山東港口大廈項(xiàng)目裝配式冷熱機(jī)房的應(yīng)用探索

彭啟超，王貴葉

（1.青島市工程建設(shè)監(jiān)理有限責(zé)任公司，山東 青島 266075；2.青島北海船舶重工有限責(zé)任公司，山東 青島 266520）

冷熱機(jī)房作為暖通系統(tǒng)工程向大樓提供冷熱的核心部位，為整個(gè)大廈提供“能量”。冷熱機(jī)房的施工技術(shù)體現(xiàn)了暖通系統(tǒng)工程整體的施工水平。現(xiàn)如今國內(nèi)的建筑業(yè)處于轉(zhuǎn)型升級的新時(shí)期，其建造方式發(fā)生了重大的變革。采用建造裝配化、工業(yè)化、一體化的方式施工，已是整個(gè)建筑業(yè)未來轉(zhuǎn)型發(fā)展的必由之路。裝配式整裝集成機(jī)房基于“即插即用”的原則，以5D建筑數(shù)字化技術(shù)為基礎(chǔ)，采用整體式+離散式裝配技術(shù)，通過工廠預(yù)制、模塊運(yùn)輸、現(xiàn)場拼裝而成，革新傳統(tǒng)現(xiàn)場作業(yè)模式，對于新建、改擴(kuò)建項(xiàng)目具有無限拓展空間和靈活性。

1 裝配式機(jī)房施工特點(diǎn)

冷熱機(jī)房傳統(tǒng)施工主要采用CAD圖紙施工技術(shù)，空調(diào)設(shè)備安裝與土建作業(yè)交叉進(jìn)行，同時(shí)機(jī)電安裝作業(yè)只有在土建能提供出相應(yīng)的工作面時(shí)，才能進(jìn)行相應(yīng)的機(jī)電深化設(shè)計(jì)和設(shè)備與管道的安裝。對有些冷熱機(jī)房的安裝作業(yè)，很多時(shí)候土建只能夠分步驟的提供施工場地，進(jìn)而各相關(guān)設(shè)備、管系及其構(gòu)配件的定位尺寸要通過多次測量才能完成，技術(shù)及施工人員只能量一段、做一段，分段深化設(shè)計(jì)、分段下料加工、分段定位安裝，施工作業(yè)的效率特別低。

區(qū)別于安裝人員現(xiàn)場手工作業(yè)的傳統(tǒng)模式，裝配式冷熱機(jī)房施工采用BIM技術(shù)進(jìn)行建模并深化設(shè)計(jì)，技術(shù)員只進(jìn)行測量機(jī)房區(qū)域施工場地的基本參數(shù)數(shù)據(jù)，不再等土建施工完畢后提供暖通空調(diào)施工作業(yè)的全部場地，就可以利用BIM進(jìn)行建模型和深化設(shè)計(jì)相關(guān)工作。在設(shè)備的采購周期中，可在工廠內(nèi)完成構(gòu)件的加工預(yù)制，與設(shè)備同時(shí)進(jìn)場，簡單拼裝調(diào)試后投入使用。通過采用BIM建模，工廠預(yù)制生產(chǎn)、自動焊接、模塊運(yùn)輸、整體安裝的DPTA施工技術(shù)，從而保證工程項(xiàng)目能短周期、低風(fēng)險(xiǎn)、高質(zhì)量的順利完成。

2 工程概況

山東港口大廈是一棟42層超高層建筑，建筑物為六邊形漸變至三角形塔體造型，建筑高度為198.9m，地上建筑面積73000m2,本項(xiàng)目主要用于青島港（集團(tuán)）、青島海事局、山東港口集團(tuán)等單位，作為港口配套服務(wù)辦公的場所。樓層設(shè)計(jì)主要包括辦公室、餐廳、檔案室和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)機(jī)房等。本項(xiàng)目辦公樓層及地下餐廳采用集中冷熱機(jī)房作為集中冷熱源，設(shè)計(jì)供冷總負(fù)荷為8030kW，供熱總負(fù)荷5840kW。制冷機(jī)房、換熱站、水泵間位于地下一層，面積834m2。制冷機(jī)房內(nèi)共配置2臺制冷量2812.8kW的電動離心式冷水機(jī)組及2臺制冷量1230.6kW的電動螺桿式冷水機(jī)組、3臺制冷板換、4臺換熱板換，24臺各類水泵等設(shè)備。制冷機(jī)房及換熱站負(fù)擔(dān)地下餐廳及地上辦公樓空調(diào)供冷供暖負(fù)荷。機(jī)房兼顧冷暖兩種工況，采暖以市政供暖加換熱站為熱源設(shè)備，制冷以離心式和螺桿式冷水機(jī)組為冷源設(shè)備，過渡季采用自然冷源，降低運(yùn)行費(fèi)用。

