一种用于机电安装阶段的管道模块划分方法

摘要

本发明公开了一种用于机电安装阶段的管道模块划分方法，模块划分方法依次包括管道模块定义、确定划分原则、BIM初步模拟分析、模块化对象设计、模块工装设计、模块工装设计、模块成果文件发布各步骤；本管道模块划分方法有以下效果优点：充分听取了现场实施部门的意见，更合理地把更多现场焊口转移至车间焊接，提高预制比例，减少现场焊接、无损检测工作量，缩短工期；可以工序化逻辑施工向系统化平行施工转变，且不改变原有管道布置设计，没有繁琐的设计变更管理流程，同时减少运输、吊装和现场焊接作业面等，提升安全质量，为现场施工提质增效。

说明书

技术领域

本发明涉及管道安装技术领域，具体是指一种用于机电安装阶段的管道模块划分方法。

背景技术

模块化技术改变了传统的工程建造模式，由过去分散的劳动密集型逐步转向工厂内集约型预制模式。它对传统施工理念进行优化，大量引入平行作业，依靠先进的设计、制造和建造技术，将土建、安装、调试等工序进行深度交叉，对建设项目的工期、造价、质量及安全均带来巨大的影响。

在国内，各行业对模块定义和分类不统一，大体上有结构模块、机械模块、设备模块、管道模块等几大类。管道模块主要由阀门、工艺系统管道及管道支架等组成，它在有些行业还被定义为机械模块的一种类型。管道模块主要位于管道相对集中的走廊、阀门操作间等位置，相对于结构模块、设备模块，管道模块的功能相对单一，但工作量大，且对项目整体影响大。

无论模块怎么定义和划分，现阶段模块划分均是在设计阶段完成，划分方法有：管道模块设计法、平台模块设计法、钢结构模块设计法、大型设备模块设计法、电缆桥架模块设计法、基座共用选择法、特殊区域选择法、墙框架选择法、房间模块选择法等等。

现有技术的缺点：现阶段使用的管道模块技术均是在设计阶段完成的模块划分，不能够广泛的听取现场施工安装人员的良好建议，在现场实施阶段，管道模块吊装、运输、安装过程不通畅，会出现管道模块尺寸与现场吊装、运输通道尺寸不匹配，管道模块与外界安装偏差过大等问题，从而延误现场施工工期，造成不必要的返工等等。鉴于以上，我们提出一种用于机电安装阶段的管道模块划分方法来解决上述问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题就是克服以上的技术缺陷，针对现场工艺管道布置密集、设备众多、施工难度大的房间区域，根据图纸及BIM模型，并结合安装实施建议、预制车间条件、现场实际安装环境、施工作业工序等因素，实行施工阶段的模块划分。通过模块化技术，在不改变原有设计文件的基础上，将尽可能多的焊口转移至预制车间、减少管道运输吊装次数和焊接作业面等，实现工序化逻辑施工向系统化平行施工转变，提前发现和解决问题，提升安全质量，缩短工期，为现场施工提质增效。提供一种用于机电安装阶段的管道模块划分方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种用于机电安装阶段的管道模块划分方法，模块划分方法依次包括管道模块定义、确定划分原则、BIM初步模拟分析、模块化对象设计、模块工装设计、模块工装设计、模块成果文件发布各步骤；

所述BIM初步模拟分析，依据建筑图、结构图，借助三维模型进行管道数据初步分析，与安装部门共同确定模块尺寸、预制管道长度，并编制模块引入通道说明文件，开展三维模型管线数据检查，补充完善管道模型；管线数据分析提取管道材料综合表、分项表等，汇总潜在模块管线清单，材料清单，方便模块对象快速识别，开展预制工作量分析，统计现场焊缝、车间焊缝、管件、弯管数量、位置等，形成初步分析量表。

进一步的，所述管道模块定义由管道、管件、支撑件组成，按组成件数量、安装空间分布、施工逻辑关系将其划分为两种模块：管道管件模块和预制管道段模块；管道管件模块：将含有三通、异径管等管件的多张等轴图中，具有连接关系、空间位置集中的多个管段进行组合，形成多管段整体模块；预制管道段模块：将尽可能多的现场焊口转移到车间焊接，并结合现场施工安装顺序，考虑便于同批预制、同批整体运输，将集中布置、外形相似的多个预制管道段进行打捆，并尽量使焊口位于一个作业面内，构成预制管道段模块。。

