陳云浩 劉益安 張繼龍 李天鳴 張 林

(中國建筑第八工程局有限公司，上海 200122)

引言

管道裝配化技術可實現(xiàn)機電各專業(yè)管線的集成施工，提高美觀度，又有加工質(zhì)量高、環(huán)保節(jié)材、有利于現(xiàn)場安全管理和利于搶工期的優(yōu)點。

基于這些優(yōu)點，越來越多的大型機電安裝工程已開始不同程度地采用這一技術。其中設備機房作為機電安裝工程的重難點區(qū)域，也是現(xiàn)階段裝配化技術運用的重點區(qū)域，如圖1所示。

圖1 裝配式機房

在裝配化實施的過程中我們發(fā)現(xiàn)，設備機房相對于其他平面空間區(qū)域在設計、測量、運輸、安裝等方面都更為復雜，在機房裝配化的實施過程中存在更多的制約條件，而提前預判這些制約因素，事先準備好解決方案，消除不利影響，能更好地發(fā)揮裝配化的優(yōu)勢，完成復雜環(huán)境下的裝配化機房施工[1]。

本文從設計、測量、運輸、安裝四個方面分析機房裝配化過程中遇到的困難，再從深化設計準備—深化設計—模塊加工—模塊運輸—現(xiàn)場裝配五個階段闡述如何采取不同的措施來進行預防和糾偏。

1 制約機房裝配化的復雜環(huán)境分析

1.1 設計條件

采用裝配式機房的一大優(yōu)勢是能夠縮短工期，將原來需要在現(xiàn)場完成的大量工作前置，放在加工廠內(nèi)完成，一旦現(xiàn)場施工條件成熟，即可將模塊運輸至現(xiàn)場進行模塊化拼裝[2]。

為了達成這一目的，采用BIM技術的機房深化設計應前置進行。在實施深化設計的過程中，我們發(fā)現(xiàn)存在以下常見問題：

(1)深化設計方案對裝配化施工方法考慮不足，結(jié)合應用的深度不夠。深化設計仍然基于傳統(tǒng)的安裝方法的思維模式，管道布置分散，管段長度隨意，不利于后續(xù)的自動化機械加工和模塊運輸。

(2)模型精度不夠。深化設計模型通常采用常規(guī)的構(gòu)件尺寸，然而各個項目實際采用的閥部件和管件的尺寸大小與這些默認的通用構(gòu)件尺寸存在一定誤差，直接按照深化設計模型預制加工的構(gòu)件無法完成安裝施工。

(3)設備品牌確認滯后。因為多方面的原因，施工最終采用的設備品牌通常確認較晚，這直接影響了設備的大小尺寸，接口定位尺寸甚至是設備布置位置和基礎布置。

1.2 測量條件

現(xiàn)場施工條件受多方面因素的影響，實際完成后的狀態(tài)不可避免的與深化設計模型有所偏差。例如施工和安裝精度方面的誤差； 施工后建筑物的自然沉降誤差； 未在模型中反映的施工措施、臨時管道等。這些誤差都影響了裝配化加工的精度。

1.3 運輸條件

工廠化預制通常需要在項目所在地或異地建起工廠或預制場地，加工完成的模塊需要通過車輛運輸至施工現(xiàn)場(如圖2所示)。這就涉及到車輛的運力和成本。距離過遠，運輸效率低下會急劇增加運輸成本。模塊到達現(xiàn)場后，還涉及現(xiàn)場的水平運輸和垂直吊裝運輸。

圖2 運輸中的機電模塊

1.4 安裝條件

裝配式機房的模塊化施工是高精度的安裝工程，安裝過程中仍有可能在局部區(qū)域因各類累積誤差造成無法裝配，而現(xiàn)場又很難將裝配好的模塊再返廠修改。

2 解決方法

2.1 深化設計準備階段

在深化設計的準備階段，需要確定預制內(nèi)容、確定設計條件、精確測量現(xiàn)場[3]。

(1)基于BIM技術的機房深化設計準備工作應前置進行，盡早完成相關設備的選型。在進行深化設計前應與備選的設備供應廠家及時溝通，以獲得相對準確的設備尺寸大小和接口定位及尺寸，以此為依據(jù)進行BIM管線綜合。這個過程需要項目物資部門和設備供貨單位的配合，兩個關鍵難點在于設備品牌的及早確定和廠家能夠提供與最后送到現(xiàn)場的設備完全一致的圖紙，如圖3所示。

