吳章建 龐通

【摘要】文章結(jié)合實例●闡述了大型機場機電安裝施工設(shè)備機房管道加工廠預(yù)制化、模塊化裝配施工理念●通過 BIM技術(shù)進行三維虛擬建造●同時通過點云掃描技術(shù)生成模型與 BIM模型進行對比●檢測消差 O 將系統(tǒng)管道進行分解●形成模塊設(shè)計圖紙預(yù)制加工●再將預(yù)制好的管件閥門組模塊運到機房進行裝配●形成流水施工迅速完成作業(yè)●既提高了勞動生產(chǎn)率●又提高了工程質(zhì)量●是建筑工業(yè)化發(fā)展的必然趨勢O

【關(guān)鍵詞】 BIM技術(shù);點云掃描技術(shù);管件模塊化;工廠預(yù)制化;裝配化;增效節(jié)能

【中圖分類號】 TU83【文獻標(biāo)志碼】 B

1工程概況及系統(tǒng)簡介

成都天府國際機場場址位于簡陽市蘆葭鎮(zhèn)，距離成都市中心天府廣場直線距離約50 km，本工程為大型公共交通建筑，設(shè)計規(guī)模等級為4E類機場，一類機場航站樓。T1航站樓（含空側(cè)連廊）建筑面積337239 m2，T1陸側(cè)高架橋檐口最高點34.15 m、空側(cè)檐口高度19.35～23.75 m、屋面最高點45 m。本工程暖通工程包括內(nèi)容：空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)、空調(diào)水系統(tǒng)、通風(fēng)及防排煙系統(tǒng)、地板輻射系統(tǒng)、主動式冷梁系統(tǒng)等各系統(tǒng)的空調(diào)機組（空調(diào)器）、風(fēng)冷熱泵機組、風(fēng)機、水泵、變風(fēng)量末端裝置、多聯(lián)機等設(shè)備及相應(yīng)管線的安裝工程（登機橋固定端及橋頭堡的多聯(lián)機空調(diào)除外）。

本工程空調(diào)冷凍水系統(tǒng)為閉式三級泵系統(tǒng)，一級泵、二級泵設(shè)置在能源中心。T1航站樓共設(shè)有8組常溫冷凍水三級泵，11組高溫冷凍水三級泵，按服務(wù)區(qū)域分散布置于航站樓內(nèi)。三級泵采用變頻調(diào)節(jié)。綜合考慮空調(diào)末端的冷熱處理需求、末端設(shè)備的換熱性能和調(diào)節(jié)性能、冷熱源系統(tǒng)形式，航站樓內(nèi)高溫空調(diào)冷水的供回水溫度采用16/21℃，常溫空調(diào)冷水的供回水溫度采用5.5/12.5℃，空調(diào)熱水的供回水溫度采用50/40℃。能源中心至航站樓采用大溫差輸送熱水（76/50℃），航站樓的熱力人口處設(shè)置板式換熱器，將一次側(cè)熱水與二次側(cè)熱水隔離，二次側(cè)熱水（50/40℃）輸送到航站樓各處。熱水的板式換熱器采用一體化機組，內(nèi)置循環(huán)水泵;二次側(cè)熱水采用帶真空脫氣功能的定壓補水機組，并設(shè)置自動加藥裝置。從簡化運行的角度，二次側(cè)熱水系統(tǒng)采用一級泵系統(tǒng)，即供熱工況由人口處的一體式板式換熱機組自帶的循環(huán)水泵負擔(dān)航站樓內(nèi)的管網(wǎng)壓力。

2預(yù)制化思路及技術(shù)特點

需實施預(yù)制化機房為 T1航站樓空調(diào)水泵和末端空調(diào)機房，為航站樓暖通系統(tǒng)的心臟部位，設(shè)備及閥門多、管線復(fù)雜，安裝及焊接工作量巨大，使用 BIM技術(shù)，可在現(xiàn)場標(biāo)記管道并在施工開始之前顯示施工后的管道形狀。直觀地呈現(xiàn)機房成型效果，做到所見即所得。采用管段預(yù)制化施工，讓管段加工及安裝分開進行，形成流水作業(yè)，大大縮減施工時間，提高工作效率（圖1、圖2）。

