周波波

摘要：核工程相關(guān)技術(shù)的不斷成熟使得配套工程規(guī)模呈現(xiàn)明顯增加的趨勢(shì)，管道工程設(shè)計(jì)數(shù)量明顯增加。在此背景下，需要不斷優(yōu)化管線綜合設(shè)計(jì)，確保管道設(shè)計(jì)和使用效果最佳，推動(dòng)我國(guó)核工程事業(yè)發(fā)展。本文圍繞核工程管道設(shè)計(jì)，通過(guò)分析傳統(tǒng)管線設(shè)計(jì)存在問(wèn)題，研究BIM技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，探討管線在綜合設(shè)計(jì)施工中的具體應(yīng)用，旨在提升核工程管道設(shè)計(jì)水平，強(qiáng)化BIM技術(shù)應(yīng)用效果，以供參考。

關(guān)鍵詞：三維協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)；核工程管道設(shè)計(jì)；管線綜合設(shè)計(jì)；BIM技術(shù)

DOI：10.12433/zgkjtz.20232842

核工程管道較特殊，對(duì)于管道設(shè)計(jì)安全性以及嚴(yán)密性要求嚴(yán)苛。由于傳統(tǒng)管道設(shè)計(jì)存在一定的弊端，開(kāi)始將各種先進(jìn)技術(shù)運(yùn)用到管線綜合設(shè)計(jì)中，而B(niǎo)IM技術(shù)就是其中一種。該技術(shù)會(huì)通過(guò)構(gòu)建信息技術(shù)模型的方式，對(duì)管線綜合設(shè)計(jì)情況進(jìn)行三維模擬，具有明顯的可視化以及可協(xié)調(diào)性等優(yōu)勢(shì)，可以減少管線交叉碰撞，優(yōu)化管線布置效果，對(duì)核工程管道建設(shè)具有積極作用。

一、傳統(tǒng)管線綜合設(shè)計(jì)弊端

（一）容易出現(xiàn)錯(cuò)誤問(wèn)題

在進(jìn)行傳統(tǒng)管道綜合布線設(shè)計(jì)過(guò)程中，會(huì)用到二維圖紙，而施工技術(shù)人員在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐時(shí)，需要分析圖紙，根據(jù)行業(yè)規(guī)范和施工標(biāo)準(zhǔn)要求，揣摩設(shè)計(jì)師意圖，完成相應(yīng)施工指導(dǎo)。在此過(guò)程中，需要與工人進(jìn)行溝通交流，但信息傳達(dá)流程相對(duì)較長(zhǎng)，存在對(duì)圖紙理解的偏差。二維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)模式只能表達(dá)局部信息以及截面信息，無(wú)法詳細(xì)展示整體管線搭建系統(tǒng)和走向等各項(xiàng)內(nèi)容，容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。

（二）管線設(shè)計(jì)存在沖突

在進(jìn)行綜合管線設(shè)計(jì)過(guò)程中，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)主要以立面圖和平面圖的設(shè)計(jì)為主，會(huì)按照各項(xiàng)專業(yè)的具體要求進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容的設(shè)計(jì)。由于各專業(yè)設(shè)計(jì)屬于較為獨(dú)立的狀態(tài)，專業(yè)信息尚未沒(méi)有形成有效融合，存在各項(xiàng)設(shè)計(jì)整體性不強(qiáng)的狀況，而且，在進(jìn)行設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)修改時(shí)，也沒(méi)有形成有效統(tǒng)一，會(huì)對(duì)整體管線建設(shè)產(chǎn)生不良影響。

（三）多專業(yè)協(xié)同難度大

綜合管線協(xié)調(diào)不僅需要進(jìn)行各專業(yè)之間的協(xié)調(diào)，還要進(jìn)行核工程整體統(tǒng)籌，整體管線設(shè)計(jì)較復(fù)雜，在進(jìn)行管線布置過(guò)程中，可能出現(xiàn)多種沖突問(wèn)題。同時(shí)，各專業(yè)之間處于獨(dú)立設(shè)計(jì)和分工狀態(tài)，整體協(xié)同難度相對(duì)較大，易出現(xiàn)信息缺失或交流滯后問(wèn)題，導(dǎo)致圖紙內(nèi)容無(wú)法得到及時(shí)修改，不利于工程后續(xù)施工，影響施工進(jìn)度和施工成本。

