基于BIM的裝配化機電安裝施工關鍵技術應用

【中圖分類號】 TU85

【文獻標志碼】 B

0 引言

隨著技術的革新，建筑工程裝配化施工迎來了快速發展階段。2020年全國新增裝配化建筑共計6.3億 m² ，相較于2019年，增漲近 50% ，裝配化建筑已達到全國總建筑面積的20% [1]。裝配化建筑施工不僅可以降低人力，還能達到節能減排綠色生產的效果，裝配化建筑建設過程中采用BIM技術輔助設計施工[2-4]，可提高工業化程度高，提高生產精度，同時通過BIM技術構建數據共享平臺，可實現工程項目的全過程信息化管理，提高施工效率，縮短工期，大力發展基于BIM技術的裝配化建筑施工已成為未來建筑業的發展趨勢，裝配式建筑施工與信息技術應用已然成為國內外學者重要研究方向之一[5-6]。設備安裝[7]、線路安裝[8]、燃氣管道安裝[9]等機電安裝是裝配化建筑施工的重要組成部分，安裝過程涉及多種工藝，施工較為復雜，安裝質量更是直接影響裝配化建筑物的使用壽命，甚至威脅人們的居住安全，結合信息化技術優化裝配化機電安裝將是未來建筑機電施工的發展趨勢。

目前，國內外學者對裝配化建筑的建設進行大量研究，王競千等[1]依托洪澤區文化體育館為工程背景，應用BIM技術輔助施工管理，項目實施過程中為了更好應用BIM建造智能平臺，借助外部插件對BIM技術進行了二次開發，提前完成了項自裝配化施工作業；基于裝配化建筑施工的復雜程度，工程投資成本難以保障精度，胡林[1借助BIM技術提出了成本控制策略，工程實踐表明，采用BIM技術輔助裝配化建筑施工成本計算，可以提高成本預算精度；Cheng等[]通過大量資料調研，統計了BIM技術拓展應用于裝配化建筑工程中的25個經典案例；張美強[13]詳細介紹了裝配化建筑的分類及應用領域，并提出了裝配化建筑未來的發展方向，可以通過加強科技研發、優化數字化信息化應用以及增強產品質量來進一步推進裝配化建筑的應用；瞿民江[14]依托某裝配式建筑項目為工程背景，在裝配化建筑施工過程中，合理運用了三維仿真建模、智能放樣、預制構件精確對位等創新技術，一方面提高了施工智能化水平，另一方面通過采取智能建造技術提前保質保量完成了項目的施工，節省了工期和投資；Ganiron[15]通過調研發現，由于裝配化建筑施工具有節能環保、施工速度快、經濟性好等優勢，在發達國家夠得到了廣泛應用，同時通過調研還研究了預制房屋構件對施工效率、工程質量的影響；高樹梁[1對比分析了裝配式建筑結構和常規鋼材結構，發現裝配式建筑具有高精度、高效率和低環境影響等優點，進一步研究了裝配化建筑的施工管理；焦紅等[17]提出了一種基于模糊集-改進證據理論的風險評估模型來解決裝配式建筑的風險決策問題，工程實踐驗證了該理論模型的合理性和實用性。

綜上，國內外學者對基于BIM技術的智能化裝配式建筑的建設方面做了大量研究，并取得了顯著研究成果，而在裝配化機電安裝與信息技術的集成應用方面卻鮮有研究。機電安裝是裝配化建筑施工的重要組成部分，隨著BIM技術的逐漸成熟，采用BIM技術優化機電安裝將是未來裝配化建筑機電安裝施工的發展趨勢。本文從裝配化建筑施工特點出發，借助BIM三維仿真建模技術對機電設備、管路閥件、綜合支吊架等進行了深化設計，以期建立一套系統完善的裝配化建筑預制構件模塊族，同時形成裝配化機電施工的標準圖庫，供類似工程參考。

1概述

1.1 裝配化建筑特點

裝配化建筑施工即是一種將在指定工廠內事先制作好的鋼結構構件、混凝土結構構件、木結構構件等建筑結構預制構件運輸至施工現場進行拼接組裝的施工方式，根據設計要求，選擇相應的預制構件完成裝配化建筑施工，具有如下特點：

（1）施工速度快、效率高。由于裝配化建筑結構采用廠內預制構件，現場施工時可按設計說明直接進行拼裝作業，提高效率的同時又可節約因混凝土澆筑、砌筑等大量時間，相較于傳統建筑施工，裝配化建筑施工速度更快、施工效率高。

（2）工程質量高。裝配式建筑結構構件大部分在廠內預先制作，預制結構構件采取標準化、模塊化批量生產，作業規范，構件尺寸、強度等控制嚴格，相較于受外部環境影響下的人工制作完成，產品缺陷更少，質量更高，故而可提高建筑結構整體質量。

（3）施工安全性高。裝配化建筑結構采用廠內預制構件，減少了施工現場建筑結構作業量，降低了施工風險概率，而對于傳統建筑施工，現場施工作業量更大，作業人員更多，工人在高空、狹隘空間作業頻繁，發生安全施工風險更高。

