BIM和机电管线及设备工厂化预制技术应用与创新实践

BIM 和机电管线及设备工厂化预制技术应用与创新实践

摘要：以成都龙湖滨江天街广场、南通脉络数据中心项目为背景，主要介绍BIM技术综合应用和机电管线与设备工厂化预制技术实施情况，并依托二维码技术进行工厂化预制加工安装及信息化管理，为公司改变传统安装作业方式，实现建筑安装产业转型升级，增强创新能力，推动装配式建筑发展打下基础。笔者就应用新技术与技术创新及施工实践过程进行总结与同行们作些交流分享，以便更好地向建筑安装装配化建造方式转变作些努力。

关键词：BIM技术；模块化建造；工厂化预制；装配式施工

1.

前言

《建筑业10项新技术（2017版）》中的推广应用 BIM和机电管线及设备工厂化预制这二项技术，此二项技术的释语是要求对建筑给排水、采暖、电气、智能化、通风与空调等专业设施，通过BIM技术按照模块化、集成化的思想，从设计、生产到安装和调试深度结合集成，并以这种技术对机电进行工厂化流水线制作加工生产，促使建筑机电施工装配化。这不仅提高了工作效率和质量管理水平，还降低建筑机电工程安装的人工投入和企业对技术工人依赖，节约了现场加工场地，缩短工期，减少污染和材料损耗，安全生产更有保障，从而实现建筑机电安装全过程绿色施工，这也是我们机电工程安装未来发展的方向之一。

工厂化预制技术是利用BIM技术，以建立机电专业三维模型为基础，并进行碰撞检查与调整和优化，进行分段与集成设计成组件或模块，再生成所需要的平剖面图、节点详图及加工制作图等，然后采用机械坡口、自动焊接等加工设备，使系统整个工厂化预制形成流水线作业。同时利用二维码标识系统，实现预制安装全过程、全方位的信息化管理。在建筑工程中设备机房较多，机房机电设备采[1]

用模块化设计，使水泵、制冷机组等设备形成模块化半成品体系，方便于运输，由传统施工现场放样、加工焊接连接作业方式转变为装配式安装施工1.

工程概况

2.1项目一

成都龙湖滨江天街广场项目，地下三层、地下二层为车库，地下一层至六层为自持商业，塔楼分别为：LOFT、SOHO及酒店，总建筑面积：约326719m，其中裙楼商业约148537m，地下室部分约87387m，塔楼约90795 m，商业地上六层，建筑高度为38.0m；1-1塔楼33层，建筑高度为：145.9m；1-2塔楼40层，建筑高度为：155.3m 。项目重点为机房管线设备模块化建造，运用BIM技术和机电管线及设备工厂化预制技术进行装配式安装。

2.2项目二

南通脉络数据中心冷冻水冷源项目，共3000个机柜，3F、4F、5F每层平均800个机柜，单层3200kW，6F共600个机柜，共2400kW；总制冷量12000kW。采用4台1200 RT制冷机组，配置4台（流量450m³/h，扬程50m）冷冻水泵和4台（流量695m³/h，扬程40m）冷却水泵；3台圆柱形闭式蓄冷罐，有效蓄水量65m3，105m3，180m3，温差8度；配备4台(695 吨)开式横流镀锌钢冷却塔。项目重点为设备机房运用BIM技术，工厂预制加工及现场装配化安装。

1.