二、BIM技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析

（一）設(shè)計(jì)內(nèi)容更加形象

運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)協(xié)同模型建設(shè)，能將二維碼圖紙?jiān)O(shè)計(jì)模式轉(zhuǎn)變?yōu)槿S模型，可以以更加真實(shí)的方式呈現(xiàn)工程設(shè)計(jì)內(nèi)容，確保內(nèi)容表現(xiàn)更加形象立體，信息內(nèi)容更加豐富，便于他人理解。在利用該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)交底過(guò)程中，可以更加直觀地分析設(shè)計(jì)意圖以及設(shè)計(jì)內(nèi)容，確保施工人員和設(shè)計(jì)人員之間溝通的有效性，便于后續(xù)施工方案的設(shè)置和優(yōu)化。同時(shí)，利用模型傳播信息內(nèi)容，避免出現(xiàn)理解差異問(wèn)題，確保后續(xù)施工順利實(shí)施。

（二）模擬施工可視化

利用該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行建模操作可以直觀呈現(xiàn)管線各項(xiàng)信息，幫助設(shè)計(jì)人員更好地處理標(biāo)高設(shè)計(jì)以及管線排布等問(wèn)題，提前發(fā)現(xiàn)管線、結(jié)構(gòu)以及管線之間的碰撞情況，通過(guò)預(yù)演和虛擬漫游處理的方式，掌握管線走向和各項(xiàng)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)情況，確保及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)問(wèn)題，并做針對(duì)性調(diào)整。

模型建立后，各系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)會(huì)處于相互關(guān)聯(lián)狀態(tài)，及時(shí)處理單一的專業(yè)數(shù)據(jù)，其他相關(guān)專業(yè)數(shù)據(jù)信息也會(huì)隨之修改，確?？焖贆z測(cè)到碰撞部位，及時(shí)協(xié)調(diào)改進(jìn)，防止出現(xiàn)盲點(diǎn)和遺漏點(diǎn)，保證最終設(shè)計(jì)質(zhì)量。同時(shí)，通過(guò)模型分析的方式，優(yōu)化綜合管線排布情況，便于盡心后續(xù)檢修，提高施工效率和施工質(zhì)量，便于專業(yè)溝通，降低返工和設(shè)計(jì)變更概率。

（三）信息內(nèi)容精準(zhǔn)度高

在設(shè)計(jì)管線的過(guò)程中，可以利用模型獲取和分析各部分?jǐn)?shù)據(jù)信息，信息內(nèi)容的準(zhǔn)確程度相對(duì)較高，能準(zhǔn)確完成信息標(biāo)注，多方位換算參考，更好地開(kāi)展工程建設(shè)。在后續(xù)工程施工過(guò)程中，施工人員能根據(jù)模型更加清晰地明確設(shè)計(jì)要點(diǎn)以及設(shè)計(jì)意圖，整體工程施工具有指導(dǎo)性和把控性，有利于工程高質(zhì)量建設(shè)。

三、BIM技術(shù)在核工程管道設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

（一）建設(shè)三維協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)

BIM技術(shù)應(yīng)用主要以模型建設(shè)為主，利用相應(yīng)技術(shù)軟件，通過(guò)輸入工程相關(guān)數(shù)據(jù)的方式，完成仿真數(shù)據(jù)模型建設(shè)，并在模型中進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)，通過(guò)構(gòu)建三維協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)的方法，開(kāi)展各項(xiàng)設(shè)計(jì)操作。在建設(shè)協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)的過(guò)程中，人員權(quán)限以及角色要按照項(xiàng)目層和平臺(tái)層兩部分內(nèi)容進(jìn)行設(shè)置，確保兩部分內(nèi)容處于相互獨(dú)立的狀態(tài)，防止出現(xiàn)職能管理人員誤操作項(xiàng)目?jī)?nèi)部的狀況，合理設(shè)置人員可操作范圍以及管理權(quán)責(zé)等。

