基于BIM的模塊化裝配式機(jī)房方案

近兩年，裝配式施工已逐漸延伸到復(fù)雜的設(shè)備機(jī)房，這是機(jī)電安裝工程設(shè)備、管線最為集中的地方，預(yù)制裝配難度非常高，但行業(yè)標(biāo)桿企業(yè)正積極響應(yīng)國(guó)家的相關(guān)政策導(dǎo)向，加大投入，從開始的嘗試階段到現(xiàn)在的深度應(yīng)用階段，一個(gè)又一個(gè)裝配式機(jī)房呈現(xiàn)在我們面前，機(jī)房的施工速度也在不斷地被刷新，我們通過實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用BIM技術(shù)，對(duì)現(xiàn)在裝配式機(jī)房設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與施工等環(huán)節(jié)存在的問題進(jìn)行探索與研究，研發(fā)了一種基于BIM的模塊化裝配式機(jī)房整體解決方案，運(yùn)用BIM技術(shù)在復(fù)雜緊湊的設(shè)備機(jī)房里對(duì)各類管線設(shè)備模塊進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化拆分、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工業(yè)化生產(chǎn)，通過標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品構(gòu)件能夠大大的提高安裝效率、降低安裝成本。

一、現(xiàn)階段裝配式機(jī)房發(fā)展模式

1.1傳統(tǒng)裝配式機(jī)房

傳統(tǒng)裝配式機(jī)房是通過BIM設(shè)計(jì)，將機(jī)房所有管道優(yōu)化后，進(jìn)行管道分段生成加工圖。工廠根據(jù)圖紙生產(chǎn)管道、管件，將所有管道根據(jù)裝配順序進(jìn)行編號(hào)。最后運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝施工。

優(yōu)點(diǎn)：

?精細(xì)化的BIM模型，在安裝前解決全部誤差，裝配階段無需圖紙便可安裝。

?與其他專業(yè)可平行作業(yè),整體工期快、施工質(zhì)量明顯提升。

?材料預(yù)制化，現(xiàn)場(chǎng)無需加工，省時(shí)省料。

?極大降低施工安全隱患、施工現(xiàn)場(chǎng)無焊接油漆作業(yè)污染。

?有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的優(yōu)點(diǎn)，一定程度上推進(jìn)了機(jī)電安裝產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

缺點(diǎn)：

?BIM深化設(shè)計(jì)隨意性比較大，需要對(duì)每個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行定制設(shè)計(jì)，不能形成統(tǒng)一的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

?組件,備件在設(shè)計(jì)上,每個(gè)項(xiàng)目均需單獨(dú)定制，設(shè)計(jì)成本、生產(chǎn)成本相對(duì)較高，無法大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

現(xiàn)場(chǎng)裝配零件比較多，不僅組對(duì)時(shí)容易錯(cuò)亂，且純手工的方式質(zhì)量低,后期安裝過程中因受施工人員技術(shù)水平影響，類似裝配工藝、累計(jì)誤差，影響調(diào)試效率及增加后期運(yùn)維工作量。

現(xiàn)場(chǎng)裝配管道定位編號(hào)圖

1.2模塊式裝配式機(jī)房

根據(jù)水泵的選型、數(shù)量、系統(tǒng)分類以及機(jī)房?jī)?nèi)的設(shè)備布置情況，將2—3臺(tái)水泵及管路、配件、閥部件、減震塊等“化零為整”組合形成一組預(yù)制模塊，然后通過一組模塊與另一組模塊進(jìn)行機(jī)械連接，就能實(shí)現(xiàn)機(jī)房的快速裝配，但根據(jù)裝配化施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及研發(fā)投入來看，還不具備完全實(shí)現(xiàn)模塊化裝配的能力。

優(yōu)點(diǎn)：

?將機(jī)房劃分成若干模塊進(jìn)行裝配，各組模塊均采用鋼結(jié)構(gòu)支架作框架，各組鋼結(jié)構(gòu)框架通過螺栓連接，就能迅速連接各組模塊，各組模塊連接完成后，整個(gè)機(jī)房即施工完畢。

?施工周期快，裝配式安裝效率高。

缺點(diǎn)：

?仍然需要對(duì)每個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行定制設(shè)計(jì)，不能形成統(tǒng)一的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

?模塊式裝配對(duì)機(jī)房土建質(zhì)量要求高，平整度等需滿足設(shè)備安裝要求。

?對(duì)于空調(diào)主機(jī)等體積和重量較大的設(shè)備，模塊化后無法運(yùn)輸，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)就位困難。

?各種類型設(shè)備模塊會(huì)造成鋼材浪費(fèi)較多，且對(duì)結(jié)構(gòu)承載力提出了更高要求。

?因?yàn)槟K化的設(shè)計(jì)，主管段標(biāo)高變得過低，機(jī)房整體管線壓抑，不符合機(jī)電安裝管道貼頂安裝的原則。如果提高標(biāo)高，則框架體積、質(zhì)量變大，造成重心不穩(wěn)，不便于運(yùn)輸，同時(shí)型鋼成本大大提升。

模塊級(jí)預(yù)制泵組效果圖

通過對(duì)比以上兩種裝配式機(jī)房解決方案，在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工中均沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，均需要針對(duì)不同的項(xiàng)目進(jìn)行單獨(dú)定制，無法做到所有項(xiàng)目都能通用。此次研究的內(nèi)容主要是通過企業(yè)級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，對(duì)泵組模塊的進(jìn)水口管段、出水口管段、主管段等進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化拆分、對(duì)拆分構(gòu)件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，然后在工廠批量預(yù)制生產(chǎn)，以適用于絕大部分裝配式機(jī)房現(xiàn)場(chǎng)施工。

