BIM輔助整體預制裝配式設備安裝設計實踐

劉卓豪， 劉凱， 李嘉

（深圳市天健坪山建設工程有限公司）

1 引言

設備、管線等的安裝涉及多個專業的互相協調，設計階段由各個專業獨立出圖，機電管線的綜合布置屬于粗放管理，經常給后續的施工帶來管線碰撞等的問題[1-2]，同時安裝質量直接影響到使用者的體驗感受，因此傳統設備安裝技術亟待改進。

2 BIM輔助整體預制裝配式設備安裝技術

目前建筑行業機電設備安裝過程中的水泵站、制冷機房、消防泵房等管道安裝大多采用卡箍連接工藝，工藝較為成熟，與BIM建模技術可以有效聯合，采用預制加工廠和現場流水作業安裝，實現管綜布線合理、三維可視化；工廠預制加工、裝配工藝流程標準化；環境材料信息數據精準化，在降低工程成本、保證拼裝效率、提升施工質量等方面，將會取得跳躍性的提升，為同類型項目技術應用積累寶貴經驗[3-4]。

BIM輔助整體預制裝配式設備安裝技術是將BIM技術和整體預制裝配式技術結合，主要步驟包括BIM輔助設計、工廠化預制、成品檢查驗收及物流化運輸、整體組裝施工設計。其中設計是對用戶合理需求的展示和傳達的過程，展現智慧化建造技術的核心實力；預制是對設計工作的強力支撐，體現了設計合理性和工廠化預制加工的工藝水平；運輸是預制加工廠和施工現場的溝通橋梁，保障現場流水作業安裝，是現代化物流運輸的實力反映；裝配則是技術方案實施的最終體現，是對技術方案可行性的論證。

3 應用項目簡介

深圳市國家生物醫藥產業基地配套集中廢水處理廠位于坪山區生物醫藥產業基地，項目消防水泵房主要設備為立式消火栓消防泵和自動噴淋消防泵各兩臺，一用一備，主梁底到地面凈空2850mm，依據設計圖紙，消防系統上的主要管路附件和自動化儀表均安裝在豎直管段上，對管路附件和自動化儀表的安裝標高有嚴格限制，稍有偏差會導致立管長度超限，造成管段報廢，消火栓系統與自動噴淋系統管線在空間內交叉碰撞（見圖1），管線綜合排布及支吊架布置設計直接影響到使用者的體驗感受。同時，項目的消防水泵房在綜合樓負二層，設備及材料運輸通道不便、施工人員作業空間狹小、作業強大，現場加工會產生較多邊角料，造成材料的浪費和現場擺放雜亂的現象，給施工現場管理和質量保證控制帶來困難。

圖1 消防水泵房BIM模型

4 BIM輔助整體預制裝配式消防水泵房設計

4.1 BIM建模程序

根據設計圖紙建立消防水泵房三維模型，結合國家規范要求和設備廠家提供的數據進行補充完善。BIM小組成員應加強數據信息的交流溝通、做好工序的協同工作，確保土建結構、裝飾裝修專業與機電專業數據信息真實可靠，整合各專業模型文件時能夠快速對齊、對正。項目的BIM模型，構件分類、族類型命名、模型色彩等應符合深圳市相關信息模型設計交付標準。

建模時根據設計交付圖精細化建立土建結構3D模型和MEP（暖通、電氣、管道）3D模型，機電設備和復雜的管線附件通過設備廠家或設計提供的資料信息，建立設備和管線構件標準族，豐富企業族庫方便同類型項目調用。

運用建立的三維模型進行碰撞檢測和設備管線綜合分析，解決碰撞問題，優化管線的走向、標高等。從模型屬性中提取管件的相關數據信息，制作成預制加工材料表、制作管件模型分解圖和預裝配組裝模型。

