設(shè)備機(jī)房預(yù)制化施工的研究與應(yīng)用

李浩，趙小飛，陳業(yè)，張紹浪

（中建四局安裝工程有限公司，貴州 貴陽 550000）

隨著近現(xiàn)代技術(shù)的迅猛發(fā)展，國(guó)內(nèi)外建筑業(yè)規(guī)模也變得越來越龐大，技術(shù)更是在不斷更新發(fā)展。在近年來時(shí)代的變化推進(jìn)下，大型建筑數(shù)目不斷增多，其也在不斷創(chuàng)新規(guī)模，逐漸替代小型的民用建筑，建筑業(yè)前進(jìn)固然重要，但是，建造工期要求更緊，相應(yīng)也會(huì)承擔(dān)更大的安全風(fēng)險(xiǎn)。隨著發(fā)展理念的要求變革為“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色”，這樣新的發(fā)展理念要求，大力推進(jìn)以“工廠化制造、裝配化施工”為主要特征的預(yù)制裝配式建筑發(fā)展，此已成為我國(guó)建筑業(yè)的主流新技術(shù)研發(fā)方向。

1 設(shè)備機(jī)房預(yù)制化施工技術(shù)

設(shè)備機(jī)房也分為許多種類，我們以機(jī)電設(shè)備機(jī)房為例，與大家探討一下設(shè)備機(jī)房預(yù)制化施工技術(shù)。機(jī)電安裝是一座建筑的主要核心，在設(shè)備機(jī)房中占據(jù)最主要的位置，就和人體中心臟在最主要的位置一樣。機(jī)電安裝可以為建筑的穩(wěn)定運(yùn)行和提供適宜的人居環(huán)境提供有力的保障。這與結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)澆式技術(shù)不同，機(jī)電工程設(shè)備機(jī)房處于建筑中最重要的位置，其裝配化建造是新形勢(shì)下轉(zhuǎn)型升級(jí)發(fā)展的必然趨勢(shì)。在貴陽國(guó)際金融中心一期商務(wù)區(qū)1#、2#樓項(xiàng)目的建設(shè)中，進(jìn)行了設(shè)備機(jī)房預(yù)制化研究，其中的研究?jī)?nèi)容包括數(shù)字化設(shè)計(jì)、工廠化預(yù)制、物流化配送、裝配化施工的全系列設(shè)備機(jī)房預(yù)制裝配建造技術(shù)，掌握整體式和離散式兩個(gè)方向的預(yù)制裝配關(guān)鍵技術(shù)，并從技術(shù)難度、工期、經(jīng)濟(jì)、質(zhì)量、安全等多維度綜合考慮，匹配最優(yōu)方案，已在多個(gè)大型工廠推廣。

此前，設(shè)備及防御值裝配施工技術(shù)主要包括2種施工方式，第一是采用整體模塊化預(yù)制法，將支撐體系、設(shè)備、管道、附件在加工廠裝配成整體式模塊，運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)裝配；第二是采用離散式預(yù)制法，設(shè)備與管道分開預(yù)制，管道可提前安裝不受設(shè)備進(jìn)場(chǎng)時(shí)間影響。

2 整體式設(shè)備機(jī)房預(yù)制裝配技術(shù)

簡(jiǎn)單來說，整體式設(shè)備機(jī)房預(yù)制裝配技術(shù)就是可以由多專業(yè)、多構(gòu)件組成的立體模塊單元現(xiàn)場(chǎng)安裝的施工技術(shù)。具體就如整體式泵組模塊、集成空調(diào)水系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、鋼結(jié)構(gòu)支撐、隔振系統(tǒng)等。整體式預(yù)制裝配技術(shù)具有幾個(gè)特點(diǎn)：設(shè)備集成度高、各專業(yè)交叉施工少、整體單元運(yùn)行效率高。