BIM和机电管线及设备工厂化预制技术应用

3.1 BIM和机电管线及设备工厂化预制技术方案设计的依据

1）设计院提供的建筑、结构、给排水、暖通、电气、智能、消防等专业施工图；

2）相关的国家、行业及地方规范标准；

2222[2,3]。

3）相关的国家、行业及地方施工标准图集；

4）相关机电各专业的施工工艺标准，技术规格书；

5）现场已形成的建筑结构（框架）实测数据；

6）与设备机房相关的装饰图或方案图等资料；

7）目前现有的建筑机电装配式建造相关资料。

8）建筑业10项新技术（2017版）

3.2 方案设计可行性分析

（1）成都龙湖滨江天街广场项目

1）成都项目商业制冷机房图纸深化设计完成，主机、水泵等设备已生产，而此时土建机房才刚刚拆模，地下室根本无运输通道，如果现场施工的话，根本不具备施工条件。采用BIM技术与机电管线及设备工厂化预制技术的方式，可提前插入施工，不受现场场地移交的影响，正好弥补现场土建进度滞后所影响的工期。

2）项目现场场内运输通道能满足模块和管道的下车和转运条件。

3）商业制冷机房建筑层高5500mm，梁高600mm，梁底净高4900mm。

4）制冷机组最大尺寸5169×2515×2902；重量18000kg;吊装孔尺寸6500×4000；现场条件完全满足预制化模块的垂直转运和现场组装。现场条件见下图1所示。

图1 现场条件图 图2 实施工作计划流程图

（2）南通脉络数据中心项目

1）工期紧，总工期要求90天，含调试。主设备生产周期近60天，机房必须提前预制完成，待设备就位后装配式安装，可满足工期要求。

2）传统管线焊接很多固定位置焊接，焊接难度高，焊接效率低，采用预制管线焊接，焊接速度快，焊接质量高，能节省人工成本，综合经济效率可提高8%-10%左右。

3）目前建筑施工板块大力推行PC预制化，机电管线采用BIM建模后，传统安装更容易制作装配，提高产品集约化，标准化。

3.3 方案深化设计与实施工作流程

（1）机电安装单位

1）安排BIM深化设计团队，对制冷机房管线、设备进行模型综合排布，模拟安装，导出分解图纸，并组织评审，对提出的意见及时进行修正；完善出成果图纸。2）搭建机房加工预制管理团队，参与对装配式施工方案进行编制和审批，组织对预制加工图及装配方案进行评审确认。3）负责预制厂人员的调配，半成品供给与运输等协调。 4）负责施工进度、质量、安全管理。5）负责制冷机房安装成果的保护管理。

（2）设计单位

1）对设计图纸和BIM深化图纸的复核确认。2）对设备厂家技术参数的校核。

3）对施工单位深化支吊架承重荷载的复核确认。

（3）建设单位

1）对设计阶段图纸审核、对BIM深化图的模型成果图纸评审确认，对选定厂家提供主机设备外形及接口尺寸参数确认。2）制冷机房施工方案及施工工艺确认。3）协调土建总包及其他专业分包配合实施。4）掌控现场施工进度，监控现场施工质量及施工安全

（4）监理单位

1）方案工艺审核确认。2）现场设备管道安装吊装质量、安全等监督管理。

3.4 方案深化设计与实施工作计划

整个项目的方案深化设计与实施工作计划工作流程如上图2所示。

3.5 BIM与机电管线及设备工厂化预制技术实施主要技术路线

收集完整图纸→系统研究图纸→BIM建模、碰撞检查、调整、优化→协同设计→BIM拆分、分段、编号→各分段模拟拼装、组装、装配式装配→出BIM综合模型图和各视觉图、平剖面图、加工制作图→工厂复核、放样、下料、预制、编二维码→预拼装组合模块→防腐→现场分段组对→装配式安装就位

