CN106951637A - 基于bim技术的中低压锅炉小管道二次设计施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于BIM技术的中低压锅炉小管道二次设计施工方法，建立所有管道及设备的三维立体模型，导入管道和设备模型及位置数据，进行三维立体模型图的碰撞检测；设计小管道起点和终点，建立位置数据，与电气、热控设备位置进行三维立体模型图的碰撞检测；根据BIM软件技术提供的材料清单，统计锅炉小管道各组件的型号、数量和长度信息；小管道支吊架进行安装，小管道地面下料煨弯；重要位置与现场条件进行碰撞检测，确保施工计划。本发明可根据施工计划来进行施工模拟和进度模拟，对各专业的碰撞问题进行协调，生成协调数据来确定合理的施工方案和工期，从总体上降低了施工工期，节省了大量的人工、材料、机械、设备费用，经济效益和社会效益明显。

Description

基于BIM技术的中低压锅炉小管道二次设计施工方法

技术领域：

本发明涉及一种管道的施工方法，特别是涉及一种基于BIM技术的中低压锅炉小管道二次设计施工方法。

背景技术：

火电机组锅炉管道中有大量ＤＮ８０以下的小管道，小管道的特点是管线规格、型号种类多，工作状态及工作环境各异。小管道中，加药取样、疏水放汽管道等管径一般都小于ＤＮ８０。目前设计院对火电机组ＤＮ８０以下的小管道一般只出具系统图而不出布置图，只给出起点和终点，需要查阅图纸和根据现场情况，决定小管道的位置和走向，施工随意性大。图纸是二维的数据记录，不具有直观性，通过看图，构建起立体的管道体系，需要大量时间，精力和较强专业能力。实际施工中，其它专业的管道，热工和电气电缆桥架也有部分是现场设计布置。如果各方现场二次设计不当，沟通不到位，稍不注意，就会发生专业间的碰撞。已施工的管道的走向和位置的修改相当困难，有可能会起很大的弯路，耗费的人工和材料会大幅增加。如果布置不当，轻则影响美观和功能，重则会影响运行经济和安全性。另外，现场设计的不确定性，对物资的计划采购，进场时间的确定等都带来一定的困难，可能会造成物资的延迟或浪费。

目前，我国的施工进度管理主要是采用Ｐ６、Ｍｉｃｒｏｓｏｆ ｔｐｒｏｊｅｃｔ等工程管理软件对施工进度计划进行管理，进度管理模式仅停留在二维平面上，对于标段多、工序复杂的建设工程，对施工进度的管理难以达到全面、统筹、精细化。

我国国内建设工程设计图纸主要为ＣＡＤ软件绘制的二维平面图，在完成的二维设计图纸中对建设工程的表达主要使用到了平立面图、剖面图、大样图等各类图表，在二维图中，每张图纸都是离散的线条，彼此之间互不关联。对于较复杂的建设工程，设计、施工经验不足的设计师在各平立面图、剖面图和大样图之间难免出现错、漏、缺、重等错误，如在施工过程中发生设计变更，许多二维视图都需要重调整、绘制。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于BIM技术的中低压锅炉小管道二次设计施工方法，适用于火电机组工程锅炉、汽机专业不出布置图的小管道的实施，包括设计院不出布置图的Dn≤80的管道，锅炉厂及其它设备厂家不出布置图的排气、排污、疏水管道。

本发明为解决技术问题所采取的技术方案是：

一种基于BIM技术的中低压锅炉小管道二次设计施工方法，其具体操作步骤如下：

①设计图纸，建立所有有关管道及设备的三维立体模型，导入有关管道和设备模型以及各自的位置数据，进行三维立体模型图的碰撞检测；如果有碰撞，进行模型优化再设计，再次进行碰撞检测，直至没有碰撞为止；

②设计小管道流程图及其起点和终点，建立小管道三维模型及位置数据，与电气、热控设备专业位置进行三维立体模型图的碰撞检测；如果有碰撞，进行模型优化再设计，再次进行碰撞检测，直至没有碰撞为止；

③根据两次碰撞检测试验得到的信息，设计合理的小管道施工方案，确定图纸最终方案；根据BIM软件技术提供的材料清单，统计锅炉小管道各组件的型号、数量和长度信息，进行材料统计，按计划管理控制进度；

