設備機房預制化施工的研究與應用

李浩，趙小飛，陳業，張紹浪

（中建四局安裝工程有限公司，貴州 貴陽 550000）

隨著近現代技術的迅猛發展，國內外建筑業規模也變得越來越龐大，技術更是在不斷更新發展。在近年來時代的變化推進下，大型建筑數目不斷增多，其也在不斷創新規模，逐漸替代小型的民用建筑，建筑業前進固然重要，但是，建造工期要求更緊，相應也會承擔更大的安全風險。隨著發展理念的要求變革為“創新、協調、綠色”，這樣新的發展理念要求，大力推進以“工廠化制造、裝配化施工”為主要特征的預制裝配式建筑發展，此已成為我國建筑業的主流新技術研發方向。

1 設備機房預制化施工技術

設備機房也分為許多種類，我們以機電設備機房為例，與大家探討一下設備機房預制化施工技術。機電安裝是一座建筑的主要核心，在設備機房中占據最主要的位置，就和人體中心臟在最主要的位置一樣。機電安裝可以為建筑的穩定運行和提供適宜的人居環境提供有力的保障。這與結構施工現澆式技術不同，機電工程設備機房處于建筑中最重要的位置，其裝配化建造是新形勢下轉型升級發展的必然趨勢。在貴陽國際金融中心一期商務區1#、2#樓項目的建設中，進行了設備機房預制化研究，其中的研究內容包括數字化設計、工廠化預制、物流化配送、裝配化施工的全系列設備機房預制裝配建造技術，掌握整體式和離散式兩個方向的預制裝配關鍵技術，并從技術難度、工期、經濟、質量、安全等多維度綜合考慮，匹配最優方案，已在多個大型工廠推廣。

此前，設備及防御值裝配施工技術主要包括2種施工方式，第一是采用整體模塊化預制法，將支撐體系、設備、管道、附件在加工廠裝配成整體式模塊，運輸至現場裝配；第二是采用離散式預制法，設備與管道分開預制，管道可提前安裝不受設備進場時間影響。

2 整體式設備機房預制裝配技術

簡單來說，整體式設備機房預制裝配技術就是可以由多專業、多構件組成的立體模塊單元現場安裝的施工技術。具體就如整體式泵組模塊、集成空調水系統、給排水系統、電氣系統、鋼結構支撐、隔振系統等。整體式預制裝配技術具有幾個特點：設備集成度高、各專業交叉施工少、整體單元運行效率高。

經過貴陽國際金融中心一期商務區1#、2#樓項目的辦公樓整體單元優化，減少部分過度設計，采用多功能管件、閥件，極大地節省了預制單元集合尺寸、機房面積和工程造價。各專業協調的接口管理是施工的一大難點，設備機房涉及專業多、管線密集、建筑結構復雜，利用BIM技術可提前進行空間位置結構模擬和安裝工藝工序模擬，將機電管線經過合理分割，在工廠加工好集成多專業整體單元，減少各專業接口管理和構件連接關系，傳統的每人構件都有進、出兩個邏輯關系和六個自由度關系，整個系統構建龐雜導致現場施工效率慢，但是，整體式預制裝配技術就可以很好地改變這個缺點，使其整個工程變得簡單明了，可以將多個構件合為一體，并且減少構建連接邏輯關系和空間自由度，提高各專業施工效率和施工質量。整體式預制裝配技術的運行效率高，傳統的由專業分散管理變為整體式產品交付，各專業匹配兼容性更高，整體式單元還便于增加自動化控制功能，提高運行效率。現場施工安全隱患多，質量難以得到保障，整體式預制裝配在現場質量安全管理方面也有很大的優勢。

3 離散式設備機房預制裝配技術

離散式裝配機房，在形式上與整體式有明顯不同，設備與管道分開預制，以管段、型鋼段式的散件為主要單元，設備可提前安裝。通過調研、歸納，設計離散式設備機房單元化模數化、標準化建模規則，搭建三維數據模型；建立預制單元信息模型組合自適應規則；通過排列組合算法，計算設備管線模塊最優化分組分段方案及編碼規則，開發精細化管線設備零部件加工圖紙的輸出功能模塊。深化設計時，有以下幾點條件說明：

