高大空間機(jī)電安裝施工及配合技術(shù)研究

曹憲CAO Xian；劉力豪LIU Li-hao

（中建七局安裝工程有限公司，鄭州 450000）

0 引言

機(jī)電安裝是一項(xiàng)復(fù)雜并且極具專業(yè)性的工作，在實(shí)際施工當(dāng)中任何一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會對整體工程造成影響。依照目前國內(nèi)高大空間機(jī)電安裝具體情況，在實(shí)際施工過程中，普遍存在施工效率低下，與建筑、裝飾作業(yè)互相交叉施工嚴(yán)重，作業(yè)面利用率低，成品及半成品破壞嚴(yán)重，現(xiàn)場安全問題頻發(fā)等問題；進(jìn)而造成機(jī)電安裝工作頻繁出現(xiàn)返工、停滯等現(xiàn)象，最終將會制約整體工程進(jìn)度、質(zhì)量、效益等。因此下面就高大空間機(jī)電安裝施工及配合技術(shù)進(jìn)行深入分析。

1 案例介紹

商丘文化藝術(shù)中心項(xiàng)目位于商丘市商務(wù)中心區(qū)宋城路以南、睢陽大道以東，總占地82000平方米，建筑面積為67000平方米，由群藝館、大劇院、科技館組成，建筑物最高點(diǎn)58米。地下建筑面積20000平方米，地上建筑面積47000平方米（其中群藝館7000平方米，大劇院25000平方米，科技館15000平方米）。

A區(qū)為群藝館：地上四層，層高4.5米，結(jié)構(gòu)頂板高18米。主體結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，裝飾屋面采用輕型鋼結(jié)構(gòu)。B區(qū)為大劇院：球幕影院位于觀眾廳頂，內(nèi)球直徑為45米，外球直徑為58米，主體結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，內(nèi)、外球均采用單層鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。C區(qū)為科技館：地上四層，一層、二層、四層層高4.5米，三層層高6米，結(jié)構(gòu)屋面高19.5米（局部21米）。主體結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，裝飾屋面采用輕型鋼結(jié)構(gòu)。地下一層，地下室的主要使用功能為汽車庫、設(shè)備機(jī)房、輔助用房。具體施工情況如圖1所示。

2 組織機(jī)構(gòu)的建立與人員綜合素質(zhì)培養(yǎng)

機(jī)電安裝的施工任何一個(gè)環(huán)節(jié)都很重要，每個(gè)細(xì)節(jié)都會影響最終的施工效果。因此在進(jìn)行施工前，必須做好人員組織和技能培訓(xùn)工作。對于高大空間施工項(xiàng)目而言，不但要在前期對工程中的精密技術(shù)進(jìn)行深層研究，而且在施工過程中更是要做好協(xié)調(diào)對接工作。因此組建優(yōu)秀的項(xiàng)目組織機(jī)構(gòu)顯得尤為重要，在施工前必須做好以下工作：首先確立由項(xiàng)目經(jīng)理帶頭，總工、生產(chǎn)經(jīng)理充分協(xié)助的項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)班子，要求領(lǐng)導(dǎo)班子成員經(jīng)驗(yàn)豐富、善管理、懂技術(shù)、責(zé)任心強(qiáng)。其次電氣、給排水、暖通、智能化等專業(yè)管理人員要求素質(zhì)較高、技術(shù)過硬、現(xiàn)場溝通能力強(qiáng)，協(xié)同作業(yè)能力強(qiáng)悍。最后現(xiàn)場安裝施工人員應(yīng)具備熟練的工作技術(shù)、敏捷的反應(yīng)速度、靈活的思考方式。

每道工序施工前應(yīng)由項(xiàng)目部對施工人員進(jìn)行充分的技術(shù)交底，讓每個(gè)參與施工的人員都做到心中有數(shù)，知道每道工序的重點(diǎn)、難點(diǎn)，控制點(diǎn)。

3 機(jī)電安裝施工及配合的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 三維激光掃描技術(shù)

機(jī)電專業(yè)進(jìn)入施工現(xiàn)場首先進(jìn)行的第一件事就是對建筑結(jié)構(gòu)的復(fù)核，這個(gè)施工環(huán)節(jié)關(guān)系到下一步施工計(jì)劃的所有環(huán)節(jié)。本項(xiàng)目的鋼結(jié)構(gòu)建筑采用巨型桁架，不規(guī)則彎管。復(fù)雜的異形鋼構(gòu)件無法實(shí)現(xiàn)在工廠預(yù)拼裝檢查，現(xiàn)場進(jìn)行焊接吊裝后無法避免與圖紙數(shù)據(jù)偏差，這會對機(jī)電專業(yè)在后期的優(yōu)化造成極大影響，特別是球型結(jié)構(gòu)若出現(xiàn)任何一點(diǎn)偏差，結(jié)構(gòu)內(nèi)的機(jī)電管道都會與結(jié)構(gòu)體產(chǎn)生碰撞或偏離，依據(jù)模型進(jìn)行管道預(yù)制加工精確度受限，進(jìn)而造成返工影響工期質(zhì)量。

