DMBP裝配式機(jī)房設(shè)備管線施工技術(shù)

嚴(yán)心軍 曹少衛(wèi) 張 濤 李 解 田仲翔 鮑大鑫

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

引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)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(wù)業(yè)轉(zhuǎn)移，我國建筑勞務(wù)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(lǐng)域智能機(jī)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(jìn)機(jī)械化作業(yè)、信息化管理，逐步改變傳統(tǒng)勞務(wù)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(shè)計一體化及BIM技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)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(jìn)裝配式建筑發(fā)展戰(zhàn)略[2]。機(jī)電工程作為建筑工程中的一部分，有必要開展機(jī)電方面的裝配式施工技術(shù)的研究與應(yīng)用，而制冷機(jī)房、水泵房、空調(diào)機(jī)房、風(fēng)機(jī)房作為建筑的核心功能區(qū)域，對施工質(zhì)量、工藝和進(jìn)度等方面的要求也越來越高，但是機(jī)房施工常常面臨著機(jī)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(jìn)場時間不可控等諸多難點(diǎn)。

本文以深圳匯德大廈制冷機(jī)房施工為例，提出了一整套DMBP裝配式機(jī)房機(jī)電設(shè)備管線施工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“工廠化預(yù)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(wù)施工作業(yè)的強(qiáng)度、改善了現(xiàn)場施工勞務(wù)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(jī)房機(jī)電設(shè)備管線施工技術(shù)主要原理是運(yùn)用BIM技術(shù)，根據(jù)設(shè)計提供的施工圖紙將原機(jī)房機(jī)電管線進(jìn)行重新優(yōu)化排布，設(shè)備位置合理化布置，管段提前由工廠預(yù)制化加工，運(yùn)輸至現(xiàn)場進(jìn)行快速裝配，以達(dá)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(shè)計、采購、預(yù)制加工、裝車運(yùn)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(jī)械傷害，同時避免進(jìn)場材料因施工安排調(diào)整帶來的長期堆放、多次的倒運(yùn)和加工空間緊張等問題，實(shí)現(xiàn)場外預(yù)制、現(xiàn)場裝配新型機(jī)房施工模式。

2 項(xiàng)目基本情況

2.1 項(xiàng)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(jī)房位于第一層服務(wù)于1#樓辦公區(qū)，機(jī)房尺寸長49.5m，寬為12.65m，占地面積約為626m2，總服務(wù)面積65650m2。

圖1 深圳匯德大廈效果圖

2.2 機(jī)房施工重點(diǎn)難點(diǎn)分析

(1)存在問題

圖2 匯德大廈辦公制冷機(jī)房圖紙

制冷機(jī)房占地面積較大，管線錯綜復(fù)雜，設(shè)備繁多。原有制冷機(jī)房圖紙管道交叉、碰撞頻繁，施工難度大，施工工期長； 機(jī)房設(shè)備擺放位置未預(yù)留充足通道，未充分考慮冷機(jī)維修空間，易導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)。

(2)解決方法

采用“工廠化預(yù)制+現(xiàn)場快速裝配”的DMBP裝配式機(jī)房機(jī)電設(shè)備管線技術(shù)，可以大幅提升施工質(zhì)量，提高效率。運(yùn)用BIM技術(shù)對原機(jī)房圖紙進(jìn)行重新排布，設(shè)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(yù)制化加工，運(yùn)輸至現(xiàn)場進(jìn)行快速裝配，節(jié)約現(xiàn)場作業(yè)時間。

施工前進(jìn)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(dǎo)施工，使安全文明施工、工作效率和施工質(zhì)量得到進(jìn)一步提升。所有生產(chǎn)管理信息基于BIM集成管理平臺進(jìn)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(yù)制精度，達(dá)到準(zhǔn)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(jī)房機(jī)電設(shè)備管線施工技術(shù)，執(zhí)行“D、M、B、P”四項(xiàng)核心管理體系來實(shí)施“設(shè)計、采購、加工、運(yùn)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(shè)計、原材及成品采購、預(yù)制加工、材料運(yùn)輸和現(xiàn)場裝配階段，具有準(zhǔn)確性和唯一性，數(shù)據(jù)貫穿設(shè)計、施工全過程。