圖3 精細化建模

(2)準備高精度的模型構(gòu)件。在條件允許的情況下，使用由廠家提供的、高精度的管道、管件、閥門、設備等模型，其影響模塊預制精度的關鍵幾何屬性，如長度、外徑等應與實物完全一致。若條件不足，則需在建模和加工圖制作時標注實物尺寸。

(3)精確測量現(xiàn)場。裝配式機房對預制構(gòu)件的精度要求高。不能直接使用深化設計模型進行模塊切割，應繼續(xù)深化模型到加工級別的精度，即加工模型。在制作加工模型和加工圖之前，應對機房土建情況和重要數(shù)據(jù)進行復測，根據(jù)現(xiàn)場真實情況對機電深化模型進行精確調(diào)整，以減小誤差。

傳統(tǒng)的測量方法可以將少量易識別的現(xiàn)場障礙和較明顯的施工誤差記錄下來，但有著不全面、隨機性強的缺點。目前已經(jīng)逐步展開應用的三維激光掃描儀(如圖4所示)則可以更準確全面的復原現(xiàn)場，機電的深化設計在基于真實現(xiàn)場的點云模型環(huán)境下進行調(diào)整，可以在設計端盡量減小誤差[4]。

圖4 三維激光掃描儀

2.2 深化設計階段與模塊切分

在深化設計和模塊切分階段，需要進行綜合管線排布、設計模塊切分方案、進行土建條件提資。

(1)在基于BIM進行綜合管線排布時，就應當將模塊切分思路納入到管線排布方案中。依據(jù)機房的形狀和設備位置、大小以及排布特點，結(jié)合模塊化在工廠內(nèi)便于安裝操作的優(yōu)點，使部分管道更集中的布置，以便集成在模塊中[5]。

(2)在完成深化設計BIM模型后，需要進行模塊分割設計，模塊分割和安裝涉及的預制，主要是依據(jù)管道用途、技術要求的不同以及連接方式和安裝工藝，確定預制的對象和可預制的程度。

模塊切分時應結(jié)合自動生產(chǎn)線機械加工設備、運輸工具和運輸通道尺寸，設計最經(jīng)濟、尺寸最適合的模塊，以免造成運力的浪費。同時應結(jié)合運輸通道的限制來考慮模塊切分的最大尺寸。對一些切割后生成的模塊，需要額外增加支撐體系的，應對包含支撐體系的整個模塊計算所占用的空間尺寸。模型完成后應對所有模塊大小尺寸進行精確標注。

(3)在完成BIM管線綜合后，應根據(jù)設備的實際尺寸繪制新的設備基礎和排水溝圖紙，向土建單位提資,確?，F(xiàn)場土建施工依據(jù)深化后的設備大小尺寸和位置進行基礎施工。應繪制大型設備運輸路線圖，對運輸路線上有土建墻體阻礙的，應在圖紙上圈出，并說明需要延后施工的墻體段范圍以及需求延后的時間期限。

2.3 模塊加工

模塊加工階段，需要完成加工圖設計、確定預制工藝、選用預制需要的加工設備、進行預制場地的規(guī)劃。

(1)完成模塊切分后，應進行加工圖設計，完成加工圖、管段分類編號、裝配圖，滿足不同階段(預制、倉儲、運輸配送、現(xiàn)場裝配)的需求，供預制工廠依圖加工，如圖5所示。

圖5 加工圖示例

(2)預制加工時應根據(jù)管道不同的連接方式，確定預制工藝。從管道下料(機械切割、火焰切割等)、管道加工(套絲、滾槽、坡口等)、連接(螺紋、焊接、黏結(jié)等)、檢驗(尺寸復測、試壓等)、涂裝、標識編號、倉儲等工序工況考慮。

(3)根據(jù)確定的預制工藝，按照實用、高效的原則，選用預制需要的加工設備，如圖6所示。

圖6 在工廠預制完成的管道模塊

(4)根據(jù)工程規(guī)模、預制工藝流程、選定的設備情況，進行預制場地的選址、需用面積的確定，并合理布置加工設備。

(5)目前常見的模塊預制可以粗略地分為大模塊和小模塊[6]。其中包含了設備的整體式大模塊，有集成度高、安裝步驟更少的優(yōu)點(如圖7所示)。

這類模塊通常體積大，重量較重，一般會為了便于模塊運輸和吊裝，增加額外的鋼結(jié)構(gòu)支撐。所以隨之而來的問題就是這類大模塊運輸更容易受限制，而為了模塊運輸需要添加的結(jié)構(gòu)框架則增加了不少自重，也增加了不少額外的成本。帶鋼結(jié)構(gòu)框架的大模塊應提前考慮好相應的基礎做法和尺寸，并為需要排水的設備預留排水管道的安裝位置。

