空調設備配管預制化施工流程及要點

吳章建 龐通

【摘要】文章結合實例●闡述了大型機場機電安裝施工設備機房管道加工廠預制化、模塊化裝配施工理念●通過 BIM技術進行三維虛擬建造●同時通過點云掃描技術生成模型與 BIM模型進行對比●檢測消差 O 將系統管道進行分解●形成模塊設計圖紙預制加工●再將預制好的管件閥門組模塊運到機房進行裝配●形成流水施工迅速完成作業●既提高了勞動生產率●又提高了工程質量●是建筑工業化發展的必然趨勢O

【關鍵詞】 BIM技術;點云掃描技術;管件模塊化;工廠預制化;裝配化;增效節能

【中圖分類號】 TU83【文獻標志碼】 B

1工程概況及系統簡介

成都天府國際機場場址位于簡陽市蘆葭鎮，距離成都市中心天府廣場直線距離約50 km，本工程為大型公共交通建筑，設計規模等級為4E類機場，一類機場航站樓。T1航站樓（含空側連廊）建筑面積337239 m2，T1陸側高架橋檐口最高點34.15 m、空側檐口高度19.35～23.75 m、屋面最高點45 m。本工程暖通工程包括內容：空調風系統、空調水系統、通風及防排煙系統、地板輻射系統、主動式冷梁系統等各系統的空調機組（空調器）、風冷熱泵機組、風機、水泵、變風量末端裝置、多聯機等設備及相應管線的安裝工程（登機橋固定端及橋頭堡的多聯機空調除外）。

本工程空調冷凍水系統為閉式三級泵系統，一級泵、二級泵設置在能源中心。T1航站樓共設有8組常溫冷凍水三級泵，11組高溫冷凍水三級泵，按服務區域分散布置于航站樓內。三級泵采用變頻調節。綜合考慮空調末端的冷熱處理需求、末端設備的換熱性能和調節性能、冷熱源系統形式，航站樓內高溫空調冷水的供回水溫度采用16/21℃，常溫空調冷水的供回水溫度采用5.5/12.5℃，空調熱水的供回水溫度采用50/40℃。能源中心至航站樓采用大溫差輸送熱水（76/50℃），航站樓的熱力人口處設置板式換熱器，將一次側熱水與二次側熱水隔離，二次側熱水（50/40℃）輸送到航站樓各處。熱水的板式換熱器采用一體化機組，內置循環水泵;二次側熱水采用帶真空脫氣功能的定壓補水機組，并設置自動加藥裝置。從簡化運行的角度，二次側熱水系統采用一級泵系統，即供熱工況由人口處的一體式板式換熱機組自帶的循環水泵負擔航站樓內的管網壓力。

2預制化思路及技術特點

需實施預制化機房為 T1航站樓空調水泵和末端空調機房，為航站樓暖通系統的心臟部位，設備及閥門多、管線復雜，安裝及焊接工作量巨大，使用 BIM技術，可在現場標記管道并在施工開始之前顯示施工后的管道形狀。直觀地呈現機房成型效果，做到所見即所得。采用管段預制化施工，讓管段加工及安裝分開進行，形成流水作業，大大縮減施工時間，提高工作效率（圖1、圖2）。

所有預制管段都以機組為基礎去預制安裝。由于加工場地限制并且主管立管已經施工到相應的機房，所以加工場只負責空調機組的閥門段預制，主管和立管在現場預制然后安裝。考慮到機房窄小，所有預制段只能用人力來安裝焊接，所以在 BIM設計的時候一定要考慮到預制段的大小重量。在管道安裝位置上，難免會有一定的偏差，為保證在小的偏差范圍內準確安裝組對，即管段的活接口位置一定要解決好，在現場實際操作中先找到活動焊接口，然后在其位置處多留約3 cm，根據現場實測切割焊口的同時掌握好管段長度，再進行安裝。最后根據每一臺機組所對應的管段進行編號，這樣確保對應的預制管件組對到對應正確的機組上（圖3）。

3 BlM模型繪制出圖

3.1族模型的繪制

首先是建模工作，從原理圖和機電結構圖創建機房的3D模型。使用 Revit軟件，根據廠家提供的末端設備、閥門、過濾器和其他配件的概覽，并根據現場實物實際測量的數據1：1繪制族模型，放入模型庫，檢查各種影響因素，在機房校正和調整模型和計劃。管道布局確定了設備和排水的位置，必要時將管道分成幾部分，并在管道和排水結構的設計中予以考慮，確保預制結構的設計精準[2]。

