特殊造型弧形管道预制安装施工工法

-1-特殊造型弧形管道预制安装施工工法1前言近年来，随着我国科技的不断创新，建筑行业的不断发展，施工技术不断进步，建筑行业出现了一栋栋特殊造型的场馆建筑。这不仅仅给建筑施工带来新的难题，对于建筑内的机电管线施工也是新的挑战。由于市场上的常用管材均为直管，传统机电管线的横平竖直已无法满足现场施工要求，这也就要求我们采用新的机电管线安装工法来应对这类挑战。青海卫生职业技术学院新校区建设项目中图书综合楼作为青海省不多的弧形场馆建筑。为了满足设计和规范要求，同时在观感上达到最佳效果，争创“鲁班奖”，因此机电安装为配合土建建筑外形（不规则建筑），需做弧形管道。2工法特点1、管径多变复杂：本工程中水暖及消防管道的弧形部分管径分布为DN20-DN150，管径多变复杂，且管道为弧形管道，对管道施工带来一定难度。2管道材质多样：本工程中管道材质多样，连接方式多样复杂，其中采暖管道为镀锌钢管法兰连接和螺纹连接，给水管道为不锈钢管卡压连接，消防管道是镀锌钢管沟槽连接和螺纹连接，中水管道为钢塑复合管螺纹连接。3、BIM技术综合排布：基于BIM技术建模，对各系统管道进行优化，采用联合支架，确定弧型管道变曲率。4、合适机械现场加工：利用手动液压弯管机械与自动弯管机械对比，采用合适弯管机械，现场集中批量化加工弧形管道。3适用范围适用于异性/特殊造型建筑内需要弧形的DN20-DN150的小口径管道安装施工4工艺原理根据施工图设计、施工质量验收规范的要求，基于BIM技术建模，对各系统管道进行优化，采用联合支架，确定弧型管道变曲率，利用手动液压弯管机械与自动弯管机械对比，采用合适弯管机械，现场集中批量化加工弧形管道。依据《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》（GB50242-2002）及实测实量标准，要求管道弧度弦高值误差小于5%，管道椭圆率、管壁减薄率满足控制要求，弧形管道安装标高定位、水平定位误差不超过1cm。5施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程5.2操作要点5.2.1BIM建模深化设计根据设计二维图纸，利用BIM建模软件（如：AutodeskRevit）建立三维模型，该模型包含建筑、结构模型和安装各专业模型。采用BIM软件（如：Navisworks）碰撞检查功能，依据相关安装规范要求，调整三维管线模型，进行管线的综合排布，及支架深化，直至零碰撞符合净空要求且排列整齐美观。5.2.2弧形管道编曲率确定确定管线综合深化设计完成后，将弧形结构区域弧形管道按照材料型号规格特点及现场实际情况，将管线综合为同一弧度，即弯曲半径一致，根据变曲率弧形管道三维排布图进行管线拟合，确定变曲率弧形管道各个曲率半径。因场馆为圆形，所有管道弧形应一致。以一根镀锌管道为例，其长度，即最终的弧长L为6m，管道距建筑弧形的圆心的距离R（经图纸测量）为65m，需计算管道直管段时长度W变成弧形管道L时的偏移量，进而可确定管道变曲率。经过计算，弧形管道与直管道相比，偏移量为7公分。5.2.3合理化弯管机械加工管道5.2.3.1自动弯管液压机采用自动弯管液压机需要在煨弯之前对煨弯的管道完成压槽、坡口等工序，煨弯时因滚轮两端距离限制，会在管段两端各预留60公分的直线段，保护管口的同时也保证了后期安装时管道对口平齐。管道试弯是管道正式弯制之前最重要的一步，其主要目的是确定弯管机弯管时最准确的顶出量，并调整好弯管机限位。电动弯管机通过传动装置带动主轴及固定在主轴上的弯管模具转动进行煨弯。煨弯时，根据煨弯管的规格选择合适的模具，把要弯曲的管子沿导向模具放在弯管模具和压紧模具的公切线位置，然后启动电源开始煨弯。因钢管存在一定程度的弹性形变，因此弯曲管道需要反复煨制，直至达到所需弯曲弧度后停止。管道试弯现场弯管图片记录此类弯管机造价较高，两端预留直线管段较长，更换模具复杂，但管段弧形完整，弧度优美，建议使用管径较大，管径变化不大的管道，例如消防管道等。5.2.3.1手动弯管液压机采用手动弯管液压机需要在煨弯之前对煨弯的管道进行划分，确定顶分点（至少三个），确定顶分间距，顶分间距需合理，包括管道接头处顶分间距需一致，才能保证管道成平连接，感官良好，产生平滑感。因为建筑结构造型为圆形，所有管道弧度应保持一致，故所有管道顶分点和顶分间距一致。