裝配式制冷機房技術在平安財險大廈實踐探索

李 江 濤

(平安不動產有限公司，上海 200120)

1 概述

裝配式機房安裝技術旨在整合高精度BIM建模，3D掃描與點云數據，工廠化預制，物聯網與二維碼管理，集成化快速裝配等多項關鍵技術，實現對大型機電設備機房的預制化、集成化、數字化安裝。對比傳統的人力密集型安裝方式，可以實現：優化安裝工期，提高項目效益；管道焊接質量可靠，避免反復整改；節省整體安裝造價；改善勞務人員施工環境，綠色環保等方面的工程效益。本文將結合裝配式機房安裝技術在平安財險大廈項目的實踐與探索進行分析。

2 項目簡介

平安財險大廈項目位于深圳市福田中心區益田路與福華四路交匯處。項目總建筑面積114 507.32 m2,建筑高度 220.4 m。本工程選用制冷量為2 638 kW(750RT)的水冷離心式冷水機組三臺以及1 583 kW(450RT)的水冷螺桿式冷水機組一臺。制冷機房設置于地下3層,制冷機房區域B3，B2兩層通高。

3 施工準備

3.1 技術準備

1)建立中央制冷機房管線BIM模型：利用Revit軟件，在BIM建筑信息基礎上，根據中央制冷機房設計圖紙，結合裝配化施工的需求，建立中央制冷機房各主要大型設備和管線的BIM族庫，進一步利用這些族群形成的整體機房模型可以與設備，管線的實際尺寸一一匹配，減小模型誤差。

2)通過全站儀對土建機房的原始數據進行掃描測量，掃描得到的實際數據進一步與通過設備族群等數據建立的BIM模型進行校核，校核得到的數據可以對現場實際安裝與原始設計圖紙的偏差進行修正，通過實際數據校核的模型可以最大限度的貼近現場實際土建結構的情況，降低因為模型不準確而引起的實際安裝誤差。

3)根據調整或修正后的中央制冷機房管線BIM模型，對中央制冷機房管線BIM模型進行科學的數字化模塊分段并進行編碼，綜合考慮運輸空間、裝配空間，形成管道加工圖、裝配圖及總裝配圖。裝配式制冷機房BIM深化圖見圖1，模塊分解圖見圖2。

3.2 場平規劃及布置

由于制冷機房位于地下室3層，且周圍空間較為狹小，運輸通道及運輸能力有限，需對場平進行綜合規劃。

考慮到機房內有小型汽車吊、叉車、升降車的通行及大型管道運輸，所以預留運輸通道。根據生產計劃，擬定預制管道分批分段進場。進場后管道的堆放及安裝應有序進行，因此進行了編號堆場，以保障場地的最大化利用。場地平面規劃如圖3所示。

3.3 裝配化施工總控計劃表

根據總裝圖及部署，將管道安裝分解為A，B，C，D四個部分，在保證工序銜接有序的前提下進行連續性流水作業，每個部分內部再分塊進行流水作業，具體分解及流水作業計劃如圖4所示。

3.4 裝配化施工步驟

3.4.1模型建立及施工模擬

土建總承包提供土建結構基礎模型→建立高精度的制冷機房整體設備和大型管道模型→統籌擬定各施工區域和各區域管道的安裝順序→進行三維動畫安裝模擬→根據模擬情況進行重難點分析→形成重點和難點的解決方案→場地整體平面規劃→向總承包提資運輸通道條件(吊裝孔及二次墻體砌筑預留)→制定與現場實際匹配的裝配方案。

3.4.2管道分段及主管道安裝

總承包機房土建條件移交→機器人全站儀測量→實際掃描數據反饋至BIM模型(土建結構和冷水機組)→模型匹配→根據掃描數據修正BIM模型誤差→形成各部件模塊分段表→工廠下單排產→機器人全站儀精準放線→支架安裝，胎架預裝→成品模塊進場→可移動操作平臺進場→分區段流水組裝支架→小型汽車吊進場→主管道在胎架上拼裝，調平，定型→主管整體提升落位→全站儀測量糾偏。

3.4.3支管道安裝

小型叉車進場(支管道舉升)→設備接駁→三維點云數據掃描比對→根據定稿圖紙檢查→局部銷差管段調整→三維點云數據掃描再次比對→施工單位自檢→組織各參建方實施驗收。

3.4.4設備清理及預留墻體封閉

汽車吊，操作平臺，叉車退場→垃圾清理→管道及設備成品保護→向土建總承包反提資→吊裝口及預留運輸通道墻體砌筑→制冷機房形成封閉。

3.5 現場實施

3.5.1機組就位及管道測量

利用機器人全站儀高精確性對建筑及結構進行全方位精準掃描與復核(見圖5)，將測量的點云數據信息反饋至BIM模型內與模型高度匹配。通過機器人全站儀直接與BIM模型無縫銜接，可以清晰的知道誤差幅度和具體區域，從而制定相對應的控制措施，最大限度的提高現場設備和管道的安裝精度。

