裝配式科教工程機電模塊化安裝關鍵技術研究

胡 俊 孫清臣 歐陽浩 陳榮朗 楊 成

（中國建筑第四工程局有限公司 廣東廣州 510000）

1 行業(yè)背景

國務院辦公廳以國辦發(fā)〔2016〕71號文的形式發(fā)布了《關于大力發(fā)展裝配式建筑的指導意見》，力爭用10年左右的時間，使裝配式建筑占新建建筑面積的比例達到30%，推動形成一批設計、施工、部品部件規(guī)模化生產(chǎn)企業(yè)，具有現(xiàn)代裝配建造水平的工程總承包企業(yè)以及與之相適應的專業(yè)化技能隊伍。[2]

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和教育的深化改革，人民對教育資源的需求量和品質要求顯著提升，基于BIM技術的裝配式建筑具有預算準確、節(jié)省材料、保證產(chǎn)品質量、縮短工期、減少人力、保障施工安全、減少污染、便于后期維護和循環(huán)利用等多方面的優(yōu)點，能顯著提高建設效率、提升建筑質量，為科教工程又好又快投入應用提供助力。

2 國內(nèi)外現(xiàn)狀

工廠預制現(xiàn)場裝配建筑工程中盡管機電安裝造價占總造價的10%～20%左右[1]，在實際應用中由于造價，設備與技術只是儲備，管理人員水平，環(huán)境等因素的制約，機電模塊化的應用在機電安裝施工中該方法還應用較少，近幾年開始有項目在工程局部范圍，如冷凍機房等嘗試應用基于BIM技術的裝配式模塊化方法進行施工，但極少有工程大面積采用。

在歐美國家，建筑機電行業(yè)工業(yè)化起步早，工業(yè)化程度很高，機電工程的工廠化預制加工已實現(xiàn)了全覆蓋。在日本，建筑工程中基本上看不到管道現(xiàn)場預制組裝，90%以上的工作量均在預制工廠內(nèi)完成預制，然后根據(jù)施工進度計劃足部配送至現(xiàn)場進行組合裝配安裝。[3]

3 關鍵技術

3.1 三維激光掃描儀技術

通過高速激光掃描測量的方法，大面積高分辨率地快速獲取被測對象表面的三維坐標數(shù)據(jù)。可以快速、大量的采集空間點位信息，快速建立物體的三維影像模型。通過三維激光掃描儀生成的點云數(shù)據(jù)與BIM模型進行對比，并對BIM模型按照實際情況進行更改。

3.2 智能放樣機器人技術

相對于傳統(tǒng)的機電管線施工，借助圖紙實用卷尺等工具純?nèi)斯がF(xiàn)場放樣的方式，存在誤差較大、無法保證施工精度、且功效較低。利用其快速、精準、智能、操作簡便、勞動力需求少等優(yōu)勢，將BIM模型中的數(shù)據(jù)直接轉化為現(xiàn)場的精準定位。

3.3 模塊化設計及管理技術

利用BIM插件進行模擬和分析，對管道進行支吊架選型及布置、管道模塊化切割、各零部件的工程量提取及統(tǒng)計，能夠大大降低材料的損耗，同事實現(xiàn)模塊編碼，方便模塊預制、運輸、堆放、安裝。

3.4 BIM預制化加工技術

管線布置不夠精確導致預制加工圖額精確度低，預制加工圖制作方法繁瑣導致制作預制加工圖效率不高，限制了預制加工的深度和發(fā)展。通過前期建立1：1高精度的BIM施工機電模型，通過BIM技術進行管線綜合和深化設計，深化設計要注意考慮現(xiàn)場實際管道實際規(guī)格、管道坡度、管道閥門尺寸、連接件規(guī)格、上下左右預留施工操作空間等等，最后利用深化設計模型制作出預制加工圖及清單。