所有預(yù)制管段都以機組為基礎(chǔ)去預(yù)制安裝。由于加工場地限制并且主管立管已經(jīng)施工到相應(yīng)的機房，所以加工場只負責(zé)空調(diào)機組的閥門段預(yù)制，主管和立管在現(xiàn)場預(yù)制然后安裝?？紤]到機房窄小，所有預(yù)制段只能用人力來安裝焊接，所以在 BIM設(shè)計的時候一定要考慮到預(yù)制段的大小重量。在管道安裝位置上，難免會有一定的偏差，為保證在小的偏差范圍內(nèi)準(zhǔn)確安裝組對，即管段的活接口位置一定要解決好，在現(xiàn)場實際操作中先找到活動焊接口，然后在其位置處多留約3 cm，根據(jù)現(xiàn)場實測切割焊口的同時掌握好管段長度，再進行安裝。最后根據(jù)每一臺機組所對應(yīng)的管段進行編號，這樣確保對應(yīng)的預(yù)制管件組對到對應(yīng)正確的機組上（圖3）。

3 BlM模型繪制出圖

3.1族模型的繪制

首先是建模工作，從原理圖和機電結(jié)構(gòu)圖創(chuàng)建機房的3D模型。使用 Revit軟件，根據(jù)廠家提供的末端設(shè)備、閥門、過濾器和其他配件的概覽，并根據(jù)現(xiàn)場實物實際測量的數(shù)據(jù)1：1繪制族模型，放入模型庫，檢查各種影響因素，在機房校正和調(diào)整模型和計劃。管道布局確定了設(shè)備和排水的位置，必要時將管道分成幾部分，并在管道和排水結(jié)構(gòu)的設(shè)計中予以考慮，確保預(yù)制結(jié)構(gòu)的設(shè)計精準(zhǔn)[2]。

首次在機房中完成第一個模型項目后，要驗證系統(tǒng)是否正常運行，以及閥門組件是否匹配系統(tǒng)。BIM族模型的繪制必須保證所有繪制的閥門、設(shè)備、部件等與實物的大小尺寸一致。例如：設(shè)備的接口位置、閥門的法蘭盤大小等都必須與實物一樣。

3.2相應(yīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)

在 REVIT軟件中設(shè)定好相應(yīng)的管道系統(tǒng)，調(diào)節(jié)管材管徑，和實際材料保持一致，這里特別注意一下，一定要調(diào)節(jié)軟件內(nèi)管道外徑和原材料管道外徑相同，保證模型的準(zhǔn)確性。

3.3 BIM對機組的配管設(shè)計

根據(jù)設(shè)計圖紙中的配管示意，機房機組的管線及閥門布置在保證功能的基礎(chǔ)上盡量考慮美觀整齊，并初步繪制出配管大樣圖，配管方案在甲方認可后才繪制出最終模型，最終模型與現(xiàn)場實際布置為真實1：1布置。

3.4現(xiàn)場點云模型掃描輔助驗證

即使在創(chuàng)建 BIM模型后，也需要進行現(xiàn)場驗證，此步驟可確保模型的準(zhǔn)確性，避免因現(xiàn)場施工的偏差而造成的返工及不必要損失。在這個階段就體現(xiàn)出點云掃描在 BIM 中的應(yīng)用。在這里簡單介紹下點云與 BIM的關(guān)系：點云是點的集合，能反應(yīng)被掃描對象的真實誤差，而 BIM模型則是設(shè)計的理想狀態(tài)。在 BIM模型在電腦上繪制形成后，在機房進行點云掃描，可以把兩者放在一起進行比較，實現(xiàn)驗收、形變檢測、消除誤差等功能。

按照專業(yè)要求設(shè)置對應(yīng)的屬性信息檢查的要點，主要是建筑墻壁的位置尺寸，結(jié)構(gòu)和桿柱的尺寸，泵的進出口的密封面尺寸，閥門配件和管道位置。首先利用三維激光掃描設(shè)備進行目標(biāo)物掃描，獲得數(shù)據(jù)后首先用配套軟件（如Geomagic）進行點云去噪、平滑等數(shù)據(jù)預(yù)處理，數(shù)據(jù)處理完成后轉(zhuǎn)人 Revit， 這一步可能會用到 sCANT0BIM這個插件，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)人到 BIM軟件中后，然后在 Revit中建立相應(yīng)族文件，生成的文件與模擬生成的 BIM文件做全局對比，在此步驟中應(yīng)該分析評估管段分段的合理性和平均性，有偏差及時進行修正，避免管段過長過復(fù)雜給加工和現(xiàn)場組對造成困難（圖4）。

