏水、排氣等系統管道，從工藝重要性的程度來說不及其他專業的正式物項，因此在現場深化設計實施的過程中，經常會出現需根據現場實際情況（如專業間避讓等）調整原深化設計內容的情況，這就要求深化設計能夠實現及時的調整，包含管道圖紙、工程量、材料量的調整等。

2 基于BIM的管道深化設計介紹

基于BIM 的管道深化設計技術是在項目BIM 模型的基礎上，針對設計圖紙未給出明確管線走向的情況下，按照相關設計規范要求進行的深化設計。該技術不僅能夠較好地將管道施工所需的信息進行深化完善，同時通過軟件平臺自帶的導出功能，能夠將深化設計后的管道和支架的材料量、工程量等信息清單直接導出，為后續的材料采購、工程量結算以及相關技術準備提供基礎數據。此外，針對深化設計后的管線，能夠直接通過出圖軟件轉化為施工用管道軸測圖，省去了技術人員手工繪圖的操作，提高了深化設計的工作效率。

2.1 基于BIM的管道深化設計的特點

針對核電工程管線分布復雜、施工作業空間小、設備精細貴重的特點，在施工前，采用BIM 技術進行碰撞檢測、凈空檢測、管線排布優化顯得尤為重要。BIM 技術在小管設計中，利用具有強大的支持性數據庫的三維設計系統進行工程實體的設計。相比傳統的管道深化設計[2]，基于BIM 的管道深化設計具有如下優勢和特點：

2.1.1 設計成果質量高

基于BIM 技術的管道深化設計，是在項目各專業BIM 模型的環境下進行管線、支架及附件布置，該環境下項目各個專業的設計安裝完成狀態和位置能夠提前模擬出來，無需進行分專業計算，同時針對現場的安裝誤差也可反饋至模型中，因此在該環境下進行的管線設計更加符合現場實際情況，同時也具備較高的準確度。

2.1.2 管道出圖效率高

基于BIM 技術的管道深化設計，其不僅能夠在完整設計環境下進行管線的深化, 同時軟件平臺自帶的出圖功能也能大大提高出圖效率，相比傳統的CAD 制圖，通過BIM 出圖軟件平臺出圖不僅無需進行人工手動繪制，同時也能夠針對各項目不同要求進行轉化圖圖框和管線信息的定制。

2.1.3 有效提升施工前技術準備的工作效率

基于BIM 技術的管道深化設計，在設計之前，針對管線的基礎參數就已經基本確定，因此深化設計出來的管道模型不僅能夠直觀看到管線的具體走向和布局，同時能夠在模型中查閱到管線的基礎設計參數，大大節省技術人員重新提取基礎信息的工作量，提高了材料采購、工程量統計和相關技術準備工作的工作效率。

2.2 基于BIM的管道深化設計

核電工程深化設計操作流程見圖1。

圖1 基于BIM的核電工程管道深化設計操作流程圖

2.2.1 各步驟操作要點

（1）設計文件梳理包含兩個方面的內容：一是要梳理需深化設計管道的進出/ 口圖紙、流程圖以及項目相關的要求文件，如技術規格書，設計說明等；另外要梳理需要深化的管線及其附件的設計要求，如規格、尺寸、材質、壓力溫度等級、壁厚、材料標準等。

（2）建立基準坐標系：結合各專業二維施工圖紙，根據設計文件要求確定管道專業基準坐標點，保證管道模型與各專業模型相對位置的準確性。

2.2.2 深化設計范圍內各專業模型導入

該步驟的主要目的是為接下來的管道深化設計提供一個模擬的現場設計環境，因此要求在模型導入之前，深化設計區域內的各專業設計模型需創建完成，且準確性滿足設計文件要求。

2.2.3 管道深化設計模型創建

根據深化設計相關文件要求，在創建的設計模型環境下進行管道建模（圖2），建模的過程中需正確選擇管道及其附件的基礎參數，保證與設計要求一致。

圖2 設計模型創建

2.2.4 管線深化設計符合性檢查

符合性檢查主要包括碰撞檢查和人工檢查兩部分，其中碰撞檢查主要對建好的模型是否存在碰撞沖突進行檢查，如存在碰撞則進行相關調整。人工檢查的內容主要包含如下幾個方面：

（1）管線的走向是否影響通道（包括材料運輸通道和人員通道等）；

（2）需要手動操作的在線部件是否有操作平臺和空間（如手動操作的閥門等）；

（3）支架的數量和間距是否合理；

（4）支架的根部是否有足夠的安裝空間。

2.2.5 管道出圖

將檢查合格的管道模型通過出圖軟件進行管道軸測圖出圖,同時導出相關的基礎信息清單，如工程量清單、材料清單等。

2.3 基于BIM深化設計后的管道軸測圖出圖

基于BIM 的管道出圖是在已經創建好并確認合格的BIM 模型的基礎上，經過圖框設置、規則設定后在專業軟件平臺上進行出圖的過程，具體操作流程如圖3 所示。

圖3 模型出圖工作流程

（1）預設圖框：預設圖框主要包括兩部分內容：一是與項目溝通明確一個標準的出圖模板；二是通過BIM 軟件進行圖框配置，形成標準圖框，以滿足項目圖框的需求。

（2）格式轉換：創建好的BIM 模型發布成出圖的格式，例如：.i- model 格式滿足出圖要求，其擴展名主要為.i.dgn。

（3）視圖生成：該步驟主要是通過出圖軟件將賦予出圖格式的模型在軸側視圖中發布圖紙，例如：可通過OpenPlant Isometrics Manager 軟件進行出圖操作。

（4）符合性檢查：對生成的軸側圖進行正確性檢查，主要包含字段、管線、尺寸、材料等，如發現有錯誤信息存在，則進行整改，直至滿足出圖要求。

（5）圖紙發布：該步驟是在圖紙會審完成無誤的情況下發布成PDF 圖紙，上傳到軟件平臺，用于項目現場使用。

3 結語

基于BIM 技術的管道深化設計是傳統管道深化設計工作方式的有效替代，隨著越來越多的項目應用，BIM 技術開展管道深化設計工作并取得較好的效果，其所具備的優勢已逐漸顯現，相信在不久的將來必將被應用于更多的核電工程項目，為實現核電工程高質量建設發揮更大作用。