基于BIM技术的综合管线排布施工工法.docx
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基于BIM技术的综合管线排布施工工法
1.前言
随着BIM技术普及和工程质量、工期、成本、观感质量及运营维护的要求的提高，合理分布机电工程各专业管线的位置，采综用合支吊架技术对综合管线进行整合。
在设计、施工以及运营管理阶段，由总承包方采用基于BIM技术的综合管线排布技术，可以最大限度实现设计、施工、运营维护之间的衔接，为总承包方有效协调各机电专业分包方的施工提供技术支持，为施工的顺利进行创造条件。
2.特点
2.1精度高、细节清晰、立体直观的体现工程特点、难点、亮点及工程效果。
2.2满足验收规范、图纸设计的前提下整合各参建方需求、减少返工、加快进度、方便运营维护。
2.3利用BIM技术精准完成图纸深化、节点构造设计、针对工程特点完成综合支吊架设计深化。
2.4可以和工厂化预制加工、设备预拼装、模块化组装、仿真设计计算等先进工艺无缝对接。
3.适用范围
本工法适用于给水工程、排水工程、热力工程、电力工程、燃气工程、电信工程、防洪工程、人防工程综合管线及建筑装修预拼装等多种管线集中布置的建筑工程的各类专业工程。
4.工艺原理
采用BIM技术对综合管线排布并对综合支吊架进行超前预控与设计、优化并形成三维模型及施工图纸用于指导综合支吊架预加工、安装及综合管线安装施工。
根据安装工程特点，整合验收规范、施工图纸及各参建方意见，建立综合管线排布BIM模型并优化。
根据BIM模型将综合支吊架分为三类（车库支吊架；水电井、走廊支吊架；设备用房支吊架）并进行设计。
形成最终管线三维模型并生产图纸及可视化交底用于指导施工。
5.施工工艺流程及操作要点
5.1施工工艺流程
准备工作→CAD图纸优化→建立BIM综合管线模型→BIM模型分析与优化→综合支吊架设计→图纸生成及可视化交底→工厂化预制与管线安装。
5.2操作要点
5.2.1CAD图纸优化
利用传统的CAD图纸，将根据初期各专业图纸会审记录、专业施工历史经验并将机电各个专业图纸合并到一张图纸上，在现有二维图纸基础上解决明显的管线排布问题，通过汇总选出本工程的重难点位置。
在现有验收规范的基础上对重难点进行分析、调整优化、形成初稿，作为BIM建模的基础图纸，提高建模的精准性。
（CAD图纸优化流程参见图5.2.1），实施中的具体要求有如下几点：
优化、形成初稿，作为BIM建模的基础图纸，提高建模的精准性。
（CAD图纸优化流程参见图5.2.1），实施中的具体要求有如下几点：
1.各专业的图纸、会审记录收集要全面并制定各项标准及参数，综合考虑工作方案。
2.结合各专业施工经验、设计单位设计经验做到双向优化。
3.多角度、多方面、多专业充分挖掘图纸问题，提高图纸设计的准确度，为BIM建模奠定基础。
4.制定管线综合布置原则：
各系统避让原则、提升净高原则、桥架及管道支架整合原则。
5.2.2建立BIM综合管线模型
依据双向优化的施工图纸，在施工技术规范、管线综合布置原则、施工方案的指导下建立BIM综合管线模型。
BIM综合管线模型工艺流见图5.2.2。
建模中针对管线布置有以下几个操作要点：
1.控制车库净高保证车道净高≥2.4米、车位净高≥2.3米。
2.通风管道避让主车道移位至车位安装；风管横穿车道，变径顶平连接；宽度大于1.2米，两侧增加下喷，提升净高。
3.风管距离梁、墙体应有1.0米左右间距，便于交叉时桥架、水管等有足够的空间翻越。
4.桥架与成排水管、风管交叉时桥架从水管上方翻越；桥架与喷淋支管交叉时支管应从桥架下方翻越，返弯均采取45度弯头。
5.给水管道与风管交叉，给水管从上方翻越风管；水管交叉等均采取45度翻越。
6.桥架、水暖管线避让防火卷帘门。
7.灯具、交通导视牌等位置及高度优化。
8.设备机房重点考虑设备基础定位、管线布局清晰美观、合理、便于安装及维修。
9.水、电管井及走廊重点考虑安装操作间距、便于使用及维护、布局美观合理。
5.2.3BIM模型分析与优化
对综合管线模型进行系统分析，组织各参建单位及使用单位，从综合管线专业施工、颜色标识、使用维护等多方面进行分析并优化。
具体流程图见5.2.3。
1.桥架与各种管道平行架起时，其净间隔应满足下列需求：
1）桥架与通常工艺管道平行架起时不小于400mm。
2）桥架与具有腐蚀性液体管道平行架起时不小于500mm。
3）桥架不宜在运送具有腐蚀性液体管道的下方或具有腐蚀性气体管道上方平行装置。