3 裝配式機(jī)房施工流程

3.1 信息采集

根據(jù)本項(xiàng)目冷熱機(jī)房區(qū)域現(xiàn)場實(shí)際狀況，結(jié)合機(jī)房平面圖利用激光測距儀、線墜、激光投線儀、卷尺、全站儀、測量機(jī)器人等進(jìn)行機(jī)房場地的基本數(shù)據(jù)測量，同時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，收集閥門、接頭法蘭等設(shè)備技術(shù)指標(biāo)和規(guī)格尺寸。

3.2 BIM優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場測量的基本數(shù)據(jù)和收集到的技術(shù)參數(shù)，對機(jī)房內(nèi)冷熱設(shè)備和管道進(jìn)行綜合排布。利用BIM技術(shù)對冷熱機(jī)房內(nèi)的機(jī)組設(shè)備、管道及管件、支吊架體系進(jìn)行建模并利用BIM技術(shù)對設(shè)備及管系進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低管系局部走向的流體阻力，調(diào)整管系的流向比摩阻，優(yōu)化管系的空間布置，從而使暖通空調(diào)管系設(shè)計(jì)布局合理，減少管系的彎頭數(shù)量，泵組出水口采用順?biāo)?，降低管路系統(tǒng)水阻，提高運(yùn)行效率，降低運(yùn)行費(fèi)用。綜合考慮現(xiàn)場裝配環(huán)境及工廠加工情況，對預(yù)制管道進(jìn)行合理拆分，最大程度保持管道的整體性。通過三維設(shè)計(jì)對機(jī)房內(nèi)各組成部分進(jìn)行工藝分解，分解為可以在車間預(yù)制加工的模塊。

3.3 工廠預(yù)制及運(yùn)輸

在本項(xiàng)目冷熱機(jī)房系統(tǒng)施工方案和冷熱機(jī)房的BIM模型以及優(yōu)化設(shè)計(jì)完成了以后，就可以從BIM軟件系統(tǒng)中導(dǎo)出機(jī)電管系構(gòu)件的零部件加工圖，工廠預(yù)制生產(chǎn)工段根據(jù)導(dǎo)出的零部件加工圖進(jìn)行精準(zhǔn)下料、加工制作。管系構(gòu)件加工完成后，預(yù)制工廠再將管系構(gòu)件和設(shè)備組件進(jìn)行模塊組裝。

3.3.1 管道預(yù)制加工流程

圖1

3.3.2 管道預(yù)制加工技術(shù)要點(diǎn)

在工廠預(yù)制階段，全部管道均在工廠采用數(shù)控設(shè)備切割，通過管道預(yù)制焊機(jī)，將傳統(tǒng)人工焊接改為機(jī)械焊接，控制好坡口形式、坡口形狀及焊接的飽滿度等，所有焊接完成管道均達(dá)到一級探傷合格標(biāo)準(zhǔn)；所有管道涂裝防腐在工廠制造中心涂裝車間操作完成，全程機(jī)械化操作，一次成型，避免因施工現(xiàn)場條件限制造成噴漆漆膜不均勻，漏刷現(xiàn)象。在工廠將工程的大部分設(shè)備和管道預(yù)制組裝完畢，現(xiàn)場只進(jìn)行法蘭連接；最大程度節(jié)省安裝成本，避免因現(xiàn)場工人安裝技能參差不及齊而出現(xiàn)問題。

3.3.3 機(jī)電管系運(yùn)輸?shù)跹b

預(yù)制管件運(yùn)輸前，根據(jù)機(jī)房裝配圖，在工廠生產(chǎn)出的所有設(shè)備管道部件進(jìn)行分類編碼，根據(jù)現(xiàn)場安裝順序進(jìn)行裝載運(yùn)輸，一次運(yùn)送到現(xiàn)場后按對照編碼拼裝，實(shí)現(xiàn)快速化安裝。機(jī)電設(shè)備及管系運(yùn)至現(xiàn)場后吊裝前，根據(jù)工地現(xiàn)場條件制定專項(xiàng)吊裝方案并報(bào)批，同時(shí)對管系模塊定位尺寸進(jìn)行再次復(fù)核，確保機(jī)電管系模塊吊裝一次性成功。由于機(jī)房現(xiàn)場出入口狹窄，轉(zhuǎn)運(yùn)通道無法滿足大模塊轉(zhuǎn)運(yùn)，采取將所有模塊化整為零，到達(dá)冷熱機(jī)房區(qū)域后再組裝成較大的模塊，然后由大模塊根據(jù)機(jī)房裝配圖進(jìn)行系統(tǒng)安裝定位。