在中央制冷機房建立機電管線絕對坐標系，設置為所有測量數據的參考點，將設備每個接口中心的三維數據反饋至模型，實現精準測量，降低累計誤差。再結合傳統的連通管液位測標高的方法進行驗證，比較誤差值(見圖6)。

3.5.2管道支架定位安裝

管道支架定位圖紙以經過現場實際數據測量，校核修正的BIM模型為依據，在滿足規范要求的基礎上，還需要考慮現場施工安裝和后續檢修空間。根據上述原則，進一步選擇合適的放樣點，支架放樣點的吊裝點位選取應以主要管線和輔助管線為考慮對象。

還有需要關注的問題是，應確?，F場放樣的坐標系和BIM模型坐標系為同一坐標系，只有二者是同一坐標系，才可以通過軸線網實現互相轉化。放樣點的點位確定后通過坐標系把相關數據導出至全站儀的存儲數據庫內。后續通過全站儀在現場進行放樣，如此方可實現BIM模型數據與現場實際安裝尺寸保存一致。

3.5.3水泵出水管安裝

由于兩臺水泵對應一臺冷水機組，所以把以上設備整體等同為一個安裝系統，將該段分為A1，A2，A3，A4，結合物資二維碼與BIM系統關聯，細化明確各組段安裝位置，將各組段在地面完成拼裝，利用在頂板預留的提升吊點進行分段整體傾斜提升。兩端系牽引繩，操作人員在安全距離用長勾將低側牽引繩通過支架框拿在手中，待低側落到支架，高側利用同樣辦法落位。安裝人員在升降車上進行管道調整及木托固定安裝。

3.5.4主管道拼裝整體提升

主管道整體拼裝(水平管道)：根據場平布置，利用物資二維碼與BIM系統關聯，按照與現場實際安裝位置保存一致的原則，明確組裝位置和順序，相應管道排布到位。遵循由左到右，由內到外的順序，利用小型叉車和汽車吊等安裝機械，依次吊放到距離地面1 m高的管道胎架上，進行預拼裝，調平，鎖定為整體，為保證管道安裝位置標高及三維數據與BIM模型內設計值一致，全程采用全站儀對管道安裝進行測量和修正；管道安裝位置到達設計值后，利用現場預留好的吊裝點，采取電動葫蘆伴隨人工實時調整，成排管道整體提升裝置等方式將水平主管以及支撐體系整體提升，直至與支架底座重合。雙層胎架及主干管就位圖見圖7，主干管抬升安裝見圖8。

3.5.5支管道的模塊化接駁

支管道的模塊化接駁(垂直管道)：按照深化圖紙，采用氣動扳手對管道及閥門，軟接頭，短管接頭等相關附件進行快速預裝，實現各組段初步連接成型，利用小型叉車等安裝機械，把各組段管道舉升到設計位置，為保證管道的三維坐標與設計值一致，在管道安裝過程中同樣采用全站儀對管道進行修正調整，直至達到預先設計數值，然后，利用氣動扳手快速連接設備和對應的管道，完成小組模塊的接駁。豎向管道安裝見圖9。

4 工廠化預制及質量控制

4.1 工廠化預制及二維碼應用

在機房整體BIM模型各參數根據現場實測數據不斷完善校正之后，還需要考慮的是向土建總包提資的吊裝口和二次砌筑墻體預留運輸通道的尺寸；在各項數據匯總整理后，根據現場的預留洞口和運輸通道等綜合考慮，確定管道分割模塊圖紙，根據加工廠的生產工序，深化設計完成模塊分解圖，管道加工圖，管道裝配圖和總體裝配圖。工廠收到定版的深化設計圖紙后，利用市場先進的“自動焊接機械手臂”“自動焊接對縫機”等自動化設備，對管道進行加工生產，從而保證管道的焊接質量穩定性和組裝配對準確性(見圖10，圖11)。

二維碼技術可以實現各種設備，材料，模塊的數字化處理，也是目前各建設項目實際實施過程中應用比較成熟的一種技術手段。利用該項技術，對生產好的管段分組模塊在工廠進行預先標貼，可以實現材料出廠，運輸流程的線上管控；在安裝過程中，技術管理人員亦可以通過掃描管道二維碼進入BIM模型，直觀的了解各模組在整體系統內的位置和接駁關系，指導工人高效便捷安裝。通過統籌規劃管理，結合近年來日臻完善的物聯網技術，二維碼技術還可以對項目建成后的智慧運維提供便捷有效，準確可靠的支撐。