首次在機房中完成第一個模型項目后，要驗證系統是否正常運行，以及閥門組件是否匹配系統。BIM族模型的繪制必須保證所有繪制的閥門、設備、部件等與實物的大小尺寸一致。例如：設備的接口位置、閥門的法蘭盤大小等都必須與實物一樣。

3.2相應系統調節

在 REVIT軟件中設定好相應的管道系統，調節管材管徑，和實際材料保持一致，這里特別注意一下，一定要調節軟件內管道外徑和原材料管道外徑相同，保證模型的準確性。

3.3 BIM對機組的配管設計

根據設計圖紙中的配管示意，機房機組的管線及閥門布置在保證功能的基礎上盡量考慮美觀整齊，并初步繪制出配管大樣圖，配管方案在甲方認可后才繪制出最終模型，最終模型與現場實際布置為真實1：1布置。

3.4現場點云模型掃描輔助驗證

即使在創建 BIM模型后，也需要進行現場驗證，此步驟可確保模型的準確性，避免因現場施工的偏差而造成的返工及不必要損失。在這個階段就體現出點云掃描在 BIM 中的應用。在這里簡單介紹下點云與 BIM的關系：點云是點的集合，能反應被掃描對象的真實誤差，而 BIM模型則是設計的理想狀態。在 BIM模型在電腦上繪制形成后，在機房進行點云掃描，可以把兩者放在一起進行比較，實現驗收、形變檢測、消除誤差等功能。

按照專業要求設置對應的屬性信息檢查的要點，主要是建筑墻壁的位置尺寸，結構和桿柱的尺寸，泵的進出口的密封面尺寸，閥門配件和管道位置。首先利用三維激光掃描設備進行目標物掃描，獲得數據后首先用配套軟件（如Geomagic）進行點云去噪、平滑等數據預處理，數據處理完成后轉人 Revit， 這一步可能會用到 sCANT0BIM這個插件，數據轉人到 BIM軟件中后，然后在 Revit中建立相應族文件，生成的文件與模擬生成的 BIM文件做全局對比，在此步驟中應該分析評估管段分段的合理性和平均性，有偏差及時進行修正，避免管段過長過復雜給加工和現場組對造成困難（圖4）。

3.5機組編號、分段出圖及材料統計

機房機電管線模型繪制完成后，將需要預制加工的閥門組段進行分段拆分編號，拆分管段時，將根據水流方向計算管道。在垂直管道中，必須在設備接口處安裝適當長度導管，拆分的管道應分別出大樣圖，對各尺寸做好標注，作為指導現場加工廠加工的依據（圖5）。

4現場閥門組預制加工

4.1水平預制段制作

管道分段方案確定后，從系統中導出管道分段預制加工圖，提交給預制工程進行管道加工。同時對支吊架定位尺寸圖、機房管線定位圖、設備定位圖、設備基礎圖等從系統中導出，各專業圖紙交給現場施工人員進行核實并用于指導施工。設備基礎施工完畢后，要對基礎尺寸和位置進行復核，這些數據輸人到模型中，用于對模型的動態調整，然后對設備定位圖導出，現場加工廠預制加工管道圖紙應為調整后最新版圖紙，通常管道加工誤差控制在±1 mm，這就要求設備定位安裝精度要高。要對管道長度的精準度和管段焊接質量進行監管。預制加工階段，對工廠技術負責人和現場預制工人開展預制交底，拿到預制加工圖紙及時核對管道尺寸、閥門閥件位置是否一致。空調機組末端配管尺寸需嚴格按照圖中預制尺寸加工，加工中存在累計誤差處需設置消除誤差段。預制段上有溫度計，壓力表時需按照圖紙點位進行加工，不可自己估計尺寸加工。在預制段上有蝶閥時，應及時查閱預制段明細表，確定蝶閥位置。蝶閥端應焊接蝶閥法蘭，蝶閥法蘭螺栓孔應保證閥門閥件安裝時朝向一致。所有預制段均需在加工廠組裝完成后再運進現場，在組裝過程中，應綜合管段預制編號及其三維視圖進行組對安裝。圖紙尺寸不清晰或有疑問及時與 BIM出圖人員聯系，不可自己預估尺寸。