进一步的，确定划分原则包括以下原则：

原则一：安全可靠；管道模块划分首要考虑的原则是安全可靠，模块安装完成后应能够长期稳定的运行，不会因为模块的划分影响整个管道系统的运行；模块划分也不要给施工安装带来一些不安全因素，例如增加了施工难度、产生了高空作业、出现超限、超载运输等等；

原则二：大小适中；在施工实施阶段，模块划分需充分调研现场空间情况，确定最佳吊装、运输引入路径，从而确定管道模块的最合适尺寸(长、宽、高)和重量；

原则三：外形轮廓规整；普通的预制管段一般只含有X\Y\Z两个方向上管段，而管道模块是由多个管件组成的三维多管段；管段布置应做到整齐有序，横平竖直，成组成排，便于支撑等；

原则四：维持原设计边界；管道模块划分是在完成管系布置后进行，而管系布置是遵循了国家、行业标准以及用户在质量、安全、卫生、环境保护、操作维护等等规定和要求后形成的技术成果，有一些规定和要求甚至是规范强条中必须遵守，是我们设计或模块划分时无法逾越的；所以我们的模块划分，不能改变原设计的边界；

原则五：施工工艺合理性；模块划分后要注意比较与传统施工方法和工艺的区别，模块施工是否会增加作业种类，是否会有流畅快速、质量保证、效益良好的合理性施工工艺；

原则六：模块接口简单；管道模块划分应做到模块接口简单整齐，接口作业是否会尽可能处于同一作业面，尽可能减少了高空作业等；模块接口需要设置现场调整段的部位，应增加焊缝，避免安装偏差过大导致模块无法安装。

进一步的，所述模块化对象设计；在三维模型中进行管道模块数据重构，对潜在模块管线进行颜色标记，核实周围管线是否可划入模块，及时调整模块数据等，编制模块三维数据、模块管线清单；开展模块图纸优化设计，形成细化图纸和焊口清单，发布模块设计成果文件和清单，并对实施部门进行技术交底。

进一步的，所述模块工装设计；管道模块划分后，进行管道模块的工装方案设计，在充分听取实施部门的意见后进行详细的工装设计及设计文件编制；并形成工装设计图、工装设计说明书、管道模块吊装图、管道模块运输图等。

进一步的，所述模块力学分析计算；模块工装设计完成后模块，对工装、管道模块一起开展吊装、运输等工况力学分析，形成计算分析报告，支撑模块工装设计文件。

进一步的，所述模块成果文件发布；按照以上步骤逐步完成管道模块设计后，形成满足现场施工安装要求的施工图文件，包括模块图纸目录、说明，模块模型三维视图，模块运输图、吊装图，模块总体布置图、平面图、立面图、定位图等。

本发明与现有技术相比的优点在于：本管道模块划分方法有以下效果优点

1)充分听取了现场实施部门的意见，更合理地把更多现场焊口转移至车间焊接，提高预制比例，减少现场焊接、无损检测工作量，缩短工期；

2)可以工序化逻辑施工向系统化平行施工转变，且不改变原有管道布置设计，没有繁琐的设计变更管理流程，同时减少运输、吊装和现场焊接作业面等，提升安全质量，为现场施工提质增效。

附图说明

图1是本发明模块划分方法的步骤。

图2是房间±0.0m层西侧BIM模型示意图。

图3是管道管件模块示意图。

图4是临时工装设计示意。

图5是模块及吊耳应力分析云图。

图6是未划分模块前BIM模型示意图。

图7是预制管道段模块划分示意图。

图8是预制管道段模块捆扎示意图。

具体实施方式

下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。

一种用于机电安装阶段的管道模块划分方法，模块划分方法依次包括管道模块定义、确定划分原则、BIM初步模拟分析、模块化对象设计、模块工装设计、模块工装设计、模块成果文件发布各步骤；

