BIM技術在裝配式制冷機房智能化施工全過程中的應用*

劉 鎮，劉 皓

(1.大連職業技術學院，遼寧 大連 116035；2.中國建筑第八工程局有限公司東北公司，遼寧 大連 116035)

傳統機電安裝工程由于受施工現場條件限制，存在加工質量控制困難、施工緩慢、管件材料浪費嚴重、聲光污染嚴重等問題[1]，亟待轉型。

BIM技術具有可視化、協調性、與優化性好等優點[2]，可以很好解決傳統機電安裝工程中的問題，從而促進機電安裝工程裝配化進程。設備機房是機電安裝工程中設備和管線最密集的地方，預制裝配化難度高，對復雜緊湊的設備機房進行模塊化設計、工廠化預制和現場指導裝配化施工，對機電安裝技術人員是挑戰。

1 工程概況

某萬達廣場項目占地面積13.68萬m2，建筑面積42.7萬m2，其中商業面積13.33萬m2，地上5層，地下2層，效果如圖1所示。

圖1 萬達廣場效果

商業制冷機房位于建筑物地下2層，建筑面積近700m2，制冷主機與冷卻水、冷凍水循環泵采用一對一連接方式，水泵互為備用。4臺冷水機組中的3臺離心機組單臺制冷量為3 789kW，1臺螺桿式冷水機組的單臺制冷量為1 400kW。制冷機房層高5.2m，梁高1 050mm，安裝凈高4.1m。

2 BIM技術應用

為確保裝配式制冷機房項目順利進行，項目初期技術人員通過調查分析，搜集關于設備機房的設計、施工和驗收規范、原始設計圖紙、設備選型樣本、管路附件樣本等全部資料，制定基于BIM技術的裝配式制冷機房實施專項方案，將項目劃分為深化設計、預制加工、運輸出庫和裝配安裝等4個階段。

2.1 BIM深化設計

BIM深化設計需要消化業主、設計、生產廠、施工、配件供應方等信息，并將這些相關甚至可能沖突的信息融合到深化設計中。如果沒有統一的流程和信息優先級原則，會在信息不斷輸入過程中造成信息重復和混亂[3]。

在認真研究設計院出具的施工圖，并考慮業主需求的基礎上，通過與業主及設計院溝通，制定并確認優化方案。結合設備選型樣本、施工現場情況及實測實量數據、施工驗收規范等，利用BIM協同設計和云環境支持功能，與業主、設計院、預制廠等展開多方協同設計，實現模型、數據實時共享[4]，可實時調整設計內容。

在此過程中，綜合考慮機房檢修及常規操作空間、管線及支吊架綜合排布、機房設備、基礎及排水溝布置等因素，同時兼顧機房整體觀感，最大程度優化管線綜合排布。

2.1.1空間優化

利用BIM技術進行空間優化，可使機房內的管線排布整齊有序，提升整體觀感效果，同時增大機房內主要設備的檢修空間。機房通道區域凈高從原設計的2.15m優化為3.10m，提升近1m。

利用Revit對原設計圖紙進行翻模，發現原設計圖中存在諸多管線排布不合理的問題，如管線過長導致流水距離過大，造成不必要的損耗。另外，管線排布相對分散，沒有留出足夠設備通道，致使主要設備運輸和檢修空間不足，影響施工和維護。

針對原設計圖中的問題，在Revit軟件中調整管線位置，縮短水流距離，如圖2所示。并且使管線位置相對集中，中央區域預留主設備通道，降低能耗且解決運輸和檢修空間不足的問題(見圖3)。

圖2 優化前后管線排布

圖3 設備通道

圖3中的箭頭指示區域為主通道，基本覆蓋機房85%以上的設備，在考慮主要設備維修、運輸需求的同時，兼顧每個設備的操作空間，以確保機房無死角。

2.1.2消聲減振

制冷設備機房的噪聲主要源于水泵工作過程中的振動，因此做好水泵減振消聲能很大程度減少設備機房中的噪聲污染。在水泵減振設計中，項目組在水泵下方設置減振浮臺，控制水泵和減振浮臺的質量配合比在1∶1.25～1∶1.5，將水泵與浮臺底座一同壓在框架兩側，共4個減振器進行減振，同時四面通過4個限位器對浮臺進行固定限位，達到消聲減振的效果。在BIM優化設計階段，通過Revit軟件建立水泵及減振浮臺模型，以指導廠商生產制造，如圖4所示。