圖7 包含設備和支撐框架大模塊

不包含設備的小模塊，可以由數(shù)個管件或部件在工廠或現(xiàn)場的加工場地預制拼裝而成(如圖8所示)。小模塊更易于運輸，裝配更靈活。缺點是多個這樣的模塊組對后，容易積累誤差，通常會在現(xiàn)場留下一個調(diào)節(jié)段，以此來消除誤差。所有模塊應對模塊進行標識和編號，也可采用電子二位編碼來記錄構(gòu)件的生產(chǎn)、存儲、運輸、安裝、驗收等信息[7]。

圖8 多個構(gòu)件拼裝成的小模塊

2.4 模塊運輸

模塊運輸包括了模塊從加工工廠(場)到施工現(xiàn)場的運輸和施工現(xiàn)場到安裝就位的水平運輸、垂直運輸。對于裝配式機房來說，機房所處的樓層位置很大程度決定了裝配化的BIM設計思路和施工方案的選擇。

而目前的大型建筑中，制冷機房的位置通常都設置在地下二層且以下沉式機房居多，這給模塊運輸造成了很大的困難。在制定裝配式機房施工時，必須從各個方面考慮到設備運輸?shù)姆奖憧煽啃浴獏⒖即笮驮O備運輸路線方案，編制大型模塊運輸路線方案[8]。對于比較復雜的運輸路線，可利用BIM技術對設備和模塊吊裝運輸過程進行虛擬動畫演示，提前發(fā)現(xiàn)設備運輸時所遇到的障礙。如涉及垂直運輸?shù)模枰藢Φ跹b口的尺寸，確保原設計的吊裝口大小滿足深化設計后的模塊能安全通過。水平運輸時，應預留足夠的通道，繪制設備運輸通道圖并向土建單位提資。模塊水平運輸如圖9所示。

圖9 組合模塊水平運輸中

超高層中有不少機房位于標準層，很適合做標準的模塊化安裝，但超高層的垂直運輸同樣十分不便。應結(jié)合現(xiàn)場實際情況，做好垂直運輸計劃，合理分配材料和大型設備模塊的運輸，充分利用施工電梯和塔吊進行模塊的垂直運輸。

工期越緊，現(xiàn)場越容易出現(xiàn)各類調(diào)整措施，現(xiàn)場的條件可以說時時刻刻都在變化。為保證模塊的順利安裝，需要密切關注那些限制模塊運輸和安裝的關鍵位置的變化信息。例如某些場地會被設置為臨時倉庫和堆場，預留的吊裝口也會根據(jù)施工需要而逐步封閉。

2.5 現(xiàn)場裝配

現(xiàn)場裝配階段，需要完成現(xiàn)場復測，模塊組對和裝配，裝配誤差消除[9]。

模塊進行裝配前，需要對現(xiàn)場再次進行復測，隨后各個模塊依據(jù)編號和標識，按照裝配圖進行組對和安裝，模塊之間通常采用預留的法蘭接口進行連接，如圖10所示。

圖10 模塊現(xiàn)場組對安裝

即使是從設計到施工已經(jīng)使用高精度的過程控制，最后在模塊之間仍然不可避免地會出現(xiàn)一些管口錯位、接口重疊或留有縫隙這樣的累積誤差，導致最后無法順利安裝。一個典型的例子如：大型設備尤其是塔器、儲罐等靜置設備放置在基礎上容易引起沉降，初期測量和計算得到的高度到了施工裝配階段就不再精確。所以整個機房不能完全模塊化，應預先在合適的位置留下調(diào)節(jié)段，以消除各類原因造成的累積誤差。

3 結(jié)語

管道工廠化預制技術適用于民用、工業(yè)建設項目，特別適合中、大型建筑機電管道的安裝工程，尤其是超大、超高層民用建筑。隨著管道工廠化預制技術日漸成熟運用，越來越多的工程項目將應用此項技術[10]。機房作為機電裝配化的熱點區(qū)域，其復雜的環(huán)境帶來了許多設計和工程施工的難點，筆者針對復雜環(huán)境下基于BIM的裝配式機房施工過程中可能遇到的各類問題，結(jié)合項目經(jīng)驗列舉可采取的應對措施。希望能拋磚引玉，以期和廣大同行共勉共進。