1.平臺(tái)層設(shè)置

在進(jìn)行平臺(tái)層的人員角色設(shè)置過(guò)程中，要根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置成員、超級(jí)管理人員以及管理人員等角色，按照相應(yīng)級(jí)別的不同設(shè)置配套數(shù)據(jù)安全管理以及相關(guān)權(quán)責(zé)，確保擁有相對(duì)應(yīng)的使用權(quán)限，避免因?yàn)闄?quán)限不明而出現(xiàn)人員操作錯(cuò)誤，出現(xiàn)重要資料丟失或被盜取等問(wèn)題。

2.項(xiàng)目層設(shè)置

項(xiàng)目人員角色主要包括項(xiàng)目成員以及管理人員等，根據(jù)項(xiàng)目具體內(nèi)容設(shè)置人員角色和成員內(nèi)容，合理展開(kāi)模型分組方案設(shè)計(jì)。專業(yè)負(fù)責(zé)人員和項(xiàng)目管理人員可以進(jìn)行工作集配置和管線系統(tǒng)設(shè)置，將管線系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)分配給特定項(xiàng)目成員的方式，確保項(xiàng)目順利實(shí)施，設(shè)計(jì)建模工作得到高質(zhì)量執(zhí)行。項(xiàng)目管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員要在協(xié)同平臺(tái)中，以中心文件為核心開(kāi)展設(shè)計(jì)建模操作，設(shè)置中心文件，保障數(shù)據(jù)信息安全。所有的模型修改以及各項(xiàng)操作內(nèi)容需要同步到中心文件中，并根據(jù)調(diào)整內(nèi)容及時(shí)修改模型，自動(dòng)完成新模型的設(shè)置。同時(shí)，自動(dòng)更新管線系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容，通過(guò)利用平臺(tái)具備的自動(dòng)同步功能，確保設(shè)計(jì)模型內(nèi)容同步，不出現(xiàn)設(shè)計(jì)成果丟失的問(wèn)題。

（二）做好工作集設(shè)置分配

工作集主要負(fù)責(zé)建模任務(wù)圖元和構(gòu)件的放置，具有明顯的私人屬性。在利用工作集模式進(jìn)行設(shè)計(jì)工作過(guò)程中，需要按照任務(wù)分工和管線系統(tǒng)分類的具體要求，在規(guī)定管線系統(tǒng)之內(nèi)完成建模設(shè)計(jì)。如果存在管線系統(tǒng)發(fā)生沖突的問(wèn)題，需要修改他人工作集圖元內(nèi)容，利用平臺(tái)進(jìn)行及時(shí)溝通，確保修改工作順利完成。在進(jìn)行工作集的建設(shè)過(guò)程中，要充分分析任務(wù)分工以及碰撞檢測(cè)等內(nèi)容，在保證建模效率和精準(zhǔn)度的基礎(chǔ)上，展開(kāi)后續(xù)操作，按照整體建模規(guī)劃內(nèi)容，設(shè)置獨(dú)立工作集。

（三）合理設(shè)置管線系統(tǒng)

核工程安裝相對(duì)特殊，在利用該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行管線設(shè)計(jì)過(guò)程中，按照核電站以及管道使用的特殊要求，合理設(shè)置管道，滿足經(jīng)濟(jì)性、安全性以及可達(dá)性。在進(jìn)行安全性的設(shè)計(jì)過(guò)程中，第一，做好管道輻射防護(hù)以及防火、防水淹等一系列的保護(hù)處理，在布置管道前，詳細(xì)檢查管道可能穿越的耐火極限以及輻射分區(qū)等，并按照調(diào)查結(jié)果進(jìn)行管道布置。第二，確保多重系統(tǒng)部件之間的獨(dú)立性，保證非平安重要物象和平安重要物象之間的獨(dú)立。第三，做好空間隔離以及實(shí)體隔離處理，執(zhí)行平安功能冗余管道布置隔離操作。第四，確保所有設(shè)備以及管道和管道支架的安裝維修留有足夠空間，通過(guò)設(shè)置必要設(shè)施的方式，為后續(xù)各項(xiàng)工作開(kāi)展提供便捷，保證管道安裝和檢查維護(hù)工作開(kāi)展順利。第五，確定系統(tǒng)流程以及管道清單等各項(xiàng)細(xì)節(jié)內(nèi)容的設(shè)計(jì)，做好零部件尺寸和具體位置等各項(xiàng)內(nèi)容的設(shè)置，利用建模方式直觀呈現(xiàn)各項(xiàng)設(shè)計(jì)內(nèi)容，確定各項(xiàng)細(xì)節(jié)設(shè)置是否符合實(shí)際情況，及時(shí)調(diào)整存在問(wèn)題的部分，保證整體設(shè)計(jì)的實(shí)用性和可靠性。

