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      基于BIM的濾池管道碰撞檢測實例應用
      來源:國際工程公司 作者:韓亞爽 攝影作者:韓亞爽 時間:2022年12月13日 文字大。骸      

      :本文基于BIM的綜合管線碰撞檢測對公司海外項目——圭亞那自來水廠項目的濾池管線進行實例分析,驗證三維模型對現場施工的指導意義,通過碰撞檢測進一步的優化設計方案,調整采購計劃及現場安裝進度,實現BIM技術與現場實際施工相結合的新方法。

      關鍵詞:自來水廠;濾池;管道;碰撞檢測


      1 引言

      圭亞那自來水廠項目包含三個水廠共三座濾池的建設,三座濾池規模不同,涉及的管道較多,因此管道的采購及安裝是工程建設的重點之一。本文針對其一濾池進行管線的碰撞檢測,將BIM技術在實際施工中進行應用,驗證其對現場施工的指導意義。基于BIM的虛擬化施工,其建模本身不消耗施工資源,卻可以根據可視化效果了解施工的過程及完成的結果,可以較大程度地降低返工率和管理成本,降低風險,增強管理者對施工過程的控制能力[1]。通過BIM的碰撞檢測,可及時發現在建或擬建構筑物的各類管道間及管道與結構間的碰撞問題,從而保證采購和安裝的準確性。

      2 三維模型創建

      建筑模型的創建是碰撞檢測分析的基礎,正確無誤的模型也是檢測結果準確的保障,建模之前應首先熟悉各專業圖紙,保證建模的準確性。本文利用Bentley軟件,根據設計結構圖紙,按照11比例創建濾池結構模型,如圖2-1所示。結構模型按照澆筑順序,分4倉澆筑,澆筑過程中預留出管道安裝的孔道。按照工藝圖紙創建工藝管線模型,如圖2-2。將兩個模型參考到同一個模型里,得出整體模型圖,見圖2-3。



      圖2-1 濾池結構模型圖


      圖2-2 濾池工藝管線圖



      圖2-3 濾池整體模型圖

      在建立出整體模型后,可以通過BIM系統的碰撞檢查功能對管道布設的合理性進行檢查,根據碰撞檢測結果,再對管線的布設進行調整和修改。

      3 碰撞檢測

      在Bentley里進行系統自動碰撞檢測,找出管道之間以及管道與結構之間所有的碰撞點。該濾池模型的碰撞類型分為兩類:一類是工藝管線之間的碰撞;另一類是管線與結構之間的碰撞。

      3.1管線之間碰撞檢測

      濾池工藝管線高低錯落,種類繁多,管徑大小不一,設計時可能存在不同管道之間的碰撞問題,該項目濾池工藝管道類型及數量見表3-1。

      表3-1 圭亞那UDS供水項目濾池工藝管道表

      管道名稱

      管徑

      數量

      材質

      備注

      進水管

      DN400

      4

      球墨鑄鐵

      反沖洗管道

      DN350

      4

      球墨鑄鐵

      反沖洗空氣管

      DN150

      4

      球墨鑄鐵

      溢流管

      DN300

      4

      球墨鑄鐵

      廢水管

      DN450

      4

      球墨鑄鐵

      出水管.

      DN450

      1

      球墨鑄鐵

      碰撞有硬碰撞與軟碰撞之分,硬碰撞是指實體與實體之間交叉碰撞,這里即管線間的交叉,是絕對不允許出現的;軟碰撞指實體間并無交叉,但預設或預留的間距和空間無法滿足安裝、維修等相關施工的要求[2]。軟碰撞可以根據實際情況進行工藝調整或協調。

      因圭亞那位于赤道低壓區,熱帶雨林氣候,全年平均溫度在24-32℃之間,不存在保溫層的覆蓋,僅考慮管道外徑最外沿及管道端頭法蘭最外沿不發生碰撞即可,可以設置規則,并設定外圍容差。外圍容差根據需要取值,本次實驗取0mm。檢測過程中,管道最外沿間距小于該值則認定為碰撞。經檢測,不同管道之間不存在交叉和碰撞,無需進行調整。

      3.2 管線與結構之間的碰撞檢測

      結構設計時要考慮到后期工藝管道的安裝,需要預留管道洞口,結構圖紙中洞口的位置,決定了最終管道安裝的位置,BIM模型的碰撞檢測可以檢查出洞口預留位置的準確性,避免后面安裝位置對不上的情況。另外,碰撞檢測另一個重要的作用還在于管線與結構重要構件之間的碰撞檢測,如管線與結構物柱體或者梁體出現的碰撞,如若出現此類情況應立即與管線設計師進行溝通,重新安排管線的排布。

      通過結構與管道碰撞檢測共發現17處碰撞,均為硬碰撞。歸類總結為下表:

      表3-2 濾池結構與管道碰撞統計表

      序號

      碰撞位置

      碰撞類型

      碰撞個數

      碰撞原因

      備注

      碰撞01

      廢水管水平管段8個法蘭端與結構底板的碰撞

      硬碰撞

      8

      模型法蘭外沿直徑略大,實際構件不影響底板結構

      無需處理

      碰撞02

      廢水管4根豎管與結構的碰撞

      硬碰撞

      4

      預留洞口DN300小于管徑DN450

      修改結構預留洞口大小

      碰撞03

      水平空氣管與頂板結構梁的碰撞

      硬碰撞

      3

      水平空氣管設計位置與結構梁沖突

      需修改工藝設計

      碰撞04

      2根豎直空氣管與頂板的碰撞

      硬碰撞

      2

      頂板結構未預留洞口

      需修改結構設計

      碰撞位置圖見圖3-1~圖3-4。從圖中可以清晰看出,紅色顯示為濾池結構碰撞部位,藍色顯示為管道碰撞部位。視圖分為三種可視效果,可滿足試驗者的觀看需求,第一種顯示:顯示沖突、環境和背景,即沖突及碰撞明顯,其他部分淡顯;第二種顯示:顯示沖突及環境,隱藏背景。第三種顯示:顯示沖突,隱藏環境和背景。如圖3-1,碰撞位置圖中整體圖片為第一種顯示效果,局部放大圖為第三種顯示效果。圖3-2~圖3-4均為第三種顯示,清晰可見碰撞部位。