經(jīng)過貴陽國(guó)際金融中心一期商務(wù)區(qū)1#、2#樓項(xiàng)目的辦公樓整體單元優(yōu)化，減少部分過度設(shè)計(jì)，采用多功能管件、閥件，極大地節(jié)省了預(yù)制單元集合尺寸、機(jī)房面積和工程造價(jià)。各專業(yè)協(xié)調(diào)的接口管理是施工的一大難點(diǎn)，設(shè)備機(jī)房涉及專業(yè)多、管線密集、建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，利用BIM技術(shù)可提前進(jìn)行空間位置結(jié)構(gòu)模擬和安裝工藝工序模擬，將機(jī)電管線經(jīng)過合理分割，在工廠加工好集成多專業(yè)整體單元，減少各專業(yè)接口管理和構(gòu)件連接關(guān)系，傳統(tǒng)的每人構(gòu)件都有進(jìn)、出兩個(gè)邏輯關(guān)系和六個(gè)自由度關(guān)系，整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)建龐雜導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)施工效率慢，但是，整體式預(yù)制裝配技術(shù)就可以很好地改變這個(gè)缺點(diǎn)，使其整個(gè)工程變得簡(jiǎn)單明了，可以將多個(gè)構(gòu)件合為一體，并且減少構(gòu)建連接邏輯關(guān)系和空間自由度，提高各專業(yè)施工效率和施工質(zhì)量。整體式預(yù)制裝配技術(shù)的運(yùn)行效率高，傳統(tǒng)的由專業(yè)分散管理變?yōu)檎w式產(chǎn)品交付，各專業(yè)匹配兼容性更高，整體式單元還便于增加自動(dòng)化控制功能，提高運(yùn)行效率?，F(xiàn)場(chǎng)施工安全隱患多，質(zhì)量難以得到保障，整體式預(yù)制裝配在現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量安全管理方面也有很大的優(yōu)勢(shì)。

3 離散式設(shè)備機(jī)房預(yù)制裝配技術(shù)

離散式裝配機(jī)房，在形式上與整體式有明顯不同，設(shè)備與管道分開預(yù)制，以管段、型鋼段式的散件為主要單元，設(shè)備可提前安裝。通過調(diào)研、歸納，設(shè)計(jì)離散式設(shè)備機(jī)房單元化模數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化建模規(guī)則，搭建三維數(shù)據(jù)模型；建立預(yù)制單元信息模型組合自適應(yīng)規(guī)則；通過排列組合算法，計(jì)算設(shè)備管線模塊最優(yōu)化分組分段方案及編碼規(guī)則，開發(fā)精細(xì)化管線設(shè)備零部件加工圖紙的輸出功能模塊。深化設(shè)計(jì)時(shí)，有以下幾點(diǎn)條件說明：

（1）管段預(yù)制單元設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮管道所在系統(tǒng)、管路附件、安裝方式、幾何尺寸等，帶管路附件的管段，長(zhǎng)度宜≤3m。

（2）選用成品順?biāo)ǎ恢鞲晒苈纺┒艘诉x用可拆卸的管堵或盲板進(jìn)行封堵。

（3）設(shè)備進(jìn)出水口處宜采用變徑軟接替代變徑和軟接，可有效減少管件、增加空間、降低立管閥部件檢修高度。

（4）設(shè)備進(jìn)出水口宜采用直角彎頭過濾器替代Y形過濾器和彎頭，可以有效減少管件、方便過濾器檢修。

（5）預(yù)制管段單元的對(duì)接接口應(yīng)與其對(duì)接模塊接口的連接形式、管道管徑保持一致；如采用法蘭連接時(shí)，法蘭螺栓孔位置應(yīng)對(duì)應(yīng)。

離散式預(yù)制機(jī)房，適用于工期偏緊、結(jié)構(gòu)施工較快、設(shè)備招采順利的項(xiàng)目，可以在結(jié)構(gòu)完成后直接安裝冷水機(jī)組、水泵、分集水器等主要設(shè)備，同時(shí)，開展離散式機(jī)房設(shè)計(jì)與加工，待設(shè)備安裝完成后，即可安裝預(yù)制單元，整體投入的運(yùn)輸、吊裝、加工費(fèi)用較少，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備安裝費(fèi)用較高；安全性較高，避免大型模塊的吊裝運(yùn)輸，規(guī)避危險(xiǎn)源。

4 工程實(shí)例應(yīng)用

結(jié)合真實(shí)項(xiàng)目為大家展示設(shè)備機(jī)房預(yù)制化施工技術(shù)帶來的有點(diǎn)和好處，貴陽國(guó)際金融中心一期商務(wù)區(qū)1#、2#樓項(xiàng)目項(xiàng)目共有空調(diào)機(jī)房224個(gè)（低區(qū)63個(gè)、中區(qū)71個(gè)、高區(qū)90個(gè)），機(jī)房多，空間狹小，且施工工期短（要給裝修提供工作面積），以低區(qū)63個(gè)機(jī)房為例，工期只有55天?？照{(diào)機(jī)放布置情況標(biāo)準(zhǔn)層每層相同，空調(diào)機(jī)組為八管制，其中，空調(diào)機(jī)房?jī)?nèi)的空調(diào)水主立管為預(yù)制立管，已經(jīng)預(yù)留空調(diào)水水平管道接駁口。這個(gè)項(xiàng)目是魯班獎(jiǎng)工程獲得者，所以在項(xiàng)目設(shè)計(jì)及施工過程中都尤為謹(jǐn)慎重要，不論是項(xiàng)目負(fù)責(zé)人還是現(xiàn)場(chǎng)安裝工人都十分謹(jǐn)慎，因?yàn)檫@個(gè)項(xiàng)目對(duì)質(zhì)量和要求都十分高。

