數字化預制裝配吊裝技術探討與應用

白利 王榮 馬俊虎 萬方春 袁壯壯

摘要：數字化預制裝配吊裝技術指水泵、板換模塊的構件提前在數字化預制裝配基地進行了加工預制，然后將這些預制完成的模塊通過運輸的方式轉移至工地，通過一定機械吊裝技術，把運輸過來的預制好的模塊放置在規定的基礎面。水泵模塊設置可拆卸點螺栓連接，可實現多種尺寸的拆卸方案。勘察現場情況結合模塊尺寸確定整體吊裝及分件吊裝的拆卸方案。

關鍵詞：數字化預制裝配;整體吊裝;組合吊裝;半拆卸吊裝;分件吊裝

數字化預制裝配技術指的是一種先進的基于數字化標準預制定義的技術，主要分為四個階段：BIM設計階段、車間加工階段、檢查試壓階段、運輸吊裝階段。其中BIM設計階段是整個技術的關鍵，所以我們重點介紹一下BIM設計階段的優勢與不足之處，供大家分析借鑒。

一、BIM設計階段：

BIM技術是一種新興的數字化技術，它可以在建筑時使用，通過在項目的不同階段在BIM中插入、提取、更改和修改信息將不同利益的相關方聯系起來協同作業。BIM的技術理念符合建筑行業的應用，可以使其在工程建設時利益最大化。BIM就是可以解決傳統技術問題的一種新興的信息化設計技術，它能夠在一定程度上縮短建筑設計的周期并且提高工作效率和工作質量。就像工廠生產的大機器取代手工技術一樣，計算機信息管理技術逐漸取代傳統管理技術也是一種發展的必然趨勢。從我國建筑工程設計的發展來看，從信息管理技術興起至今，它已經發生了兩次技術性的革命。第一次技術性的革命是CAD技術在開發和應用，它將傳統的手繪圖紙改進為計算機繪制圖紙;第二次技術革命則是指BIM技術的誕生和使用，它將多專業分別分步的繪圖方式轉換為共同繪圖，把傳統的二維空間模式轉換為三維空間，更加具有立體感，使繪圖效果更加顯著突出。同時采用數字化技術在工程設計時能夠提供相應的信息庫數據，這些信息數據可以詳細的描述建筑的集合信息和專業化信息。BIM技術在中國建筑行業發展緩慢，并沒有得到很好的普及和應用。首先BIM技術從美國引入到中國的時間還比較短暫，在應用和普及上還需要更多的時間;其次，很多建筑行業的工程人員對于新技術的學習和使用還比較保守，他們認為新型技術學習比較繁瑣，往往選擇墨守陳規，抵觸創新的新技術;而且對于從二維空間到三維空間這種思維模式的改變還不能完全適應，這些因素都阻礙了BIM技術的推廣和普及。傳統技術存在的問題隨著社會的進步，信息技術化的發展腳步加快，建筑業中的信息化程度也已經突飛猛進，我國傳統的建筑設計流程已經不能滿足建筑業現代化快速發展的要求，這一點從各個方面都表現得出來。空間設計存在的問題因為傳統的建筑設計流程是建立在二維模型的基礎之上的，給設計師空間上的感覺是有限的，沒有直觀的空間感受，往往不能對空間上的內容進行很好的理解，所以給出的結論自然存在偏差。傳統的建筑設計流程缺少了三維立體構圖的空間直觀感受就對設計師造成了空間上的障礙，完成后的建筑經常會出現空間過于空曠或者過于壓抑等情況的出現。建筑分析上存在的問題傳統的設計流程中是只拿出一個建筑的模型，對這個模型的外部進行各個方面的研究，而對其內部只是進行一個簡單的形態勾勒，等到外部設計結束之后，再利用不成熟的二維軟件對其內部進行設計，設計出來的結果也是差強人意的。也就是說，傳統建筑設計流程中，在建筑分析方面，只存在一個空殼，對這個空殼的外部進行一番研究，之后在這個空殼上面套用各種公式和算法對其內部形態加以設計，或者僅僅憑借設計師的經驗和感覺對內部的結構形態進行估算和設計，整個的流程中沒有準確的數據理論的支持。建筑成果展示存在的問題目前我國大多數建筑公司在展示其建筑成果的方式上面都采用的是靜態效果的展示，雖然很多效果圖都經過公司后期的渲染和制作，但是其靜態的展現形式仍存在多方面的弊端。例如某些靜態效果圖經過特殊制作特地展示建筑的多方位局部特點，但是因為設計采用的二維技術缺乏空間上的直觀感受因此展示出的局部效果和真實建筑中存在很大的偏差，另外，在靜態效果圖中，建筑的內部形態也基本上展示不出來。新的BIM技術在建筑設計方面從傳統的二維模型發展到創新的三維立體構圖，不僅在設計工具上面是創新，對設計師的思維改變也起到了至關重要的作用，設計師可以在三維立體構圖中大膽發揮自己的想象進行設計，在BIM技術中將自己的設計理念更好的展現出來。BIM技術在建筑工程設計中的應用優勢主要體現在以下幾個方面。在設計的初期，對建筑的設計對象不再是一個簡單的模型，BIM是一個內容豐富展示全面的建筑模型，它不僅將建筑的外觀直接表現出來，更是將建筑的內部細節比如一條走廊一間房間更直觀的展現在設計師眼前，設計師可以根據這種最為直觀的建筑模型對建筑的外部和內部進行統一的設計，并且對空間上的大小有了更準確的數據進行研究。所以，BIM技術是建筑設計中是最直觀的體現。在傳統的建筑實際中，會出現很多問題，例如設計的不夠深入，這是由于觀察角度的單一造成的，設計師僅從一個角度對建筑進行觀察，這就容易出新設計的誤差。BIM技術可以很好的避免這一情況的發生，BIM技術采用碰撞檢查，為同一工程的相關專業人士提供一個可以共同工作的平臺。一個設計師設計出一個方案上傳之后其他所有相關的專業人士都可以看得到這一方案，而如果一個設計師發現其他人設計的方案中存在問題，也可以在這個平臺上及時的提出與之談論并可以自己修改，實現真正的信息共享，減少信息傳遞時間和傳遞的誤差，提高在設計中的工作效率。傳統建筑設計流程中和建筑成果展示時，所采用的都是靜態的圖紙進行展示，圖紙所表現出來的二維圖形存在很多不足。BIM技術在這些流程中都可以對建筑進行有效完整的虛擬化，比如在設計中需要哪一細節的圖紙可以直接從BIM技術建筑模型中提取出來，省去了繁瑣的人工尋找。再比如，在設計完成后的效果展示中，BIM技術所展示的是建筑的三維立體圖形，建筑的外觀以及內部所有細節都一覽無余，并且，建筑的空間大小也是經過準確的數字比對，與實際建筑的偏差也幾乎沒有。