4.2 消防泵組單元系統的模塊化

將消防水泵房內四臺消防水泵分為四組，兩組相同消火栓泵a；兩組相同自動噴淋泵b（見圖2）。

圖2 預制化消防泵組單元

4.3 管道布置合理緊湊

利用綜合支吊架技術，創新排布、集成機房內管道，集成所有的管道、消除管線碰撞、優化人員檢修通道，進一步提升機房空間的利用率（見圖3）。

圖3 機房管線綜合排布

圖4 預制加工圖

4.4 支吊架驗算

支吊架系統應能承擔設備、管道等的運行重量和運行振動的影響，利用品茗機電深化插件對支吊架系統進行驗證分析，將插件導出的計算書提交給建設單位復核確認，進一步提升支吊架系統的穩固性。

4.5 復測現場進行校核

優化設計好預制模型整體后，對模型進行拆分時應考慮現場安裝整體誤差，對現場空間進行復測，確保模型和現場一致，提升建模的準確度。

4.6 預制組裝圖分解

優化設計好預制模型后，根據設備供應商提供的詳細參數，將模型按工序拆解為預制加工圖（見圖4），并標注所有管段、支吊架、螺栓孔等準確位置，滿足預制加工圖的精確度要求。

5 BIM輔助工廠化預制設計

我國的裝配式建筑近年來取得了快速發展，特別是引入數字化生產線后，建筑機電系統的預制加工也不斷落實，極大地提高了機械化作業水平，保證了加工質量，杜絕了材料的浪費、現場擺放雜亂的現象，實現綠色環保節能減排[5]。

5.1 施工準備

主要是根據材料設備清單聯系管材和閥門等設備廠家及時采購，以及預制場地準備，包括預制加工場地應距項目施工現場相對較近，縮短預制構件運輸距離，且應具備良好的道路運輸條件等。

5.2 鍍鋅鋼管管段預制、預裝配、水壓試驗

按照模型預制分解圖并結合材料清單的數據信息，將管材切割成所需的管段尺寸，兩端用壓槽機壓出溝槽，深度及寬度應符合質量要求，在管壁上開孔用于機械三通或四通等管件的安裝。管路分段時應考慮管道系統分類、管線布置及包裝運輸等因素，將預制好的管件、管件三通、管件四通、法蘭和機械三通、四通，用溝槽管件接頭按照預裝配圖連接起來。分段預裝完成后，每個預裝配管段在出廠前都必須進行水壓試驗。實驗前嚴格按照設計圖紙要求確定水壓實驗壓力、持續時間及合格標準，提前用堵頭或盲板將預裝配管段進行封堵，預留進水口和排氣孔位置。試壓時打開試壓管段中的閥門，試壓過程中不得轉動管件、連接件和緊固件。

6 BIM輔助成品檢查驗收、包裝運輸

將管段預制成品與MEP模型圖紙、模型分解圖進行比較，復核驗證預制準確度和精確度，抽樣檢查溝槽制作質量，驗收合格后，標記或粘貼永久性標簽，歸類包裝運輸至安裝現場。

7 BIM輔助水泵機房整體組裝設計

現場裝配施工工藝質量在很大的程度上決定了整體預制裝配式設備安裝技術的成功率，所以作為裝配式機房施工的最后一個環節，現場拼裝作業的監管非常重要。

①確定坐標基點，用水平儀和全站儀對水泵、支吊架及管線進行定位并做好標記，按照設計圖紙和規范要求進行泵體和支吊架的安裝，對其位置、水平度及標高等進行復核。

②按照先大口徑、總管、立管，后裝小口徑、分支管的原則拼裝。編號順序連續安裝，不可跳轉、分段裝，避免管段之間連接困難和影響管路整體性能。

③管道安裝完畢應進行系統試壓，在系統試壓前，應全面檢查各安裝件、固定支架等是否正確安裝到位。

8 結語

基于傳統設備安裝技術結合BIM技術進行改進，提出了BIM輔助整體預制裝配式設備安裝技術。該技術通過BIM輔助設計、標準化預制、物流化運輸、裝配式施工，實現設備的整體裝配式安裝，并在深圳市國家生物醫藥產業基地配套集中廢水處理廠消防水泵房進行了應用。

該技術將原本繁雜的現場組裝工作在工廠化預制加工階段完成，使現場安裝大大簡化，不需要配備復雜的電源電纜、切割工具，消除了現場動火作業，現場不再配備焊接機、氧氣瓶、乙炔瓶等，大大降低了漏電和火災隱患。