此次需要完成的超高層空調(diào)機(jī)房空調(diào)水管道模塊化預(yù)制施工技術(shù)大約分為以下幾個(gè)步驟，第一，BIM建模，可以按照設(shè)計(jì)院出具的設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行預(yù)制空調(diào)機(jī)房的模型構(gòu)建；第二，方案論證，本次方案從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、合理性三個(gè)方面進(jìn)行分析，最終確定采用3D掃描與預(yù)制結(jié)合的方法；第三，3D掃描，掃面內(nèi)容包括機(jī)房?jī)?nèi)墻、梁、樓板、基礎(chǔ)，機(jī)房?jī)?nèi)各預(yù)留預(yù)埋的孔洞及構(gòu)件和機(jī)房?jī)?nèi)已施工完成的各基點(diǎn)管線和接駁口、已安裝就位的空調(diào)機(jī)組設(shè)備等，確保后續(xù)預(yù)制管段和機(jī)房?jī)?nèi)機(jī)組及立管準(zhǔn)確對(duì)接。第四，出分段圖；第五，預(yù)制加工，管段分節(jié)圖完成后，結(jié)合BIM模型和圖紙對(duì)加工廠預(yù)制作業(yè)人員進(jìn)行加工交底。第六，將預(yù)制組裝完成的管段運(yùn)輸至工地現(xiàn)場(chǎng)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，利用塔吊或電梯運(yùn)輸預(yù)制管段至各樓層空調(diào)機(jī)房?jī)?nèi)部。利用空調(diào)機(jī)房機(jī)電深化BIM模型對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安裝工人進(jìn)行三維可視化安裝作業(yè)交底。

以實(shí)際工程制冷機(jī)房為研究對(duì)象，通過建立冷水機(jī)組數(shù)學(xué)模型，求解多臺(tái)冷水機(jī)組的運(yùn)行優(yōu)化組合。通過建筑全年負(fù)荷分析，建筑全年大部分時(shí)間處于部分負(fù)荷下，并以此負(fù)荷為依據(jù)，分析對(duì)比了制冷機(jī)房冷水機(jī)組運(yùn)行優(yōu)化前后的能耗。結(jié)果表明，超高空調(diào)機(jī)房模塊化預(yù)制裝配施工技術(shù)具有較好的節(jié)能效果。本文研究結(jié)果，可以為實(shí)際工程的制冷機(jī)房多臺(tái)機(jī)組的運(yùn)行控制提供參考。

5 結(jié)語

本文對(duì)設(shè)備機(jī)房預(yù)制施工技術(shù)幾起幾種模式進(jìn)行了研究與分析，并且通過對(duì)貴陽國(guó)際金融中心一期商務(wù)區(qū)1#、2#樓項(xiàng)目中超高空調(diào)機(jī)房模塊化預(yù)制技術(shù)的研究，間接證明了設(shè)備機(jī)房預(yù)制化施工技術(shù)對(duì)建筑業(yè)發(fā)展的有利。現(xiàn)如今，城市看到的很多一部分民用建筑項(xiàng)目都會(huì)運(yùn)用到設(shè)備機(jī)房，他們?cè)O(shè)置的設(shè)備機(jī)房技術(shù)是由整體式與離散式結(jié)合的預(yù)制裝配技術(shù)，所以設(shè)備機(jī)房預(yù)制化施工技術(shù)經(jīng)過了實(shí)踐應(yīng)用證明，是有安全性和科學(xué)性的，這樣會(huì)大大提高機(jī)房的質(zhì)量和完成效率，還可以響應(yīng)當(dāng)今的環(huán)保理念，節(jié)約能源材料等，達(dá)到地球環(huán)保的要求。本文通過實(shí)際項(xiàng)目與大家一起研究討論了設(shè)備機(jī)房預(yù)制化施工技術(shù)，并且證明了這個(gè)技術(shù)確實(shí)是對(duì)機(jī)房的施工具有很大的好處，也是時(shí)代進(jìn)步的象征，建筑業(yè)也會(huì)在時(shí)代進(jìn)步中變得越來越好，建筑技術(shù)也會(huì)更加先進(jìn)有效。