4.2 管道運輸及吊裝

將預制好的管段、支架等部件進行包裝防護并編碼，利用專有車輛集中運送至現場。對于大型管道，利用汽車吊通過項目B1層吊裝孔吊至B3層，再進行轉運至制冷機房。對小型管道采用限高2.5 m的小車，通過地下室汽車坡道直接運送至中央制冷機房指定堆碼區。

4.3 吊裝安全管理

在工廠預制化加工完成的管道均以小型分段模組的形式運輸到現場進行安裝，管道模組比傳統單獨管道的重量有2倍～3倍的增加，因此運輸及吊裝的過程中應特別注意相關安全管理措施的落實到位，具體有以下幾點：

1)進入施工現場佩戴好安全帽，正確穿戴勞保防護用品。

2)堅持十不吊原則，施工人員做到持證上崗。

3)起吊時應有專人指揮，設備起吊離地10 cm時停止起吊，對各受力點及吊具進行檢查，確認安全可靠方可正式起吊。

4)防止起吊時設備轉動，設備應系好牽引繩進行控制。

5)在起吊機頂升設備時，要用愣頭進行保險，防止設備傾翻。

6)吊裝作業區5 m～10 m范圍外設置安全警戒線，非有關人員不得進入警戒線，專職安全員應隨時檢查各崗人員的安全情況，夜間作業，應有良好的照明。

4.4 質量控制

4.4.1BIM模型質量控制

建立基于實物尺寸的中央制冷機房管線BIM模型是裝配化制冷機房實施的前提，需建立冷水機組、空調水泵、閥門、減震器、管道、法蘭、木托等設備和附件的實際參數族庫，并綜合考慮如法蘭墊片、螺栓、法蘭盲板、扳手操作空間等細節，確保模型精度達到LOD400的標準，并能夠正確指導施工。

4.4.2加工圖質量控制

對中央制冷機房管線BIM模型進行科學的數字化模塊分段、編碼，并對應形成加工圖、裝配圖及總裝配圖。準確核對加工圖數據尺寸，確保數據尺寸與BIM模型高度一致。

4.4.3管道場外化預制質量控制

因采用全自動切割、焊接一體化設備，管道坡口圓滑、焊縫質量飽滿、均勻，是人工操作質量無可比擬的。利用三維激光掃描儀對工廠場外化預制件加工精確度進行校核，掃描產生的三維數據導入深化設計BIM模型內，與設計數據進行比對銷差，進一步調整BIM模型，從而確?，F場誤差可控；還需要對預制件的測量數據與設計數據的差值進行統計，參照施工驗收規范，偏差值超過規范允許偏差值的管段，加工廠必須對相應管段二次加工，確保偏差值在規范允許范圍內，從而提高現場安裝精確度。

4.4.4現場裝配質量控制

結合全站儀放樣定位、三維激光掃描儀等先進設備，完成設備、支架、管道等精準定位，通過快速裝配，利用全站儀、三維激光掃描儀在安裝過程中，實時測量，實時糾偏。

5 綠色施工

考慮項目位于深圳，南方地區地下室普遍存在空氣流通不暢，濕度大，施工人員作業環境差的實際情況，為保證裝配化施工的正常進行，改善施工人員的作業環境，根據國家有關環保法規，本項目采取了下述環保措施：

1)現場僅需對部分預留銷差管段進行焊接，焊接工作量較傳統人力安裝有極大的降低，改善了焊接過程中的空氣污染、光污染等對周圍環境和施工人員的影響。

2)現場的機械安裝和提升設備均采用電動，也減少了傳統汽油或柴油機械設備產生的尾氣對環境的污染。

6 結語

通過裝配式機房技術在平安財險大廈的實踐和探索，認為與傳統的人工現場安裝相比有以下的幾點優勢：

1)優化項目工期：傳統的安裝方式為，總承包提供機房約60 d，機電進場安裝時間約65 d，施工總周期約125 d；采用裝配式安裝技術，實現了管道場外提前預制，機電單位現場安裝時間縮短為2 d。再考慮后續運輸通道墻體砌筑封閉，總工期節省約40%。

2)提升工程質量：通過預制化工廠焊接一體化自動設備加工管道，坡口圓滑、焊縫飽滿、均勻，較傳統人工焊接，質量穩定可靠。同時，利用三維激光掃描儀對工廠預制件復核測量，提高安裝精度，確保誤差可控。

3)節省項目造價：隨著建筑市場的多年發展，工人勞務費用占比逐漸升高。本項目采用預制化技術，投入勞務工人18人，管理人員4人，總工時約2 d。前期設備投入及管道預制成本略有上升，但現場作業人員工時大大降低。經估算，整體安裝造價節省約20%。

4)綠色施工：通過管道的工廠預制化，顯著降低了現場焊接工作量，減少空氣污染，改善施工人員工作環境，符合綠色環保，集成化，裝配化施工的發展理念。