張思銳

（中鐵一局集團建筑安裝工程有限公司，陜西 西安）

引言

機電安裝過程處于工程建設與精裝修之間的環(huán)節(jié)，不僅受到工程建設過程的影響，還受到工程裝飾裝修施工的影響。因此，在整個項目中，機電安裝的時間就是竣工時間，所以對此環(huán)節(jié)施工時間的控制就成了這個項目的關鍵。如何在此過程中，確保機電安裝工程項目在施工中，所有調(diào)試、安裝作業(yè)等環(huán)節(jié)按時完成，并確保完成后的項目質(zhì)量、安全、生產(chǎn)等各項質(zhì)量目標達標，成為現(xiàn)階段工程方、監(jiān)理方、技術人員等多個參與方面臨的一個嚴重問題[1]。由于機電安裝施工中，管件等構配件的種類很多、型號也各不相同，因此在施工過程中，很難對其進行標準件的復制，這也是制約此類工程項目工期和質(zhì)量的一個關鍵和難點。

“BIM+裝配式”施工技術是目前建筑工程市場內(nèi)較為先進的一種施工方式，因為此項技術可以實現(xiàn)大規(guī)模的工廠化操作，因此，該方法擁有著傳統(tǒng)施工方法所不能相比的顯著優(yōu)點，它是當今建筑業(yè)理論與實踐中的一個熱門話題，也是建筑業(yè)未來發(fā)展的方向[2]。但是，在實際運用過程中，此項技術受到成本、裝備、人力、環(huán)境等多方面的約束，導致工程相關工作的實施一直未能達到預期[3]。近年來，隨著各地政府的支持，我國土木工程已開始對裝配式設計- 建造- 整體化應用進行探索，推動了我國建筑工業(yè)化的理論與實踐。為進一步落實此項工作，本研究將在此次研究中，以某機電安裝工程項目為例，開展如下文所示的研究。

1 工程概況

本次研究的工程項目位于A 市，該工程項目北側緊鄰315 省道，建筑基本情況見表1。

表1 工程項目基本情況

根據(jù)工程項目實際，繪制單體分布結構示意圖，見圖1。

圖1 項目單體分布結構示意

該項目機電安裝施工由中建企業(yè)承包，包括電氣、給排水、采暖、智能建筑等各個單元中的機電安裝施工。

2 機電安裝模塊化施工中BIM 插件設計

為了向機電安裝裝配式模塊化施工奠定良好的基礎，在開展上述項目時，結合BIM技術，引入支吊布置插件、ISO 等軸測圖插件、焊接插件等，支吊架布置插件主要用于解決基于BIM 技術的布置計算困難問題，在實際運用中將支吊架的計算、選型、布置等集成，通過插件完成復雜的運算，快速得到計算結果。在利用BIM技術對幾點專業(yè)的預制加工圖進行繪制時，可選用三視圖方式，即在一個模塊當中生成2～3 張獨立的圖紙，針對結構較為復雜的模塊，可以配合著不同角度的斷面圖進行更準確的測繪。圖2 為智能化定尺切割插件的運算流程。

圖2 智能化定尺切割插件的運算流程

按照上述流程，在插件進行對該模塊模擬的過程中，將被切割后剩余管線的數(shù)據(jù)進行集成，統(tǒng)一存儲在數(shù)據(jù)庫當中。對數(shù)據(jù)庫中的剩余管道按照加入時間順序排列，在每條管道切割時，都會優(yōu)先調(diào)用最后加入的管道，從而保證了可以優(yōu)先調(diào)用最近的管道，降低了物料的二次逆向運輸[4]。在管道切割完畢后，對管道進行編號，并按照每條管道的切割長度，制作出一張材料定尺下料單。加工車間按訂單安排下料制作[5]。與手工管線切割的方式相比，這個插件可以實現(xiàn)模塊的自動切割，并且極大地減少了材料的消耗。與此同時，它還可以對模塊進行實時編碼，讓模塊的預制、運輸和存儲以及吊裝和定位變得更加方便。

3 機電安裝模塊化施工實施與過程控制

在完成對施工中BIM插件的設計后，嚴格按照施工步驟完成機電安裝的模塊化施工。在此基礎上，結合以上的工程概況，按以下幾個步驟來進行施工。BIM模型在整個施工過程中共有三次的繪制和更新，一次是BIM技術人員根據(jù)設計藍圖、招標確定廠家提供的設備、零部件尺寸等，完成各機電專業(yè)模型的繪制[6]。第二次是以第一次為基礎，對模型進行進一步的優(yōu)化，從整體的空間布置、行人通道、支撐結構、維修空間等方面，對每一個區(qū)域都進行了詳細地分析和分解，同時也要做好與土建、精裝修等相關的銜接工作。將設備底板圖紙轉(zhuǎn)交給土建工程部，并進行地基混凝土的澆筑[7]。第三次是技術員根據(jù)設備在安裝完畢后的真實位置和大小，對BIM 模型進行修正，以保證整體模型的準確性，并保證其與已交付應用的工程信息的一致性[8]。其次，對支吊架進行合理選型和布置。利用支吊架布置插件，對支吊架載荷進行了自動計算，并根據(jù)支吊架的穩(wěn)定性及強度，給出了相應的支吊架模型。根據(jù)組件吊裝的順序，對支吊架部件進行代碼處理，并生成支撐件平面圖和支撐件細節(jié)圖。在這一過程中，支吊架荷載的計算公式選用下述公式（1）所示：

