嚴心軍 曹少衛(wèi) 張 濤 李 解 田仲翔 鮑大鑫

(1.中鐵建工集團有限公司建筑工程研究院，北京 100070； (2.中鐵建工集團建筑安裝工程有限公司,北京 100070)

引言

隨著我國經(jīng)濟社會的高質(zhì)量發(fā)展與人口紅利的逐漸消逝，年輕勞動力大幅度從建筑業(yè)、制造業(yè)向服務業(yè)轉(zhuǎn)移，我國建筑勞務人員的年齡將呈現(xiàn)出老齡化趨勢，建筑業(yè)從業(yè)人員面臨“用工荒”的緊迫形式，同時伴隨著我國建筑領域智能機械化的深入發(fā)展，國家提出“新基建”發(fā)展戰(zhàn)略，今后的建筑作業(yè)將大幅引進機械化作業(yè)、信息化管理，逐步改變傳統(tǒng)勞務作業(yè)方式。

2017年07月，在北京召開的“裝配式建筑裝修與建筑設計一體化及BIM技術(shù)應用經(jīng)驗交流會”上，住建部發(fā)言人提出了一體兩翼、三個解決、穩(wěn)步推進裝配式建筑發(fā)展戰(zhàn)略[2]。機電工程作為建筑工程中的一部分，有必要開展機電方面的裝配式施工技術(shù)的研究與應用，而制冷機房、水泵房、空調(diào)機房、風機房作為建筑的核心功能區(qū)域，對施工質(zhì)量、工藝和進度等方面的要求也越來越高，但是機房施工常常面臨著機電管線繁多、管線排布密集、多專業(yè)交叉施工頻繁、工期緊張、材料進場時間不可控等諸多難點。

本文以深圳匯德大廈制冷機房施工為例，提出了一整套DMBP裝配式機房機電設備管線施工技術(shù)，實現(xiàn)“工廠化預制+現(xiàn)場快速裝配”， 有效地保證了施工的工期、提高了現(xiàn)場文明規(guī)范施工、降低了現(xiàn)場勞務施工作業(yè)的強度、改善了現(xiàn)場施工勞務作業(yè)的環(huán)境、提高了現(xiàn)場文明施工程度。

1 技術(shù)背景

DMBP裝配式機房機電設備管線施工技術(shù)主要原理是運用BIM技術(shù)，根據(jù)設計提供的施工圖紙將原機房機電管線進行重新優(yōu)化排布，設備位置合理化布置，管段提前由工廠預制化加工，運輸至現(xiàn)場進行快速裝配，以達到控制成本的同時大幅提升施工質(zhì)量和管理水平，全程跟蹤、及時糾偏、快速裝配、綠色施工的目的。通過抓好四大核心：一套數(shù)據(jù)Data、兩組模型Model、三種圖紙Blueprint、四類精度Precision，在深化設計、采購、預制加工、裝車運輸、現(xiàn)場裝配五個階段上，有效減少噪聲污染、施工中的垃圾和機械傷害，同時避免進場材料因施工安排調(diào)整帶來的長期堆放、多次的倒運和加工空間緊張等問題，實現(xiàn)場外預制、現(xiàn)場裝配新型機房施工模式。

2 項目基本情況

2.1 項目概況

匯德大廈位于深圳市龍華新區(qū)民塘路與留仙大道交匯處，工程總占地面積19274m2，總建筑面積248479m2，是一座集辦公、酒店、公寓及商業(yè)為一體的綜合性超高層綜合建筑群[3]。其中主樓地下室為三層，裙樓地下室為四層，地上為7層裙樓以及兩棟主塔樓(1#主樓與3#主樓)：3#主樓共27層，高100.0m，1#主樓共58層，高約250.0m。

其中，深圳匯德大廈辦公制冷機房位于第一層服務于1#樓辦公區(qū)，機房尺寸長49.5m，寬為12.65m，占地面積約為626m2，總服務面積65650m2。

圖1 深圳匯德大廈效果圖

2.2 機房施工重點難點分析

(1)存在問題

圖2 匯德大廈辦公制冷機房圖紙

制冷機房占地面積較大，管線錯綜復雜，設備繁多。原有制冷機房圖紙管道交叉、碰撞頻繁，施工難度大，施工工期長； 機房設備擺放位置未預留充足通道，未充分考慮冷機維修空間，易導致后期檢修困難；管道翻彎較多，水流沿程阻力加大，降低制冷功效； 傳統(tǒng)方式安裝不利于煙塵排放，無法滿足綠色施工標準。