（1）管段預制單元設計應充分考慮管道所在系統、管路附件、安裝方式、幾何尺寸等，帶管路附件的管段，長度宜≤3m。

（2）選用成品順水三通；主干管路末端宜選用可拆卸的管堵或盲板進行封堵。

（3）設備進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）設備進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）預制管段單元的對接接口應與其對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，法蘭螺栓孔位置應對應。

離散式預制機房，適用于工期偏緊、結構施工較快、設備招采順利的項目，可以在結構完成后直接安裝冷水機組、水泵、分集水器等主要設備，同時，開展離散式機房設計與加工，待設備安裝完成后，即可安裝預制單元，整體投入的運輸、吊裝、加工費用較少，現場設備安裝費用較高；安全性較高，避免大型模塊的吊裝運輸，規避危險源。

4 工程實例應用

結合真實項目為大家展示設備機房預制化施工技術帶來的有點和好處，貴陽國際金融中心一期商務區1#、2#樓項目項目共有空調機房224個（低區63個、中區71個、高區90個），機房多，空間狹小，且施工工期短（要給裝修提供工作面積），以低區63個機房為例，工期只有55天。空調機放布置情況標準層每層相同，空調機組為八管制，其中，空調機房內的空調水主立管為預制立管，已經預留空調水水平管道接駁口。這個項目是魯班獎工程獲得者，所以在項目設計及施工過程中都尤為謹慎重要，不論是項目負責人還是現場安裝工人都十分謹慎，因為這個項目對質量和要求都十分高。

此次需要完成的超高層空調機房空調水管道模塊化預制施工技術大約分為以下幾個步驟，第一，BIM建模，可以按照設計院出具的設計圖紙進行預制空調機房的模型構建；第二，方案論證，本次方案從技術、經濟、合理性三個方面進行分析，最終確定采用3D掃描與預制結合的方法；第三，3D掃描，掃面內容包括機房內墻、梁、樓板、基礎，機房內各預留預埋的孔洞及構件和機房內已施工完成的各基點管線和接駁口、已安裝就位的空調機組設備等，確保后續預制管段和機房內機組及立管準確對接。第四，出分段圖；第五，預制加工，管段分節圖完成后，結合BIM模型和圖紙對加工廠預制作業人員進行加工交底。第六，將預制組裝完成的管段運輸至工地現場，結合現場實際情況，利用塔吊或電梯運輸預制管段至各樓層空調機房內部。利用空調機房機電深化BIM模型對現場安裝工人進行三維可視化安裝作業交底。

以實際工程制冷機房為研究對象，通過建立冷水機組數學模型，求解多臺冷水機組的運行優化組合。通過建筑全年負荷分析，建筑全年大部分時間處于部分負荷下，并以此負荷為依據，分析對比了制冷機房冷水機組運行優化前后的能耗。結果表明，超高空調機房模塊化預制裝配施工技術具有較好的節能效果。本文研究結果，可以為實際工程的制冷機房多臺機組的運行控制提供參考。

5 結語

本文對設備機房預制施工技術幾起幾種模式進行了研究與分析，并且通過對貴陽國際金融中心一期商務區1#、2#樓項目中超高空調機房模塊化預制技術的研究，間接證明了設備機房預制化施工技術對建筑業發展的有利。現如今，城市看到的很多一部分民用建筑項目都會運用到設備機房，他們設置的設備機房技術是由整體式與離散式結合的預制裝配技術，所以設備機房預制化施工技術經過了實踐應用證明，是有安全性和科學性的，這樣會大大提高機房的質量和完成效率，還可以響應當今的環保理念，節約能源材料等，達到地球環保的要求。本文通過實際項目與大家一起研究討論了設備機房預制化施工技術，并且證明了這個技術確實是對機房的施工具有很大的好處，也是時代進步的象征，建筑業也會在時代進步中變得越來越好，建筑技術也會更加先進有效。