BIM技術在冷凍水閥組關鍵節(jié)點上的應用★

2021-03-30 01:52:06馮志明劉洪超曾琦杰

山西建筑 2021年7期

王浩馮志明劉洪超馮彬曾琦杰

(中國汽車工業(yè)工程有限公司，天津 300113)

1 BIM技術在暖通工程中的應用概況

BIM技術在我國起步較晚但是發(fā)展迅速。BIM技術在工程領域的應用主要在深化設計和數(shù)字化施工等。

BIM設計具有實時性，實體性，可視性的特點，能夠讓業(yè)主等非本專業(yè)人員更多的參與到設計中，工程設計人員能夠盡可能多的收集到來自各方面的需求意見，及時發(fā)現(xiàn)問題，修改不合理的設計，盡可能減少后期設計變更。通過對BIM模型的深化設計與數(shù)據(jù)集成，可以獲得具有時效性和合理性的虛擬建筑。該模型能夠容納從設計到使用甚至是到周期終結的全過程信息，可以持續(xù)的提供項目設計范圍、進度、成本等信息。

傳統(tǒng)的暖通工程管線施工，通常是根據(jù)圖紙設計要求，在現(xiàn)場對各種管線進行組裝，切割，焊接等工作。工廠化預制加工的應用還不夠廣泛，這主要是由于傳統(tǒng)的設計方法，管線布置無法做到非常精確，限制了工廠化預制的發(fā)展。尤其是與如鋼結構、玻璃幕墻等傳統(tǒng)建筑行業(yè)相比，精細化設計還非常不夠。

2 傳統(tǒng)設計方式在冷凍水閥組節(jié)點上出現(xiàn)的問題

2.1 冷凍水閥組結構復雜

冷凍水閥組是暖通專業(yè)冷凍水系統(tǒng)上的關鍵節(jié)點。與車間冷凍水系統(tǒng)相比，閥組接管復雜，直管段少，彎頭、三通、閥門管件等數(shù)量眾多，焊縫多，空間受限，閥門操作位置，儀表顯示位置等不容易明確(見圖1)。傳統(tǒng)二維設計方式，公用設計時難以考慮細節(jié)，通常只能現(xiàn)場考慮，這會帶來很多問題。

2.2 二維設計表達方式存在局限

傳統(tǒng)二維設計中，通常是通過符號和線段來代表閥門、管線，如圖2所示。

這種做法的優(yōu)點是簡單，有利于整體信息的傳遞，缺點是不夠直觀，需要讀圖人有一定的識圖能力和專業(yè)基礎，同時，平面制圖具有善于表達平面信息，難以表達立體信息的特點。由于閥組實際的安裝位置難以確定，接管方式不夠明確，上下支管難以在圖上表示，這種設計方式往往需要施工方進行二次深化設計。但是在實際操作中，通常只是施工單位根據(jù)自己的經(jīng)驗和現(xiàn)場實際情況直接制作，非常依賴于實際施工者的經(jīng)驗。

2.3 閥組節(jié)點表達困難

冷凍水閥組的安裝位置和管道連接關系通常在冷凍水平面圖和系統(tǒng)圖上體現(xiàn)。車間冷凍水系統(tǒng)的體量很大，細節(jié)很少，通常是由大段的長直管道和少部分的彎頭、三通、上翻下翻等構成。與之相反，閥組本身的體量很小，但是細節(jié)眾多，尤其是一些結構復雜的冷凍水閥組，其所包含的閥門、管件等非直管段構件的數(shù)量能夠超過60個。

車間冷凍水圖紙上只能夠標明每個閥組的大致位置和基本信息，閥組的詳細信息，例如閥組的閥門、管件順序等信息往往無法詳細表述。進一步來說，閥組的上下支管，閥組與設備連接匯管等更是難以在圖紙上體現(xiàn)。上下支管和設備連接匯管往往是閥組安裝中變化最大，最難以體現(xiàn)的部分，也是在前期預算和后期結算中最難以準確統(tǒng)計工程量的部分。

傳統(tǒng)設計方式通常不會表示閥組框架，管箍等內容，實際施工中就可能出現(xiàn)管箍的位置與閥門管件沖突，閥門管件之間螺栓安裝困難，閥門手柄被框架阻擋影響操作等情況。這一方面增加了施工中的不確定性，影響進度質量，另一方面也容易造成浪費，制作不夠合理緊湊。

