基于BIM的消防泵房裝配式安裝技術

黃 勇 劉 瑋 柏萬林 黃 健 吳志華

中億豐建設集團股份有限公司 江蘇 蘇州 215000

1 概述

隨著BIM 技術在機電工程行業應用的逐漸深入，工廠化預制、裝配化施工正逐步顛覆著傳統的施工技術，整個建筑安裝企業都面臨著轉型升級的問題。

近兩年，裝配化施工已逐漸延伸到復雜的設備機房，這是機電安裝工程設備、管線最為集中的地方，預制裝配難度非常高，但行業標桿企業正積極響應國家的相關政策導向，加大投入，一個又一個裝配式機房呈現在我們面前，機房的施工速度也在不斷地被刷新[1-5]，在復雜緊湊的設備機房里對各類管線設備進行模塊化設計很重要，從而實現模塊式的裝配，這不僅能提高裝配的精度，還能大大提高裝配的進度。

2 研究內容

1）機房BIM模型深化。通過BIM三維建模解決碰撞問題并對原設計進行優化排布。通過測量，復核現場結構后將模型調整到與現場結構的實際情況一致。待相應卡箍、法蘭、閥門到場后，再對這些附件進行測量，進一步完善機房模型，達到100%指導現場裝配的目的。

2）將三維模型轉變成預制加工圖紙。將Revit模型導入Inventor軟件中制作預制加工圖紙。

3）模塊化設計。裝配化施工需考慮如何簡化安裝工序，如果能讓管道系統及相應設備組成一組模塊，然后通過一組模塊與另一組模塊進行機械連接，就能實現機房的快速裝配，但根據現場實際情況及研發投入來看，還不具備完全實現模塊化裝配的能力，此次研究的內容主要是管道依附在模塊式鋼支架上進行裝配。

4）二維碼技術。在管段加工期間，將所有加工的管道通過二維碼進行標識，方便現場裝配。

3 BIM深化設計

3.1 機房概況

蘇州市第五人民醫院遷址新建工程位于蘇州市相城區，總建筑面積74 799.93 m2，消防泵房位于地下1層，消防水池798 m3，泵組主要由2臺消火栓泵、2臺噴淋泵、2臺補水泵、2臺消防水炮泵組成。

3.2 機房建模

3.2.1 ?BIM初版模型繪制

采用Revit軟件，依據設計圖繪制初版模型，將消防泵房的土建、機電通過BIM三維建模技術直觀地展示出來，將不同系統管線設置成不同的顏色，凸顯出不同系統管線的走向。初版模型主要就是描圖，對原設計不做任何修改，重點檢查泵房管線排布的層次是否合理，分析交匯處的線路走法，優化排布空間，使消防泵房整體布局達到最優。

3.2.2 ?現場動態測量

為了能順利裝配，避免裝配出現誤差，對現場的結構一定要進行復核，可以采用傳統的測量方法進行復核，如有先進的測量儀器如天寶、萊卡則更好，主要目的是為了更精確無誤地進行裝配化施工。如采用傳統的測量方式，測量主要包括實際預留孔洞位置尺寸、墻間距、凈高、梁尺寸、柱尺寸、設備基礎尺寸等，我們將測量結果反饋至BIM模型，通過微調BIM模型，使模型尺寸和現場實際的消防泵房完全吻合。

3.2.3 ?收集設備、閥門、管件等參數信息

確定了最終的水泵采購廠家后，經過咨詢廠家及廠家提供的樣本，根據泵組實際尺寸、外觀建立泵組的族，重新調整模型中的各類水泵和實際一致。待管材、閥門、各類卡箍配件到場后，都需一一進行測量，確保實際管道系統精準，為后續一次性裝配施工成功奠定基礎。

3.2.4 ?裝配方式研究

1）傳統裝配：將現場的管道和支架預制全部換到工廠實施，本質上機房完成效果和傳統做法并沒有太大的區別，只是減少了現場預制的工作量。

2）模塊式裝配：將機房劃分成若干模塊進行裝配，各組模塊均采用鋼結構支架作框架，各組鋼結構框架通過螺栓連接，就能迅速連接各組模塊，各組模塊連接完成后，整個機房即施工完畢。

通過對蘇州五院消防泵房的模塊做法進行研究、試畫，發現直接將模塊照搬過來并不合適，消防泵房不如制冷機房那么緊湊，單臺泵組建模塊會造成鋼材浪費較多，而且模塊體積較大，從現場預留吊裝孔及泵房門洞尺寸來看，不具備將整組模塊運輸至機房內部的條件，因此在今后實施模塊式裝配機房的項目時，要和土建總包提前溝通好吊裝位置和機房運輸通道。最終我們的裝配方案采取了單型鋼支架組成模塊的方式（圖1）。

圖1 蘇州五院消防泵房型鋼支架模塊三維模型

3.2.5 ?最終模型出圖

確定裝配方式采用型鋼支架模塊后，立即開始支架模塊設計，設計定稿后，再次調整BIM模型中的消防管道系統，使其7根主管底標高一致，依靠鋼架橫擔固定，立管依靠長條側梁固定，并根據管道交叉處的最優避讓重新調整了主管的排列（圖2）。

