BIM 技術(shù)在廠房內(nèi)多層多類型設(shè)備安裝優(yōu)化的應(yīng)用

楊 歆

岳陽長嶺煉化方元建設(shè)監(jiān)理咨詢有限公司 湖南岳陽414000

大型廠房內(nèi)多層多類型設(shè)備如何安排進場順序、就位路線及孔洞預(yù)留一直是施工的重點和難點， 它一方面影響設(shè)備及后續(xù)專業(yè)安裝的進度， 另一方面也影響了土建外墻施工進度。

隨著國家和整個建筑業(yè)對BIM 技術(shù)越來越重視，通過應(yīng)用BIM 技術(shù)的數(shù)學(xué)建模、 受力分析和碰撞試驗，能夠在施工前對設(shè)計圖紙、施工組織安排進行前瞻性的優(yōu)化。 利用BIM 技術(shù)的一系列優(yōu)勢功能，可提前發(fā)現(xiàn)問題，整合出經(jīng)濟、高效、安全、合理的解決方案［1-6］。

BIM 技術(shù)同樣可以應(yīng)用在廠房內(nèi)多層多類型設(shè)備安裝中，通過廠房構(gòu)筑物的建模，分析設(shè)備重量尺寸以及周邊吊車站位等施工環(huán)境，尋找出最經(jīng)濟、高效、安全、 合理的施工安排， 優(yōu)化外架及樓板吊裝孔洞的預(yù)留。 以下通過BIM 技術(shù)對某催化裂化催化劑廠房內(nèi)多層多類型設(shè)備安裝就位的施工組織優(yōu)化， 展示了其在廠房內(nèi)多層多類型設(shè)備安裝優(yōu)化中的優(yōu)勢， 以對其他廠房內(nèi)多層多類型設(shè)備安裝提供借鑒。

1 多層多類型設(shè)備安裝的案例分析

1.1 項目實施背景

某催化裂化催化劑廠房共計4 層， 結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框架及部分鋼結(jié)構(gòu)，建筑面積為4771m2，廠房占地2138m2，建筑高度為30.7m。廠房內(nèi)設(shè)備共有185臺套，包括機泵、風(fēng)機、塔、反應(yīng)釜、焙燒爐、提升機、鏈?zhǔn)捷斔蜋C等通用和成套設(shè)備， 有整體到貨設(shè)備也有現(xiàn)場組裝設(shè)備，有廠家制作設(shè)備也有現(xiàn)場預(yù)制設(shè)備，具體平面布置見圖1。 其中最高的設(shè)備噴霧干燥塔直徑10.5m、高度32m；最長的設(shè)備焙燒爐和帶式過濾機，長度分別為29m 和24m。 廠房北側(cè)毗鄰罐區(qū)，東側(cè)緊挨尾氣吸收框架，西側(cè)靠近系統(tǒng)管廊，現(xiàn)場吊裝場地狹小。

1.2 廠房內(nèi)設(shè)備安裝重難點分析

根據(jù)上述施工背景， 可以發(fā)現(xiàn)本廠房內(nèi)多層多類型設(shè)備安裝主要有以下特點：

（1） 吊裝場地狹小，吊裝作業(yè)面無法全面展開。 本廠房北側(cè)毗鄰罐區(qū)，東側(cè)緊挨尾氣吸收框架，西側(cè)靠近系統(tǒng)管廊，僅南側(cè)具備大型起重設(shè)備作業(yè)條件。

圖1 催化裂化催化劑廠房平面布置圖

（2） 本廠房核心設(shè)備噴霧干燥塔直徑10.5m、高度32m，為現(xiàn)場預(yù)制設(shè)備分三段吊裝，充分利用每段吊裝的空閑時間吊裝其他設(shè)備，將大大節(jié)約吊裝成本，減少其余起重設(shè)備的進場臺班。

（3） 各樓層設(shè)備復(fù)雜且密集，需要統(tǒng)籌分析外墻預(yù)留孔洞的設(shè)置，盡可能用最少預(yù)留外架孔洞，保證各樓層設(shè)備的安裝及外架腳手架安全。

（4） 成套現(xiàn)場組裝設(shè)備需要占用大量的場地進行組裝。 例如帶濾機由于到貨多為散件，現(xiàn)在組裝施工占用空間較大，嚴重影響周邊設(shè)備的就位順序。

（5） 跨樓層設(shè)備受結(jié)構(gòu)梁影響無法從側(cè)面吊裝就位。 如塔T8004 高度14m，為整體到貨設(shè)備，設(shè)備跨越了二、三層。 受結(jié)構(gòu)梁的制約，設(shè)備無法從側(cè)面吊裝就位。

（6） 跨距較大的長條形設(shè)備需要預(yù)留足夠的回轉(zhuǎn)空間。 如焙燒爐由于其筒體、上下爐膛均為長條形，需要在外部預(yù)留足夠的回轉(zhuǎn)空間以便將其拉入廠房。

1.3 根據(jù)重難點及BIM 建模分析， 確定設(shè)備安裝順序及預(yù)留孔洞設(shè)置

針對上述的重點、 難點， 將廠房逐層分解， 進行BIM 建模，分析設(shè)備尺寸、梁板柱和鋼結(jié)構(gòu)平臺位置，最終確定了設(shè)備安裝的順序及預(yù)留外架孔洞位置。