2.4 傳統(tǒng)設計方式對現(xiàn)場施工的制約

閥組不是孤立存在的，通常為設備服務，但是暖通閥組的施工方與設備施工方往往不同，不同專業(yè)的工作面存在交叉。閥組制作安裝的工作面受限，容易成為施工現(xiàn)場的進度制約因素，也會影響其他施工工序，還有可能出現(xiàn)例如阻擋道路，難以檢修，影響操作，不易查看，安裝困難等問題。很多細節(jié)部分，實際施工中需要現(xiàn)場工程師進行確定，但由于施工過程中不可能一開始就考慮周全，所以往往出現(xiàn)“誰先到誰先得”“只管本專業(yè)，不管其他專業(yè)”等情況。

由于傳統(tǒng)設計方式在信息表達方面的缺陷，很多工作需要現(xiàn)場工程師與業(yè)主方、施工單位等進行協(xié)調，這對于實際工程量的統(tǒng)計，進度的把控都會有影響。

3 BIM設計在冷凍水閥組節(jié)點上的優(yōu)勢

3.1 BIM設計可以提前發(fā)現(xiàn)問題

閥組節(jié)點的特點就是閥門管件多，構件形式復雜，外購件數(shù)量多且規(guī)格復雜。BIM設計時可以做到明確閥組的制作細節(jié)，包括閥組上下支管制作等內容，省去了現(xiàn)場實際測量的工作量。由于設計過程中，BIM建模是根據(jù)實際尺寸，實際定位完成，模型和現(xiàn)場施工會高度一致，同時由于模型的特性，這些難以在平面圖紙上表達的信息可以很容易通過模型表現(xiàn)出來，這樣就把很多需要現(xiàn)場處理的問題解決在設計階段，消弭于無形之中。

3.2 BIM設計可以實現(xiàn)標準化

利用BIM技術，對閥組節(jié)點按照通用標準構件和非標準外購件進行分類詳細設計，詳細的得出該閥組所需要的閥門、管件、管道的數(shù)量、型號、尺寸和附屬的支架的各種參數(shù)。同時加強外購件的管控和數(shù)據(jù)統(tǒng)計，在設計中進行標準化工作，建立起外購件數(shù)據(jù)庫，設計形式的標準閥組，設計人在閥組設計時主要在標準閥組的基礎上進行調整，設計中更多的是數(shù)據(jù)的錄入和標準模塊的調用工作，這樣不但可以大大提高設計速度，也可以降低設計出現(xiàn)問題的可能性。

3.3 BIM精細設計避免浪費

BIM精細化設計，能夠大大降低材料和工序的浪費現(xiàn)象。通過BIM技術，能夠準確的統(tǒng)計工程所需材料數(shù)量，為工程項目中的材料采購提供數(shù)據(jù)支撐，這樣不但能夠有效避免資源浪費，還能夠準確制定材料到場計劃，對于項目的資金，材料管理非常有利。無論是對前期的施工準備，施工時的進度控制，還是后期的工程量結算等均有促進。

3.4 BIM技術實現(xiàn)精細化施工

利用BIM技術，工程管理人員可以及時遇見施工中可以出現(xiàn)的問題，尤其是一些并不直接干涉，但是影響使用功能或者影響安裝工序的軟碰撞。工程項目管理人員可以將BIM技術與項目管理工作進行融合，優(yōu)化項目施工資源，合理調配施工人員，提高人員設備的利用效率，擴展工作面。通過合理組織安排，實現(xiàn)工程項目施工方案的最優(yōu)化，進而提高工程本身的效益。BIM技術能夠大大降低設計階段的錯誤和返工，根據(jù)統(tǒng)計，最多可降低90%的設計問題，大大降低二次施工頻率，也可以使工程質量得到保障。

4 BIM技術在冷凍水閥組節(jié)點上的應用分析

接下來以實際工程中閥組設計對比來對BIM技術冷凍水閥組節(jié)點的應用進行分析。

4.1 二維冷凍水圖紙的缺陷

傳統(tǒng)二維設計中的冷凍水閥組平面圖，在該圖紙上，冷凍水閥組的安裝位置，連接方式等僅為示意，并沒有詳細表示出來。在二維圖紙上，該表示方式已經(jīng)較為精細，但是仍有大量信息無法得到反映(見圖3)。

圖4為傳統(tǒng)二維設計中的冷凍水閥組系統(tǒng)圖，對于專業(yè)工程師來說，該圖紙已經(jīng)完全夠用，但是對于非相關專業(yè)人員和缺少經(jīng)驗的施工人員來說，該圖紙不夠直觀，尤其是對于閥組與主管道、閥組與設備連接管道的表示往往與實際情況不符。