3.6 BIM技术与机电管线及设备工厂化预制技术深化设计要点

1）合理排布设备及管道位置，保证制冷机房空间和标高的最大化；

2）保证设备离墙距离符合要求，以及设备有检修人员通道和有一定的检修空间 ；

3）不得改变设计意图，改变控制原理等；管综排布应符合管道避让原则。

4）实测现场土建结构尺寸，保证图纸与现场一致；

5）收集设备的外形尺寸和接口尺寸、位置，保证设备实际尺寸与图纸吻合；

6）利用BIM可视性对管线及设备模型进行分析研究，并作分段与集成设计成为构件或模块 ，满足工厂化预制加工条件；

7）管线分段，应考虑接口位置符合规范要求，在便于运输和拆安的前提下，减少管线中间法兰接口，节约工程成本的同时，减少渗漏风险；

8）设计各构件和模块时，应根据现场转运通道、吊装孔以及公路运输的最大尺寸进行分解，避免因模块运输时超限而增加运输协调难度和运输成本；

9）合理布置支吊架，在保证支吊架承重安全的同时，考虑节约支吊架的型钢用量。

1.

与机电管线及设备工厂化预制技术深化设计成果示例

4.1 项目制冷机房运用BIM设计成果示例

先深化图纸，建立模型，检查空间和标高位置，组合设备框架，拆分段落号，分段预制与装配，制冷机房效果如下图3所示。

（a）BIM机房平面及支吊架平面图

（b）BIM机房管线及设备综合模型图

（c）BIM机房管线及设备分段与集成预制加工详图

图3 制冷机房效果图

4.2 机电管线及设备工厂化预制加工成果实例

机电管线及设备工厂化预制加工成果如下图4所示。

（a）支架制作与拼装、管线焊接、设备组合模块

（b）设备与管线模块组号、组合模块运输、设备与管线模块组装

图4 机电管线及设备工厂化预制加工成果图

4.3 机电管线及设备工厂化预制加工后现场装配式施工实例

机电管线及设备工厂化预制加工后现场装配式施工实例如下图5所示。

（a）成都项目制冷机房装配式施工成果实例

（b）南通脉络数据机房现场装配成果实例

图5 机电管线及设备工厂化预制加工后现场装配式施工实例图

1.

结语

在进行方案设计时，要充分进行调研，要与建设方及相关专业设计人员及时沟通，了解他们的意图，了解现有建筑、结构特点，实测现场结构与图纸的偏差情况，了解装饰要求，避免设计时思路不统一，在保证各专业功能的前提下满足装饰要求，同时机电系统各专业人员也要一起进行讨论协商，然后进行协同设计，这样避免出现重大失误或返工。

要利用好先进的三维激光扫描仪对现场做了全局扫描，经过相关软件中对这些原始文件进行拼接加工处理，生成点云模型，再将点云模型与深化BIM模型进行坐标匹配，这样更准确地实施BIM设计的各种图纸进行工厂化预制，工地装配化施工。在利用BIM技术一体化、集成化、模块化设计方面还有待提高，成品保护有待进一步改善；成本虽在可控范围，但因规模不大，收益不高，需要更深入研究。

经过公司对BIM技术和机电管线及设备工厂化预制技术以及二维码信息管理技术实际应用与施工实践，提升了对新技术应用的水准，摸索出一些成功的经验，提高了工程质量和管理水平，达到了预期的目标，从而为企业逐步向工业化跨越打下了一定的基础，促进企业可持续发展。

参考文献

[1]李永波. 装配式建筑机电安装施工技术[J]. 中国建筑装饰装修,

2021(2):2.;

[2]谷德军,房师军. 装配式建筑机电安装施工存在的问题及对策分析[J].

住宅与房地产, 2020, 585(24):195-195.

[3]肖俊阳, 陈侣辰, 郝哲. 整体预制装配技术在机电安装工程的应用[J].

中国设备工程, 2018(18):2.

[4]伏彪. 装配式建筑机电安装施工技术应用探讨[J]. 中国建设信息化,

2021(12):2.

[5]宋长芬, 冯诗桐, 李喜海. 基于BIM的机电管线工厂化预制技术[J]. 商品与质量, 2017(10).

[5][4][3]

[作者简介]

季学冬（1976.1-），男，汉族，共产党员，江苏省南通市人，大学本科，高级工程师，一级建造师（机电，建筑） ，研究方向：机电安装。

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