式中：F 代表支吊架的荷載；m 代表彎矩；I 代表懸臂長度；lx 代表單根支吊架長度。再次，提取工程量和材料計劃。在BIM深化模型中，利用比目云的價格插件，讀出BIM 中的數(shù)量信息，按照清單規(guī)格，實時產(chǎn)生特定領域特定專業(yè)的數(shù)量、價格、模型以及成本信息，并將其匯總報送給材料員，進行下料加工。將模組加工圖紙和模組代碼，按照所需的工程進度，發(fā)送到制造廠家，完成模組預加工。為確保模件預制的準確性，在保證原料品質(zhì)的同時，還必須對模件制造工藝中的各大環(huán)節(jié)進行嚴格的控制，如管件、管道連接法蘭的實際焊接承插深度和焊縫寬度的控制。檢查完焊縫后，應將偏差控制在±3 mm 以內(nèi)。管件的銹蝕處理由噴砂爐進行，管件的切割處理由等離子體切割處理，管件的焊接處理由全自動焊機完成。在此基礎上，將焊接過程中的數(shù)據(jù)實時錄入到BIM建模中，并通過插件生成焊接過程中的二維碼，并將其粘貼到管線的焊口上，為后續(xù)的焊縫和管線的跟蹤和維保提供便利。最后，進行對各個模塊的組裝。在施工操作開始前，對全體技術人員及施工人員進行一次施工計劃方案的施工技術交底。負責對模組的安裝工作，并對模組的安裝布置，技術要點，安裝隱患，文明施工等做好技術指導。施工人員根據(jù)模塊管線標簽，識別二維碼，確認模塊信息，根據(jù)BIM裝配圖，進行管段拼接，根據(jù)施工編號，對模塊區(qū)域進行吊裝施工。采用點對點的方法對支架進行定位，從而確定支架的安裝位置以及管道走向。以預制管線彎頭、異形件等線路關鍵部件的放樣為手段，有效地指導并控制管道等構件模塊的有序吊裝。

4 機電構配件模塊劃分

針對上述建設項目，采用BIM+裝配式的模塊化方式施工。針對車庫、走廊、展廳等區(qū)域重點實施管道支架模塊安裝和管路的模塊化拼接施工。針對主會議廳等高大空間重點實施風管模塊化集成式施工。表2中記錄了該項目具體劃分模塊及數(shù)量。

表2 機電構配件模塊劃分

5 模塊化施工方法應用效果分析

5.1 項目模塊化閉環(huán)施工

由于該項目的建設規(guī)模大、工期緊，所以在對建設計劃進行論證的時候，需要考慮到工程項目所在區(qū)域的不同專業(yè)如何能夠?qū)崿F(xiàn)一體化模塊化施工技術的應用。綜合工程方的商議與決策，利用BIM技術進行工程節(jié)點的深化設計，結合工程具體需求，對機電安裝施工中的每一道施工程序進行仿真，對每一道節(jié)點和模塊進行優(yōu)化與銜接，持續(xù)探索模塊化施工在本次工程中的應用，保證各部門之間的密切合作，以便于及時對模塊化施工的難度、模塊化施工的設計是否合理、是否方便快速施工、是否節(jié)能降耗等問題進行分析，以此給出合理、具體的意見，將意見反饋給項目的技術部門，技術部門可以將其作為依據(jù)，對每個節(jié)點的模塊化施工方案與計劃進行重新審核、優(yōu)化、改進，最后形成一個閉環(huán)模式，見圖3。

圖3 項目模塊化閉環(huán)施工模式

在此種模式下，可以有效地實現(xiàn)機電安裝工程項目的反饋與聯(lián)動，使項目裝配式施工過程持續(xù)進行動態(tài)更新，為施工全過程提供高效的服務。

5.2 模塊化施工方法應用效果綜合比對

在上述內(nèi)容的基礎上，進行模塊化施工方法應用效果綜合比對中相關參數(shù)的計算，計算公式如下：

式中：A 代表機電安裝工程項目萬元產(chǎn)值設計天數(shù)；J代表機電造價，單位：萬元；S 代表深化設計時間，單位：天。

式中：C 代表機電安裝工程項目施工過程中材料損耗率，單位：%；c 代表機電安裝工程項目施工過程中材料損耗成本，單位：萬元。

式中：M 代表機電安裝工程項目每日萬元產(chǎn)值，單位：萬元；T 代表機電安裝工程項目施工天數(shù)，單位：天。

式中：Z 代表機電安裝工程項目造價節(jié)約率，單位：%；Y 代表施工圖具體預算。

完成上述計算后，對該項目BIM+裝配式施工技術應用前、后的效果進行比對，見表3。

表3 模塊化施工方法應用效果綜合比對

在上述內(nèi)容的基礎上，為更加直觀的分析施工技術應用效果，以柱狀圖的方式，進行模塊化施工方法應用效果綜合比對，見圖4。

圖4 模塊化施工方法應用效果綜合比對柱狀圖

結束語

根據(jù)上述研究，得到如下幾個方面的結論：

（1） 從表3 中看出，相比模塊化施工方法應用前，該方法應用后，萬元產(chǎn)值設計天數(shù)增加、材料損耗率降低、每日萬元產(chǎn)值增加、造價節(jié)約率提升，說明此項施工技術在實際應用中，可以起到節(jié)約材料、縮短工期、提高設計深度、深化設計時間等作用，通過此種方式，實現(xiàn)對工程項目建設過程的全面優(yōu)化。

（2） 綜合圖4 中內(nèi)容可以看出，相比應用前，此項技術應用后綜合效果良好，由此可以證明，上文設計的施工技術在實際應用中可以發(fā)揮預期的效果與作用，全面提升工程的質(zhì)量與建設水平。