在進(jìn)行支架設(shè)計(jì)過(guò)程中，第一，按照支吊架對(duì)管道有限位以及固定等功能，合理挑選標(biāo)準(zhǔn)零部件，確保吊支架得到有效應(yīng)用。第二，按照管道數(shù)量和管道安裝重量等各項(xiàng)內(nèi)容，在了解各部分管道具體環(huán)境的基礎(chǔ)上，通過(guò)建模處理的方式，反復(fù)對(duì)比和調(diào)整滑動(dòng)支架和導(dǎo)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(shè)置支架類型和安裝位置等。第三，按照管道技術(shù)參數(shù)內(nèi)容確定支架最大間距，避免因管道荷載過(guò)應(yīng)力的影響而出現(xiàn)位移。第四，合理控制間距，避免發(fā)生過(guò)大檢應(yīng)力或彎曲應(yīng)力問(wèn)題，影響管道后續(xù)運(yùn)行。第五，需要通過(guò)建模的方式，模擬可能出現(xiàn)的各種情況，通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證的方式，確定最佳間距和正確的支架設(shè)置方式，確保管道和支架設(shè)置等具體設(shè)計(jì)都達(dá)到最佳狀態(tài)。第六，通過(guò)進(jìn)行力學(xué)驗(yàn)算的方式，檢驗(yàn)管道設(shè)計(jì)的合理性，利用建模技術(shù)驗(yàn)證檢驗(yàn)結(jié)果，確保整體管道設(shè)計(jì)達(dá)到最佳水平。

（四）進(jìn)行綜合評(píng)審和漫游檢測(cè)

通過(guò)進(jìn)行模型剖切綜合評(píng)審的方式，對(duì)三維模型進(jìn)行層層剖切分析，明確管線系統(tǒng)設(shè)置是否合理，確定管線設(shè)置在各區(qū)域中需要注意的事項(xiàng)以及設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)置情況。利用技術(shù)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(cè)模型所處環(huán)境，反復(fù)驗(yàn)證各項(xiàng)細(xì)節(jié)，確保通過(guò)虛擬漫游檢測(cè)的方式確定整體管線系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否存在不當(dāng)之處，及時(shí)調(diào)整細(xì)節(jié)。同時(shí)，以較直觀的方式呈現(xiàn)各項(xiàng)設(shè)置內(nèi)容，便于設(shè)計(jì)人員和施工人員進(jìn)行查閱和理解，從而更好地落實(shí)設(shè)計(jì)內(nèi)容。

（五）合理展開(kāi)設(shè)計(jì)交底和施工管理

模型展示有助于更好地展開(kāi)設(shè)計(jì)交底和施工管控工作。設(shè)計(jì)人員要對(duì)模型進(jìn)行輕量化處理，確保所有參建單位通過(guò)安裝相應(yīng)軟件的方式，在指定客戶端進(jìn)行登錄和模型查看，根據(jù)具體需求，及時(shí)瀏覽和分析模型內(nèi)容，以便更好地應(yīng)用模型。同時(shí)，合理使用模型立體化以及三維可視化，將設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)各項(xiàng)細(xì)節(jié)以較立體化的方式呈現(xiàn)，更好地幫助施工團(tuán)隊(duì)理解，掌握施工細(xì)節(jié)和設(shè)計(jì)重點(diǎn)，確保通過(guò)較直觀的理解方式消除彼此之間的溝通誤會(huì)，確保高質(zhì)量完成設(shè)計(jì)交底工作和施工管理工作。

