一种基于BIM 技术的大体积混凝土循环冷却水管快速布置方法

2020-03-08龙桂元韩春龙李大卫

工程建设与设计 2020年10期

龙桂元，韩春龙，李大卫

（中航天建设工程集团有限公司，北京100070）

1 引言

大体积混凝土施工过程中，为减少裂缝的出现，保证施工质量，施工企业往往组织人员进行冷却水管的布置，通过必要的冷却手段将大体积混凝土的温度控制在合理范围内。本文立足于建筑施工技术领域，从过往经验出发，旨在基于BIM 技术，对大体积混凝土循环冷却水管系统快速布置的方式方法进行深入探讨。

2 大体积混凝土循环冷却水管布置的基本要求

为进一步保证大体积混凝土的冷却效果，科学防范裂缝的发生，施工企业投入了大量资金进行相应的研发与创新工作。为确保大体积混凝土循环冷却水管的科学布置，有必要着眼于实际，梳理相关要求，明确BIM 技术在循环冷却水管布置中的作用与应用机理。

2.1 大体积混凝土循环冷却水管布置的必要性

从过往建筑施工经验来看，大体积混凝土在施工过程中会受到温度等因素的影响而出现一定的裂缝，导致混凝土使用寿命缩短，增加病害发生率。为避免这一情况，有效延长混凝土的使用寿命，减少混凝土病害的发生，施工企业在大体积混凝土施工环节往往要搭建必要的冷却设备，通过冷却设备有效控制混凝土的温度。从实际情况看来，布置循环冷却水管系统是一种有效降低大体积混凝土内部温度峰值，有效防止大体积混凝土出现裂缝的主动控制方法。循环冷却水管设置成本较低，冷却效果较好，并且不会产生额外的废弃物，不会对建筑施工区域的环境产生危害。为了保证循环冷却水管系统对大体积混凝土良好的降温效果，确保大体积混凝土不出现裂缝，施工人员需要考虑如何确保操作过程中实现循环冷却水管管道快速精准定位，确保水管布设的有效性。传统的施工布置方法为大体积混凝土钢筋工序绑扎完成后再在现场切割焊接定位，不仅耗费大量人工，施工速度十分缓慢，定位精度也不理想，最终影响循环冷却水管的降温效果[1]。基于这种认知，为确保相关冷却水管布设工作的有序进行，施工人员需要在科学性原则、实用性原则的基础上，借助于现有的技术手段，实现冷却水管的准确定位，为大体积混凝土冷却成效提供技术支持。

2.2 BIM 技术在大体积混凝土循环冷却水管布置中的作用

为有效应对现阶段大体积混凝土循环冷却水管布设环节存在的问题，越来越多的施工技术人员尝试从BIM 技术出发，借助其强大的计算、分析以及模拟能力，提前进行冷却水管布置方案的模拟，实现布置方案的最优化。

借助于BIM 技术，技术人员能够保证其严格按照大体积混凝土降温实施方案所设计的要求进行准确快速施工操作，确保循环冷却水管精确定位，同时，可以对组成循环冷却水管系统的单元组件提前到基础施工之前完成，提前按照分解的单元模块下料备用，待基础钢筋绑扎完成即可插入循环冷却水管组装作业工序，而且可以在大体积混凝土内的各个部位同时展开作业，在确保精确定位的基础上大大加快了施工进度。

3 传统大体积混凝土循环冷却水管布置方法存在的问题

为保证大体积混凝土循环冷却水管布置工作的顺利进行，在研究环节，有必要着眼于实际，对现阶段施工技术人员沿用的传统二维设计方法进行系统化梳理，明确其存在的问题与缺陷，进而为后续相关技术应用工作的开展提供方向性引导。

采用大体积混凝土降温实施方案还无法对循环冷却水管管道精准定位，特别是一些结构超厚超大、形状体积不规则（异形结构构件）、钢筋预埋件等构造密集复杂的大体积混凝土内部的布置。根据二维平面图纸进行布置存在以下局限性：（1）从循环冷却水管管道的二维施工图获取的定位信息往往不够精准，理论上，用平面图纸精准表达复杂的三维空间存在着几乎不可克服的困难，因而造成定位极不准确，给后续的实际施工以及布置带来了极大的难度，无形之中延长了施工周期，降低了冷却的实际成效。往往影响原设计大体积混凝土实施方案所设计的降温效果[2]。（2）除了理论上不能获取精确的定位信息，实践操作时，为了顺利插入循环冷却水管管道，会人为更改循环冷却水管管道位置，理论上讲是要求在规范允许的范围之内，但是实践操作中往往偏差大于规范的要求，往往可能导致误差的积累和加剧。为避免上述情况的发生，降低操作难度，有必要采取相应的技术手段，扎实做好循环冷却水管的定位与布置工作。

4 BIM 技术在大体积混凝土循环冷却水管布置的应用方式

在研究过程中，通过吸取过往有益经验，采用一种基于BIM 技术的超大体积混凝土循环冷却水管系统的布置方法，解决了现有循环冷却水管系统布置存在偏差的问题，施工进度缓慢的问题。

在整个应用过程中，有必要根据大体积混凝土部位的基础施工图，通过BIM 相关技术模块建立相应的三维模型。根据大体积混凝土温控实施方案及循环冷却水管二维平面系统图的位置坐标导入三维模型。在建立的三维模型中检测循环冷却水管管道间或与钢筋、预埋件、不规则结构基础间的冲突位置。通过动态模拟调整优化检测到的冲突位置的循环冷却水管位置坐标，并将调整优化后的循环冷却水管位置坐标信息导入大体积混凝土温控实施方案计算书进行校核，确保调整优化后的循环冷却水管满足原设计要求[3]。将调整优化后的循环冷却水管按照管道组装或焊接工艺进行单元模块分解并生成组装编号图；循环冷却水管管道按照分解的单元模块切割下料并组装编号图进行编号，待基础钢筋工序绑扎完成按照生成的循环冷却水管的三维BIM 及组装编号图完成现场组装。该方法将传统二维平面施工图纸中的混凝土构造（含集水坑、电梯基坑、设备基础等构造）信息、普通钢筋、预埋件信息以及循环冷却水管管道信息三者集成到统一的三维BIM 信息模型中，能够简单直观地找出上述构造与循环冷却水管管道冲突位置，预先提出冲突避绕方案并按单元模块进行分解，指导工人循环冷却水管按照分解单元模块下料、编号、定位组装，合理下料减少二次切割，特别是特别是结构超厚超大、形状体积不规则（异形结构构件）、钢筋预埋件等构造密集复杂的大体积混凝土，解决了复杂位置准确定位的问题，避免后期返工，保证大体积混凝土的降温效果，从而确保施工质量，同时利用循环冷却水管管道单元模块可提前施工，加快施工进度。