圖2 蘇州五院消防泵房最終BIM模型

4 預制加工圖

1）將Revit模型分解導入到Inventor軟件中進行深加工處理，通過Inventor出深加工圖。

2）從Inventor軟件中導出制作完成的管段加工圖并生成CAD格式。

5 模塊式型鋼支架設計制作安裝

5.1 支架三維模型調整

根據最初的支架三維建模，結合模型中管線排布情況，考慮到橋架電源的接入，盡量降低標高，使機房更加美觀。通過對支吊架的標高、跨距進行微調，最終型鋼支架頂標高定為3 m，支吊架橫桿頂標高為2.3 m，下方找平層厚280 mm，共6榀型鋼支架，間距從2 785～4 500 mm不等。

5.2 支架出圖

根據計算結果，選定熱軋H型鋼，根據型鋼尺寸，再次調整落地型鋼支架三維模型及相應的管線模型。

5.3 支架制作

預制加工車間根據支架設計圖進行加工制作。

5.4 支架安裝

型鋼支架采取螺栓連接的方式進行拼裝，在現場無需再進行焊接、切割、油漆等施工，滿足了綠色安裝的要求（圖3）。

6 二維碼技術

將BIM模型導入BIM平臺軟件生成二維碼，二維碼中對于設備要有詳細的信息，以便于今后BIM運維考慮，管道的二維碼根據BIM模型逐段生成，方便后期施工安裝人員現場安裝核對預制的管段，通過掃碼對安裝管段快速定位（圖4）。

圖3 型鋼支架現場安裝

圖4 管道加工貼二維碼

7 裝配式消防泵房現場實施

7.1 預組裝

在預制加工車間，先試著裝配一組支架和泵，若現場結構具備直接吊裝再輸送至泵房的條件，則組裝完成的泵組管道可以不拆卸，可直接運輸至泵房等待多組模塊拼裝，由于兩跨支架跨度大，已經無法整體運輸至消防泵房，因此我們在加工地試著組裝一組，組裝完成后再拆卸。

7.2 物流運輸

從加工廠將預制好的支架、管道、泵組運輸至施工現場。

7.3 現場裝配

利用手拉葫蘆將泵組先進行就位，隨后進行管道的裝配（圖5）。

7.4 成型效果

在基于BIM的裝配式消防泵房裝配完成后，整體泵房的觀感和傳統的消防泵房相比綜合觀感有了較大的提升，支撐系統也更加牢固，由于通過落地式型鋼支架，故降低了消防管線的整體標高，因此再也不會出現傳統消防泵房安裝電氣槽盒走在水管下方的情況，大大提高了整個機房的安裝質量（圖6）。

圖5 現場裝配

圖6 成型效果

8 效益分析

8.1 社會效益

通過研究實施裝配式消防泵房，施工方、業主項目管理方多次組織了觀摩，對我公司的裝配式消防泵房給予了較高的評價，并順利通過了蘇州市住建局組織的蘇州市建設系統科研項目的驗收，在當地進一步提高了企業品牌的影響力。

8.2 經濟效益

1）工期對比。經過施工員推算，采用常規施工方法，蘇州五院的消防泵房至少需要15 d，而現在我們僅7 d就完成了安裝，工期縮短一半。如果將來采取全模塊式裝配，所有泵組、管道、配件全部在工廠完成裝配，現場吊裝運輸就位后各模塊之間進行螺栓連接，1 d內就能完成這樣規模的一個消防泵房。

2）成本對比。經費用對比計算，新支架的材料費高出傳統方法約7 000元，但其人工費有所降低，如果算上管道、卡箍配件的價格及考慮到工期縮短一半等，則人工費降低更為顯著。

8.3 綜合效益

傳統機房施工存在以下問題：邊干邊改，材料浪費嚴重，施工效率低，安裝進度緩慢；機房空間狹窄，作業人數有限，受環境影響大；高空作業較多，安全隱患較大；焊接作業較多，聲光污染嚴重；整體質量觀感很難做到完美。

裝配式消防泵房在整個裝配安裝過程中無焊接，只需連接螺栓即可完成，施工周期明顯降低，使整個施工現場實現了環保、綠色安裝，整個機房的支架系統也更加牢固，觀感質量更是大大提高。

9 結語

通過這次的裝配式消防泵房施工，我們也總結了一些經驗，為后期更深入、更復雜的裝配式機房研究奠定了基礎。在以后的裝配式機房實施中，我們將加大投入，項目前期工作準備充足，采用新工藝、新技術、新設備，將局部模塊式的裝配施工技術直接升級為全模塊化裝配技術，并將對設計標準化、專業一體化、生產工廠化、預制模塊化、施工裝配化、技術集成化、管理信息化作更深層次的研究，開拓創新企業的機電工業化之路。