圖4 水泵及減振浮臺模型

2.1.3支吊架設計

結合管線綜合深化設計改進配套支吊架的支架形式，增加橡膠墊片并采取設備減振、管道降噪等技術。

將Revit模型中的支吊架及相關管道參數導入MagiCAD支吊架計算軟件中，形成計算模型，運用有限元分析方法進行受力分析，模擬論證支吊架受力工況，保障整體穩定性、安全性和美觀性[5-6]。

以模塊化方式進行BIM深化設計，最大程度集成各類機房設備及管道，使其在空間布置上更合理，管件用量更精準，為材料采購、設備運輸、拼裝和維護檢修提供方便。

2.2 管件預制加工

2.2.1出具預制加工圖

管道分段以方便預制加工管組運輸、安裝和就位為前提，綜合考慮管道材質、連接方式、受力特點，根據優化后管道的綜合排布情況，進行合理分段。經過細致研究，確定管道分段方案后，在BIM模型中對管道進行精準分段，出具管道分段及泵組模塊預制加工圖，使每個管道尺寸零誤差，保證安裝及定位。

制冷機房預制管組及預制支吊架的安裝，必須依托于機房內其他各專業的詳細深化設計及合理布局，其中基礎及排水溝圖、設備定位圖、機電各專業平面圖是制冷機房預制施工必不可少的部分，利用Revit出圖功能，直接出具深化設計后的各專業圖紙。在出具各專業施工圖及預制加工圖的基礎上，機房內的其他專業管線，如橋架、風管等，也應同時進行加工生產。在裝配階段，根據現場情況及裝配順序，可進行合理的裝配安裝。

2.2.2工廠化生產

完成制冷機房BIM模型深化設計后，經業主、設計院和預制廠確認，導出各管道及支吊架精細加工圖，交由預制廠加工，再根據加工圖及BIM模型數據統一在全自動生產線上加工制作。各管道加工完成后，預制廠將主要構配件組裝成不同模塊。

相比傳統加工方式，通過BIM技術引導，采用標準化預制加工法可做到精準下料，克服由于無法精準下料導致的邊角料浪費以及由于手工焊接、切割作業導致的構件質量不穩定問題。同時，對彎曲或異形管道、構件采取預制廠定制方式，大大提升產品質量和外觀。

2.3 運輸出庫

各類管道在預制廠加工完成，經統一驗收合格后，在各預制成品上張貼二維碼，以便運輸、裝配環節掃描二維碼信息進行施工管理。管道及支吊架在工廠加工、組裝完畢后，采用BIM技術對預制管段進行運輸車擺放模擬，如圖5所示，在保障安全運輸的前提下，最大限度利用運輸車空間。

圖5 BIM模擬預制管段運輸

2.4 裝配安裝

2.4.1測量定位

為保證工程精度，引入BIM放樣機器人，利用其快速、精準、智能、操作簡便、勞動力需求少的優勢，將BIM模型中的數據直接轉化為現場的精準點位。

2.4.2BIM放樣機器人放樣流程

BIM放樣機器人放樣流程如下：機電管線BIM優化，出具綜合管線圖紙→綜合管線圖中標記基準點、放樣點，生成機器人可識別點→建筑現場布設基準點→機器人調校，確定自身位置→對管線樓板支吊架點進行逐一定位、復測→各專業遵守施工順序，按照各自點位快速就位安裝。其中綜合管線BIM優化為整個流程順利實施的前提，機器人通過簡單、快捷的步驟迅速確定點位，為各專業同時提供工作面。BIM放樣機器人在工作中標準統一、界面清晰，可杜絕傳統施工過程中各專業混亂的局面。