④清理施工现场，合理安排管道到货计划和到货顺序，将电源布置到位，氧气、乙炔、电焊机布置到位；

⑤小管道支吊架进行安装，小管道地面下料煨弯；

⑥利用BIM技术的模型隐藏显示功能，在开工前将所有实体进行隐藏，随着施工进度的进行逐步取消隐藏；在每个进度报表日保存该段时间内最终现实的模型，使工程进度直观可视，且对下个时段进行直观分析，做好进度控制；

⑦重要位置的三维模型与现场条件数据再次进行碰撞检测，确保不会错误施工，浪费人力资源和原材料；

⑧各管道布置到位，通过管道阀门安装以及焊接处理，确保中低压锅炉小管道的施工计划要求。

在步骤⑧中，焊接采用全氩弧焊接，管子对接焊缝位置，应符合下列要求：

a：焊缝位置距离弯管的弯曲起点不小于管子外径或不小于100mm ；

b：管子两个对接焊缝间的距离不小于管子外径或不小于150mm ；

c：支吊架管部位置不能与管子对接焊缝重合，焊缝距离支吊架边缘不小于50mm ；

d：管子接口应避开疏、放水及仪表管等的开孔位置，距开孔边缘不小于50mm，且不小于孔径；

e：法兰平面应与管子轴线相垂直，平焊法兰内侧角焊缝不得漏焊，且焊后应清除氧化物等杂质。

在步骤⑧中，穿墙及过楼板的管道要设计套管，管道与套管之间的缝隙要填实；穿过锅炉栅格板的，应处理好栅格板上开的孔洞，用与平台踢脚板相同的围板弯成圆形踢脚板并与栅格点焊接牢固；与主设备及主管道相连接的小管道，要充分考虑主设备及主管道的热膨胀系数。

本发明通过采用BIM技术结合施工现场的三维激光扫描和高像素数数码相机的全景扫描，将施工现场的空间信息和时间信息集合在一个可视的3D或4D的建筑模型中，对施工现场进度进行形象、具体、直观的模拟，便于合理、科学地制定施工进度计划，直观、精确地掌握施工进度，对不同施工标段之间的沟通和协调有一个统一的管理和全盘的控制，于缩短工期，降低施工成本。

采用BIM技术可以从设计、出图到施工，都以符合人脑思维习惯的三维模型为依托，减少三维到二维再到三维转换的时间成本和信息传递错漏，在施工开始之前实现“预建造”，从而保证“无差错的施工”。利用BIM技术，可以从增加中标成功率、减少漏算错算、把控变更索赔等方面提高收入，从提高沟通效率，提升策划精度，减少返工和材料浪费，提高进度和风险的管控能力等方面降低成本，从而提高项目利润。

采用BIM技术能够带来10%左右的工程进度节省和60%的返工减少。施工阶段BIM技术应用，可获得10倍甚至更多的投资回报，提升50%项目协同能力，减轻管理人员工作强度，使质量安全管理能力得到显著加强的同时，提升项目成本管理风险控制能力。工程竣工BIM模型，为后期维修服务、业主方运维提供更大价值。

本发明的施工程序及方法：

A、建立模型、预判分析：

在工程项目锅炉小管道施工前期，BIM建模小组要严格按照设备建筑图纸及场地规划设计图纸，将一号机组所有施工相关模型建立完毕，为现场施工提供了一个三维仿真场景。为一号机组安全文明施工、场地综合布置及重要施工方案的决策提供了一个有效载体。在施工组织设计阶段，利用BIM技术可以进行模拟实验，从而来确定合理的施工方案和工期来指导施工，实现成本控制。

B、碰撞检测：：

建模小组首先通过Bentley公司BIM 模型软件将全场的各管道管道系统严格按照图纸进行仿真布置，在综合考虑施工场地各设备占用空间的情况下，对各管道系统进行碰撞检测，通过三维模拟可以直观的把设计图纸上的问题全部暴露出来，预判现场管线碰撞问题，当即给出解决方案，导出变更图纸，优化施工方案，并用更改的施工方案来指导现场施工。利用BIM技术手段将各专业的设计展现在模型之上，供其他设计师进行参考，从根本上解决专业间协调问题。

