设备机房预制化施工的研究与应用

李浩，赵小飞，陈业，张绍浪

（中建四局安装工程有限公司，贵州 贵阳 550000）

随着近现代技术的迅猛发展，国内外建筑业规模也变得越来越庞大，技术更是在不断更新发展。在近年来时代的变化推进下，大型建筑数目不断增多，其也在不断创新规模，逐渐替代小型的民用建筑，建筑业前进固然重要，但是，建造工期要求更紧，相应也会承担更大的安全风险。随着发展理念的要求变革为“创新、协调、绿色”，这样新的发展理念要求，大力推进以“工厂化制造、装配化施工”为主要特征的预制装配式建筑发展，此已成为我国建筑业的主流新技术研发方向。

1 设备机房预制化施工技术

设备机房也分为许多种类，我们以机电设备机房为例，与大家探讨一下设备机房预制化施工技术。机电安装是一座建筑的主要核心，在设备机房中占据最主要的位置，就和人体中心脏在最主要的位置一样。机电安装可以为建筑的稳定运行和提供适宜的人居环境提供有力的保障。这与结构施工现浇式技术不同，机电工程设备机房处于建筑中最重要的位置，其装配化建造是新形势下转型升级发展的必然趋势。在贵阳国际金融中心一期商务区1#、2#楼项目的建设中，进行了设备机房预制化研究，其中的研究内容包括数字化设计、工厂化预制、物流化配送、装配化施工的全系列设备机房预制装配建造技术，掌握整体式和离散式两个方向的预制装配关键技术，并从技术难度、工期、经济、质量、安全等多维度综合考虑，匹配最优方案，已在多个大型工厂推广。

此前，设备及防御值装配施工技术主要包括2种施工方式，第一是采用整体模块化预制法，将支撑体系、设备、管道、附件在加工厂装配成整体式模块，运输至现场装配；第二是采用离散式预制法，设备与管道分开预制，管道可提前安装不受设备进场时间影响。

2 整体式设备机房预制装配技术

简单来说，整体式设备机房预制装配技术就是可以由多专业、多构件组成的立体模块单元现场安装的施工技术。具体就如整体式泵组模块、集成空调水系统、给排水系统、电气系统、钢结构支撑、隔振系统等。整体式预制装配技术具有几个特点：设备集成度高、各专业交叉施工少、整体单元运行效率高。

经过贵阳国际金融中心一期商务区1#、2#楼项目的办公楼整体单元优化，减少部分过度设计，采用多功能管件、阀件，极大地节省了预制单元集合尺寸、机房面积和工程造价。各专业协调的接口管理是施工的一大难点，设备机房涉及专业多、管线密集、建筑结构复杂，利用BIM技术可提前进行空间位置结构模拟和安装工艺工序模拟，将机电管线经过合理分割，在工厂加工好集成多专业整体单元，减少各专业接口管理和构件连接关系，传统的每人构件都有进、出两个逻辑关系和六个自由度关系，整个系统构建庞杂导致现场施工效率慢，但是，整体式预制装配技术就可以很好地改变这个缺点，使其整个工程变得简单明了，可以将多个构件合为一体，并且减少构建连接逻辑关系和空间自由度，提高各专业施工效率和施工质量。整体式预制装配技术的运行效率高，传统的由专业分散管理变为整体式产品交付，各专业匹配兼容性更高，整体式单元还便于增加自动化控制功能，提高运行效率。现场施工安全隐患多，质量难以得到保障，整体式预制装配在现场质量安全管理方面也有很大的优势。

3 离散式设备机房预制装配技术

离散式装配机房，在形式上与整体式有明显不同，设备与管道分开预制，以管段、型钢段式的散件为主要单元，设备可提前安装。通过调研、归纳，设计离散式设备机房单元化模数化、标准化建模规则，搭建三维数据模型；建立预制单元信息模型组合自适应规则；通过排列组合算法，计算设备管线模块最优化分组分段方案及编码规则，开发精细化管线设备零部件加工图纸的输出功能模块。深化设计时，有以下几点条件说明：