（1） 針對吊裝場地狹小，吊裝作業(yè)面無法全面展開的問題，通過BIM 建模發(fā)現(xiàn)，裂化劑廠房西段設(shè)備多集中南側(cè)且北側(cè)多為操作室， 無法設(shè)置預(yù)留外架吊裝孔洞；再通過碰撞線路優(yōu)化分析，最終確定了9 個預(yù)留外架孔洞（每層3 個，具體位置如圖2 所示）。 同時，考慮到外架恢復(fù)施工的組織將預(yù)留孔洞設(shè)置在同一立面上。

（2） 針對廠房中部核心設(shè)備噴霧干燥塔吊裝的大型起重設(shè)備（280t 履帶吊），為了充分利用每段吊裝的空閑時間， 一方面將南側(cè)外架預(yù)留吊裝孔洞設(shè)置在中部兩側(cè)（見圖2），以縮短吊車的移位轉(zhuǎn)場時間；另一方面將廠房東側(cè)已模塊拼裝的尾氣吸收單元鋼框架就位，利用模塊安裝縮短尾氣吸收單元鋼結(jié)構(gòu)施工周期。

（3） 針對各樓層設(shè)備復(fù)雜密集問題，將廠房逐層分區(qū)域進行分解并BIM 建模，分析設(shè)備尺寸、梁板柱和鋼結(jié)構(gòu)平臺位置，按照先里后外、先大后小的原則，進行安排。 例如三層西側(cè)12 臺反應(yīng)釜的安裝就是先內(nèi)側(cè)的設(shè)備就位，再完成預(yù)留孔邊鋼結(jié)構(gòu)設(shè)備的安裝（圖3）。

（4） 針對現(xiàn)場組裝的大型成套設(shè)備，通過與廠家及時溝通，將其第一批運抵現(xiàn)場進行組裝，并優(yōu)先將支座、輸送帶等機械部分完成組裝。 其余電控、氣動部分由于施工內(nèi)容少、占用場地小，需現(xiàn)場用電、工業(yè)風(fēng)具備條件后方可施工等原因， 可以待后續(xù)開展且不影響其余設(shè)備和專業(yè)的施工。 本廠房內(nèi)兩臺帶濾機就在第一批設(shè)備到貨，當(dāng)時立即組織進行機械部分安裝，從而減少了對周邊設(shè)備安裝的影響（圖4）。

圖2 催化裂化催化劑廠房預(yù)留外架孔洞示意圖及現(xiàn)場圖

圖3 三層反應(yīng)釜區(qū)域設(shè)備安裝就位示意圖

圖4 帶濾機機械部分組裝

圖5 預(yù)留屋面確保T8004 就位

（5） 針對跨樓層設(shè)備受結(jié)構(gòu)梁影響無法從側(cè)面吊裝就位的問題，由于與廠家溝通無法分段到貨，對此及時與設(shè)計單位進行溝通， 對上方屋面進行預(yù)留以便塔T8004 可以從上部吊入。 最終通過280t 履帶吊完成了該設(shè)備的吊裝就位（圖5）。

（6） 針對跨距較大的長條形設(shè)備，如焙燒爐等設(shè)備需要預(yù)留足夠的回轉(zhuǎn)空間。

通過充分考慮上述情況及BIM 分析結(jié)果，最終確定了設(shè)備安裝順序。

1.4 施工實施成效

根據(jù)上述施工安排，現(xiàn)場185 臺套設(shè)備最終在40d全部完成了安裝就位， 一方面降低了對后續(xù)工藝管道等專業(yè)施工的影響，另一方面減少了對外架的影響，將設(shè)備安裝對外墻施工的影響降到了最低。

2 研究討論

通過上述案例，可以看出BIM 技術(shù)能夠直觀地利用廠房構(gòu)筑物建模， 分析設(shè)備尺寸對建筑和周邊吊車站位的影響干涉， 但對于廠房內(nèi)多層多類型設(shè)備的安裝還需要一個系統(tǒng)統(tǒng)籌分析過程。 統(tǒng)籌分析具體原則可以歸納如下：

（1） 結(jié)合周邊吊車站位環(huán)境影響，盡可能地降低外架預(yù)留孔洞的設(shè)置，且孔洞要在同一立面，這樣可以縮短外架拆除及恢復(fù)周期， 進而將其對外墻施工的影響降到最低。

（2） 整合吊車資源，合理利用大型起重機械的空閑時間，減少各類起重設(shè)備的進出場臺班，從而節(jié)約施工成本。

（3） 設(shè)備就位順序遵循“先里后外，先大后小”的原則。

（4） 現(xiàn)場組裝的大型成套設(shè)備由于安裝周期長、安裝占地較大，要與周邊設(shè)備合理搭接施工周期，越早進場越好。

（5） 跨樓層設(shè)備如無法分段到貨，就需要經(jīng)設(shè)計核算是否能夠預(yù)留上部空間或預(yù)留結(jié)構(gòu)梁。

（6） 針對跨距較大的長條形設(shè)備需要預(yù)留足夠的回轉(zhuǎn)空間。

3 結(jié)論

BIM 技術(shù)通過廠房構(gòu)筑物的建模， 分析碰撞干涉的影響， 從而為廠房內(nèi)多層多類型設(shè)備安裝提供詳細準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐；再通過對進度、質(zhì)量、費用、安全等角度綜合統(tǒng)籌分析的方法，最終確定經(jīng)濟、高效、安全、合理的施工方案。

隨著國家對BIM 技術(shù)的推廣， 它已經(jīng)成為一種重要而可行的施工組織數(shù)據(jù)支撐方法，通過與綜合統(tǒng)籌分析方法結(jié)合，能夠解決各類施工難題，這也為廠房內(nèi)多層多類型設(shè)備安裝優(yōu)化提供了一種切實可行的方法。