（六）做好主管道安裝細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

在進(jìn)行主管道的安裝設(shè)計(jì)過(guò)程中，借助BIM技術(shù)優(yōu)勢(shì)，做好以下各項(xiàng)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)：

第一，按照核工程的需要和特點(diǎn)，展開(kāi)管道坡口、尺寸以及對(duì)口間隙等各項(xiàng)內(nèi)容的檢查，通過(guò)模型呈現(xiàn)的方式，便于技術(shù)人員開(kāi)展工藝評(píng)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(shí)檢查組對(duì)點(diǎn)焊和尺寸等，確定是否存在設(shè)計(jì)不足，及時(shí)調(diào)整模型中的參數(shù)，確保各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置合理。

第三，分析工程施工過(guò)程中的所有焊接施工程序，確定充氬氣保護(hù)具體應(yīng)用方法，檢驗(yàn)焊接施工工藝以及焊縫滲透等情況，做好預(yù)熱設(shè)計(jì)和相關(guān)施工分析，確保焊接施工順利進(jìn)行。

第四，在完成主管道和反應(yīng)堆容器、蒸汽發(fā)生器或主泵的接管對(duì)中后，展開(kāi)中心位置以及管道水平度的檢查，通過(guò)合理處理焊縫坡口，確保平行度滿足標(biāo)準(zhǔn)需求。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，充分分析焊接施工中的收縮量問(wèn)題，在完成主管道的裝配處理后，進(jìn)行點(diǎn)焊施工，合理設(shè)計(jì)工程施工順序，確保工程施工順利。

BIM技術(shù)的引進(jìn)有效克服了傳統(tǒng)的平面綜合方法中存在的不足，使傳統(tǒng)的平面綜合方法得到了很大程度上的轉(zhuǎn)變，節(jié)省了大量的人力和物力。BIM技術(shù)具有可視化、協(xié)調(diào)、模擬優(yōu)化、可出圖等特征。在進(jìn)行管線綜合時(shí)，利用BIM業(yè)軟件，將平面圖表轉(zhuǎn)換成3D立體模型，可以模擬施工過(guò)程，發(fā)現(xiàn)沖突地點(diǎn)，并協(xié)調(diào)管道布線。以某工程為實(shí)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(jié)構(gòu)專業(yè)是在Revit平臺(tái)上，在上面完成建筑模型的制作，而其他的機(jī)電專業(yè)是通過(guò)Magi CAD繪制專業(yè)管道，由綜合管線人員將建筑模型及各專業(yè)管路利用 Navisworks平臺(tái)綜合到一起，展開(kāi)檢查碰撞、預(yù)留孔洞、合理布線等工作。由于模型對(duì)真實(shí)對(duì)象的高度模擬，可以展現(xiàn)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)不清楚的地方。通過(guò)使用 Navisworks，可以全面檢測(cè)管線之間、管線和土建之間的問(wèn)題，以沖突檢測(cè)報(bào)告中的沖突點(diǎn)為依據(jù)，在3D模型中快速定位沖突地點(diǎn)，看到?jīng)_突細(xì)節(jié)，維護(hù)沖突信息和沖突問(wèn)題，在土建和設(shè)備施工之前，找出隱藏問(wèn)題并予以及時(shí)解決。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，核工程管道設(shè)計(jì)相對(duì)較復(fù)雜，且整體要求較嚴(yán)苛，所以需要進(jìn)一步加大對(duì)管道設(shè)計(jì)工作的研究力度，結(jié)合以往管道設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題，制定可行的BIM技術(shù)應(yīng)用方案，確保該項(xiàng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)能在工程管道設(shè)計(jì)中發(fā)揮更大的作用，高質(zhì)量完成管道綜合設(shè)計(jì)，進(jìn)而為核工程高質(zhì)量應(yīng)用奠定良好的基礎(chǔ)。

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