基于BIM的消防泵房裝配式安裝技術(shù)

黃 勇 劉 瑋 柏萬林 黃 健 吳志華

中億豐建設(shè)集團股份有限公司 江蘇 蘇州 215000

1 概述

隨著BIM 技術(shù)在機電工程行業(yè)應(yīng)用的逐漸深入，工廠化預(yù)制、裝配化施工正逐步顛覆著傳統(tǒng)的施工技術(shù)，整個建筑安裝企業(yè)都面臨著轉(zhuǎn)型升級的問題。

近兩年，裝配化施工已逐漸延伸到復(fù)雜的設(shè)備機房，這是機電安裝工程設(shè)備、管線最為集中的地方，預(yù)制裝配難度非常高，但行業(yè)標(biāo)桿企業(yè)正積極響應(yīng)國家的相關(guān)政策導(dǎo)向，加大投入，一個又一個裝配式機房呈現(xiàn)在我們面前，機房的施工速度也在不斷地被刷新[1-5]，在復(fù)雜緊湊的設(shè)備機房里對各類管線設(shè)備進行模塊化設(shè)計很重要，從而實現(xiàn)模塊式的裝配，這不僅能提高裝配的精度，還能大大提高裝配的進度。

2 研究內(nèi)容

1）機房BIM模型深化。通過BIM三維建模解決碰撞問題并對原設(shè)計進行優(yōu)化排布。通過測量，復(fù)核現(xiàn)場結(jié)構(gòu)后將模型調(diào)整到與現(xiàn)場結(jié)構(gòu)的實際情況一致。待相應(yīng)卡箍、法蘭、閥門到場后，再對這些附件進行測量，進一步完善機房模型，達到100%指導(dǎo)現(xiàn)場裝配的目的。

2）將三維模型轉(zhuǎn)變成預(yù)制加工圖紙。將Revit模型導(dǎo)入Inventor軟件中制作預(yù)制加工圖紙。

3）模塊化設(shè)計。裝配化施工需考慮如何簡化安裝工序，如果能讓管道系統(tǒng)及相應(yīng)設(shè)備組成一組模塊，然后通過一組模塊與另一組模塊進行機械連接，就能實現(xiàn)機房的快速裝配，但根據(jù)現(xiàn)場實際情況及研發(fā)投入來看，還不具備完全實現(xiàn)模塊化裝配的能力，此次研究的內(nèi)容主要是管道依附在模塊式鋼支架上進行裝配。

4）二維碼技術(shù)。在管段加工期間，將所有加工的管道通過二維碼進行標(biāo)識，方便現(xiàn)場裝配。

3 BIM深化設(shè)計

3.1 機房概況

蘇州市第五人民醫(yī)院遷址新建工程位于蘇州市相城區(qū)，總建筑面積74 799.93 m2，消防泵房位于地下1層，消防水池798 m3，泵組主要由2臺消火栓泵、2臺噴淋泵、2臺補水泵、2臺消防水炮泵組成。

3.2 機房建模

3.2.1 ?BIM初版模型繪制

采用Revit軟件，依據(jù)設(shè)計圖繪制初版模型，將消防泵房的土建、機電通過BIM三維建模技術(shù)直觀地展示出來，將不同系統(tǒng)管線設(shè)置成不同的顏色，凸顯出不同系統(tǒng)管線的走向。初版模型主要就是描圖，對原設(shè)計不做任何修改，重點檢查泵房管線排布的層次是否合理，分析交匯處的線路走法，優(yōu)化排布空間，使消防泵房整體布局達到最優(yōu)。

3.2.2 ?現(xiàn)場動態(tài)測量

為了能順利裝配，避免裝配出現(xiàn)誤差，對現(xiàn)場的結(jié)構(gòu)一定要進行復(fù)核，可以采用傳統(tǒng)的測量方法進行復(fù)核，如有先進的測量儀器如天寶、萊卡則更好，主要目的是為了更精確無誤地進行裝配化施工。如采用傳統(tǒng)的測量方式，測量主要包括實際預(yù)留孔洞位置尺寸、墻間距、凈高、梁尺寸、柱尺寸、設(shè)備基礎(chǔ)尺寸等，我們將測量結(jié)果反饋至BIM模型，通過微調(diào)BIM模型，使模型尺寸和現(xiàn)場實際的消防泵房完全吻合。

