精细化BIM建模技术在核电管道专业中的应用研究.pdf

rquipment&Installation装置与安装精细化BIM建模技术在核电管道专业中的应用研究崔羚叶军楚吴巍中国核工业第五建设有限公司上海2 0 15 12摘要核电管道安装施工过程中，由于管道存在两段标高未体现、衬塑管道不体现衬塑层、垫片尺寸、法兰尺寸等情况，项目从设计图纸中获取的材料量、工程量存在偏差，影响现场管道预制以及后续系统安装整体控制。针对以上情况，通过参数化部件定制、模型搭建规则设定等方式，开展精细化BIM管道建模，协助项目获取管道系统准确的工程量、材料量信息，用于辅助采购、商务结算，同时也保证了系统现场施工质量，为后续核电工程项目管理应用BIM技术提供借鉴。关键词BIM精细化建模核电管道中图分类号TL48,TQ082文献标志码B文章编号16 7 2-9 32 3(2 0 2 3)0 8-0 0 7 1-0 4某核电常规岛管道系统包含主蒸汽系统、主给水系统、汽水分离再热系统、凝结水系统、高压加热水系统等共计4 2 个工艺系统。管道材料采用ASME、国标、电力等标准，寸径在DN15至DN900之间，管道整体工程量约为3.8万m，预制工程量大约在4 0%，管道工程量、材料量统计是管道专业施工图预算的基础工作，是预算文件的重要组成部分。传统方式是根据现场到图、变更情况，依靠项目部专人手动定期进行更新、维护、汇总。以下通过研究设计规范以及材料规范，结合现场的安装规则，实现管道精细化模型的搭建，输出符合项目使用需求的工程量、材料量信息，保证后续BIM应用的开展。1管道精细化建模配置管道BIM模型作为其中一部分产出物，搭建的模型需要满足属性符合项目应用的质量要求，分解了管道模型搭建流程，提出了项目空间配置、项目构件库搭建等精细化建模配置方法，从而满足六大成果的输出质量。1.1项目空间配置工作空间是用户在同一个工程中工作环境的集合，为了使构建的模型可以达到项目使用要求,项目在满足标准等级LOD350(深化设计模型)情况下，包含管道模型介质颜色、模型属性字段等，同时结合项目需求新增额外属性信息。1.1.1管道模型介质颜色在进行项目管道专业空间创建时，针对不同介质，对项目4 2 个系统颜色进行了匹配（图1)。1.1.2模型的属性字段项目设计模型搭建时，按照LOD350要求的几何信息与非几何信息之外，结合项目实际的应用需求，添加了部分用于商务结算、系统移交的属性字段，例如,预制与安装点数、切割端编号、保温类型、预制以及安装长度等，如表1所示。油化 建设 2.0 7 1 以通过制定规则提供相应的工程量清单，为商务预算提供Erauioment&lintalation装置与安装一级系统R颜色设置值GB色块消防场地16000救援窗口2550水系统00255暖通系统02550动力系统电气系统2550255智能化系统2552550图1项目管道介质颜色表表1管道属性表序号属性字段序号属性字段机组112厂房123区域134标高145系统156是否防腐167底漆178中间漆18设计压力/MPag)9面漆1910是否保温20运行压力/MPa（g)1.2项目构件库搭建管道系统是由管道、管件、法兰、垫片、紧固件、阀门、过滤器在线部件等组成的，采用在美标、国标、电力、非标系列规格的材料名称与规格。创建项目级构件库构建时，除了对管道的公称直径、外径尺寸、管件的外形尺寸、重量等参数进行配置外，构件库的层级分配上也参考了项目上对于物项材料的管理模式，同时为避免不同标准规范材料出现混淆，项目的构建库以划分标准为第一层级、物项大类为第二层级进行区分（图2），在模型搭建完成后不仅可以获取与项目采购要求匹配的材料清单，同时也可7 化 建 2 0 2.0 8 二级系统一一给水系统排水系统中水系统循环水系统消防系统雨水利用系统室外水系统供暖系统通风系统（消防排烟系统除外)（消防排烟系统）通风系统空气调节系统除尘与有害气体净化系统冷热源系统热力系统燃气系统气体系统真空系统油系统燃煤系统供配电系统照明系统防雷与接地系统信息化应用系统智能化集成系统信息设施系统安全系统（火灾自动报警及消防联动控制系统除外）安全系统（火灾自动报警及消防联动控制系统）机房工程序号图纸编码21图纸名称22图册编码23转换图号24工作包编号25工作包名称26设计温度2728运行温度/2930对应管道图纸版本R颜色设置值GB色块一一一一一一019125500205176196222001282550010690205135206235124252020519200013969180238180154205501391391392059292193205193224238 