C、管道材料统计：

BIM通过对施工项目进行可视化展示、协调、模拟、优化以后，可以输出经修改的综合管线图，综合结构留洞图，改进方案和材料统计清单等。

按照传统方法先对图纸进行审查，再利用 AutoCAD绘制成单线图，然后手工标识焊缝，然后逐条输入管材、 管件、 法兰、 螺栓、 垫片、 阀门、 支架、 油漆、 保温材料等再汇总，统计总焊口数，建立焊接数据；其他仪表及特殊管件统计同样如此，数据庞大，费时费力，还很容易出现统计错误。利用 3D 软件进行深化设计后，根据软件提供的各种模版，便可以导出 Excel 表格数据库。

D、三维技术交底：

技术人员通过模型实现向施工方进行虚拟现实场景的可视化交底，让施工方清楚了解设计意图，了解设计中的每一个细节。交底过程中施工方也可以从施工的角度提出意见和建议，并实时更改、优化设计方案，直观而形象。

E、材料的领用：

管道材料现场验收时，施工人员应在业主仓库组织下会同业主、监理、生产厂家、供应科、工地人员对管道进行清点验收，核对管道规格型号均应符合设计规定；清点结束后，应及时妥善保管设备，以防丢失、损坏和变形；验收后的管道技术文件应交物业主保管；施工人员不得私自进行使用。

F、设备检查：

安装前，应对从供应科领出的管道重新进行全面的实地检查和测量，检查整体外观应无变形，焊缝无裂纹，沙眼和漏焊。如有缺陷应做好记录并及时处理。

G、管道安装：

1、根据BIM软件到处的材料清单，统计锅炉小管道各组件的型号、数量和长度等信息。

2、应用BIM三维软件建立的小管道三维立体模型，导出可用来指导施工的小管道整体三维立体图。

3、管道安装前必须将内部处理干净，不应有浮锈、熔渣、焊珠及其他杂物。

4、主管路应有一定的倾斜度，以便管路中水集中排出。

5、配管管径不要任意缩小，如必须缩小或放大管径必须使用大小头，否则，在接头处回形成紊流导致较大压力损失。

6、施工前技术负责人对其工作范围、技术要求及针对性的安全措施进行全面的交底。

7 、所有管道安装前，必须将管道内部清理干净，彻底清除管道内部氧化皮及其它杂质，然后才允许安装阀门、虑网、油枪及热工设备。

8、管道安装工作如有间断，应及时封闭管口。

9、管道敷设坡度均按I=0.003考虑，图纸有特殊要求除外。

10、阀门安装应连接自然，不得强力对接或承受外加重力负荷。

11、法兰或螺纹连接的阀门应在关闭的状态下安装。法兰安装前应对法兰密封面及密封垫片进行外观检查，不得存在影响密封性能的缺陷。

12、法兰连接应保持法兰间的平行，其偏差不应大于法兰外径的1.5/1000，且不大2mm，不得用强紧螺栓的办法消除歪斜。

13、安装阀门与法兰的连接螺栓时，螺栓应对称均匀、松紧适度，且螺母应露出2～3扣，螺母应位于法兰的同一侧。

14、现场使用阀门、管件及管子的规格和材质应符合设计图纸规定。

15、所有管道应布置应合理、整齐、美观、走向简捷。

16、在条件具备时对小管道布置进行三维设计。所谓条件是指在某些复杂的场合下，场地狭小而各专业设备又多且还难以定位，需等这些情况落实后才能进行设计。但无论如何，必须先设计，经批准后才能施工。

17、三维设计时应邀请相关专业参与（包括现场查看），以提高设计质量和可行性。例如，某个位置通道比较狭小，几个专业在此处都有作业。施工比较早的专业先占用这个位置，而另一台机组施工比较晚，就不能从此处施工，需要绕到其它位置，两台机组施工不统一，很不美观；又如，同一场所各专业都想占用，可相互协商后确定各自所占位置。