二、車間加工階段：

根據廠區的實際數據，設計出適合廠區的平面圖，根據實際情況結合車間的生產需求進行車間加工。施工全過程，通過方案模擬、深化設計、管線綜合、資源配置、進度優化等應用，避免設計錯誤及施工返工，能夠取得良好的經濟、工期效益。

三、檢查試壓階段：

這一階段主要是通過實驗確保車間內各種管道、鋼絲繩等配件結實可靠，無漏點或斷裂情況。主要檢查項目有水管、送汽管道、油路管道、輸送帶、吊車鋼絲繩等部件。試壓即是對地面設備的耐壓能力進行測試的過程。對地面管匯試壓則需關閉有關閘閥;對套管等試壓需要有封堵器、試壓泵等。根據設備不同，有不同的壓力標準，壓力試驗應符合下列規定：1、壓力試驗應以液體為試驗介質。當管道的設計壓力小于或等于0.6MPa時，也可采用氣體為試驗介質，但應采取有效的安全措施。脆性材料嚴禁使用氣體進行壓力試驗。2、當現場條件不允許使用液體或氣體進行壓力試驗時，經建設單位同意，可同時采用下列方法代替：所有焊縫（包括附著件上的焊縫），用液體滲透法或磁粉法進行檢驗;對接焊縫用100%射線照相進行檢驗。3、當進行壓力試驗時，應劃定禁區，無關人員不得進入4、壓力試驗完畢，不得在管道上進行修補。5、建設單位應參加壓力試驗，壓力試驗合格后，應和施工單位一同按規范規定填寫管道系統壓力試驗記錄。

四、運輸吊裝階段：

起重吊裝作業前，實地考察吊裝現場，與主要的操作人員制定出切實可行的吊裝方法和安全措施。保證作業安全，避免盲目施工，在施工前將起重吊裝方案詳細地告訴操作人員。主要的施工方法、人員配置、起重機械選擇、吊裝運輸方法、起重運行路線、構建的平面布置、運輸、堆放、安全措施等內容均要詳細地告訴其中吊裝工作人員，避免出現安全事故。嚴格執行安全技術措施。消除對吊裝環境的不利影響因素，如：電氣線路，風力影響，場地的影響，高溫環境，場地內存在有毒有害、易燃易爆物品等都有可能引發事故，造成人員傷亡。在起重吊裝過程中要做好以下幾點：1、做好施工前準備工作，包括準備并檢查起吊物品和防護措施，準備好輔助用具，確定并清理落物地點，力求平整寬闊。2、提高捆綁物品的技術。捆綁構建和設備之前，研究其重心點，根據形狀和重心點位置確定捆綁點;捆綁重物起吊時，主義掛鉤角度，防止物品脫鉤;捆綁有棱角物品時，應在鋼絲繩和吊裝物品間墊上麻袋、木板或輪胎之類的耐磨物品，以免鋼絲繩被其棱角研磨發生斷裂;起吊零散物品時，應借用輔助用品加以吊裝，保證吊裝平穩。3、指揮信號要準確。按照規定的標準起吊信號進行聯絡，起吊司機也要對指揮信號、運行通道，起落空間時刻觀察，確保吊裝順利進行。4、選擇安全的吊裝位置。起重吊裝運輸過程中，由于所吊物品的沖擊、搖擺跨越作業區等情況經常出現，所以，在吊裝時根據作業區的環境選擇安全位置，避免吊裝運輸過程中的人身傷害。