(2)解決方法

采用“工廠化預制+現(xiàn)場快速裝配”的DMBP裝配式機房機電設備管線技術(shù)，可以大幅提升施工質(zhì)量，提高效率。運用BIM技術(shù)對原機房圖紙進行重新排布，設備位置合理化布置，解決管線碰撞問題[4]，合理安排施工順序，避免出現(xiàn)搶工造成的施工質(zhì)量降低的問題。管段提前由工廠預制化加工，運輸至現(xiàn)場進行快速裝配，節(jié)約現(xiàn)場作業(yè)時間。

施工前進行現(xiàn)場的VR安全交底、對比方案比選、吊裝方案模擬，選擇最適合現(xiàn)場情況的施工方案指導施工，使安全文明施工、工作效率和施工質(zhì)量得到進一步提升。所有生產(chǎn)管理信息基于BIM集成管理平臺進行流轉(zhuǎn)和管理，提高施工質(zhì)量和管理水平，全程跟蹤，及時糾偏，控制成本的同時提升預制精度，達到準確快速、綠色施工的裝配效果。

3 方案概述

3.1 DMBP管理與技術(shù)流程

DMBP裝配式機房機電設備管線施工技術(shù)，執(zhí)行“D、M、B、P”四項核心管理體系來實施“設計、采購、加工、運輸、裝配”五個施工階段。

3.2 “D”管理體系

“D”即一套數(shù)據(jù)(Data)， 數(shù)據(jù)在深化設計、原材及成品采購、預制加工、材料運輸和現(xiàn)場裝配階段，具有準確性和唯一性，數(shù)據(jù)貫穿設計、施工全過程。

3.3 “M”管理體系

“M”即兩組模型(Model)， Revit深化設計模型和預制加工模型。深化設計模型的特征表現(xiàn)在根據(jù)廠家提供的閥門、設備等構(gòu)件的真實尺寸，結(jié)合建筑、結(jié)構(gòu)、裝修等相關(guān)專業(yè)，進行機電管線綜合排布，對系統(tǒng)檢查校核[5]?？紤]管材消耗、交叉和反彎數(shù)量、整體占空、后期維護操作空間、觀感等因素創(chuàng)建多個優(yōu)點顯著的深化設計方案。與甲方、設計、土建、精裝、班組、加工廠等單位進行溝通，確定最優(yōu)方案。在最優(yōu)方案的基礎上進行現(xiàn)場實際數(shù)據(jù)的采集，包括結(jié)構(gòu)、建筑的實際尺寸等，根據(jù)現(xiàn)場實際數(shù)據(jù)，對模型作細微調(diào)整，使其與現(xiàn)場保持一致，最終形成深化設計模型。預制加工模型特征表現(xiàn)在Revit管線模型精度達到LOD400，根據(jù)材料特性、施工方法、運輸通道以及施工空間等因素，對機房模型進行管線分段、模塊劃分，將管件分配至不同的模塊中，并進行機房管道模塊的安裝圖設計工作，規(guī)劃機電模塊的吊裝方案。最后將構(gòu)件所在的模塊編號以及構(gòu)件在該模塊內(nèi)的安裝編號錄入構(gòu)件族中，再生成相應的構(gòu)件二維碼，最終實現(xiàn)將模型細化為預制加工模型。

3.4 “B”管理體系

“B”即三種圖紙(Blueprint)， 深化設計圖紙、預制加工圖紙和現(xiàn)場裝配圖紙。深化設計圖紙是根據(jù)深化設計模型導出的二維深化設計圖，包含管線精確定位、設備及管線細部做法、設備基礎定位、支吊架定位等信息。預制加工圖紙是根據(jù)預制加工模型導出的預制加工圖，其特征是在深化設計圖紙的基礎上結(jié)合廠家提供的成品構(gòu)件信息及管件加工尺寸，進行了管線合理分段和模塊劃分，使其能用于指導加工生產(chǎn)?，F(xiàn)場裝配圖紙主要包含兩個部分，一是模塊單體的裝配圖，對模塊內(nèi)的各管件進行裝配分析，考慮施工裝配的可行性和便利性，設計模塊內(nèi)管件的裝配方案，基于裝配順序?qū)δK內(nèi)管件進行編號，生成模塊的裝配圖。二是機房內(nèi)模塊的整體裝配圖，結(jié)合施工現(xiàn)場的空間特點，對機房內(nèi)模塊裝配進行分析，考慮裝配吊裝的可行性和便利性，設計機房內(nèi)模塊的裝配方案，同樣基于裝配順序?qū)Ω鱾€模塊進行編號，生成機房的模塊裝配圖。