所述BIM初步模拟分析，依据建筑图、结构图，借助三维模型进行管道数据初步分析，与安装部门共同确定模块尺寸、预制管道长度，并编制模块引入通道说明文件，开展三维模型管线数据检查，补充完善管道模型；管线数据分析提取管道材料综合表、分项表等，汇总潜在模块管线清单，材料清单，方便模块对象快速识别，开展预制工作量分析，统计现场焊缝、车间焊缝、管件、弯管数量、位置等，形成初步分析量表。

所述管道模块定义由管道、管件、支撑件组成，按组成件数量、安装空间分布、施工逻辑关系将其划分为两种模块：管道管件模块和预制管道段模块；管道管件模块：将含有三通、异径管等管件的多张等轴图中，具有连接关系、空间位置集中的多个管段进行组合，形成多管段整体模块；预制管道段模块：将尽可能多的现场焊口转移到车间焊接，并结合现场施工安装顺序，考虑便于同批预制、同批整体运输，将集中布置、外形相似的多个预制管道段进行打捆，并尽量使焊口位于一个作业面内，构成预制管道段模块。。

确定划分原则包括以下原则：

原则一：安全可靠；管道模块划分首要考虑的原则是安全可靠，模块安装完成后应能够长期稳定的运行，不会因为模块的划分影响整个管道系统的运行；模块划分也不要给施工安装带来一些不安全因素，例如增加了施工难度、产生了高空作业、出现超限、超载运输等等；

原则二：大小适中；在施工实施阶段，模块划分需充分调研现场空间情况，确定最佳吊装、运输引入路径，从而确定管道模块的最合适尺寸(长、宽、高)和重量；

原则三：外形轮廓规整；普通的预制管段一般只含有X\Y\Z两个方向上管段，而管道模块是由多个管件组成的三维多管段；管段布置应做到整齐有序，横平竖直，成组成排，便于支撑等；

原则四：维持原设计边界；管道模块划分是在完成管系布置后进行，而管系布置是遵循了国家、行业标准以及用户在质量、安全、卫生、环境保护、操作维护等等规定和要求后形成的技术成果，有一些规定和要求甚至是规范强条中必须遵守，是我们设计或模块划分时无法逾越的；所以我们的模块划分，不能改变原设计的边界；

原则五：施工工艺合理性；模块划分后要注意比较与传统施工方法和工艺的区别，模块施工是否会增加作业种类，是否会有流畅快速、质量保证、效益良好的合理性施工工艺；

原则六：模块接口简单；管道模块划分应做到模块接口简单整齐，接口作业是否会尽可能处于同一作业面，尽可能减少了高空作业等；模块接口需要设置现场调整段的部位，应增加焊缝，避免安装偏差过大导致模块无法安装。

所述模块化对象设计；在三维模型中进行管道模块数据重构，对潜在模块管线进行颜色标记，核实周围管线是否可划入模块，及时调整模块数据等，编制模块三维数据、模块管线清单；开展模块图纸优化设计，形成细化图纸和焊口清单，发布模块设计成果文件和清单，并对实施部门进行技术交底。

所述模块工装设计；管道模块划分后，进行管道模块的工装方案设计，在充分听取实施部门的意见后进行详细的工装设计及设计文件编制；并形成工装设计图、工装设计说明书、管道模块吊装图、管道模块运输图等。

所述模块力学分析计算；模块工装设计完成后模块，对工装、管道模块一起开展吊装、运输等工况力学分析，形成计算分析报告，支撑模块工装设计文件。

所述模块成果文件发布；按照以上步骤逐步完成管道模块设计后，形成满足现场施工安装要求的施工图文件，包括模块图纸目录、说明，模块模型三维视图，模块运输图、吊装图，模块总体布置图、平面图、立面图、定位图等。

实施例一：

管道管件模块的划分

选取某工程某房间±0.0m层西侧的工艺管道布置密集区域作为管道管件模块划分案例。

1)模块划分分析

如图2所示，该部位工艺管道密集，管件较多，从外形轮廓规整、维持原设计边界原则考虑，可划分原多根管段、管件组成模块，模块不会改变原设计边界，只需在安装阶段适当调整原管道焊缝位置。实施模块后，多个管道焊缝转移到预制车间完成，减少现场焊接和无损检测工作量，可提高施工质量。