18、管道支吊架应严格按照设计图纸进行安装，现场配置应采用机械加工，如用火焰切割应将氧化铁清除，并将切割部位打磨干净。

H、管道焊接

1、本系统采用全氩弧焊接，焊口无损检验比例按照规范要求。

2、对口间隙应均匀，管子和管件坡口内外10～15mm范围内，应清除油垢和铁锈，直至露出金属光泽。

3、管子对口时应平直，其折口的允许偏差应在允许范围之内。

4、接焊缝位置应符合设计规定。否则，应符合下列要求：

a：焊缝位置距离弯管的弯曲起点不得小于管子外径或不小于100mm。

b：管子两个对接焊缝间的距离不易小于管子外径，且不小于150mm。

c：支吊架管部位置不得与管子对接焊缝重合，焊缝距离支吊架边缘不得小于50mm。

d：管子接口应避开疏、放水及仪表管等的开孔位置，距开孔边缘不小于50mm，且不小于孔径。

e:法兰平面应与管子轴线相垂直，平焊法兰内侧角焊缝不得漏焊，且焊后应清除氧化物等杂质。

I、进度管控：

1、利用BIM技术的模型隐藏显示功能，在开工时将所有实体隐藏，随着施工进度的进行逐步取消隐藏。

2、在每个进度报表日保存该段时间内最终显示的模型，使工程形象进度直观可视。 且可对下个时段的进度控制进行直观分析，以便整合资源，做好进度控制。

3、BIM 软件还可以把进度过程生产动画，更加形象具体地展现施工进度。

J、环保措施：

1、固体废弃物控制：

1-1执行标准：执行国家《固体废物污染环境防治法》。

1-2控制程序：

1)固体废弃物分类：

危险固体废弃物：油漆类、危险化学品、油类废弃物及其用具和容器，医疗垃圾、废酸、废碱、废电容器、废电瓶等。

非危险固体废弃物：一般的生活垃圾、建筑垃圾、办公垃圾等。

2)固体废弃物收集：

各产生废弃物单位均设置废弃物临时存放点，并在临时存放点配备有标识的废弃物容器。废弃物产生后，由产生单位的人员按固体废弃物分类放置，贮存场所应有防雨、防漏、防飞扬、防火等措施。

3)固体废弃物处置：

固体废弃物处理前首先应考虑能否作为二次资源加以利用，对相关化学药品、剧毒容器的处置，项目供应科在物资采购合同文件中要明确说明对上述空桶、罐的回收、处置及环保具体要求环节的责任和义务；避免由于对物资品性了解不详最终对环境造成破坏。

2、水污染控制：

执行的有关标准：

生产、生活污水的排放按照国家和地方规定分别执行国家标准《煤炭工业污染物排放标准》GB 20426-2006、排入GB3838Ⅲ类水域，执行一级排放标准；排入GB3838Ⅳ类水域的污水执行二级排放标准。

3、大气污染控制：

按照国家规定和地方规定，在生活区和非生产区执行《环境空气质量标准》（GB3095-1996）二级标准，施工作业区执行三级标准。

施工和生产过程中产生的废气粉尘执行国家《煤炭工业污染物排放标准》GB20426-2006，《工业炉窑大气污染物排放标准》GB9078-1996。

柴油车辆、汽油车辆、轻型车烟度排放执行《车用压燃式发动机和压燃式发动机汽车排气烟度排放限值及测量方法》GB 3847-2005所规定的限值。

车用汽油机执行《点燃式发动机汽车排气污染物排放限值及测量方法（双怠速法及简易工况法）》GB 18285-2005所规定的限值。

4、噪声排放控制：

执行的有关标准：

生活和非施工作业区执行《声环境质量标准》GB 3096-2008之1类混合区标准，即昼间等效级限值为55dB，夜间45dB。公路两侧执行GB 3096-2008中4a类标准。昼间70dB、夜间55dB。