隨著我國經濟的持續快速的發展，勞動力成本的不斷提高，節能環保意識的不斷增強，在近年來，陜建九建集團在數字化預制裝配技術方面有很大的發展，2019年建設了數字化預制裝配車間，主要生產水泵模塊、扳換模塊。筆者結合多年的工作經驗，就數字化預制裝配技術的實際性應用案例進行如下闡述：

案例一：會展中心整體吊裝

經過測量會展中心施工現場進場道路和吊裝施工作業場地，滿足大型吊裝機械進入現場進行吊卸作業施工。勘查測量通往機房模塊和設備基礎的搬運通道口尺寸為4.5m*4.8m，泵房內最大模塊尺寸為4m*2.9m*3.5m滿足數字化預制裝配模塊整體吊裝要求。

案例二：能源中心組合吊裝

經過測量能源中心施工現場進場道路和吊裝施工作業場地，滿足大型吊裝機械進入現場進行吊卸作業施工。勘查測量吊裝口尺寸4.5m*4m和通往機房模塊基礎的搬運通道口尺寸為6m*5.5m，泵房內最大模塊尺寸為7.2m*3.4m*3.2m不滿足數字化預制裝配模塊整體吊裝要求。因模塊寬和高滿足吊裝及搬運，所以將最大的水泵模塊分為兩組水泵模塊3.6m*3.4m*3.2m進行組合吊裝。

案例三：三館半拆卸吊裝

經過測量三館施工現場進場道路和吊裝施工作業場地，滿足大型吊裝機械進入現場進行吊卸作業施工。勘查測量展覽館吊裝口尺寸4.5m*3.8m和通往機房模塊基礎的搬運通道口尺寸為5m*4.2m，泵房內最大模塊尺寸為3.8m*4.1m*3.2m不滿足數字化預制裝配模塊整體吊裝要求。因模塊長和寬滿足吊裝及搬運，所以將最大的水泵模塊采用進行半拆卸吊裝方案，將方鋼螺栓連接處拆開，降低水泵模塊標高。

案例四：東沙文體館分件吊裝

經過測量施工現場進場道路和吊裝施工作業場地，滿足大型吊裝機械進入現場進行吊卸作業施工。勘查測量吊裝口的大小6m*4.8m和通往機房設備基礎的搬運通道為1.5m*2.2m，不滿足預制裝配模塊整體運輸。綜上勘察現場確定分件吊裝的拆卸方案。

綜上，零散的預制好的支管、模塊底座和方鋼以及板換模塊和水泵模塊等到場后，吊車駛入預定支車位置，吊車支好后，有起重工把繩索栓掛在模塊吊裝點上，并與吊車大鉤掛牢，由指揮員指揮吊車起繩，待模塊吊離貨車約10cm時暫停，檢查吊車支腿和模塊底座吊裝點，確認后在模塊底部栓留尾繩。信號由指揮員指揮吊車起升擺臂把模塊吊裝到吊裝洞口上方，確認可以吊裝后，指揮吊車緩慢落繩把模塊構件吊裝到地面。模塊吊裝到地面后，在模塊底部鋪墊搬運車，因搬運地面未回填，所以卷揚機作為牽引，人工喂滾/搬運車，沿清理鋪設的路由通道（設備基礎臺高度約為20cm，利用枕木鋪設對預定路由搬運通道填充鋪平，在枕木上方鋪墊鋼板作為搬運通道），人工把模塊構件搬運到基礎臺上旁，將零散的模塊構件裝配成一個模塊整體結構。

數字化預制裝配技術是當前最為先進的一種加工吊裝技術，其在水泵、板換的制作過程中具有較為廣泛性的應用。這主要還是由于數字化預制裝配技術的使用方便性和靈活性，既能夠進行整體性的裝卸，同時又能夠進行拆卸吊裝，極大地方便了數字化預制裝配工作的有效開展，既高效，又高質。

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