隨著科技的進(jìn)步，三維掃描技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了施工領(lǐng)域，其中在高大空間的施工中尤為重要。其原理是將激光連續(xù)投射到物體表面，攝像頭同步采集圖像，然后對圖像進(jìn)行計(jì)算，并利用相位穩(wěn)步極線實(shí)現(xiàn)兩幅圖像上的三維空間坐標(biāo)（X、Y、Z），從而實(shí)現(xiàn)對物體表面三維輪廓的測量，如圖2所示。通過三維激光掃描技術(shù)能夠?qū)?shí)物的立體信息轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能直接處理的數(shù)字信號，為實(shí)物數(shù)字化提供了相當(dāng)方便快捷的手段。三維掃描技術(shù)能實(shí)現(xiàn)非接觸測量，且具有速度快、精度高的優(yōu)點(diǎn)。

對于復(fù)雜的機(jī)電空間我們習(xí)慣應(yīng)用預(yù)制加工來減少現(xiàn)場安裝時(shí)間，但是前期粗放式施工和經(jīng)常性的設(shè)計(jì)變更，往往會給我們帶來一些麻煩，我們可以通過實(shí)景復(fù)制技術(shù)快速采集，經(jīng)過掃描得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)可快速導(dǎo)入軟件，并依據(jù)現(xiàn)場的真實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)制加工的設(shè)計(jì)和安裝，可以大大減少人員成本并且提高施工進(jìn)度。

為了減少后期機(jī)電安裝時(shí)的偏差，項(xiàng)目首先采用FARO FOCUS3D X130三維激光掃描儀對現(xiàn)場結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)測，將采集后的數(shù)據(jù)導(dǎo)入Trimble RealWorks軟件進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理，如圖3所示。處理后的數(shù)據(jù)通過REVIT軟件進(jìn)行了輔助建模，為下一步的設(shè)計(jì)施工提供良好的數(shù)據(jù)支撐，如圖4所示。

3.2 BIM技術(shù)

目前我國設(shè)計(jì)院所出具的施工圖往往采用CAD圖紙，導(dǎo)致機(jī)電管線相對位置不精確，標(biāo)高定位比較模糊，各專業(yè)管道之間空間關(guān)系不明確，碰撞嚴(yán)重，甚至達(dá)不到按圖施工深度。而就商丘文化藝術(shù)中心項(xiàng)目而言，存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜，空間高大等特點(diǎn)；機(jī)電管線在鋼結(jié)構(gòu)桁架中穿插安裝，施工難度較大，對精準(zhǔn)測量和定位要求較高，采用BIM技術(shù)則能夠較好地解決以上問題。

機(jī)電安裝BIM模型的建立須以建筑或結(jié)構(gòu)BIM模型為基礎(chǔ)，通過可視化的操作使得施工時(shí)對圖紙熟悉、材料預(yù)制放樣、設(shè)備預(yù)定位，以及施工后對成品及半成品的檢驗(yàn)都變得直觀便捷。通過對機(jī)電各專業(yè)的綜合排布，確定型號、位置、標(biāo)高等重要信息，構(gòu)建電氣、給排水、暖通、智能化等機(jī)電專業(yè)綜合模型，確定最優(yōu)設(shè)計(jì)、最佳方案，并通過軟件自動(dòng)分析碰撞點(diǎn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)消除碰撞。

商丘文化藝術(shù)中心項(xiàng)目前期根據(jù)三維掃描模型和原始圖紙建立了BIM基礎(chǔ)模型，進(jìn)行碰撞檢查后發(fā)現(xiàn)，原圖紙中管線交叉碰撞點(diǎn)數(shù)達(dá)600余處，從沖突報(bào)告中可以看出，碰撞點(diǎn)多為管線設(shè)置不合理，局部標(biāo)高沖突引起的，如圖5所示。

項(xiàng)目選定管線較為復(fù)雜的區(qū)域，對管線布局進(jìn)行多方案設(shè)計(jì)，從技術(shù)要求、施工難度、整體觀感、施工成本、施工速度等多個(gè)方面進(jìn)行綜合考慮，比選出最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，如圖6所示。

之后依據(jù)設(shè)計(jì)、施工規(guī)范，對管線排布進(jìn)行模擬比選，確定了最佳的施工方案。同時(shí)對安裝工序進(jìn)行模擬，擬定施工順序，確定資源保障計(jì)劃。