3.3 “M”管理體系

“M”即兩組模型(Model)， Revit深化設(shè)計模型和預(yù)制加工模型。深化設(shè)計模型的特征表現(xiàn)在根據(jù)廠家提供的閥門、設(shè)備等構(gòu)件的真實(shí)尺寸，結(jié)合建筑、結(jié)構(gòu)、裝修等相關(guān)專業(yè)，進(jìn)行機(jī)電管線綜合排布，對系統(tǒng)檢查校核[5]。考慮管材消耗、交叉和反彎數(shù)量、整體占空、后期維護(hù)操作空間、觀感等因素創(chuàng)建多個優(yōu)點(diǎn)顯著的深化設(shè)計方案。與甲方、設(shè)計、土建、精裝、班組、加工廠等單位進(jìn)行溝通，確定最優(yōu)方案。在最優(yōu)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)際數(shù)據(jù)的采集，包括結(jié)構(gòu)、建筑的實(shí)際尺寸等，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際數(shù)據(jù)，對模型作細(xì)微調(diào)整，使其與現(xiàn)場保持一致，最終形成深化設(shè)計模型。預(yù)制加工模型特征表現(xiàn)在Revit管線模型精度達(dá)到LOD400，根據(jù)材料特性、施工方法、運(yùn)輸通道以及施工空間等因素，對機(jī)房模型進(jìn)行管線分段、模塊劃分，將管件分配至不同的模塊中，并進(jìn)行機(jī)房管道模塊的安裝圖設(shè)計工作，規(guī)劃機(jī)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(yīng)的構(gòu)件二維碼，最終實(shí)現(xiàn)將模型細(xì)化為預(yù)制加工模型。

3.4 “B”管理體系

“B”即三種圖紙(Blueprint)， 深化設(shè)計圖紙、預(yù)制加工圖紙和現(xiàn)場裝配圖紙。深化設(shè)計圖紙是根據(jù)深化設(shè)計模型導(dǎo)出的二維深化設(shè)計圖，包含管線精確定位、設(shè)備及管線細(xì)部做法、設(shè)備基礎(chǔ)定位、支吊架定位等信息。預(yù)制加工圖紙是根據(jù)預(yù)制加工模型導(dǎo)出的預(yù)制加工圖，其特征是在深化設(shè)計圖紙的基礎(chǔ)上結(jié)合廠家提供的成品構(gòu)件信息及管件加工尺寸，進(jìn)行了管線合理分段和模塊劃分，使其能用于指導(dǎo)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(jìn)行裝配分析，考慮施工裝配的可行性和便利性，設(shè)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(jìn)行編號，生成模塊的裝配圖。二是機(jī)房內(nèi)模塊的整體裝配圖，結(jié)合施工現(xiàn)場的空間特點(diǎn)，對機(jī)房內(nèi)模塊裝配進(jìn)行分析，考慮裝配吊裝的可行性和便利性，設(shè)計機(jī)房內(nèi)模塊的裝配方案，同樣基于裝配順序?qū)Ω鱾€模塊進(jìn)行編號，生成機(jī)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(yù)制加工精度和現(xiàn)場裝配精度。深化模型精度是指機(jī)電管線、管件、設(shè)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(shè)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(shè)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(jìn)行合作，要求成品構(gòu)件及原材精度滿足設(shè)計要求。預(yù)制加工精度是指結(jié)合數(shù)字化加工設(shè)備創(chuàng)建Fabrication共享數(shù)字化建造數(shù)據(jù)庫，并將預(yù)制加工模型數(shù)據(jù)以固定格式導(dǎo)入至數(shù)據(jù)庫，通過數(shù)控機(jī)床進(jìn)行構(gòu)件的加工，然后對加工完成的構(gòu)件進(jìn)行尺寸檢查，確保生產(chǎn)加工的構(gòu)件精度滿足設(shè)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(jī)房整體模塊裝配的精度，單個模塊按照“模塊裝配圖”進(jìn)行裝配，裝配過程合理控制管件、設(shè)備的位置和相對方向，裝配完成后需要對模塊整體進(jìn)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(shè)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(jī)房的模塊吊裝方案，根據(jù)模塊的空間信息進(jìn)行現(xiàn)場放線，在模塊的吊裝作業(yè)中，嚴(yán)格執(zhí)行“模塊吊裝方案”的步驟進(jìn)行，保證模塊的連接順序正確，在模塊連接之后對機(jī)房的機(jī)電模塊進(jìn)行空間尺寸校核，確保整體尺寸誤差在設(shè)計范圍之內(nèi)。