该房间位于-11.5m～±8.0m层之间，可利用的引入通道、吊装孔在标高层-5.00m～-2.00m之间，尺寸约为4.0m×3.0mm×0.70mm。遵照大小适中原则，确定模块的尺寸为：3.7m×2.1m×0.55m，以便于运输、吊装顺利就位，从空间上保证管道管件模块的可实施性。由于管道尺寸规格较小，运输、吊装过程中模块结构不可避免会发生变形，从安全可靠性原则考虑，模块除有管道自身支架固定外，还需在力学分析的基础上增加临时工装设计措施，详细分析见本章节后续内容。管道管件模块划分示意图如图3。

2)模块工装设计

为保障运输、吊装的结构完整性，模块除管道自身支架固定外，还需适当增加临时工装进行加固(图4所示)，以防止运输及吊装过程中的变形。为了最大限度提高工装使用效率，临时框架设计采用可拆卸型钢，并考虑后续其它本项目其他房间使用，做到高重复性使用。

3)模块力学分析

开展模块运输、吊装等工况下力学分析(图5所示)，确保模块内管道部件、工装在实施中模块完整不损坏，工装夹具刚度、强度和稳定性满足施工要求，不发生失稳事故，提高模块施工可靠性。

4)划分评价

a.该模块包含了管道、三通、异径管等，可使各管件两侧现场焊接转变为车间预制焊接，减少了现场焊接工作量；

b.部分现场焊接工作转移至车间开展，预制工作可提前进行，为管道并行施工提供技术支撑；

c.部分现场焊接工作转移至车间开展，可有效保障焊接质量，减少现场无损检测工作量；

d.现场焊接和无损检测工作量减少，可减少现场人员投入，有利于现场施工安全防控；

e.该模块工装具有良好适应性，可在其它类似房间上使用，有利于节能降耗。

实施例二：

预制管道段模块的划分

选取该房间上部区域为预制管道段模块划分案例。由于预制管道段模块是多根预制管道段的打捆运输吊装，不涉及模块工装设计和力学分析，所以此处不进行相关内容的阐述。

1)模块划分分析

如图6所示，靠近墙体第一层、二层、三层管道布置相对集中，从维持原设计边界、模块接口简单原则考虑：划分管道长度相近、管道走向相似的管段作为预制管道段模块，统一预制、整体运输、吊装后分层安装，以加快现场施工作业速度，保证焊接质量。

根据现场勘测运输、吊装空间情况，从安全可靠性、施工工艺合理性原则考虑：靠近墙体第一层的管道段可预制为9m-10m范围，距墙体第二层、三层预制管段长度可根据安装空间合理确定，但需满足现场安装操作空间要求，模块划分示意如图7。如模块与设备管嘴相接时，还需要保证直管段长度＞100mm，实现现场接口灵活处理。

多根预制管道段模块在车间完成预制后，整体捆扎后运输至8m检修大厅(如图8)，单根管道段再吊运入房间进行安装。此类模块不需要使用临时支撑固定，仅需捆扎后保持单根管道段与是施工图纸一一对应，便于施工人员准确识别与精准定位安装。

2)划分评价

a.管段在预制车间统一预制、捆扎，整体运输，提升了预制、运输、吊装工机具利用率；

b.预制车间到房间的运输通道唯一，后续多专业、多房间同时实施，可以有效提升运输通道的利用率；

c.预制管道段整体运输可降低碰撞引起管道损伤，保证坡口、管外壁或涂层处于完好状态，提高施工质量；

d.预制管道段使设计轴测图焊口分布得到进一步优化，使焊口位置集中整齐分布，有利于提升现场作业。

e.促进管道段的标准化预制，提高预制效率。

f.考虑施工工艺的合理性：考虑模板搭设作业面，尽量将模块在同一作业面，使高空作业平面化。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，具体实施方式中所示的也只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。