BIM 技术在核电工程管道深化设计中的应用与探究

甘小马 吴 巍

中国核工业第五建设有限公司 上海 201500

随着BIM 技术在建筑业中的应用，对设计要求也越来越高，管道深化设计的必要性、重要性不言而喻，因此也应该搭上信息化技术带给建筑行业变革的快车。利用BIM 技术的三维可视化、碰撞检查、4D 施工模拟等技术手段，帮助管道深化设计人员及时发现并解决管线碰撞、净高不足等问题，减少现场返工次数，从而有效减少资源浪费，提高设计质量。

管道深化设计是核电建设中的一个重要环节，但由于施工过程中各专业间存在“信息封闭”等问题，且缺乏一个共享的协同平台进行协作[1]，导致目前的决策与后续的现场施工出现的客观问题往往不符。基于BIM 技术将小管深化设计在BIM 软件平台上实现，创建了符合施工现场的设计环境，为施工管理人员重塑了深化设计新思维以及BIM 技术应用的新思路，增强了施工管理人员及各专业工程师对BIM 技术应用的系统认知，将BIM 技术在建筑工程的应用转化为新的科技生产力。

1 核电工程管道深化设计特点分析

1.1 深化设计环境复杂

核电工程管线分布在厂房的各个区域，且与厂房内的不同专业联合布置，考虑到管道深化设计需结合管线附近各专业正式物项的布置情况，因此在设计之前需充分计算各专业的安装位置，避免深化设计的管线与现有物项或后续安装的正式物项冲突，这也给深化设计工作提出了较高的要求。

1.2 深化设计成果要求高

根据项目实际需要，进行深化设计的管道不仅要满足现场施工的要求，同时还要能够根据设计成果自动得出管道的工程量、材料量等信息，用于现场材料采购以及工程量统计。而传统的深化设计基本上都不具备自动统计工程量和材料量的功能，需手动人工计算，因此如要满足该要求，就需要采用新的设计手段和方法。

1.3 设计过程修改较频繁

介于核电工程的建造特点，针对首堆工程，部分专业存在边设计边施工的情况，而考虑到深化设计的管线基本为疏水、排气等系统管道，从工艺重要性的程度来说不及其他专业的正式物项，因此在现场深化设计实施的过程中，经常会出现需根据现场实际情况（如专业间避让等）调整原深化设计内容的情况，这就要求深化设计能够实现及时的调整，包含管道图纸、工程量、材料量的调整等。

2 基于BIM的管道深化设计介绍

基于BIM 的管道深化设计技术是在项目BIM 模型的基础上，针对设计图纸未给出明确管线走向的情况下，按照相关设计规范要求进行的深化设计。该技术不仅能够较好地将管道施工所需的信息进行深化完善，同时通过软件平台自带的导出功能，能够将深化设计后的管道和支架的材料量、工程量等信息清单直接导出，为后续的材料采购、工程量结算以及相关技术准备提供基础数据。此外，针对深化设计后的管线，能够直接通过出图软件转化为施工用管道轴测图，省去了技术人员手工绘图的操作，提高了深化设计的工作效率。

2.1 基于BIM的管道深化设计的特点

针对核电工程管线分布复杂、施工作业空间小、设备精细贵重的特点，在施工前，采用BIM 技术进行碰撞检测、净空检测、管线排布优化显得尤为重要。BIM 技术在小管设计中，利用具有强大的支持性数据库的三维设计系统进行工程实体的设计。相比传统的管道深化设计[2]，基于BIM 的管道深化设计具有如下优势和特点：

2.1.1 设计成果质量高

基于BIM 技术的管道深化设计，是在项目各专业BIM 模型的环境下进行管线、支架及附件布置，该环境下项目各个专业的设计安装完成状态和位置能够提前模拟出来，无需进行分专业计算，同时针对现场的安装误差也可反馈至模型中，因此在该环境下进行的管线设计更加符合现场实际情况，同时也具备较高的准确度。

