BIM和裝配式施工技術(shù)在設(shè)備機(jī)房的應(yīng)用

茍紅英

（廣東省建科建筑設(shè)計(jì)院有限公司 廣州510010）

0 前言

機(jī)電設(shè)備機(jī)房是機(jī)電系統(tǒng)安裝工程的核心，機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備眾多，同時(shí)管道口徑大、排布縱橫交錯(cuò)，因此設(shè)備機(jī)房既是機(jī)電各系統(tǒng)施工的重點(diǎn)也是難點(diǎn)。傳統(tǒng)設(shè)備機(jī)房施工需要在土建移交設(shè)備機(jī)房作業(yè)條件后，采用在機(jī)房?jī)?nèi)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量、管道現(xiàn)場(chǎng)切割、現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)施焊的施工方法，具有施工進(jìn)度拖后、施工周期長(zhǎng)、施工作業(yè)人數(shù)要求高、作業(yè)環(huán)境差等缺點(diǎn)。

近年來機(jī)電系統(tǒng)安裝工程隨著BIM 深化設(shè)計(jì)技術(shù)及工廠化預(yù)制技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)房管道設(shè)備施工采用工廠化預(yù)制加現(xiàn)場(chǎng)裝配式施工的方式成為可能，該技術(shù)的應(yīng)用可大幅度避免傳統(tǒng)機(jī)房施工工藝的各類缺點(diǎn)。在提升設(shè)備機(jī)房整體施工質(zhì)量、安全及作業(yè)環(huán)境的同時(shí)，極大幅度地縮短了機(jī)電系統(tǒng)整體施工作業(yè)周期［1］。

1 工程概況

某工程總建筑面積為9.4萬m2，建筑高度約為90 m，地上部分19層，地下部分2層。其主要功能為地上部分用于辦公、會(huì)議、展廳、宿舍及餐廳。地下部分為設(shè)備房、車庫及其附屬用房。

本工程生活給水泵房及消防水泵房設(shè)置在地下1層，生活給水系統(tǒng)采用分區(qū)供水方式，除市政直供區(qū)外，各區(qū)均采用變頻調(diào)速加壓給水設(shè)備供水，消防系統(tǒng)主要包含消火栓系統(tǒng)、自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，消房泵房?jī)?nèi)設(shè)置加壓設(shè)備，屋面設(shè)置系統(tǒng)穩(wěn)壓設(shè)備?？照{(diào)系統(tǒng)制冷機(jī)房設(shè)在地下2 層，設(shè)置2 臺(tái)X550RT 離心機(jī)、2臺(tái)X250RT螺桿機(jī)，配用6臺(tái)冷水泵、6臺(tái)冷卻水泵。

本工程合同工期僅150 d，工期壓力極大，給水泵房、空調(diào)制冷機(jī)房?jī)?nèi)的管線及設(shè)備安裝進(jìn)度是工程按期完成的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)?？紤]到工程工期緊張，傳統(tǒng)機(jī)房施工作業(yè)方法受土建作業(yè)面制約，很難滿足工程工期要求，故采用了前期管道工廠化預(yù)制提前介入，后期裝配式施工的方式進(jìn)行設(shè)備機(jī)房施工。

2 裝配式機(jī)房施工工藝原理

裝配式機(jī)房施工主要分為深化設(shè)計(jì)、工廠化預(yù)制、運(yùn)輸及吊裝、管段裝配4 個(gè)階段。深化設(shè)計(jì)階段通過三維設(shè)計(jì)軟件，對(duì)設(shè)備機(jī)房?jī)?nèi)的設(shè)備、管線進(jìn)行綜合布置，明確設(shè)備管線安裝位置及標(biāo)高，詳細(xì)劃分管道預(yù)制加工段、計(jì)算驗(yàn)證支吊架載荷，明確形式及安裝位置；管段工廠化預(yù)制加工階段，場(chǎng)外加工工廠依據(jù)預(yù)制加工圖進(jìn)行各管段加工制作，管段預(yù)制完成后，預(yù)制管道及設(shè)備由場(chǎng)外加工廠運(yùn)送至施工現(xiàn)場(chǎng)，由現(xiàn)場(chǎng)施工人員按照運(yùn)輸及吊裝專項(xiàng)施工方案運(yùn)送至設(shè)備機(jī)房?jī)?nèi)，高效準(zhǔn)確地完成設(shè)備及管段拼接施工［2］。