3.5 “P”管理體系

“P”管理體系：“P”即四類精度(Precision)， 深化模型精度、成品構(gòu)件精度、預制加工精度和現(xiàn)場裝配精度。深化模型精度是指機電管線、管件、設備、支吊架等模型構(gòu)件的尺寸1∶1符合廠商信息和規(guī)范要求，模型與圖紙的設計要求完全一致。成品構(gòu)件精度是指采購的原材、成品構(gòu)件必須遵循深化設計的成果，相關(guān)規(guī)格、尺寸及性能參數(shù)納入采購計劃，選取構(gòu)件規(guī)格、尺寸及性能參數(shù)合格的最優(yōu)廠商進行合作，要求成品構(gòu)件及原材精度滿足設計要求。預制加工精度是指結(jié)合數(shù)字化加工設備創(chuàng)建Fabrication共享數(shù)字化建造數(shù)據(jù)庫，并將預制加工模型數(shù)據(jù)以固定格式導入至數(shù)據(jù)庫，通過數(shù)控機床進行構(gòu)件的加工，然后對加工完成的構(gòu)件進行尺寸檢查，確保生產(chǎn)加工的構(gòu)件精度滿足設計要求； 現(xiàn)場裝配精度主要包含模塊單體裝配的精度以及機房整體模塊裝配的精度，單個模塊按照“模塊裝配圖”進行裝配，裝配過程合理控制管件、設備的位置和相對方向，裝配完成后需要對模塊整體進行尺寸校正，確保管件安裝方向正確，模塊的整體尺寸誤差在設計范圍之內(nèi)。整體模塊裝配的精度，是在模塊吊裝作業(yè)前，現(xiàn)場技術(shù)人員根據(jù)機房的模塊吊裝方案，根據(jù)模塊的空間信息進行現(xiàn)場放線，在模塊的吊裝作業(yè)中，嚴格執(zhí)行“模塊吊裝方案”的步驟進行，保證模塊的連接順序正確，在模塊連接之后對機房的機電模塊進行空間尺寸校核，確保整體尺寸誤差在設計范圍之內(nèi)。

4 方案實施

4.1 建模與二次深化

確定廠家提供的各類閥門、管件質(zhì)量和尺寸滿足專業(yè)的相關(guān)規(guī)定及設計要求，通過Revit軟件創(chuàng)建各類構(gòu)件參數(shù)化族，模型精度要滿足構(gòu)建精度要求，然后根據(jù)設計圖紙，創(chuàng)建Revit模型。

圖3 標準化構(gòu)件模型

依照制定的深化設計標準，運用BIM技術(shù)將原機房管線優(yōu)化排布。對系統(tǒng)進行計算與校核，優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)及設備選型，修正業(yè)主提供的初設圖或施工圖錯漏碰缺及不合理之處。在滿足規(guī)范的前提下，合理、緊湊地布置機電管線，減少由于管線沖突造成的二次拆改[6]，滿足控高要求，控制成本，為業(yè)主提供足夠的檢修、使用空間。對機房內(nèi)設備基礎及預留洞進行精確定位。

圖4 匯德大廈機電模型

4.2 現(xiàn)場精確校核

對結(jié)構(gòu)圖紙修改以及實際施工引起的現(xiàn)場土建結(jié)構(gòu)偏差進行勘察，利用儀器對現(xiàn)場建筑和結(jié)構(gòu)尺寸進行實測，記錄真實尺寸信息，對于與BIM深化設計參照的設計標準存在較大偏差的記錄，創(chuàng)建實勘誤差報告。

根據(jù)記錄，調(diào)整Revit模型，保證現(xiàn)場實際尺寸與模型一致[7]。針對實勘誤差報告內(nèi)容，提出機房模型糾偏方案，通過設計院、監(jiān)理、業(yè)主的三方確認，對機房管道的本體或者機房管道安裝和維護空間產(chǎn)生誤差影響的部位，進行機房模型的細微調(diào)整。

4.3 生成預制加工模型

根據(jù)材料特性、施工方法、運輸通道以及施工空間等因素，對深化設計模型進行管線分段、模塊劃分，設置支吊架，并轉(zhuǎn)化為預制加工模型，并導出預制加工模型圖紙[8]。