4.2 水平預制段運輸到位

在運輸過程中應對預制管段采取固定措施，避免預制管段在運輸過程中來回晃動。對儀表、閥門閥件采取保護措施，避免其運輸過程中的損壞。

4.3 主、立管段制作及安裝

預制段安裝時應從機組進出口位置開始安裝，在安裝過程中，應確保安裝入員安全及儀表、閥門閥件不可損壞。預制段門型支吊架搭設時，應考慮預制段法蘭盤位置，支吊架應盡量考慮在梁上安裝。

在現場安裝過程中，水平段的儀表在同一位置。在立管安裝時，應采用紅外線放線等措施對預制段找平，確保預制段立管及水平段在同一水平面。空調水管主管開口位置及支管末端泄水口位置需待預制段安裝完成后現場實際測量再進行主管開口及支管末端泄水段安裝。

4.4 預制化管件組對及收尾口

管道預制結束后及時檢查管道內有無焊接熔渣等異物。檢查結束后用塑料封頭封閉，以防雜質進入管段內。到施工現場進行安裝前在拆封并進行全面檢查。管段根據大樣圖在現場進行組對，法蘭連接時應保持平行，其偏差不大于法蘭外徑的1.5/1000，不大于2mm，不得用強緊螺栓的方法消除歪斜，法蘭連接應保持同軸，其螺栓孔中心偏差不超過孔徑的5%，保證螺栓自有穿人，螺栓緊固后外露長度不大于2倍螺距。不能用加熱管道、加偏墊或多層墊的方法來消除接口端面的空隙、偏差等缺陷，應利用預留的活口（馬兒）位置進行整體調整。管道支吊架安裝應與管道安裝同步，并嚴格按照大樣圖施工，禁止臨時支吊架與管道焊接在一起。

4.5 現場完成形象與BIM圖紙的對比式復盤

在空調制冷機房采用“BIM +工廠預制化裝配施工技術"，把管道現場的下料焊接加工作業轉人專業加工廠預制，僅在施工現場進行管道組裝配對，施工現場環境好，現場施工廢料減少80% ，且管道根據下料單集中加工，加工質量更好，且極大的控制了因工人自由發揮導致的返工的情況，且大量管道在預制廠加工，現場裝配工序更加標準化、程序化和簡單化，防止了長時間的現場交叉施工和高空作業，安全事故因此也減少，場內實現“零焊接"，極大地提高了施工進.度和施工效率（圖6）。

在機房預制化施工之前，我們對機房的管道碰頭及閥門安裝按常規化施工進行過測算，原一個機房需6人安裝20天才能完成。進行預制化施工后，一個機房所需的預制管段，3人10天即可加工完成，然后碰頭及主管安裝，3人10天即可完成。時間上，一個機房可以節約60個人工，并且預制化和組隊安裝可以同時進行，形成流水作業，原計劃20天完成的機房最快10天就可完成，節約工期2倍以上，經濟效果非常顯著。

同時，機房的BIM圖紙文件和分段大樣圖可作為竣工附屬資料留存，為后期機房的維護、設備及閥門的拆裝檢修過程提供極大的便利。

5現場工效提升的總結和應用展望

在我國經濟不斷提升以及建筑行業快速發展的前提下，BIM預制裝配式施工技術的運用，將會引發新一輪的安裝技術革新潮流，大大減少安裝施工時間，提高安裝效率，讓建設方在安裝前即可對安裝成品有-一個直觀感性認識，真正實現圖紙與現場“分毫不差"，且專業預制工程使用機械加工方式，管道的加工質量也得到了保證。實現了機電安裝專業的規模化、工廠化、標準化作業，促進施工技術的發展。應該逐步熟悉并掌握此門]技術，并把它應用到更多的實際工程中。

參考文獻

[1] 中華人民共和國建設部，通風與空調工程施工及驗收規范，中國計劃出版社，2016 ，288.

[2] 鐘凱，淺談制冷機房BIM +工廠預制化裝配式施工應用[J].安裝雜志社，2017（7）： 18.

[3]鄭賢來.預制裝配式制冷機房實施的創新探索[J].發展與創新雜志社，2019（4） ，253.