3 裝配式機(jī)房各階段主要做法

3.1 BIM深化設(shè)計(jì)階段

3.1.1 建立初階BIM模型

依據(jù)機(jī)房二維施工圖紙合理規(guī)劃?rùn)C(jī)房設(shè)備及管線整體綜合布置，優(yōu)化設(shè)備布局，優(yōu)化管道排布［3］。

3.1.2 高精度BIM深化設(shè)計(jì)模型的建立

裝配式機(jī)房管段預(yù)制加工及拼裝對(duì)BIM 模型精度要求極高，常規(guī)建模精度較低，通常建模使用的設(shè)備及管件的族庫模型為通用尺寸，不能滿足預(yù)制加工及安裝的精度需求，需要根據(jù)工程的實(shí)際需求，盡可能采集真實(shí)的數(shù)據(jù)［4］。

⑴收集給水泵房、空調(diào)制冷機(jī)房?jī)?nèi)使用設(shè)備、管件（閥門、軟接頭、法蘭盤等）的廠家技術(shù)指標(biāo)及規(guī)格尺寸。

⑵充分考慮設(shè)備機(jī)房及設(shè)備基礎(chǔ)土建偏差，利用測(cè)量機(jī)器人（自動(dòng)全站儀）進(jìn)行機(jī)房場(chǎng)地的整體實(shí)際基本數(shù)據(jù)測(cè)量。

⑶依據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)整修正初階模型參數(shù)，完成最終高精度BIM模型（見圖1～圖3）。

3.1.3 依據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)條件及工廠加工需求進(jìn)行機(jī)房預(yù)制管段模塊劃分

管段的模塊劃分是深化設(shè)計(jì)時(shí)的重點(diǎn)內(nèi)容，模塊劃分是否合理直接影響設(shè)備機(jī)房裝配式施工的效率及質(zhì)量［5］。

⑴預(yù)制管段模塊劃分應(yīng)充分考慮現(xiàn)場(chǎng)吊裝孔位置及尺寸影響，預(yù)制管段尺寸規(guī)格是否滿足現(xiàn)場(chǎng)吊裝及運(yùn)輸需求，同時(shí)需要考慮管道的空間結(jié)構(gòu)及管段組對(duì)安裝的需求［6］。

⑵本工程根據(jù)消防及給水泵房、制冷機(jī)房設(shè)備管線排布情況，劃分為若干個(gè)區(qū)段。然后將各分區(qū)管道，拆分為若干管段進(jìn)行加工。考慮到后期土建尺寸偏差的復(fù)核及修正，在前期工廠預(yù)制時(shí)，各管段模塊在X、Y、Z三軸適當(dāng)?shù)牟课辉O(shè)計(jì)了管段調(diào)節(jié)余量。

圖1 生活水泵房平面Fig.1 BIM Deepening Model of Domestic Water Pump Room

圖2 給水泵（局部）及管道（局部）剖面Fig.2 Supply-water Pump（Local）and Pipeline（Local）Model

圖3 生活給水泵房水泵及管道局部剖面Fig.3 Partial Sectional View of Water Pumps and Pipelines in Domestic Water Supply Pump Room

⑶依據(jù)高精度BIM 模型及管道劃分計(jì)劃，出具各系統(tǒng)管段加工大樣圖（見圖4、圖5）。

圖4 管道預(yù)制加工Fig.4 Pipe Prefabrication Processing

3.2 管道工廠化預(yù)制階段

工廠化預(yù)制模式，需要預(yù)制的管道構(gòu)件及支架構(gòu)件均在施工現(xiàn)場(chǎng)外的專業(yè)工廠完成預(yù)制加工。預(yù)制管段的組對(duì)及焊接，分段試壓、噴砂、除銹、噴漆等工作都在預(yù)制場(chǎng)內(nèi)完成［7］。

3.2.1 管道工廠化預(yù)制加工流程

圖紙對(duì)接?計(jì)劃安排?生產(chǎn)調(diào)度?管道及配件檢驗(yàn)?管道下斜?管道支撐組對(duì)?管道焊接?管道試壓?除銹油漆?成品保護(hù)。

3.2.2 預(yù)制件的加工精度是管段預(yù)制加工階段的重點(diǎn)