3.5 二維碼全過程追蹤技術

管道在工廠預制加工成安裝模塊后，進行二維碼信息跟蹤及包裝運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進行機械化高效拼裝，已經(jīng)施工和未施工的部件可以通過BIM可視化觀察到，并形成施工進度報告。要實現(xiàn)全過程的追蹤管理，二維碼信息必須幾何信息、技術信息、產(chǎn)品信息、安裝信息。幾何信息：實際尺寸、三維表達、安裝位置、顏色，技術信息：材料、材質，技術參數(shù)，產(chǎn)品信息：供應商、產(chǎn)品合格證、生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)日期、價格，安裝信息：安裝日期、操作單位、使用年限，維保信息：維修年限、維保頻率、維保單位。

3.6 機電模塊化安裝技術

在施工現(xiàn)場，管道類型及閥部件種類繁多，嚴格按照BIM模型劃分的安裝模塊進行編號，二維碼終端掃描后進行跟蹤，確保安裝模塊在對應的位置進行安裝；且現(xiàn)場施工管道采用法蘭機械連接，基本實現(xiàn)零焊接施工。

4 傳統(tǒng)模式下存在問題

4.1 協(xié)同性差

機電安裝涉及專業(yè)繁多，各專業(yè)分包誰先進場誰安裝，導致后來的安裝單位安裝空間不夠，只能降低凈高或者拆除重新安裝，浪費材料以及延誤工程進度。機電工程各專業(yè)之間的協(xié)調與配合，進度安排、工作面交接、工序交接、各專業(yè)管線的綜合布局達不到要求，彼此之間互不影響又能互相協(xié)調，所以各專業(yè)協(xié)同，設計、施工協(xié)同很重要。

4.2 資源管理粗放

與建筑結構工程對比，機電工程包含了消防、電氣、暖通等做個專業(yè)，其中涉及設備、管道、電纜、橋架、風管、閥門及末端等構件，由于管件等構配件種類繁多、型號各異、施工空間不規(guī)則，需要現(xiàn)場根據(jù)需要進行切割，產(chǎn)生的余料以及剩余管道很多就直接丟棄。

4.3 準確性、效率低

水、電、通風專業(yè)項目施工管理布置圖的深化程度不夠，導致現(xiàn)場施工風口安裝不到位、凈空高度也不夠，只能移位安裝。

4.4 現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境差

傳統(tǒng)加工方式，預制構件無法做到精準下料，產(chǎn)生大量的邊角料，同時大量的手工焊接、切割作業(yè)導致構件質量不穩(wěn)定，現(xiàn)場環(huán)境噪音多、光污染嚴重、作業(yè)環(huán)境較差。

5 模塊化安裝技術的優(yōu)勢

5.1 協(xié)同管理

各專業(yè)通過協(xié)同云平臺，將各專業(yè)模型上傳至云平臺，進行綜合管線布置，可以避免溝通不及時，溝通有誤等問題，并且可以對工作面分區(qū)及各專業(yè)交叉施工模擬，極大地提高了大家的工作效率。

5.2 安全管理

基于機電的模塊化技術，現(xiàn)場采取法蘭、螺栓等連接方式，減少了現(xiàn)場用電、動火作業(yè)、高處作業(yè)等大大地減少，更多采用機械化操作、吊裝作業(yè)。

5.3 綠色環(huán)保

影響施工環(huán)境的工藝主要環(huán)節(jié)主要有管道的除銹、刷漆及管道的焊接、切割，基于BIM技術的預制化加工技術將此部分工作全部轉移到專業(yè)化工廠中，現(xiàn)場只是進行法蘭、螺栓的拼裝。

5.4 精細化管理（人工成本降低）

通過機電工程模塊化安裝技術，可以在設計初利用BIM插件進行自動模塊化切割，現(xiàn)場進行預制加工，二維碼全追蹤技術對現(xiàn)場的構配件進行精細化管理，實現(xiàn)精確加工、減少材料損耗、減少返工，控制成本的目的。

6 結語

裝配式科教工程機電模塊化安裝關鍵技術，關鍵在于BIM精細化模型與點云模型進行對比，自動化的進行模塊化分區(qū)，圍繞模型對水暖電各專業(yè)的技術參數(shù)進行提取，并在各個環(huán)節(jié)對機電管件進行精細化管理，實現(xiàn)施工現(xiàn)場零焊接，達到節(jié)約工期、降低成本、綠色施工的效果。