茍紅英

（廣東省建科建筑設計院有限公司 廣州510010）

0 前言

機電設備機房是機電系統(tǒng)安裝工程的核心，機房內(nèi)設備眾多，同時管道口徑大、排布縱橫交錯，因此設備機房既是機電各系統(tǒng)施工的重點也是難點。傳統(tǒng)設備機房施工需要在土建移交設備機房作業(yè)條件后，采用在機房內(nèi)現(xiàn)場測量、管道現(xiàn)場切割、現(xiàn)場組對施焊的施工方法，具有施工進度拖后、施工周期長、施工作業(yè)人數(shù)要求高、作業(yè)環(huán)境差等缺點。

近年來機電系統(tǒng)安裝工程隨著BIM 深化設計技術(shù)及工廠化預制技術(shù)的飛速發(fā)展，機房管道設備施工采用工廠化預制加現(xiàn)場裝配式施工的方式成為可能，該技術(shù)的應用可大幅度避免傳統(tǒng)機房施工工藝的各類缺點。在提升設備機房整體施工質(zhì)量、安全及作業(yè)環(huán)境的同時，極大幅度地縮短了機電系統(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、會議、展廳、宿舍及餐廳。地下部分為設備房、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)速加壓給水設備供水，消防系統(tǒng)主要包含消火栓系統(tǒng)、自動噴水滅火系統(tǒng)，消房泵房內(nèi)設置加壓設備，屋面設置系統(tǒng)穩(wěn)壓設備?？照{(diào)系統(tǒng)制冷機房設在地下2 層，設置2 臺X550RT 離心機、2臺X250RT螺桿機，配用6臺冷水泵、6臺冷卻水泵。

本工程合同工期僅150 d，工期壓力極大，給水泵房、空調(diào)制冷機房內(nèi)的管線及設備安裝進度是工程按期完成的關鍵節(jié)點?？紤]到工程工期緊張，傳統(tǒng)機房施工作業(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制提前介入，后期裝配式施工的方式進行設備機房施工。

2 裝配式機房施工工藝原理

裝配式機房施工主要分為深化設計、工廠化預制、運輸及吊裝、管段裝配4 個階段。深化設計階段通過三維設計軟件，對設備機房內(nèi)的設備、管線進行綜合布置，明確設備管線安裝位置及標高，詳細劃分管道預制加工段、計算驗證支吊架載荷，明確形式及安裝位置；管段工廠化預制加工階段，場外加工工廠依據(jù)預制加工圖進行各管段加工制作，管段預制完成后，預制管道及設備由場外加工廠運送至施工現(xiàn)場，由現(xiàn)場施工人員按照運輸及吊裝專項施工方案運送至設備機房內(nèi)，高效準確地完成設備及管段拼接施工［2］。

3 裝配式機房各階段主要做法

3.1 BIM深化設計階段

3.1.1 建立初階BIM模型

依據(jù)機房二維施工圖紙合理規(guī)劃機房設備及管線整體綜合布置，優(yōu)化設備布局，優(yōu)化管道排布［3］。

3.1.2 高精度BIM深化設計模型的建立

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

⑴收集給水泵房、空調(diào)制冷機房內(nèi)使用設備、管件（閥門、軟接頭、法蘭盤等）的廠家技術(shù)指標及規(guī)格尺寸。

⑵充分考慮設備機房及設備基礎土建偏差，利用測量機器人（自動全站儀）進行機房場地的整體實際基本數(shù)據(jù)測量。

⑶依據(jù)相關數(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)場條件及工廠加工需求進行機房預制管段模塊劃分

管段的模塊劃分是深化設計時的重點內(nèi)容，模塊劃分是否合理直接影響設備機房裝配式施工的效率及質(zhì)量［5］。

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

⑵本工程根據(jù)消防及給水泵房、制冷機房設備管線排布情況，劃分為若干個區(qū)段。然后將各分區(qū)管道，拆分為若干管段進行加工?？紤]到后期土建尺寸偏差的復核及修正，在前期工廠預制時，各管段模塊在X、Y、Z三軸適當?shù)牟课辉O計了管段調(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 模型及管道劃分計劃，出具各系統(tǒng)管段加工大樣圖（見圖4、圖5）。

圖4 管道預制加工Fig.4 Pipe Prefabrication Processing

3.2 管道工廠化預制階段

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

3.2.1 管道工廠化預制加工流程

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

3.2.2 預制件的加工精度是管段預制加工階段的重點

工廠化預制管道、支吊架等產(chǎn)品的加工精度要求應滿足現(xiàn)場安裝精度要求，產(chǎn)品加工精度應達到±5 mm 以上。

加工場采用了全自動相貫線切割機、全自動焊接機器人等高自動化加工設備，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 支架預制加工Fig.5 Prefabricated Processing of Bracket

3.2.3 管段出廠前應做好成品保護措施

預制完成的管段應做好管段內(nèi)外清理，及時封口保護。堆碼時管道之間要用軟性材料隔開，防止摩擦劃傷。使用起泡膜包裹對管道漆面進行保護。

3.3 設備及管段運輸及吊裝階段

預制管段運輸至工地現(xiàn)場后開始吊裝前，依據(jù)工程現(xiàn)場情況，制訂專項吊裝方案。依據(jù)管段、設備吊裝方案，建立虛擬三維吊裝作業(yè)環(huán)境，進行預制管段及設備的水平運輸及吊裝工藝仿真模擬，使用三維動畫形式模擬管段及設備吊裝過程，更為科學直觀地驗證吊裝方案的可行性［8］。

3.4 現(xiàn)場裝配式施工階段

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

⑴預制管道應按設備機房裝配圖中的管道系統(tǒng)號和順序號有序進行提升及組配安裝。

⑵管道安裝前應檢查法蘭盤及密封墊，不應有劃傷、凹陷等缺陷。

⑶管段組配時發(fā)現(xiàn)偏斜、錯口或偏心等缺陷時不得強行對接。

⑷法蘭盤螺栓應使用力矩扳手按要求力矩擰緊。

4 效益分析

本工程在應用了工廠化預制及裝配式施工技術(shù)后，給排水、空調(diào)設備機房施工作業(yè)工期由50 d 縮短至10 d，從而確保了整體工期目標的實現(xiàn)。

質(zhì)量方面?zhèn)鹘y(tǒng)管道設備機房內(nèi)管道施工由人工下料焊接，質(zhì)量不穩(wěn)定。通過工廠預制可實現(xiàn)高度自動化切割、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，設備機房安裝現(xiàn)場無須焊接作業(yè)，避免了在狹小密閉空間內(nèi)進行電焊作業(yè)產(chǎn)生大量煙塵，提升了工人作業(yè)環(huán)境。同時管段拼裝作業(yè)在地面完成，避免了高強度的高空作業(yè)，從根源上提升了施工作業(yè)安全性［9］。

5 結(jié)語

設備機房裝配式施工技術(shù)，有機結(jié)合了BIM 深化設計技術(shù)及工廠化預制技術(shù)，其相較于傳統(tǒng)機電設備機房施工工藝，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)進度對機電安裝工程進度的影響。該技術(shù)在本工程的應用中取得了顯著的經(jīng)濟和社會效益，具有廣闊的應用前景［10］。