当无法防止时，应不小于500mm。
且其间使用防腐隔板隔离。
4）与热力管道平行架起，热力管道有保温层时不小于500mm，无保温层时不小于1000mm。
5）电缆桥架不宜在热力管道的上方平行装置，当无法防止需在热力管道上方平行装置时，应不小于1000mm，其间应采纳有用的隔热办法。
2.桥架与各种管道穿插时，其净间隔应满足下列需求：
1）桥架与通常工艺管道穿插时，不小于300mm。
2）桥架与具有腐蚀性液体管道下方或具有腐蚀性气体管道上方穿插时，应不小于500mm，且在穿插处用防腐蚀盖板将电缆桥架维护起来，其盖板长度应不小于d+2000mm，（d为管道外径）。
3）桥架与热力管道穿插，热力管道有保温层时，应不小于500mm，无保温层时，应不小于1000mm，且在穿插处使用隔热板（例如石棉板）将电缆桥架维护起来，隔热板长度应不小于d+2000mm。
（d为热力管道保温层的外径）
5.2.4综合支吊架设计
1.基于BIM管线模型进行综合支吊架设计施工流程：
支吊架分类→负荷计算→建立支吊架大样模型→模型组合确定安装位置。
操作要求及重点：
支吊架分类:
车库综合支吊架，设备机房（消防泵房、空调机房、换热站、变配电室等）支吊架，水、电管井及走廊支吊架。
负荷计算：
通过输入管材型号、材质、内部介质等参数，利用BIM软件对设备、风道、桥架、各类管道自重及支吊架自重进行计算。
设计负荷计算：
垂直荷载：
综合考虑采用管间间距的。
水平荷载：
0.3倍的垂直荷载。
地震荷载：
按抗震设防烈度≤8度计算。
吊件截面积选择：
（5.2.4-1）
式中:
An—吊架净截面积（mm2）
N—吊杆拉力设计值（N）
f—钢材设计强度（N/mm2）
横担抗弯强度计算：
（5.2.4-2）
式中:
rx、ry—截面塑性发展系数
Mx、My—所验算截面绕x轴和y轴的弯矩（N-mm）
Wnx、Wny—所验算截面对x轴和y轴的净截面抵抗矩（mm3）
f—钢材设计强度值（N/mm2）
横担抗剪强度计算：
（5.2.4-3）
式中:
r—抗剪强度（N/mm2）
V—计算截面沿腹板平面作用的剪力（N）
S—计算剪力处以上毛截面对中和轴的面积矩（mm3）
Ix—毛截面惯性矩（mm4）
tw—腹板厚度（mm）
fv—钢材的抗剪强度设计值（N/mm2）
连接强度计算：
焊接长度、螺栓大小按钢结构设计规范有关公式计算确定。
支吊架大样模型：
根据计算结果，选择支吊架材质、型号等。
分别设计三种综合支吊架的剖面图、大样图、构件图、效果图。
模型组合确定安装位置：
根据优化完的BIM综合管线模型，分别对设备用房、车库、管井及走廊进行支吊架位置确定及模型组合。
最终形成管线综合及综合支吊架系统模型。
5.2.5图纸生成及可视化交底
1.图纸生成要求及控制重点：
基于最终模型分别生成设备安装大样图，各专业平面布置图，重、难点部位节点图，交叉密集部位剖面图，支吊架大样图。
利用以上使用图纸可以有效指导施工，节约施工成本，加快使用进度。
2.为了更加形象的了解施工图纸中管线之间的关系以及方便后期运行维护，将BIM三维模型、BIM漫游视频与传统技术交底记录相结合，形成更加形象且便于施工的可视化技术交底。
5.2.6工厂化预制与管线安装
1.施工流程：
施工准备→图纸交底→支吊架加工预制→预拼装→管线、支吊架安装→过载试验→复核调整→质量验收。
2.操作要点：
1）对预制综合支吊架的焊接质量、加工尺寸、平整及垂直度等进行复核检验。
2）对预拼装构件的定位尺寸、连接强度、预拼装精度等进行复核检验。
3）严格按各系统管线避让布置原则、设计图纸进行布置，必须满足规范及安全使用功能。
4）对综合支吊架进行过载试验并形成记录、必要位置采取冗余加固。
5.3劳动力组织（见表5.3）
表5.3劳动力组织情况表
序号
单项工程
所需人数
备注
1
管理人员
6
2
技术人员
8
3
BIM建模施工
4
4
资料员
1
5
测量员
2
6
安装工
30
合计
51人
6.材料与设备
6.1材料
施工图纸（电子版）、CAD/CAM软件、revit软件、槽钢、角钢、通丝、油漆、钢材、管材等。
6.2设备（见设备表6.2）
表6.2机具设备表
序号
设备名称
设备型号
单位
数量
用途
1
电脑
DELL
台
4
绘图、建模
2
打印机
HP-S2110
台
2
打印图纸、资料
3
切割机
QG-50
台
2
切割钢材
4
电焊机
ZX7—500
台
4
焊接制作
5
电锤
CRH-8-26
把
4
开孔
6
台钻
Z4120