现场弯管记录此类弯管机造价较低，操作简单，模具更换简便，但需人工操作，人工成本较大，顶分间距过大时会有明显拐点，建议使用管径较小的管道，如采暖管道等。5.2.4过程检验曲率弧度为了确保曲率半径与理论数值相符、降低成品返工率，在管道弯制过程中，必须对各顶弯点的尺寸进行实时检验且核对弦高值。在核对完中心点弦高值后，再对管道其他各个顶弯点进行依次顶弯。每个顶弯点在顶弯并核对弦高值后，整根弧形管道还将接受观感折皱度、管壁减薄率和管道椭圆度等检验，在通过这些检验后，弧形管道最终制作完成成型。5.2.5现场安装将各系统弧形管线进行放样安装，与此同时，根据弧形走道综合管线布置图进行统一支架设置。由于弧形走道内弧形管线成排安装，因此在满足各专业支架设置规范以及节约材料的前提下，采用共用支架，共用支架设置原则为大随小定，即支架间距根据各专业管线中支架设置间距较小的来确定。为了确保支架与弧形管线的切线垂直、有效承重弧形管线，支架先进行初装，即安装前应根据弧形管线的放样尺寸在施工现场弹线定位，待弧形管线吊装完成后再进行调整。弧形管线安装完毕后应进行管道试压。图书馆大厅弧形管道安装6材料与设备6.1主要材料表序号管道系统材质管径数量使用部位1给水管道304薄壁不锈钢管DN20-DN80B3各层过道2中水管道刚塑复合管DN20-DN80B3各层过道3采暖管道无缝钢管、热镀锌钢管DN20-DN150B3一层过道4消火栓管道热镀锌钢管DN65-DN150B3一及五层过道5喷淋管道热镀锌钢管DN25-DN150B3各层过道6.2机具设备表序号设备名称单位用途1电动弯管机个管道煨弯2手动液压弯管机个管道煨弯3管道坡口机台管道打坡口4砂轮切割机台管道切割5等离子切割机台管道切割6套丝机台镀锌钢管套丝7沟槽机台镀锌钢管沟槽8卡压机台不锈钢卡压安装9电焊机台无缝钢管焊接7质量控制7.1工程质量控制7.1.1质量控制标准依据《建筑给排水及采暖工程施工质量验收规范》（GB50242-2002）《通风与空调工程施工质量验收规范》（GB50243-2016）7.1.2检验方法管道弦高值检验：用红外线打出弧形管道弦长线，用钢卷尺、游标卡尺对管段中心线距弦长线的距离进行检验，与管段弧形放样图所标识距离比对，误差不超过5%即合格，在核对完中心点弦高值后，再对管道其他各个顶弯点进行依次顶弯并核对。管道椭圆率检验：弯管时，由于管子弯曲段内外侧管壁厚度的变化，还使得弯曲段截面由原来的圆形变成了椭圆形。弯管断面形状的改变，会使管子的过流断面面积减小，从而增加流体阻力，同时还会降低管子承受内压力的能力，因此，一般对弯管的椭圆率做以下规定：管径小于或等于150mm时，椭圆率不得大于10%；管径小于或等于250mm时，椭圆率不得大于8%。管道的椭圆率可按下式进行计算：T=（d1－d2）/d1×100%式中T———椭圆率(%)；d1———最大椭圆变形处的长径(mm)；d2———最大椭圆变形处的短径(mm)。管壁减薄率检验：弯管时，弯头里侧的金属被压缩，管壁变厚;弯头背面的金属被拉伸、管壁变薄;弯曲半径越小，弯头背面管壁减薄就越严重，对背部强度的影响就越大。为了使管子弯曲后不致对原有的工作性能有过大改变，一般规定管子弯曲后，管壁减薄率不得超过15%。管壁减薄率可按下式进行计算：A={1-R/(R+DW/2)}×100%式中A——管子弯曲后外侧母线处管壁的减薄率(%);DW——管道外径(mm);R——管道曲率半径(mm)管道安装定位检验：用钢卷尺对管道安装标高定位、水平定位进行测量，与BIM模型管综出图定位结果进行比对，误差不超过1cm为合格。7.2质量保证措施7.2.1待弯制管道必须具有生产厂家的检验报告和出厂合格证，在管道运送至施工现场后，项目部联合监理单位对管道的外径、壁厚等进行逐根严格检查和验收，验收通过后方可投入使用。7.2.2弯管机作为弧形管道制作的主要设备，应在使用前对设备进行全面检查，包括设备元器件的检查。必要时可进行空车试运转，确保其在运行时不发生任何意外。7.2.3在弯管时要注意每根连接管口要预留一定的距离，防止连接管焊口、槽口、卡位产生的偏离过大，保证管道两边预留满足连接管件安装位置的距离。模具上固定橡胶垫等防止管道加载顶弯时对镀锌层、油漆层及光洁度的破坏。