突发和偶发噪声执行GB 3096-2008第5.4条。

施工点噪声控制执行《建筑施工场界噪声限值》GB12523-90规定。并根据不同的施工阶段和环境情况，采取隔音、消音等措施防止扰民。

运输车辆噪声执行《汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法》GB 1495-2002标准。

个人防护卫生标准执行《工业企业噪声卫生标准》实行草案标准。无防护115dB，一般控制在90dB内。有防护120dB，一般控制在112dB内。

本发明的创新点：

1、可视化：BIM提供了可视化的思路，将以往的线条式的构件，形成一种三维的实物图形。在BIM建筑信息模型中，整个过程的可视化，不仅可以带来效果图的展示，更重要的是，项目设计、建造、运营过程中的沟通、讨论、决策都可在可视化状态下进行。

2、碰撞检测：BIM建筑信息模型可在项目建造前期，对各专业的碰撞问题进行协调，生成协调数据，从而预判各专业间的碰撞问题，及时变更，节省人力物力。 BIM可以将各专业的设计展现在模型之上，供其他设计师进行参考，从根本上解决专业间协调问题。

3、施工进度模拟：在设计阶段，BIM可以进行模拟实验，在招投标和施工阶段，可以根据施工组织设计进行施工模拟和进度模拟，从而来确定合理的施工方案和工期来指导施工，实现成本控制。

4、优化性：基于BIM的优化可做到以下工作：

①项目方案优化：把项目设计和投资回报分析结合起来，实时展现设计变化对投资回报的影响；

②特殊项目的设计优化：施工难度大的地方，可对这些设计施工方案进行

优化，带来显著的工期和造价改进。

5、可出图性：BIM通过对施工项目进行可视化展示、协调、模拟、优化以后，可以输出经修改的综合管线图，综合结构留洞图，侦错报告和改进方案等。

6、规范化：本发明利用用国内前沿的BIM技术，减少了施工中交叉作业，合理的安装顺序可视化效果，消除了由于没有合理的顺序造成的施工混乱、次序不分、危险因素高、质量控制差、施工工程中碰撞等问题，还能有效的节省人力、物力、缩短施工周期，可以促进和规范锅炉小管道安装工艺不断技术进步。

7、高价值空间：BIM技术能够带来10%左右的工程进度节省和60%的返工减少。施工阶段BIM技术应用，可获得10倍甚至更多的投资回报，提升50%项目协同能力，减轻管理人员工作强度，使质量安全管理能力得到显著加强的同时，提升项目成本管理和风险控制能力。工程竣工BIM模型，为后期维修服务、业主方运维提供更大价值。

8、环保效益：本发明利用ＢＩＭ技术工程进度节省，节约用水用电，使水电消耗逐渐递减，减少对能源的消耗。

具体实施方式：

1、应用实例一：濮阳龙丰“上大压小”新建项目：

濮阳豫能发电有限责任公司2×660MW机组是由河南电力投资有限公司投资建设，设计单位为河南省电力勘测设计研究院设计；监理单位为河南新恒丰建设监理有限公司。工程本期建设2×660MW超超临界燃煤供热机组。 锅炉由东方锅炉厂生产的DG2056/29.3-Ⅱ13超超临界参数、变压直流锅炉、单炉膛、一次再热、平衡通风、露天岛式布置、固态排渣、全钢构架、对冲燃烧方式、全悬吊结构、Π型锅炉，同步安装烟气脱硝装置设计。锅炉构架采用全钢结构，扭剪形高强螺栓连接，双排柱布置。主体构架宽度49m，脱硝构架宽度60.0m。沿锅炉深度布置K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7排钢柱，各柱间距从前到后依次为10m、13.5m、10.0m、12.0m、7m、14m，总深度66.5m。K1到汽机房B列的距离为11.5m。K1、K2顶板梁上平面标高为85.50米，K3顶板梁上平面标高为86.60米，K4顶板梁上平面标高为87.70米。K5顶板梁上平面标高为85.00米。两台三分仓回转式空气预热器布置在尾部竖井烟道下方。锅炉排渣口下来的炉渣经大倾角刮板捞渣机直接将其输送到渣仓，使锅炉底渣的粒化、冷却、脱水、输送、储存连续完成，在渣仓下设装车外运。