4 方案實(shí)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(shè)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(shè)計圖紙，創(chuàng)建Revit模型。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件模型

依照制定的深化設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)用BIM技術(shù)將原機(jī)房管線優(yōu)化排布。對系統(tǒng)進(jìn)行計算與校核，優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)及設(shè)備選型，修正業(yè)主提供的初設(shè)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(jī)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(jī)房內(nèi)設(shè)備基礎(chǔ)及預(yù)留洞進(jìn)行精確定位。

圖4 匯德大廈機(jī)電模型

4.2 現(xiàn)場精確校核

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

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

4.3 生成預(yù)制加工模型

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

圖5 預(yù)制加工模型

4.4 現(xiàn)場裝配圖設(shè)計

將轉(zhuǎn)換后的預(yù)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(biāo)識構(gòu)件，方便快捷查詢信息，并對模塊進(jìn)行裝配設(shè)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(yù)估，并就可能出現(xiàn)的各種問題做出相應(yīng)的防范措施并對操作人員和管理人管進(jìn)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(yù)制

將預(yù)制加工模型導(dǎo)入到Fabrication軟件，轉(zhuǎn)化為加工數(shù)據(jù)，主要包含風(fēng)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(jī)床加工生產(chǎn)構(gòu)件，并且按照機(jī)房編號、模塊編號的順序逐個模塊、逐個機(jī)房進(jìn)行加工。

圖7 機(jī)房管道模塊裝配圖

圖8 預(yù)制加工數(shù)據(jù)庫

圖9 數(shù)控機(jī)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(jī)房預(yù)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(yīng)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(yùn)輸

本工程預(yù)制加工成品在經(jīng)過質(zhì)量檢查之后，通過車輛運(yùn)輸?shù)姆绞竭\(yùn)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(dāng)單個模塊構(gòu)件數(shù)量太多時，分車次運(yùn)輸，并標(biāo)識模塊序列，同模塊運(yùn)送至現(xiàn)場的還有配套的模塊安裝圖。

圖11 預(yù)制管道裝車運(yùn)輸

構(gòu)件運(yùn)輸至現(xiàn)場后，現(xiàn)場驗(yàn)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(xì)觀察和檢查在安裝和運(yùn)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(yàn)收人員可拒絕簽認(rèn)，模塊構(gòu)件通過驗(yàn)收時，驗(yàn)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(shè)計圖紙，進(jìn)行現(xiàn)場放線。待材料到場后，安裝人員以機(jī)房單位，以模塊安裝圖和模塊吊裝方案為依據(jù)，進(jìn)行管道的拼裝，并按模塊進(jìn)行吊裝作業(yè)。

圖12 機(jī)房現(xiàn)場快速裝配

5 取得效益

傳統(tǒng)的機(jī)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(diǎn)，而DMBP裝配式機(jī)房施工實(shí)現(xiàn)了“搭積木式”的機(jī)房裝配施工，并且具有勞動強(qiáng)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(jī)房施工包含深化設(shè)計、采購、加工、運(yùn)輸及裝配，在土建施工作業(yè)的同時就可以在場外的預(yù)制工廠進(jìn)行構(gòu)件的精細(xì)化預(yù)制加工，構(gòu)件運(yùn)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(yù)制模塊進(jìn)行“對號入座”，從而迅速完成機(jī)房的裝配工作，具有綠色環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、高效等諸多優(yōu)點(diǎn)，大幅提高了施工質(zhì)量和施工效率。

6 結(jié)論

DMBP裝配式機(jī)房機(jī)電設(shè)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(jìn)度[10]。其在制冷機(jī)房、水泵房、空調(diào)機(jī)房、風(fēng)機(jī)房等各類重點(diǎn)機(jī)房的應(yīng)用，對提高裝配式機(jī)房施工質(zhì)量、生產(chǎn)效率，保證機(jī)房的施工進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)、綠色建造和節(jié)能減排具有重要意義。