7.2.4在管道试弯过程中，最准确顶出量需经过数次顶弯以及管道回弹才能得出，故为了得到最佳顶出量，每次应在钢管回弹量稳定一段时间后再及时做好顶出值的记录，这样得到的顶出值才是最精确的。7.2.5现场自制可移动顶管工作台，方便手动弯管液压机移动加工，工人站立操作，方便顶管偏移量控制，提高弯管质量。7.2.6注意弧形管道的成品保护，搬运过程中应防止弧形管变形及管口损坏。安装中断时，其敞开口应用临时堵头及时封堵，防止建筑灰砂与杂物进入管道，造成堵塞。8安全措施1、进入现场必须遵守安全生产关规定，佩带胸卡和安全帽。2、参加弯管的施工人员要经过安全交底及技术交底教育，熟知本工种的安全操作规程后方可进行施工作业。3、在拉设临时电源时，电线均应架空，不得乱拉乱拖，电线被车辗物压。4、使用配电箱施工时电箱内电气设备应完整无缺，设有专用漏电保护开关，严格实行三级配电二级保护。5、所有移动电具，都应在漏电开关保护之中，电线无破损，插头插座应完整，严禁不用插头而用电线直接插入插座内。6、各类电动机械应勤加保养，及时清洗、注油，在使用时如遇中途停电或暂时离开，必须关闭电门或拔出插头。7、使用切割机时，首先检查防护罩是否完整，后部严禁有易燃爆物品，切割机不得代替砂轮磨物，严禁用切割机切割木块等。8、在高空、脚手架上施工时，必须绑好安全带注意立足点牢固性。9环保措施1、成立对应的施工环境卫生管理机构，在工程施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章，加强对施工材料、设备、废水、生产生活垃圾、弃渣的控制和治理，遵守有防火及废弃物处理的规章制度，做好交通环境疏导，充分满足便民要求，认真接受城市交通管理，随时接受相关单位的监督检查。2、将施工场地和作业限制在工程建设允许的范围内，合理布置、规范围挡，做到标牌清楚、齐全，各种标识醒目，施工场地整洁文明。3、对施工中可能影响到的各种公共设施制定可靠的防止损坏和移位的实施措施，加强实施中的监测、应对和验证。同时，将相关方案和要求向全体施工人员详细交底。4、优先选用先进的环保机械。采取设立隔音墙、隔音罩等消音措施降低施工噪音到允许值以下，同时尽可能避免夜间施工。5、对固体垃圾进行分类，定期清运清运不可回收垃圾，并按当地环保要求的指定地点堆放，可循环利用垃圾在施工中以及加以应用，做到节能环保。10效益分析10.1经济效益措施项目直管道施工弧形管道施工人工20（人）30（天）300（元）=18万元30（人）25（天）300（元）=22.5万元材料330万元（管道+管件）310万元（管道+管件）机械2万元（常规套丝机、电焊机等）7万元（常规套丝机、电焊机等+手动液压弯管机+电动液压弯管机）合计350万元339.5万元10.2社会效益本工法采用BIM技术优化管综，合理化使用弧形管道机械装置，指导管段弧度批量放样、管道煨弯批量加工，功效高，成型效果好，通过对弧度、安装定位、标高、长度，利用合理化机械制作弧形管道提高制作、安装效率的同时，质量大幅提高，达到快速、经济、可靠的效果。下表是新工法与传统施工对比表：序号项目传统施工新工法施工备注1管道煨弯时间3人/8小时煨弯量：200米管道3人/8小时煨弯量：600米管道2实测实量结果弧形管道曲率半径精准度80%弧形管道曲率半径精准度98%3观感质量部分管道曲率出现骤变拐点，且与建筑结构不协调，观感质量一般管道弯度曲率与建筑结构造型统一、成型效果好4工效弧形管道煨弯时每段管道都需现场放样、调整煨弯模具，逐根加工制作。BIM模型优化使弧度尽量成批一致，批量放样加工，相比传统工法可节省弧度放样时间，同时避免模具反复调整。11应用实例本工程位于西宁市城北区高教园区中央区域，东侧邻规划医院，南侧为百米景观绿化带及青海大学，西侧为城市主干道海湖大道，北侧隔学院路与青海师范大学新校区相邻。占地面积约340780.35m2,局部地下一层，地上2-5层，总高度为29.1m，结构形式为框架/框剪力结构，是一座公共建筑。开工日期为2019.7.18日，竣工日期为2021.10.30日。图书综合楼弧形管道工程量管道系统管道材质连接方式管径单位数量散热器采暖系统无缝钢管焊接DN80-DN150m热镀锌钢管螺纹DN20-DN65m地板辐射采暖系统无缝钢管焊接DN80-DN150m热镀锌钢管螺纹DN25-DN65m空调热水系统无缝钢管焊接DN80-DN150m热镀锌钢管螺纹DN40-DN65m消火栓系统镀锌钢管沟