優(yōu)點(diǎn)：

?模塊化準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)化拆分、裝配式組裝、能夠進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。

?標(biāo)準(zhǔn)化方案不僅局限于空調(diào)機(jī)房，還有消防泵房，生活水泵房等機(jī)房均可以統(tǒng)一模塊化設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝。

?非標(biāo)準(zhǔn)管段設(shè)計(jì)可以經(jīng)?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量后再預(yù)制加工。

從安裝效率和便利性考慮，模塊化的構(gòu)件，工業(yè)化的生產(chǎn)效率高，有利于設(shè)備后期的運(yùn)輸、拼裝和檢修維護(hù)。

二、模塊化裝配式機(jī)房實(shí)施流程

模塊化裝配式機(jī)房——該方案的實(shí)施需要從標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)階段、標(biāo)準(zhǔn)化模塊拆分階段、標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件設(shè)計(jì)階段三個(gè)方面著手。同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)又分為企業(yè)級(jí)和項(xiàng)目級(jí)不同的運(yùn)用維度。

實(shí)施流程：

將所有機(jī)房管道管件按功能模塊進(jìn)行劃分成一個(gè)個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的功能模塊，例如：水泵模塊、空調(diào)主機(jī)模塊等。將分解模塊進(jìn)行構(gòu)件拆分，同時(shí)對(duì)拆分的管道構(gòu)件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，并通過工業(yè)化生產(chǎn)降低直接成本。將加工完成的構(gòu)件進(jìn)行模塊化組裝，例如：水泵模塊進(jìn)水、出水管組等。在工廠內(nèi)進(jìn)行模塊化組裝。后運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)，僅需將各個(gè)模塊進(jìn)行組裝即可完成施工，下面我們將對(duì)此進(jìn)行一一闡述。

2.1標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

在標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)階段，分為企業(yè)級(jí)和項(xiàng)目級(jí)，分別對(duì)應(yīng)EPC工程和施工總承包工程。

企業(yè)級(jí)應(yīng)用（EPC工程）：

將企業(yè)承攬的EPC項(xiàng)目中標(biāo)準(zhǔn)圖使用率高、且可以進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)的內(nèi)容進(jìn)行共性化標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)（含結(jié)構(gòu)），共分為消防控制室、柴油發(fā)電機(jī)房、制冷機(jī)房、換熱站、生活水泵房、消防水泵等幾大類；將以上各種類型設(shè)備機(jī)房進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，項(xiàng)目可以根據(jù)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的機(jī)房選擇性的進(jìn)行直接使用、微調(diào)后使用、參考使用等方式執(zhí)行。

標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)房設(shè)計(jì)

項(xiàng)目級(jí)應(yīng)用（施工總承包工程）：

當(dāng)項(xiàng)目選擇對(duì)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的參考使用的情形，需要根據(jù)項(xiàng)目制定的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，參考企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各個(gè)機(jī)房進(jìn)行深化設(shè)計(jì)。該深化設(shè)計(jì)繼承企業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上進(jìn)行項(xiàng)目級(jí)別的深化設(shè)計(jì)。

某項(xiàng)目制冷機(jī)房設(shè)計(jì)方案

2.2標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件拆分

我們以空調(diào)制冷機(jī)房為例，將機(jī)房的設(shè)備進(jìn)出口管路、配件、閥部件、儀表、支座等劃分成一個(gè)項(xiàng)目級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)模塊組，根據(jù)管徑再對(duì)組件標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。增加非標(biāo)件解決機(jī)房結(jié)構(gòu)差異性問題。對(duì)于不同機(jī)房主管的高度不同的問題，可以利用非標(biāo)準(zhǔn)段模塊在長(zhǎng)度方向的調(diào)整做一個(gè)補(bǔ)償，可以根據(jù)每個(gè)項(xiàng)目的具體情況單獨(dú)設(shè)計(jì)。

空調(diào)制冷機(jī)房平面圖

泵組一次拆分

模塊化的二次拆分示例

構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化三次拆分示例

2.3 標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件設(shè)計(jì)

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)拆分構(gòu)件根據(jù)管徑進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，例如短管統(tǒng)一長(zhǎng)度200mm,儀表統(tǒng)一在短管上開洞。標(biāo)準(zhǔn)的短管、彎頭、法蘭、支撐、支架，每個(gè)零部件都可以標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。這樣標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)可以在所有項(xiàng)目共享，可以在工廠內(nèi)大批量生產(chǎn)，同樣的組件可以應(yīng)用的任何項(xiàng)目上，成本極大的降低，裝配式效率大大提升。

標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件設(shè)計(jì)示例

三、結(jié)論

基于BIM的模塊化裝配式機(jī)房整體解決方案，現(xiàn)場(chǎng)裝配的內(nèi)容時(shí)只有水泵進(jìn)水管段模塊、出水管段模塊、主管段模塊，現(xiàn)場(chǎng)組裝量大大減少，避免傳統(tǒng)的預(yù)制裝配式施工時(shí)現(xiàn)場(chǎng)組織混亂，安裝配件容易錯(cuò)漏，質(zhì)量不高，施工效率不高的缺陷。另一方面，基于企業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖，企業(yè)可以集成各項(xiàng)目進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計(jì)、采購、加工、安裝等，大幅降低企業(yè)成本和能源損耗，提升企業(yè)整體的工程質(zhì)量、進(jìn)度和管理水平。