      圖3-1 廢水管水平管段法蘭與結構底板的碰撞(碰撞01



      圖3-2 廢水管豎管與結構的碰撞(碰撞02



      圖3-3 空氣管水平管段與頂板結構梁的碰撞(碰撞03)



      3-4 空氣管豎直管段與頂板的碰撞(碰撞04

      3.3 設計調整

      管線等的碰撞問題,根據檢測出的時間不同,可以在項目不同階段分別進行調整。發現問題的早晚,決定了調整方案的不同,不同階段的調整方案同時也對整個項目設計、采購及工期有著密切的影響。原則是越早發現,各種不必要的資源消耗及投入就會越少,采取的措施也越經濟。

      3.3.1設計階段的碰撞檢測

      設計階段的碰撞檢測是最有效最經濟的檢測,可以直接對各專業的設計圖紙進行檢驗,及早發現各專業之間的不協調因素,及時調整設計圖紙,優化設計方案,從源頭解決碰撞問題,避免后期遇到采購、安裝及設計變更等問題。

      3.3.2采購階段碰撞檢測

      采購階段的碰撞檢測,可以為管件的采購提供依據,尤其是一些定制管件,對材質有特殊要求或規定尺寸的管道,若在安裝階段才發現問題,如長度不夠,尺寸不符等,既耽誤工程進度,還浪費施工資源,會造成不必要的財產損失。此時發現問題,可及時對工藝管道進行設計變更,修改采購計劃。

      3.3.3施工階段的碰撞檢測

      施工階段的碰撞檢測可以在結構主體建設過程中,正確的預留出管道安裝的位置,避免開孔位置有偏差,或者忘記、遺漏預留孔道等,避免施工返工或破壞結構等問題。

      經上述分析可得,及早的進行碰撞檢測,可及時發現在建或擬建構筑物的各類管道間及管道與結構間的碰撞問題,還可以避免很多施工中可能出現的不必要的問題,從而保證采購和安裝的準確性。既節約施工資源,又不耽誤施工進度。且建模本身并不消耗施工資源,也不會增加管理成本。是一項綠色可行的管理手段。并且可視化還可以展示施工過程及項目建成后的效果,增強管理者對施工過程的控制能力。

      4 碰撞原因及檢測的必要性分析

      4.1協調性

      在設計時,往往由于各專業設計師之間的溝通不到位,而出現各專業之間的碰撞問題。例如濾池結構復雜,加上工藝管線布置密集、高低錯落,由于施工圖紙是專業各自繪制在各自的施工圖紙上的,真正施工過程中,可能在布置管線時正好在此處有結構設計的梁等構件在此妨礙著管線的布置,這種就是施工中常遇到的碰撞問題,BIM的協調性服務就可以幫助處理這種問題,也就是說BIM建筑信息模型可在建筑物建造前期對各專業的碰撞問題進行協調。

      4.2模擬性

      模擬性并不是只能模擬設計出的建筑物模型,還可以模擬現階段還未開始施工的事物?梢愿鶕┕さ慕M織設計模擬實際施工,從而確定合理的施工方案來指導施工。

      對于設計來說,最終空間的營造和管線的排布有非常直接的關系,傳統二維設計中多是通過繪制剖面的管線綜合圖來完成,但這些剖面只解決了該位置的管線排布,而實際中管線都是連通的,某一位置的管線布置情況并不能代表其它位置排布的合理性。同時,各類管線及建筑結構主體之間還存在著管線與管線間和管線與結構間的碰撞等設計問題。BIM借助直觀的三維模型,能夠預先檢測出圖紙中的碰撞問題,幫助減少設計中的錯誤,從而提高設計質量和項目執行效率。

      4.3可視化效果

      可視化對本項目的作用非常大,利用BIM技術,讓以往的線條式的構件形成一種三維的立體實物圖形展示在人們的面前。通過BIM可視化,避免了管道的碰撞,從而保證了采購和安裝的準確性。在BIM建筑信息模型中,由于整個過程都是可監視的,所以,可視化的結果不僅可以用來做效果圖的展示及報表的生成,更重要的是,項目設計、建造、運營過程中的溝通、討論、決策都在可視化的狀態下進行。

      5 結語

      為了促進工程的順利開展,在BIM系統中導入工藝管道及構筑物的信息,生成合理的建筑模型,進行施工模擬,有效的檢測碰撞位置與碰撞類型,有依據的預留結構洞口位置,合理定制及采購管道,規劃安裝進度;诖,BIM技術與施工的結合可以有效的評估設計是否合理,不同專業是否協調,可以極大程度的簡化施工交底流程,提高效率。避免在安裝階段,才發現問題,耗用人力、物力資源去協調施工,同時還能有效避免在施工的過程中產生設計變更問題。


      參考文獻:

      [1]李應來.BIM技術在城市地下綜合管廊中的研究與應用[J].安徽建筑,2021,28(07):154-155.

      [2]楊東偉.Bently在垃圾電廠管線碰撞檢測的應用[J].建筑節能(中英文),2021,49(03):39-42.

      【責任編輯:韓佳!

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