3.4 機(jī)電設(shè)備及管系現(xiàn)場裝配

3.4.1 設(shè)備及管系安裝流程

圖2

3.4.2 設(shè)備及管系安裝技術(shù)要點(diǎn)

機(jī)電設(shè)備及管系安裝作業(yè)前，技術(shù)及施工人員對作業(yè)現(xiàn)場的設(shè)備及管系施工圖要進(jìn)行熟悉，掌握施工現(xiàn)場機(jī)電設(shè)備及管系的裝配位置和定位方向。為確保機(jī)電設(shè)備和管系各個(gè)模塊在施工時(shí)的精準(zhǔn)定位，技術(shù)人員利用測量機(jī)器人對設(shè)備及管系的空間定位進(jìn)行精準(zhǔn)測量，并對施工作業(yè)人員進(jìn)行可視化交底，把施工作業(yè)過程中可能發(fā)生的相關(guān)問題加以歸集，提前策劃研究并制定相關(guān)施工方案，為后續(xù)裝配施工做好準(zhǔn)備。

本項(xiàng)目的螺桿式冷水機(jī)組、空氣源熱泵等設(shè)備直接利用施工塔吊或汽車吊將設(shè)備吊至相應(yīng)的樓層，然后利用拖排將設(shè)備運(yùn)輸就位安裝。設(shè)備吊裝前做好技術(shù)交底，嚴(yán)格按照施工規(guī)程進(jìn)行吊裝作業(yè)。在吊裝設(shè)備時(shí)注意吊裝的繩索必須掛在設(shè)備專用的吊環(huán)上，不得掛在組件的盤管、設(shè)備接管等部位。設(shè)備就位前事先用枕木及鋼板鋪設(shè)斜坡，同時(shí)在基礎(chǔ)上墊置枕木，以保護(hù)地腳螺栓。將拖排牽引索通過滑輪組接至卷揚(yáng)機(jī)，由卷揚(yáng)機(jī)將設(shè)備拖至基礎(chǔ)上。

機(jī)電管系模塊吊運(yùn)到現(xiàn)場后，施工人員按照機(jī)房裝配圖紙，對照每個(gè)管件的編碼，將其運(yùn)輸至相應(yīng)設(shè)備前對管安裝，利用管段法蘭和螺栓連接起各個(gè)模塊，實(shí)現(xiàn)全程無焊接作業(yè)，就能在極短的時(shí)間內(nèi)將機(jī)房安裝完成。為模塊化施工打下良好的基礎(chǔ)。為了保證機(jī)電設(shè)備和管系安裝的精度，施工人員采用活套法蘭來校正泵組安裝的誤差，保證了設(shè)備和管系嚴(yán)密連接，管路采用成品支架體系，并將支架體系整體進(jìn)行固定提升。規(guī)范保溫作業(yè)工位，下腳料等固廢集中堆放處理，杜絕污染。優(yōu)化粘接工藝，采用自帶背膠橡塑保溫板（管），確保每一個(gè)接口粘接牢固。施工中堅(jiān)持自檢、互檢和專業(yè)檢查相結(jié)合的原則，對每一施工環(huán)節(jié)進(jìn)行檢查合格后，方可進(jìn)行后序工作。

3.5 效益分析

本項(xiàng)目冷熱機(jī)房施工應(yīng)用BIM技術(shù)和DPTA施工技術(shù)，采用裝配式整裝作業(yè)方法，優(yōu)化了現(xiàn)場空間布局，節(jié)省占地面積約100m2；現(xiàn)場拼裝相較于傳統(tǒng)施工節(jié)約安裝周期80%。冷熱機(jī)房現(xiàn)場拼裝只進(jìn)行法蘭連接，實(shí)現(xiàn)了零焊接作業(yè)，所有下腳料等固廢物集中堆放，集中處理，杜絕二次污染，同時(shí)根據(jù)不同機(jī)組安裝條件，增加抗振及降噪措施，降低對環(huán)境的影響，符合真正的綠色施工要求。

4 結(jié)語

裝配式整裝冷熱機(jī)房具有設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)工廠化、現(xiàn)場裝配化、機(jī)電一體化的特點(diǎn)。通過運(yùn)用BIM技術(shù)和DPTA施工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工廠整裝預(yù)制和現(xiàn)場組裝的完美結(jié)合，有利于實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的精細(xì)化管理。同時(shí)裝配式機(jī)房的施工突破現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境條件約束，給機(jī)房的施工帶來極大的方便，從而實(shí)現(xiàn)建筑機(jī)電安裝向集約化、工廠化、精益建造轉(zhuǎn)變。