工廠化預(yù)制管道、支吊架等產(chǎn)品的加工精度要求應(yīng)滿足現(xiàn)場(chǎng)安裝精度要求，產(chǎn)品加工精度應(yīng)達(dá)到±5 mm 以上。

加工場(chǎng)采用了全自動(dòng)相貫線切割機(jī)、全自動(dòng)焊接機(jī)器人等高自動(dòng)化加工設(shè)備，代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工切割焊接作業(yè)，有效確保了成品精度和質(zhì)量穩(wěn)定性，作業(yè)效率也得到了大幅提高。

圖5 支架預(yù)制加工Fig.5 Prefabricated Processing of Bracket

3.2.3 管段出廠前應(yīng)做好成品保護(hù)措施

預(yù)制完成的管段應(yīng)做好管段內(nèi)外清理，及時(shí)封口保護(hù)。堆碼時(shí)管道之間要用軟性材料隔開，防止摩擦劃傷。使用起泡膜包裹對(duì)管道漆面進(jìn)行保護(hù)。

3.3 設(shè)備及管段運(yùn)輸及吊裝階段

預(yù)制管段運(yùn)輸至工地現(xiàn)場(chǎng)后開始吊裝前，依據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)情況，制訂專項(xiàng)吊裝方案。依據(jù)管段、設(shè)備吊裝方案，建立虛擬三維吊裝作業(yè)環(huán)境，進(jìn)行預(yù)制管段及設(shè)備的水平運(yùn)輸及吊裝工藝仿真模擬，使用三維動(dòng)畫形式模擬管段及設(shè)備吊裝過程，更為科學(xué)直觀地驗(yàn)證吊裝方案的可行性［8］。

3.4 現(xiàn)場(chǎng)裝配式施工階段

3.4.1 裝配式施工工藝流程（見圖6）

圖6 裝配式施工工藝流程Fig.6 Assembled Construction Process

3.4.2 管道組配安裝注意事項(xiàng)

⑴預(yù)制管道應(yīng)按設(shè)備機(jī)房裝配圖中的管道系統(tǒng)號(hào)和順序號(hào)有序進(jìn)行提升及組配安裝。

⑵管道安裝前應(yīng)檢查法蘭盤及密封墊，不應(yīng)有劃傷、凹陷等缺陷。

⑶管段組配時(shí)發(fā)現(xiàn)偏斜、錯(cuò)口或偏心等缺陷時(shí)不得強(qiáng)行對(duì)接。

⑷法蘭盤螺栓應(yīng)使用力矩扳手按要求力矩?cái)Q緊。

4 效益分析

本工程在應(yīng)用了工廠化預(yù)制及裝配式施工技術(shù)后，給排水、空調(diào)設(shè)備機(jī)房施工作業(yè)工期由50 d 縮短至10 d，從而確保了整體工期目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

質(zhì)量方面?zhèn)鹘y(tǒng)管道設(shè)備機(jī)房?jī)?nèi)管道施工由人工下料焊接，質(zhì)量不穩(wěn)定。通過工廠預(yù)制可實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化切割、焊接，大幅提升了安裝質(zhì)量。

施工作業(yè)安全及環(huán)境方面，改變了傳統(tǒng)的粗放型作業(yè)模式，設(shè)備機(jī)房安裝現(xiàn)場(chǎng)無須焊接作業(yè)，避免了在狹小密閉空間內(nèi)進(jìn)行電焊作業(yè)產(chǎn)生大量煙塵，提升了工人作業(yè)環(huán)境。同時(shí)管段拼裝作業(yè)在地面完成，避免了高強(qiáng)度的高空作業(yè)，從根源上提升了施工作業(yè)安全性［9］。

5 結(jié)語

設(shè)備機(jī)房裝配式施工技術(shù)，有機(jī)結(jié)合了BIM 深化設(shè)計(jì)技術(shù)及工廠化預(yù)制技術(shù)，其相較于傳統(tǒng)機(jī)電設(shè)備機(jī)房施工工藝，將以往先后制約的工序改變成平行施工工序，從而避免了土建等其它專業(yè)進(jìn)度對(duì)機(jī)電安裝工程進(jìn)度的影響。該技術(shù)在本工程的應(yīng)用中取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，具有廣闊的應(yīng)用前景［10］。