2.1.2 管道出图效率高

基于BIM 技术的管道深化设计，其不仅能够在完整设计环境下进行管线的深化, 同时软件平台自带的出图功能也能大大提高出图效率，相比传统的CAD 制图，通过BIM 出图软件平台出图不仅无需进行人工手动绘制，同时也能够针对各项目不同要求进行转化图图框和管线信息的定制。

2.1.3 有效提升施工前技术准备的工作效率

基于BIM 技术的管道深化设计，在设计之前，针对管线的基础参数就已经基本确定，因此深化设计出来的管道模型不仅能够直观看到管线的具体走向和布局，同时能够在模型中查阅到管线的基础设计参数，大大节省技术人员重新提取基础信息的工作量，提高了材料采购、工程量统计和相关技术准备工作的工作效率。

2.2 基于BIM的管道深化设计

核电工程深化设计操作流程见图1。

图1 基于BIM的核电工程管道深化设计操作流程图

2.2.1 各步骤操作要点

（1）设计文件梳理包含两个方面的内容：一是要梳理需深化设计管道的进出/ 口图纸、流程图以及项目相关的要求文件，如技术规格书，设计说明等；另外要梳理需要深化的管线及其附件的设计要求，如规格、尺寸、材质、压力温度等级、壁厚、材料标准等。

（2）建立基准坐标系：结合各专业二维施工图纸，根据设计文件要求确定管道专业基准坐标点，保证管道模型与各专业模型相对位置的准确性。

2.2.2 深化设计范围内各专业模型导入

该步骤的主要目的是为接下来的管道深化设计提供一个模拟的现场设计环境，因此要求在模型导入之前，深化设计区域内的各专业设计模型需创建完成，且准确性满足设计文件要求。

2.2.3 管道深化设计模型创建

根据深化设计相关文件要求，在创建的设计模型环境下进行管道建模（图2），建模的过程中需正确选择管道及其附件的基础参数，保证与设计要求一致。

图2 设计模型创建

2.2.4 管线深化设计符合性检查

符合性检查主要包括碰撞检查和人工检查两部分，其中碰撞检查主要对建好的模型是否存在碰撞冲突进行检查，如存在碰撞则进行相关调整。人工检查的内容主要包含如下几个方面：

（1）管线的走向是否影响通道（包括材料运输通道和人员通道等）；

（2）需要手动操作的在线部件是否有操作平台和空间（如手动操作的阀门等）；

（3）支架的数量和间距是否合理；

（4）支架的根部是否有足够的安装空间。

2.2.5 管道出图

将检查合格的管道模型通过出图软件进行管道轴测图出图,同时导出相关的基础信息清单，如工程量清单、材料清单等。

2.3 基于BIM深化设计后的管道轴测图出图

基于BIM 的管道出图是在已经创建好并确认合格的BIM 模型的基础上，经过图框设置、规则设定后在专业软件平台上进行出图的过程，具体操作流程如图3 所示。

图3 模型出图工作流程

（1）预设图框：预设图框主要包括两部分内容：一是与项目沟通明确一个标准的出图模板；二是通过BIM 软件进行图框配置，形成标准图框，以满足项目图框的需求。

（2）格式转换：创建好的BIM 模型发布成出图的格式，例如：.i- model 格式满足出图要求，其扩展名主要为.i.dgn。

（3）视图生成：该步骤主要是通过出图软件将赋予出图格式的模型在轴侧视图中发布图纸，例如：可通过OpenPlant Isometrics Manager 软件进行出图操作。

（4）符合性检查：对生成的轴侧图进行正确性检查，主要包含字段、管线、尺寸、材料等，如发现有错误信息存在，则进行整改，直至满足出图要求。

（5）图纸发布：该步骤是在图纸会审完成无误的情况下发布成PDF 图纸，上传到软件平台，用于项目现场使用。

3 结语

基于BIM 技术的管道深化设计是传统管道深化设计工作方式的有效替代，随着越来越多的项目应用，BIM 技术开展管道深化设计工作并取得较好的效果，其所具备的优势已逐渐显现，相信在不久的将来必将被应用于更多的核电工程项目，为实现核电工程高质量建设发挥更大作用。