2、应用实例二：荥阳脱硫脱硝超低排放改造工程：

国电荥阳煤电一体化有限公司（以下简称荥阳电厂）位于荥阳市区西北约5km的城关乡金寨附近。厂址南距陇海铁路线约2.5km，北距洛郑高速公路约4km。一期工程已建2台60万千瓦国产超临界机组，2010年机组投产。荥阳电厂现有2台机组锅炉均为北京巴布科克.威尔科克斯有限公司生产的超临界“W”火焰变压直流炉。2台燃煤机组配套烟气脱硫装置采用石灰石-石膏湿法、一炉一塔工艺，由北京龙源环保工程有限公司按EPC模式承建，设计煤种含硫量为1.0%，设计脱硫效率95％，于2010年完成168试运行。由于燃煤市场变化以及排放标准提高，2013年电厂对现有1号机组脱硫装置进行增容提效改造，2号机组未实施改造。本次改造属脱硫超低排放改造，#1机新增加一台AFT塔，吸收塔增高14.9米，采用单塔双循环。#2机新增加一台吸收塔及一座循环泵房，采用双塔双循环脱硫工艺。

两个实例应用效果：

通过对以上两个工程小管道施工，采用本发明，不但保证了施工质量，也提高了施工进度，经机组168小时试运后至今运行稳定，调节方便，机组经济运行良好，赢得了业主、监理和同行的一致好评，就锅炉小管道施工而言，总体上降低了施工工期，给公司和业主节省了大量的人工、材料、机械、设备费用。经济效益、社会效益明显。

Claims (3)

1.一种基于BIM技术的中低压锅炉小管道二次设计施工方法，其具体操作步骤如下：

①设计图纸，建立所有有关管道及设备的三维立体模型，导入有关管道和设备模型以及各自的位置数据，进行三维立体模型图的碰撞检测；如果有碰撞，进行模型优化再设计，再次进行碰撞检测，直至没有碰撞为止；

②设计小管道流程图及其起点和终点，建立小管道三维模型及位置数据，与电气、热控设备专业位置进行三维立体模型图的碰撞检测；如果有碰撞，进行模型优化再设计，再次进行碰撞检测，直至没有碰撞为止；

③根据两次碰撞检测试验得到的信息，设计合理的小管道施工方案，确定图纸最终方案；根据BIM软件技术提供的材料清单，统计锅炉小管道各组件的型号、数量和长度信息，进行材料统计，按计划管理控制进度；

④清理施工现场，合理安排管道到货计划和到货顺序，将电源布置到位，氧气、乙炔、电焊机布置到位；

⑤小管道支吊架进行安装，小管道地面下料煨弯；

⑥利用BIM技术的模型隐藏显示功能，在开工前将所有实体进行隐藏，随着施工进度的进行逐步取消隐藏；在每个进度报表日保存该段时间内最终现实的模型，使工程进度直观可视，且对下个时段进行直观分析，做好进度控制；

⑦重要位置的三维模型与现场条件数据再次进行碰撞检测，确保不会错误施工，浪费人力资源和原材料；

⑧各管道布置到位，通过管道阀门安装以及焊接处理，确保中低压锅炉小管道的施工计划要求。

2.根据权利要求1所述的基于BIM技术的中低压锅炉小管道二次设计施工方法，其特征在于：在步骤⑧中，焊接采用全氩弧焊接，管子对接焊缝位置，应符合下列要求：

a：焊缝位置距离弯管的弯曲起点不小于管子外径或不小于100mm ；

b：管子两个对接焊缝间的距离不小于管子外径或不小于150mm ；

c：支吊架管部位置不能与管子对接焊缝重合，焊缝距离支吊架边缘不小于50mm ；

d：管子接口应避开疏、放水及仪表管等的开孔位置，距开孔边缘不小于50mm，且不小于孔径；

e：法兰平面应与管子轴线相垂直，平焊法兰内侧角焊缝不得漏焊，且焊后应清除氧化物等杂质。

3.根据权利要求1所述的基于BIM技术的中低压锅炉小管道二次设计施工方法，其特征在于：在步骤⑧中，穿墙及过楼板的管道要设计套管，管道与套管之间的缝隙要填实；穿过锅炉栅格板的，应处理好栅格板上开的孔洞，用与平台踢脚板相同的围板弯成圆形踢脚板并与栅格点焊接牢固；与主设备及主管道相连接的小管道，要充分考虑主设备及主管道的热膨胀系数。