3.5機組編號、分段出圖及材料統(tǒng)計

機房機電管線模型繪制完成后，將需要預(yù)制加工的閥門組段進行分段拆分編號，拆分管段時，將根據(jù)水流方向計算管道。在垂直管道中，必須在設(shè)備接口處安裝適當(dāng)長度導(dǎo)管，拆分的管道應(yīng)分別出大樣圖，對各尺寸做好標(biāo)注，作為指導(dǎo)現(xiàn)場加工廠加工的依據(jù)（圖5）。

4現(xiàn)場閥門組預(yù)制加工

4.1水平預(yù)制段制作

管道分段方案確定后，從系統(tǒng)中導(dǎo)出管道分段預(yù)制加工圖，提交給預(yù)制工程進行管道加工。同時對支吊架定位尺寸圖、機房管線定位圖、設(shè)備定位圖、設(shè)備基礎(chǔ)圖等從系統(tǒng)中導(dǎo)出，各專業(yè)圖紙交給現(xiàn)場施工人員進行核實并用于指導(dǎo)施工。設(shè)備基礎(chǔ)施工完畢后，要對基礎(chǔ)尺寸和位置進行復(fù)核，這些數(shù)據(jù)輸人到模型中，用于對模型的動態(tài)調(diào)整，然后對設(shè)備定位圖導(dǎo)出，現(xiàn)場加工廠預(yù)制加工管道圖紙應(yīng)為調(diào)整后最新版圖紙，通常管道加工誤差控制在±1 mm，這就要求設(shè)備定位安裝精度要高。要對管道長度的精準(zhǔn)度和管段焊接質(zhì)量進行監(jiān)管。預(yù)制加工階段，對工廠技術(shù)負責(zé)人和現(xiàn)場預(yù)制工人開展預(yù)制交底，拿到預(yù)制加工圖紙及時核對管道尺寸、閥門閥件位置是否一致?？照{(diào)機組末端配管尺寸需嚴格按照圖中預(yù)制尺寸加工，加工中存在累計誤差處需設(shè)置消除誤差段。預(yù)制段上有溫度計，壓力表時需按照圖紙點位進行加工，不可自己估計尺寸加工。在預(yù)制段上有蝶閥時，應(yīng)及時查閱預(yù)制段明細表，確定蝶閥位置。蝶閥端應(yīng)焊接蝶閥法蘭，蝶閥法蘭螺栓孔應(yīng)保證閥門閥件安裝時朝向一致。所有預(yù)制段均需在加工廠組裝完成后再運進現(xiàn)場，在組裝過程中，應(yīng)綜合管段預(yù)制編號及其三維視圖進行組對安裝。圖紙尺寸不清晰或有疑問及時與 BIM出圖人員聯(lián)系，不可自己預(yù)估尺寸。

4.2 水平預(yù)制段運輸?shù)轿?/p>

在運輸過程中應(yīng)對預(yù)制管段采取固定措施，避免預(yù)制管段在運輸過程中來回晃動。對儀表、閥門閥件采取保護措施，避免其運輸過程中的損壞。

4.3 主、立管段制作及安裝

預(yù)制段安裝時應(yīng)從機組進出口位置開始安裝，在安裝過程中，應(yīng)確保安裝入員安全及儀表、閥門閥件不可損壞。預(yù)制段門型支吊架搭設(shè)時，應(yīng)考慮預(yù)制段法蘭盤位置，支吊架應(yīng)盡量考慮在梁上安裝。

在現(xiàn)場安裝過程中，水平段的儀表在同一位置。在立管安裝時，應(yīng)采用紅外線放線等措施對預(yù)制段找平，確保預(yù)制段立管及水平段在同一水平面?？照{(diào)水管主管開口位置及支管末端泄水口位置需待預(yù)制段安裝完成后現(xiàn)場實際測量再進行主管開口及支管末端泄水段安裝。