（4）減少環境污染。一般高層建筑位于城市中心，傳統建筑工程施工現場會對周圍環境產生噪音、廢棄物等污染，而裝配化建筑預制構件在工廠內制作完成，可減小建筑施工對周圍環境的影響。

（5）節能環保。根據建筑結構設計要求，預制構件可采用節能環保材料。

綜上，裝配式建筑施工在提高施工效率和質量、增強工安全性、減少環境污染和資源浪費、促進節能環保等方面具有顯著的優勢。

1.2基于BIM的裝配化建筑特點

BIM技術作為建筑領域的一項革命性技術，通過對收集信息進行篩選處理，有利于信息的及時高效利用，節省資源，實現對工程項目全過程的精細化、集約化管理，有效推動建筑業向信息化、工業化轉型。結合裝配化機電安裝施工構件生產精度高、建造效率高、工業化程度高的優點，借助BIM強大的信息共享平臺，提升裝配化建筑的設計、生產、施工水平，實現工程項目的標準化設計、工廠化生產、裝配式施工、信息化管理，可以顯著地降低工程建設的成本，從而為縮短工程建設工期，提升成本效益提供保障，促進項目各階段的效益最大化。

1.3基于BIM的裝配化機電安裝特點

機電安裝作為建筑工程施工中的重要組成部分，所涉及到的主要內容主要包括設備安裝、線路安裝以及管道安裝等，裝配化機電施工提高了作業的機械化程度，簡化了機電安裝工藝，減少人員投入，降低現場勞動力成本的同時提高了施工效率；工程現場拼裝作業無需加工場地、無煙塵、無噪音，減少材料消耗，在保障安全的同時，也能達到節能環保的效果。

對于冷凍機房、制冷站等設備眾多的機電安裝重點部位，借助BIM技術輔助施工，可提高機電安裝精度，保證機電安裝質量，結合信息化技術優化機電安裝將是未來裝配化建筑機電安裝施工的發展趨勢。

2裝配化機電安裝關鍵技術

2.1三維BIM數值仿真技術

利用BIM三維建模技術對項目進行深化設計，建立三維數值仿真模型。依托項目設計資料，目前已完成成都醫投華西國際腫瘤治療中心（重離子質子）項目一期工程、成都市第六人民醫院金牛院區建設項目、成都市公共衛生臨床醫療中心三期項目三個重點醫院工程全BIM建模，圖1為重點機房的BIM三維數值仿真模型。

圖1重點機房部位BIM建模

2.2裝配式機電模塊設計

借助BIM三維建模技術，對設備機房進行裝配化機電模塊化設計。機電安裝作為建筑工程施工中的重要組成部分，所涉及到的主要內容主要包括設備安裝、線路安裝以及管道安裝等，根據機電安裝內容組成，將裝配模塊設計分為設備 + 閥件 + 管路 + 組合支架的綜合模塊集成設計和閥件 + 管路的管段模塊設計。

2.2.1設備模塊族設計

通過在設備采購過程中獲得實際數據，再借助BIM三維建模技術進行深化設計，建立裝配式機電安裝項目常用構件1：1毫米級裝配化建筑設備產品族群，可為后期通過多個項目不斷的積累，擴充形成裝配化機電施工的標準圖庫。

2.2.2管路閥件模塊族設計

通過在管路閥件采購過程中獲得實際數據，再借助BIM三維建模技術進行深化設計，建立裝配式機電安裝項目常用構件1：1毫米級裝配化建筑管路閥件產品族群。

2.2.3綜合支吊架深化設計

對機房內復雜管路采用BIM模型進行深化設計，將管道、電氣橋架和風管進行綜合支架集成，建模完成后根據相關建筑規范標準對支架進行核算，使其滿足復雜管路布置需求和整體美觀性的要求，管道、電氣橋架和風管綜合支架設計如圖2所示。

綜合支架設計完成后，利用受力模型分析和計算，驗算支架的承載力和穩定性，綜合支架受力簡化模型如圖3所示，結構內力如圖4所示。

2.3全過程信息化協同技術

借助二維碼云計算平臺，裝配化機電安裝作業可實現全過程信息化協同，通過“一碼”識別多源信息，實現掃碼后不同權限信息的查看、編輯、上傳，使設備、預制管組、預制泵

圖2管道、電氣橋架和風管綜合支架設計

圖3綜合支架受力分析模型

圖4綜合支架內力

組、閥部件的采購、生產、預制加工、安裝、質量控制等全過程信息可進行雙向追溯。

3 工程實踐

根據前期裝配式機電安裝技術的資料收集和研發，依托成都國家開發銀行空調改造項目，在裝配化機電安裝施工過程中，對機電模塊集成化設計、預制和安裝進行了實驗性運用，取得了成功，為該技術后期的實施和推廣奠定了良好的實踐基礎，試驗過程如圖5所示。

圖5管道模塊的實驗性預制和安裝

4結束語

本文從裝配化建筑施工特點出發，借助BIM三維仿真建模技術對機電設備、管路閥件、綜合支吊架等進行了深化設

計，建立了一套系統完善的1：1毫米級裝配化建筑預制構件模塊族，形成了裝配化機電施工的標準圖庫，可供類似工程參考。

參考文獻

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