238105105105190190 19016032240238130238208321442552150238221130255246143255165238013910520属性字段阀门位号材质类别连接方式公称压力驱动类型压力等级结构类型安装点数对应管道图纸号相应的参考依据。美标材料在线部件管道件图2 项目管道构件库1.3BIM模型信息的输出利用BIM模型可以直接输出管道二维图纸以指导实际施工，可输出管道等轴图、焊缝清单、材料清单、工程量清单、设计会审问题清单、可视化的BIM等6 大成果，充分发挥信息化技术对于项目建设推进，在项目进行焊缝录人、材料计划编制、工程量统计、设计会审工作提供有力的帮助。2建模问题2.1项目构建库的管理2.1.1 问题描述在创建项目级的构建库时,将材料分为美标、国标系列、电力系列以及非标准系列的材料这几个大类进行配置，而在实际建模应用过程中，出现了如下问题：(1）材料规格过多：例如DN100的管道,根据每个标准来划分，至少有不低于6 种以上的材料，建模时需要对构件库按照规格进行筛选之后，再选择相应规格的材料，降低了建模效率，更加容易错选材料。表2 为管道规格表。表2 管道规格表物项物项序号名称规格1管道DN100无缝钢管Sch40SSA106GR.B2管道DN100无缝钢管Sch80SSA335P223管道DN100无缝钢管Sch80SSA312TP304L4管道DN100无缝钢管108X4mmSSGB3087-200820无缝钢管108X4mmSSGB/T14976-20125管道DN10006Cr19Ni106管道DN100刚塑复合管PN10SSGB8163-201820（衬塑）(2）构件库更新频繁：项目构件库是根据现场施工到项目级构件库电力标准材料国标材料非标系列材料材料描述-123002rquipment&Installation装置与安装图的情况不断进行修改、完善及补充的，而同一个项目为纸设计存在坡度要求，而设计图纸中未对标高进行体现，了规范要求，所有技术人员使用同一个构件库，而每次新如图5 所示，仅在设计备注中说明“图中弯头处的标高为增工艺，需要对每一个技术人员的构建库进行更新，使用设计标高，安装时需按照坡度调整弯头标高以及管道长人数增多时存在更新不及时的情况，影响建模质量。度”，也未明确两段为弯头或者没有弯头的情况下标高的2.1.2对应措施依据基准。为了实现精细化建模的目的,提高构件库的准确性，如图5 所示，管段长度为12 30 0 mm，按照图纸上的标保证构件库保持最新的状态，首先对项目工艺管道的分高要求为i=0.002时（加热器系统管道最高为i=0.01），类进行了统计，如图3所示，单元内的部件均为统一的规计算出标高差为12 30 0*0.0 0 2=2 4 mm；利用三角函数格以及材质。alpha=acos pow(b,2)+pow(c,2)-pow(a,2)/(2*b*c)计项目专业某核电常规岛工艺系统系统工艺系统A工艺系统B工艺系统CH艺系统H艺系统b单元a图3构件库分层因此在对构件库搭建时，参照项目系统的分级，对项目的构件库重新规划层级的分类，如图4 所示，通过该层级的划分，主要的提升如下：(1）系统级的构件库搭建,有利于单个系统构建的修改,不再影响其他系统构件库的属性；(2）由系统构件库划分为单元级构件库，,实现了准确筛选构建的目的；(3）系统级别的构件库可以组成项目级别的构件库，为其他系统构件库的搭建提供参考使用，提高了数据的复用性。项目级构件库系统级构件库单元级构件库2.2管道坡度对管线的影响2.2.1 问题描述在进行项目工艺管道建模时，发现部分工艺系统图算此时高点与低点弯头的角度为8 9.9，此时弯头的规格也与图纸上的不符。