借助BIM技術(shù)形成分類模型并提供了精確的主材統(tǒng)計(jì)，如圖7所示，很好地避免了施工過程中的隨意性、盲目性，將復(fù)雜問題簡單化，同時(shí)能節(jié)約大量時(shí)間。項(xiàng)目通過在技術(shù)管理，商務(wù)管理，質(zhì)量安全管理等方面開展的BIM技術(shù)綜合應(yīng)用，經(jīng)商務(wù)部門測算整體可節(jié)約施工成本247萬元，縮短工期60天。

優(yōu)化后的機(jī)電安裝BIM模型不僅僅為機(jī)電專業(yè)施工提供可靠的技術(shù)信息，而且為裝飾裝修等后續(xù)專業(yè)提供精確數(shù)據(jù)支撐。后續(xù)專業(yè)可在機(jī)電安裝BIM模型基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，更加高效便捷。

3.3 NAS私有云服務(wù)技術(shù)

由于項(xiàng)目對三維激光掃描技術(shù)和BIM技術(shù)的應(yīng)用，隨之帶來的是大量的數(shù)據(jù)存儲和交換問題。目前對于建筑業(yè)來說，越來越趨向于電子化，圖紙、模型、文件、影像資料等均以數(shù)據(jù)形式存儲。通過對日常數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，一個(gè)部位的三維模型或BIM模型文件體積就可達(dá)500Mb，復(fù)雜部位甚至以Gb為單位，如此之大的體積，利用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行大容量數(shù)據(jù)傳輸耗工費(fèi)時(shí)，利用移動(dòng)硬盤進(jìn)行復(fù)制還需要二次拷貝，非常不便。

各種數(shù)據(jù)對于項(xiàng)目正常運(yùn)行至關(guān)重要，采用NAS的存儲方式可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中存儲、備份、分析與共享，并在此基礎(chǔ)上充分利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)，各專業(yè)分工協(xié)作，極大提高工作效率。

NAS工作原理：NAS（Network Attached Storage：網(wǎng)絡(luò)附屬存儲）是一種將分布、獨(dú)立的數(shù)據(jù)整合為大型、集中化管理的數(shù)據(jù)中心，以便于對不同主機(jī)和應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)行訪問的技術(shù)。它是一種專用數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器。它以數(shù)據(jù)為中心，將存儲設(shè)備與服務(wù)器徹底分離，集中管理數(shù)據(jù)，從而釋放帶寬、提高性能。如圖8所示。

商丘文化藝術(shù)中心項(xiàng)目NAS采用硬盤陣列技術(shù)，將多塊獨(dú)立的硬盤組合成一個(gè)容量巨大的硬盤組，將數(shù)據(jù)切割成許多區(qū)段，分別存放在各個(gè)硬盤上，通過在多個(gè)硬盤上同時(shí)存儲和讀取數(shù)據(jù)來大幅提高存儲系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量，當(dāng)數(shù)組中任意一個(gè)硬盤發(fā)生故障時(shí)，仍可讀出數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)重構(gòu)時(shí)，可將數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算后重新置入新硬盤中。具有較為完備的相互校驗(yàn)/恢復(fù)的措施，甚至是直接相互的鏡像備份，從而大大提高了系統(tǒng)的容錯(cuò)度，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定冗余性。項(xiàng)目NAS服務(wù)器如圖9所示。

項(xiàng)目施工過程中將施工現(xiàn)場的圖紙數(shù)據(jù)、BIM數(shù)據(jù)、點(diǎn)云數(shù)據(jù)、現(xiàn)場監(jiān)控歷史數(shù)據(jù)等進(jìn)行了集中存儲，避免了因個(gè)人電腦的損壞、丟失造成數(shù)據(jù)遺失風(fēng)險(xiǎn)。依托自行架設(shè)的千兆級網(wǎng)絡(luò)，可以不受互聯(lián)網(wǎng)限制進(jìn)行大數(shù)據(jù)的高速傳輸，傳輸速度可達(dá)100M/秒以上，大文件傳輸瞬間完成。

通過對本地部署的文件協(xié)作和共享，簡化文件管理。項(xiàng)目人員使用網(wǎng)頁瀏覽器或移動(dòng)端App不受地域限制，隨時(shí)存取NAS中的文件，以實(shí)現(xiàn)同步多臺電腦文件。圖紙、變更等文件修改不再需要互相傳遞，多人可同時(shí)進(jìn)行本地編輯，系統(tǒng)自動(dòng)同步至NAS，辦公無縫銜接。

4 結(jié)束語

建筑工程是一項(xiàng)過程極其繁雜的系統(tǒng)工程，特別是一些高大空間的工程，施工過程中在有限的空間內(nèi)涉及測量，給排水，機(jī)電安裝，采暖通風(fēng)等多種專業(yè)工種的配合，通過以上關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用，更有利于各個(gè)專業(yè)工種之間相互配合，彼此兼顧，才能保證整個(gè)建筑工程有條不紊地進(jìn)行，最終保質(zhì)保量更加安全地完成施工任務(wù)。