（1）管段预制单元设计应充分考虑管道所在系统、管路附件、安装方式、几何尺寸等，带管路附件的管段，长度宜≤3m。

（2）选用成品顺水三通；主干管路末端宜选用可拆卸的管堵或盲板进行封堵。

（3）设备进出水口处宜采用变径软接替代变径和软接，可有效减少管件、增加空间、降低立管阀部件检修高度。

（4）设备进出水口宜采用直角弯头过滤器替代Y形过滤器和弯头，可以有效减少管件、方便过滤器检修。

（5）预制管段单元的对接接口应与其对接模块接口的连接形式、管道管径保持一致；如采用法兰连接时，法兰螺栓孔位置应对应。

离散式预制机房，适用于工期偏紧、结构施工较快、设备招采顺利的项目，可以在结构完成后直接安装冷水机组、水泵、分集水器等主要设备，同时，开展离散式机房设计与加工，待设备安装完成后，即可安装预制单元，整体投入的运输、吊装、加工费用较少，现场设备安装费用较高；安全性较高，避免大型模块的吊装运输，规避危险源。

4 工程实例应用

结合真实项目为大家展示设备机房预制化施工技术带来的有点和好处，贵阳国际金融中心一期商务区1#、2#楼项目项目共有空调机房224个（低区63个、中区71个、高区90个），机房多，空间狭小，且施工工期短（要给装修提供工作面积），以低区63个机房为例，工期只有55天。空调机放布置情况标准层每层相同，空调机组为八管制，其中，空调机房内的空调水主立管为预制立管，已经预留空调水水平管道接驳口。这个项目是鲁班奖工程获得者，所以在项目设计及施工过程中都尤为谨慎重要，不论是项目负责人还是现场安装工人都十分谨慎，因为这个项目对质量和要求都十分高。

此次需要完成的超高层空调机房空调水管道模块化预制施工技术大约分为以下几个步骤，第一，BIM建模，可以按照设计院出具的设计图纸进行预制空调机房的模型构建；第二，方案论证，本次方案从技术、经济、合理性三个方面进行分析，最终确定采用3D扫描与预制结合的方法；第三，3D扫描，扫面内容包括机房内墙、梁、楼板、基础，机房内各预留预埋的孔洞及构件和机房内已施工完成的各基点管线和接驳口、已安装就位的空调机组设备等，确保后续预制管段和机房内机组及立管准确对接。第四，出分段图；第五，预制加工，管段分节图完成后，结合BIM模型和图纸对加工厂预制作业人员进行加工交底。第六，将预制组装完成的管段运输至工地现场，结合现场实际情况，利用塔吊或电梯运输预制管段至各楼层空调机房内部。利用空调机房机电深化BIM模型对现场安装工人进行三维可视化安装作业交底。

以实际工程制冷机房为研究对象，通过建立冷水机组数学模型，求解多台冷水机组的运行优化组合。通过建筑全年负荷分析，建筑全年大部分时间处于部分负荷下，并以此负荷为依据，分析对比了制冷机房冷水机组运行优化前后的能耗。结果表明，超高空调机房模块化预制装配施工技术具有较好的节能效果。本文研究结果，可以为实际工程的制冷机房多台机组的运行控制提供参考。

5 结语

本文对设备机房预制施工技术几起几种模式进行了研究与分析，并且通过对贵阳国际金融中心一期商务区1#、2#楼项目中超高空调机房模块化预制技术的研究，间接证明了设备机房预制化施工技术对建筑业发展的有利。现如今，城市看到的很多一部分民用建筑项目都会运用到设备机房，他们设置的设备机房技术是由整体式与离散式结合的预制装配技术，所以设备机房预制化施工技术经过了实践应用证明，是有安全性和科学性的，这样会大大提高机房的质量和完成效率，还可以响应当今的环保理念，节约能源材料等，达到地球环保的要求。本文通过实际项目与大家一起研究讨论了设备机房预制化施工技术，并且证明了这个技术确实是对机房的施工具有很大的好处，也是时代进步的象征，建筑业也会在时代进步中变得越来越好，建筑技术也会更加先进有效。