H艺系统H艺系统ba美标材料国标材料电力标准材料非标系列材料美标材料国标材料电力标准材料非标系列材料美标材料美标材料单国标材料元A电力标准材料非标系列材料图4 构件库优化分层H艺系统a单国标材料元A电力标准材料非标系列材料H艺系统力图15081PGBRJS021-004X=/7Z+6300Y=70/A)-12602-/0M-55006.图中弯头处的标高为设计标高，安装时需按坡度调整弯头标高及管道长度；图5 设计图纸中管道坡度未体现2.2.2 对应措施通过与设计澄清后确定关于管道坡度的绘制原则，如表3所示。表3设计回复坡度绘制原则沿水平管道的坡向，起点弯头的设计标高为安装标高，调整终原则1点弯头标高和立管长度满足放坡要求，下游支管管道的起点标高根据放坡后的上游母管管道标高进行相应调整；对于连接设备接口的管道，在确保设备接口标高不变的前提原则2下，可通过调整立管长度满足放坡要求，在避免碰撞的前提下，现场按以上原则进行放坡；设计回复现场所有的非标的弯头在上游供货时均按照实际角原则3度供货。针对设计回复规则,对管道建模的原则进行了调整，具体如下：(1）系统模型搭建前梳理上下游接图顺序，以设备口坡度高点的图纸为优先绘制原则，保证设备口的坐标前提下，调整相应管道坡度并检查连通性；(2）在设计回复的原则1与原则2 冲突的情况下，保证设备口的坐标为准；(3）在图纸输出时，按照实际角度以及尺寸进行标PE*5500-0.002R421-Erquioment&lnstaltin装置与安装识，车间管道预制按照实际的长度预制。经过调整原则之后输出，如图6 所示，图纸按照管道设计位置进行了标注同时调整了上下游的图纸、尺寸，以满足现场施工要求。M003回4 0 2-55002M002PE-550089.92.3衬塑管道建模与材料输出2.3.1问题描述衬塑管段的衬塑工作需提前进行预制，现场无法对成品管段进行调整。根据标准可知钠冷快堆两个衬塑管件连接时，图纸标注尺寸为管件的长度之和，并未考虑垫片的厚度。经过设计回复确认，由现场根据实际安装情况进行衬塑管道的长度调整。2.3.2对应措施为保证衬塑管道的实际材料满足图纸中对坡度及垫片的要求,BIM模型搭建除了考虑坡度对管道长度的影响之外，需要对衬塑管道法兰进行相应的配置，以满足现场对于管道下料长度及材料工程量的统计。根据相关标准可知,现场衬塑管道采用PN10的平焊法兰与管道或者管件焊接后添加衬塑层进行预制，而法兰距离法兰密封面的最小距离为管道壁厚(T）。现场的衬塑厚度为3mm，因此在配置管道法兰的厚度时应为C+T(其中C为标准法兰厚度，T为管道的壁厚），而管道距离法兰面的距离为T+3mm。在衬塑管道模型搭建时，调整相应的建模原则：在保证管件位置的同时，调整管道与管件标注的距离，将管道的缩短3mm以满足垫片的放置，满足整体尺寸及设计图J021-GD-0004纸的要求。接三回路化学加药系纸X881001M001Y5645210PGRL0BQ-4103-RHPE-552310PGB10BQ4104-GE+SB拨阁XP1-10FCH-RJ09M-GD-0002X82500Y557401000MO05XP1-10PCB-RJ021-CO-0018810056432PE5323图6 管道坡度BIM出图3经济效益分析目前管道专业精细化建模已经在某核电得到了实施与应用,通过精细化的建模,为项目提供了准确的BIM模PE-5511型。不仅可以输出用于项目施工的转化图，而且解决了设400G计图纸中坡度影响管段长度、衬塑管段材料量统计等问题MO07造成现场返工延误施工工期的问题，提高了施工效率，降低了成本，达到了预期效果。4结语某核电通过精细化建模获取准确管道系统的工程量、材料量，并且辅助物资采购、商务结算以及后续BIM全面应用，是项目开展精细化管理必不可少的一步，通过对某核电工艺管道精细化建模的分析和总结，发现了设计存在的问题、难点和重点,在处理这些问题和难点的过程中，掌握了精细化建模时应该注意的关键点和关键技术，为后续BIM技术在核电建设中推广应用打下了一个良好的基础，并积累了相关的工作经验。参考文献1GB/T51235-2017建筑信息模型施工应用标准。2DL/T935-2005钢塑复合管和管件。3GB/T9119-2010板式平焊钢制管法兰。4GB/T9126-2008管法兰用非金属平垫片尺寸。(收稿日期：2 0 2 3-0 5-2 8)7 化工建1 2 0 2.0 8