圖5 預制加工模型

4.4 現(xiàn)場裝配圖設計

將轉(zhuǎn)換后的預制加工模型劃分為若干個管道模塊，根據(jù)模塊編號信息，結(jié)合構(gòu)件自身的信息編制構(gòu)件編碼，再將構(gòu)件編碼打印成二維碼，用以標識構(gòu)件，方便快捷查詢信息，并對模塊進行裝配設計工作及整體模塊的吊裝方案策劃。

根據(jù)模塊安裝圖創(chuàng)建吊裝方案。施工前根據(jù)現(xiàn)場情況對整個吊裝的施工作業(yè)全過程中可能出現(xiàn)的問題作充分的預估，并就可能出現(xiàn)的各種問題做出相應的防范措施并對操作人員和管理人管進行技術(shù)交底和安全交底，確保管道安裝過程保質(zhì)、高效、安全。

4.5 工廠化預制

將預制加工模型導入到Fabrication軟件，轉(zhuǎn)化為加工數(shù)據(jù)，主要包含風管、管道、橋架等構(gòu)件的加工數(shù)據(jù)。

基于加工數(shù)據(jù)，使用數(shù)字化機床加工生產(chǎn)構(gòu)件，并且按照機房編號、模塊編號的順序逐個模塊、逐個機房進行加工。

圖7 機房管道模塊裝配圖

圖8 預制加工數(shù)據(jù)庫

圖9 數(shù)控機床加工

對加工完成的產(chǎn)品需要做質(zhì)量檢查，主要包含機房預制加工構(gòu)件的外觀質(zhì)量、尺寸等重要參數(shù)，最后將對應的構(gòu)件二維碼粘貼在合格的構(gòu)件上。

圖10 質(zhì)量檢查及二維碼粘貼

4.6 裝車運輸

本工程預制加工成品在經(jīng)過質(zhì)量檢查之后，通過車輛運輸?shù)姆绞竭\輸至施工現(xiàn)場，裝車的構(gòu)件以模塊為單位捆綁包裝，每次裝車構(gòu)件為若干個模塊，當單個模塊構(gòu)件數(shù)量太多時，分車次運輸，并標識模塊序列，同模塊運送至現(xiàn)場的還有配套的模塊安裝圖。

圖11 預制管道裝車運輸

構(gòu)件運輸至現(xiàn)場后，現(xiàn)場驗收人員通過模塊安裝圖內(nèi)的構(gòu)件清單[9]，排查構(gòu)件相關(guān)資料是否齊全，并且仔細觀察和檢查在安裝和運輸?shù)倪^程中構(gòu)件是否缺失或有構(gòu)件損傷，如有構(gòu)件缺失或構(gòu)件損傷，驗收人員可拒絕簽認，模塊構(gòu)件通過驗收時，驗收人員可安排構(gòu)件分模塊存放，等待后續(xù)安裝作業(yè)。

4.7 現(xiàn)場快速裝配

根據(jù)深化設計圖紙，進行現(xiàn)場放線。待材料到場后，安裝人員以機房單位，以模塊安裝圖和模塊吊裝方案為依據(jù)，進行管道的拼裝，并按模塊進行吊裝作業(yè)。

圖12 機房現(xiàn)場快速裝配

5 取得效益

傳統(tǒng)的機電安裝需要在土建完工交付作業(yè)面后方才能開始施工，具有施工周期長、效率低等特點，而DMBP裝配式機房施工實現(xiàn)了“搭積木式”的機房裝配施工，并且具有勞動強度低、作業(yè)環(huán)境舒適、施工難度低、周期短、作業(yè)安全系數(shù)高等顯著特征。DMBP裝配式機房施工包含深化設計、采購、加工、運輸及裝配，在土建施工作業(yè)的同時就可以在場外的預制工廠進行構(gòu)件的精細化預制加工，構(gòu)件運輸至現(xiàn)場后，現(xiàn)場根據(jù)構(gòu)件組的裝配圖和二維碼信息將預制模塊進行“對號入座”，從而迅速完成機房的裝配工作，具有綠色環(huán)保、經(jīng)濟、高效等諸多優(yōu)點，大幅提高了施工質(zhì)量和施工效率。

6 結(jié)論

DMBP裝配式機房機電設備管線施工技術(shù)可以大幅提高施工質(zhì)量和施工效率，減少對技術(shù)工人的依賴，保證施工進度[10]。其在制冷機房、水泵房、空調(diào)機房、風機房等各類重點機房的應用，對提高裝配式機房施工質(zhì)量、生產(chǎn)效率，保證機房的施工進度，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)、綠色建造和節(jié)能減排具有重要意義。