4.4 預(yù)制化管件組對及收尾口

管道預(yù)制結(jié)束后及時檢查管道內(nèi)有無焊接熔渣等異物。檢查結(jié)束后用塑料封頭封閉，以防雜質(zhì)進入管段內(nèi)。到施工現(xiàn)場進行安裝前在拆封并進行全面檢查。管段根據(jù)大樣圖在現(xiàn)場進行組對，法蘭連接時應(yīng)保持平行，其偏差不大于法蘭外徑的1.5/1000，不大于2mm，不得用強緊螺栓的方法消除歪斜，法蘭連接應(yīng)保持同軸，其螺栓孔中心偏差不超過孔徑的5%，保證螺栓自有穿人，螺栓緊固后外露長度不大于2倍螺距。不能用加熱管道、加偏墊或多層墊的方法來消除接口端面的空隙、偏差等缺陷，應(yīng)利用預(yù)留的活口（馬兒）位置進行整體調(diào)整。管道支吊架安裝應(yīng)與管道安裝同步，并嚴格按照大樣圖施工，禁止臨時支吊架與管道焊接在一起。

4.5 現(xiàn)場完成形象與BIM圖紙的對比式復(fù)盤

在空調(diào)制冷機房采用“BIM +工廠預(yù)制化裝配施工技術(shù)"，把管道現(xiàn)場的下料焊接加工作業(yè)轉(zhuǎn)人專業(yè)加工廠預(yù)制，僅在施工現(xiàn)場進行管道組裝配對，施工現(xiàn)場環(huán)境好，現(xiàn)場施工廢料減少80% ，且管道根據(jù)下料單集中加工，加工質(zhì)量更好，且極大的控制了因工人自由發(fā)揮導(dǎo)致的返工的情況，且大量管道在預(yù)制廠加工，現(xiàn)場裝配工序更加標(biāo)準(zhǔn)化、程序化和簡單化，防止了長時間的現(xiàn)場交叉施工和高空作業(yè)，安全事故因此也減少，場內(nèi)實現(xiàn)“零焊接"，極大地提高了施工進.度和施工效率（圖6）。

在機房預(yù)制化施工之前，我們對機房的管道碰頭及閥門安裝按常規(guī)化施工進行過測算，原一個機房需6人安裝20天才能完成。進行預(yù)制化施工后，一個機房所需的預(yù)制管段，3人10天即可加工完成，然后碰頭及主管安裝，3人10天即可完成。時間上，一個機房可以節(jié)約60個人工，并且預(yù)制化和組隊安裝可以同時進行，形成流水作業(yè)，原計劃20天完成的機房最快10天就可完成，節(jié)約工期2倍以上，經(jīng)濟效果非常顯著。

同時，機房的BIM圖紙文件和分段大樣圖可作為竣工附屬資料留存，為后期機房的維護、設(shè)備及閥門的拆裝檢修過程提供極大的便利。

5現(xiàn)場工效提升的總結(jié)和應(yīng)用展望

在我國經(jīng)濟不斷提升以及建筑行業(yè)快速發(fā)展的前提下，BIM預(yù)制裝配式施工技術(shù)的運用，將會引發(fā)新一輪的安裝技術(shù)革新潮流，大大減少安裝施工時間，提高安裝效率，讓建設(shè)方在安裝前即可對安裝成品有-一個直觀感性認識，真正實現(xiàn)圖紙與現(xiàn)場“分毫不差"，且專業(yè)預(yù)制工程使用機械加工方式，管道的加工質(zhì)量也得到了保證。實現(xiàn)了機電安裝專業(yè)的規(guī)?；?、工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，促進施工技術(shù)的發(fā)展。應(yīng)該逐步熟悉并掌握此門]技術(shù)，并把它應(yīng)用到更多的實際工程中。

參考文獻

[1] 中華人民共和國建設(shè)部，通風(fēng)與空調(diào)工程施工及驗收規(guī)范，中國計劃出版社，2016 ，288.

[2] 鐘凱，淺談制冷機房BIM +工廠預(yù)制化裝配式施工應(yīng)用[J].安裝雜志社，2017（7）： 18.

[3]鄭賢來.預(yù)制裝配式制冷機房實施的創(chuàng)新探索[J].發(fā)展與創(chuàng)新雜志社，2019（4） ，253.