3.2.3 ?收集設(shè)備、閥門、管件等參數(shù)信息

確定了最終的水泵采購廠家后，經(jīng)過咨詢廠家及廠家提供的樣本，根據(jù)泵組實際尺寸、外觀建立泵組的族，重新調(diào)整模型中的各類水泵和實際一致。待管材、閥門、各類卡箍配件到場后，都需一一進行測量，確保實際管道系統(tǒng)精準，為后續(xù)一次性裝配施工成功奠定基礎(chǔ)。

3.2.4 ?裝配方式研究

1）傳統(tǒng)裝配：將現(xiàn)場的管道和支架預(yù)制全部換到工廠實施，本質(zhì)上機房完成效果和傳統(tǒng)做法并沒有太大的區(qū)別，只是減少了現(xiàn)場預(yù)制的工作量。

2）模塊式裝配：將機房劃分成若干模塊進行裝配，各組模塊均采用鋼結(jié)構(gòu)支架作框架，各組鋼結(jié)構(gòu)框架通過螺栓連接，就能迅速連接各組模塊，各組模塊連接完成后，整個機房即施工完畢。

通過對蘇州五院消防泵房的模塊做法進行研究、試畫，發(fā)現(xiàn)直接將模塊照搬過來并不合適，消防泵房不如制冷機房那么緊湊，單臺泵組建模塊會造成鋼材浪費較多，而且模塊體積較大，從現(xiàn)場預(yù)留吊裝孔及泵房門洞尺寸來看，不具備將整組模塊運輸至機房內(nèi)部的條件，因此在今后實施模塊式裝配機房的項目時，要和土建總包提前溝通好吊裝位置和機房運輸通道。最終我們的裝配方案采取了單型鋼支架組成模塊的方式（圖1）。

圖1 蘇州五院消防泵房型鋼支架模塊三維模型

3.2.5 ?最終模型出圖

確定裝配方式采用型鋼支架模塊后，立即開始支架模塊設(shè)計，設(shè)計定稿后，再次調(diào)整BIM模型中的消防管道系統(tǒng)，使其7根主管底標(biāo)高一致，依靠鋼架橫擔(dān)固定，立管依靠長條側(cè)梁固定，并根據(jù)管道交叉處的最優(yōu)避讓重新調(diào)整了主管的排列（圖2）。

圖2 蘇州五院消防泵房最終BIM模型

4 預(yù)制加工圖

1）將Revit模型分解導(dǎo)入到Inventor軟件中進行深加工處理，通過Inventor出深加工圖。

2）從Inventor軟件中導(dǎo)出制作完成的管段加工圖并生成CAD格式。

5 模塊式型鋼支架設(shè)計制作安裝

5.1 支架三維模型調(diào)整

根據(jù)最初的支架三維建模，結(jié)合模型中管線排布情況，考慮到橋架電源的接入，盡量降低標(biāo)高，使機房更加美觀。通過對支吊架的標(biāo)高、跨距進行微調(diào)，最終型鋼支架頂標(biāo)高定為3 m，支吊架橫桿頂標(biāo)高為2.3 m，下方找平層厚280 mm，共6榀型鋼支架，間距從2 785～4 500 mm不等。

5.2 支架出圖

根據(jù)計算結(jié)果，選定熱軋H型鋼，根據(jù)型鋼尺寸，再次調(diào)整落地型鋼支架三維模型及相應(yīng)的管線模型。

5.3 支架制作

預(yù)制加工車間根據(jù)支架設(shè)計圖進行加工制作。

5.4 支架安裝

型鋼支架采取螺栓連接的方式進行拼裝，在現(xiàn)場無需再進行焊接、切割、油漆等施工，滿足了綠色安裝的要求（圖3）。

6 二維碼技術(shù)

將BIM模型導(dǎo)入BIM平臺軟件生成二維碼，二維碼中對于設(shè)備要有詳細的信息，以便于今后BIM運維考慮，管道的二維碼根據(jù)BIM模型逐段生成，方便后期施工安裝人員現(xiàn)場安裝核對預(yù)制的管段，通過掃碼對安裝管段快速定位（圖4）。