台
2
钢材开孔
7
经纬仪
BB17-DJD2
台
1
测量、复核
8
水准仪
DS3-Ni002
台
1
测量、复核
9
卷尺
-
把
6
测量
10
角尺
-
把
6
测量
7.质量控制
7.1工程质量标准（质量控制执行标准见表7.1）
表7.1执行的相关规范标准表
序号
名称
编号
1
《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》
GB50242—2002
2
《建筑工程施工质量统一验收标准规范》
GB50300—2013
3
《通风与空调工程施工质量验收规范》
GB50243—2016
4
《建筑电气安装工程施工质量验收规范》
GB50303—2015
5
《自动喷水灭火系统施工及验收规范》
GB50261-2017
6
《工业管道及设备安装及验收规范》
GB50235—2017
7.2质量保证措施
7.2.1严格按照设计单位确定的工艺参数及使用功能控制，管线综合布置及综合支吊架设计时严格遵守相应规范及设计标准，不得人为降低标准。
7.2.2严格按制图规范制图、建模，保证制图质量。
做到图面和模型清晰、简明，符合设计、施工、存档的要求，适应工程建设的需要。
7.2.3认真组织做好施工图、三维模型、技术交底和图纸会审工作，使施工人员领会设计意图和施工技术要求，组织现场施工人员结合可视化技术交底、视频等进行施工措施、方案的交流。
7.2.4严格按各系统管线避让布置原则进行布置，必须满足规范及安全使用功能。
7.2.5及时做好各项施工记录，包括预检、分项检，做到准确、及时、齐全。
7.2.6放线定位：
由专人验线并做预检记录。
经监理验线合格方可施工。
7.2.7组织专人对综合支吊架系统进行过载试验、拉拔试验并做好记录，保证综合支吊架系统的安全。
8.安全措施
8.1建立健全安全管理组织，执行安全生产责任制，明确各级人员的职责，做好三级安全教育。
8.2高处拼装、焊接、切割、打孔应搭设固定操作平台并佩戴安全带、安全绳、安全帽。
8.3电焊作业履行三级动火审批制度，焊机设置专用开关箱，焊工持证上岗并配备专业防护设备。
8.4氧气瓶与乙炔瓶隔离存放，严格保证氧气瓶不沾染油脂、乙炔发生器有防止回火的安全装置。
8.5施工现场的临时用电严格按照《施工现场临时用电安全技术规范》的有关规定执行。
8.6电缆线路应采用“三相五线”接线方式，执行“一机一闸、一箱一漏”，严禁线缆拖地与私拉乱接，电工持证上岗
8.7建立完善的施工安全保证体系，加强施工作业中的安全检查，确保作业标准化、规范化。
9.环保措施
9.1建立健全环境保护制度、加强对全体人员的入场环境保护教育，严格执行环境保护制度在规定的时间和区域内进行施工。
9.2注意施工现场环境卫生，焊渣、铁屑、固体废物等垃圾及时清理，做到活完场清。
9.3较少噪声污染，提前预制加工，减少现场敲打、加工。
9.4施工机械进场前清洗检修并进行噪声监测，噪声超标机具不得入场。
9.5非入资料用文档、图纸采用双面打印，节约用纸。
9.6办公区建立固体废物、污染物垃圾存放处，可回收与不可回收垃圾分类处理。
10.效益分析
10.1在政府大力推动节约型社会、推行科技转化为生产力的今天，本工法有利于充分发挥各专业科技人员的聪明才智，积极响应新技术应用于推广。
本工法使得施工更安全、质量更优质、建设投资更省、工期更短。
本工法大幅度降低了施工人员的操作难度，改变了以往需靠经验丰富的高级技工才能完成该项工作状况，现一般工人均可出色完成施工任务，扩大了就业面，同时节约大量人工及返工材料成本费用。
10.2本工法对综合管线排布及综合支吊架应用实现了超前设计与优化，充分结合各参见方意图，大大降低了返工工作量，保证工程质量及使用功能的前提下加快工程施工进度、避免工程返工、保证施工质量与安全。
10.3采用BIM综合管线排布及综合支吊架应用技术，管线综合布置更合理，管线走向清晰美观，且施工质量稳定可靠，不受操作人员因经验不足而影响施工质量，减小因人为操作因素所造成的质量偏差。
根据工程重难点将支吊架进行分类并优化，有利于工厂化预制、模块化组装、有利于控制施工质量、减少钢材使用量、加快施工进度。
10.4采用本工法，钢材用量比传统做法减少20%，工人劳动作业强度比凭施工经验作业低50％，工作效率比传统人工安装做法效率提高1.5倍，且明显缩短施工工期，工程质量显著提高。
10
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