4.2 冷凍水閥組的BIM模型

圖5為與工藝專業(yè)模型整合前的BIM模型，可以看到，由于模型的尺寸、位置、連接關系等均遵照實際大小，多數(shù)細節(jié)得到體現(xiàn)，同時，傳統(tǒng)設計中沒有考慮到的一些問題，例如閥組閥門的安裝高度，閥組儀表的可視角度，排氣閥的安裝位置等得到了考慮。

圖6為整合了工藝模型之后的BIM模型。由于工藝模型，其他土建公用專業(yè)模型已經(jīng)整合進來，模型已經(jīng)非常精細，與傳統(tǒng)的二維設計相比，此時的可以通過該模型，避免例如影響通道，難以檢修，無法安裝等問題，為之后的實際現(xiàn)場施工提供便利條件。避免不必要的返工，保證工期，進而控制成本。

5 冷凍水閥組工廠化預制

BIM設計可以準確、真實的反映出閥門管件的實際尺寸和相對關系，這也為閥組的工廠化預制奠定了基礎。

5.1 閥組工廠化預制的優(yōu)勢

傳統(tǒng)的閥組現(xiàn)場制作安裝過程，管道的測量，切割，焊接等工作要耗費大量時間，同時，閥組往往結構復雜，重量較大，整體搬運也存在困難。工廠化預制的閥組安裝采用已經(jīng)事先完成焊接的構件，閥組中的管道與法蘭連接，管道與管件連接等工作已經(jīng)預先完成，現(xiàn)場主要為法蘭螺栓連接的方式和少量焊接工作，這可以大大降低現(xiàn)場施工的時間成本和管理難度。施工同時由于施工現(xiàn)場焊接動火作業(yè)將大大減少，施工安全也會隨之改善。

5.2 閥組工廠化預制流程

閥組的工廠化預制施工需要預先建立詳細的閥組模型，包括閥組的管段、管件、閥門等外形尺寸、類型、定位等信息。然后對不同專業(yè)的模型進行工程匯總，碰撞檢查，進而提前發(fā)現(xiàn)問題，調整優(yōu)化設計。模型檢查通過后，對閥組模型進行處理分解，設計焊縫等。閥組模型處理完成后，應當導出加工圖紙，材料明細表等，將圖紙和明細表提供給加工廠進行預制加工。最后根據(jù)現(xiàn)場的施工進度，合理安排預制好的組件進場安裝。閥組的工廠化預制施工流程如圖7所示。

5.3 BIM設計閥組工廠化預制應用

冷凍水閥組預制安裝中，管道、管件、法蘭之間的焊接工作是非常重要的一環(huán)。在模型深化設計完成后，對閥組本體，閥組上下支管等進行分解，在模型相應的位置建立焊縫，得出帶有焊縫的BIM模型。根據(jù)焊縫位置進行管段、管件組對，是進行焊接預制加工的重要保障。依據(jù)設計好的模型，對各個管段、管件、法蘭等進行編號，方便管段組對的時候選用正確的組件。同時利用BIM技術導出管段明細表，形成管段分段表，通過合理的管段排布，減少焊縫數(shù)量和余料浪費。圖8為已經(jīng)設計完成，能夠進行分解的閥組模型。閥組模型管道分段分解見圖9。

焊縫應根據(jù)實際工程需要確定并按照工藝要求預留合理間隙。主要有管道與法蘭連接焊縫，管道與管件連接焊縫，管道與管道連接焊縫等。按照安裝順序不同，需要將焊縫分為預制加工焊縫，現(xiàn)場安裝焊縫兩種。BIM設計的優(yōu)勢就在于可以盡可能多的讓焊縫作為預制加工焊縫，采用工廠方式加工，既能夠提高速度，也能夠保證質量。同時，為了保證現(xiàn)場安裝，考慮加工安裝誤差，也應該合理設計現(xiàn)場安裝焊縫，可以通過改變連接管段長度，保證在誤差范圍內，閥組可以方便安裝。

合理的利用Revit軟件的過濾器，明細表等功能，對閥組的各種組成部分進行歸類和統(tǒng)計。再利用Revit軟件的導出功能，導出明細表。明細表可以根據(jù)需要進行逐項列舉或者統(tǒng)計總數(shù)。表1為分段統(tǒng)計的管道，可以用于管道分段和下料，表2為管道總量表，主要用于管道材料的采購，表3為法蘭統(tǒng)計表，用于統(tǒng)計法蘭數(shù)量。法蘭與管道之間的焊接工作是預制工作中的重要組成部分。