圖3 型鋼支架現(xiàn)場安裝

圖4 管道加工貼二維碼

7 裝配式消防泵房現(xiàn)場實施

7.1 預(yù)組裝

在預(yù)制加工車間，先試著裝配一組支架和泵，若現(xiàn)場結(jié)構(gòu)具備直接吊裝再輸送至泵房的條件，則組裝完成的泵組管道可以不拆卸，可直接運輸至泵房等待多組模塊拼裝，由于兩跨支架跨度大，已經(jīng)無法整體運輸至消防泵房，因此我們在加工地試著組裝一組，組裝完成后再拆卸。

7.2 物流運輸

從加工廠將預(yù)制好的支架、管道、泵組運輸至施工現(xiàn)場。

7.3 現(xiàn)場裝配

利用手拉葫蘆將泵組先進行就位，隨后進行管道的裝配（圖5）。

7.4 成型效果

在基于BIM的裝配式消防泵房裝配完成后，整體泵房的觀感和傳統(tǒng)的消防泵房相比綜合觀感有了較大的提升，支撐系統(tǒng)也更加牢固，由于通過落地式型鋼支架，故降低了消防管線的整體標(biāo)高，因此再也不會出現(xiàn)傳統(tǒng)消防泵房安裝電氣槽盒走在水管下方的情況，大大提高了整個機房的安裝質(zhì)量（圖6）。

圖5 現(xiàn)場裝配

圖6 成型效果

8 效益分析

8.1 社會效益

通過研究實施裝配式消防泵房，施工方、業(yè)主項目管理方多次組織了觀摩，對我公司的裝配式消防泵房給予了較高的評價，并順利通過了蘇州市住建局組織的蘇州市建設(shè)系統(tǒng)科研項目的驗收，在當(dāng)?shù)剡M一步提高了企業(yè)品牌的影響力。

8.2 經(jīng)濟效益

1）工期對比。經(jīng)過施工員推算，采用常規(guī)施工方法，蘇州五院的消防泵房至少需要15 d，而現(xiàn)在我們僅7 d就完成了安裝，工期縮短一半。如果將來采取全模塊式裝配，所有泵組、管道、配件全部在工廠完成裝配，現(xiàn)場吊裝運輸就位后各模塊之間進行螺栓連接，1 d內(nèi)就能完成這樣規(guī)模的一個消防泵房。

2）成本對比。經(jīng)費用對比計算，新支架的材料費高出傳統(tǒng)方法約7 000元，但其人工費有所降低，如果算上管道、卡箍配件的價格及考慮到工期縮短一半等，則人工費降低更為顯著。

8.3 綜合效益

傳統(tǒng)機房施工存在以下問題：邊干邊改，材料浪費嚴重，施工效率低，安裝進度緩慢；機房空間狹窄，作業(yè)人數(shù)有限，受環(huán)境影響大；高空作業(yè)較多，安全隱患較大；焊接作業(yè)較多，聲光污染嚴重；整體質(zhì)量觀感很難做到完美。

裝配式消防泵房在整個裝配安裝過程中無焊接，只需連接螺栓即可完成，施工周期明顯降低，使整個施工現(xiàn)場實現(xiàn)了環(huán)保、綠色安裝，整個機房的支架系統(tǒng)也更加牢固，觀感質(zhì)量更是大大提高。

9 結(jié)語

通過這次的裝配式消防泵房施工，我們也總結(jié)了一些經(jīng)驗，為后期更深入、更復(fù)雜的裝配式機房研究奠定了基礎(chǔ)。在以后的裝配式機房實施中，我們將加大投入，項目前期工作準備充足，采用新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備，將局部模塊式的裝配施工技術(shù)直接升級為全模塊化裝配技術(shù)，并將對設(shè)計標(biāo)準化、專業(yè)一體化、生產(chǎn)工廠化、預(yù)制模塊化、施工裝配化、技術(shù)集成化、管理信息化作更深層次的研究，開拓創(chuàng)新企業(yè)的機電工業(yè)化之路。