IM放樣機器人放樣時，先將機電綜合管線模型按排布原則、凈空要求、深化標準等進行優化，經各專業工程師共同審核后確定綜合管線圖。然后結合主體結構，選取易于標記測量的結構軸線上某點為基準點，預先排布管線支吊架點位，細化關鍵復雜區域點位，最后生成數據點。在此基礎上，主體結構測量師在指定軸線處標定建筑1m線，在指定位置布設基準點后，根據現場基準點和放樣點位，選定機器人架設位置，使其測設較多點位，通過聚焦基準點計算儀器的空間位置及與放樣點的距離。再依據獲得的位置和距離，對紅外線涉及區域進行逐一描點定位。放樣完成后選取2個復雜區域進行復測校核，最后，各專業施工隊遵守施工順序，按各自點位在同一工作面同時施工，避免其他專業干擾，管線可大量預制，保證一次達標。

通過引入BIM放樣機器人，可有效避免傳統方式各專業邊測量邊安裝互相干擾的局面。同時由于放線機器人自動跟蹤棱鏡，無須人工照準對焦，大大提高放線效率，降低操作誤差[7-8]，降低返工率，提升工程質量。在此過程中，通過將BIM模型數據導入放線機器人中，使模型與現場施工無縫對接，實現全程可視化放樣。

2.4.3現場安裝

管道模塊運輸至施工現場后，根據施工工序，對預制管段進行材料堆放模擬。同時現場安裝人員對照裝配圖紙，結合二維碼標識系統，將各模塊用管段和螺栓相連，實現全過程無焊接作業。

3 經濟效益分析

通過運用BIM技術和轉變安裝方式，本制冷機房提前47d交付使用，圓滿完成工期目標。通過應用BIM技術，節約工期7d，由通過轉變安裝方式，節約工期40d。經綜合費用分析，施工各階段所需費用主要表現為以下方面。

1)圖紙深化設計階段 由于采用BIM精細化設計，增加BIM設計費用6.8萬元，但經過深化設計，機房內管道排布更加集中合理，進而節省管材、管件費用50.8萬元。同時，通過升管道標高提，使支吊架材料費用節約3.45萬元。綜合以上因素，該階段由BIM技術帶來的經濟效益共47.45萬元。

2)預制加工階段 通過管道精細化加工，降低拆改及廢品率，節約費用4.12萬元。預制加工過程委托第三方，費用為12.5萬元，比傳統加工增加2.9萬元。故該階段共節約費用1.22萬元。

3)運輸出庫階段 由于裝配式構件運輸費用比傳統材料運輸費用高，因此費用雖幾乎無差別，但大大減少場內運輸次數。

4)裝配安裝階段 由于工期大大提前，現場管理費及管理人員工資等節約約9萬元。同時，裝配式施工可節約現場加工場地和儲存場地。

綜合經濟效益分析得出，通過運用BIM技術，共產生經濟效益57.67萬元，裝配施工的綜合效益率達34.0%，其中引入BIM技術進行深化設計帶來的經濟效益多達47.45萬元，占總效益的82.3%，由此可見，基于BIM技術的深化設計在降低制冷機房施工費用方面作用非常明顯。

除此之外，在不考慮BIM設計費用及因委托第三方加工導致費用增加的情況下，通過引入BIM技術，僅管材、管件費用就節省50.8萬元，其次由于現場管理更加有序，雖然BIM精細化設計和預制加工費、安裝費增加，但綜合吊裝材料、管道精細化加工、管理費及管理人員工資后，共節約費用9萬元。

4 結語

該萬達廣場裝配式制冷機房項目通過在深化設計、預制加工、運輸出庫及裝配施工各階段引入BIM技術，提升工程質量、縮短工期、節省人力、改善施工環境，累計工期提前47d，產生經濟效益57.67萬元，相比傳統制冷機房施工，以BIM技術做支撐的裝配式制冷機房智能化施工具有明顯優勢。