装配式科教工程机电模块化安装关键技术研究

胡 俊 孙清臣 欧阳浩 陈荣朗 杨 成

（中国建筑第四工程局有限公司 广东广州 510000）

1 行业背景

国务院办公厅以国办发〔2016〕71号文的形式发布了《关于大力发展装配式建筑的指导意见》，力争用10年左右的时间，使装配式建筑占新建建筑面积的比例达到30%，推动形成一批设计、施工、部品部件规模化生产企业，具有现代装配建造水平的工程总承包企业以及与之相适应的专业化技能队伍。[2]

随着我国经济的快速发展和教育的深化改革，人民对教育资源的需求量和品质要求显著提升，基于BIM技术的装配式建筑具有预算准确、节省材料、保证产品质量、缩短工期、减少人力、保障施工安全、减少污染、便于后期维护和循环利用等多方面的优点，能显著提高建设效率、提升建筑质量，为科教工程又好又快投入应用提供助力。

2 国内外现状

工厂预制现场装配建筑工程中尽管机电安装造价占总造价的10%～20%左右[1]，在实际应用中由于造价，设备与技术只是储备，管理人员水平，环境等因素的制约，机电模块化的应用在机电安装施工中该方法还应用较少，近几年开始有项目在工程局部范围，如冷冻机房等尝试应用基于BIM技术的装配式模块化方法进行施工，但极少有工程大面积采用。

在欧美国家，建筑机电行业工业化起步早，工业化程度很高，机电工程的工厂化预制加工已实现了全覆盖。在日本，建筑工程中基本上看不到管道现场预制组装，90%以上的工作量均在预制工厂内完成预制，然后根据施工进度计划足部配送至现场进行组合装配安装。[3]

3 关键技术

3.1 三维激光扫描仪技术

通过高速激光扫描测量的方法，大面积高分辨率地快速获取被测对象表面的三维坐标数据。可以快速、大量的采集空间点位信息，快速建立物体的三维影像模型。通过三维激光扫描仪生成的点云数据与BIM模型进行对比，并对BIM模型按照实际情况进行更改。

3.2 智能放样机器人技术

相对于传统的机电管线施工，借助图纸实用卷尺等工具纯人工现场放样的方式，存在误差较大、无法保证施工精度、且功效较低。利用其快速、精准、智能、操作简便、劳动力需求少等优势，将BIM模型中的数据直接转化为现场的精准定位。

3.3 模块化设计及管理技术

利用BIM插件进行模拟和分析，对管道进行支吊架选型及布置、管道模块化切割、各零部件的工程量提取及统计，能够大大降低材料的损耗，同事实现模块编码，方便模块预制、运输、堆放、安装。

3.4 BIM预制化加工技术

管线布置不够精确导致预制加工图额精确度低，预制加工图制作方法繁琐导致制作预制加工图效率不高，限制了预制加工的深度和发展。通过前期建立1：1高精度的BIM施工机电模型，通过BIM技术进行管线综合和深化设计，深化设计要注意考虑现场实际管道实际规格、管道坡度、管道阀门尺寸、连接件规格、上下左右预留施工操作空间等等，最后利用深化设计模型制作出预制加工图及清单。

3.5 二维码全过程追踪技术

管道在工厂预制加工成安装模块后，进行二维码信息跟踪及包装运输到施工现场进行机械化高效拼装，已经施工和未施工的部件可以通过BIM可视化观察到，并形成施工进度报告。要实现全过程的追踪管理，二维码信息必须几何信息、技术信息、产品信息、安装信息。几何信息：实际尺寸、三维表达、安装位置、颜色，技术信息：材料、材质，技术参数，产品信息：供应商、产品合格证、生产厂家、生产日期、价格，安装信息：安装日期、操作单位、使用年限，维保信息：维修年限、维保频率、维保单位。

3.6 机电模块化安装技术

在施工现场，管道类型及阀部件种类繁多，严格按照BIM模型划分的安装模块进行编号，二维码终端扫描后进行跟踪，确保安装模块在对应的位置进行安装；且现场施工管道采用法兰机械连接，基本实现零焊接施工。

4 传统模式下存在问题

4.1 协同性差

机电安装涉及专业繁多，各专业分包谁先进场谁安装，导致后来的安装单位安装空间不够，只能降低净高或者拆除重新安装，浪费材料以及延误工程进度。机电工程各专业之间的协调与配合，进度安排、工作面交接、工序交接、各专业管线的综合布局达不到要求，彼此之间互不影响又能互相协调，所以各专业协同，设计、施工协同很重要。

4.2 资源管理粗放

与建筑结构工程对比，机电工程包含了消防、电气、暖通等做个专业，其中涉及设备、管道、电缆、桥架、风管、阀门及末端等构件，由于管件等构配件种类繁多、型号各异、施工空间不规则，需要现场根据需要进行切割，产生的余料以及剩余管道很多就直接丢弃。

4.3 准确性、效率低

水、电、通风专业项目施工管理布置图的深化程度不够，导致现场施工风口安装不到位、净空高度也不够，只能移位安装。

4.4 现场作业环境差

传统加工方式，预制构件无法做到精准下料，产生大量的边角料，同时大量的手工焊接、切割作业导致构件质量不稳定，现场环境噪音多、光污染严重、作业环境较差。

5 模块化安装技术的优势

5.1 协同管理

各专业通过协同云平台，将各专业模型上传至云平台，进行综合管线布置，可以避免沟通不及时，沟通有误等问题，并且可以对工作面分区及各专业交叉施工模拟，极大地提高了大家的工作效率。

5.2 安全管理

基于机电的模块化技术，现场采取法兰、螺栓等连接方式，减少了现场用电、动火作业、高处作业等大大地减少，更多采用机械化操作、吊装作业。

5.3 绿色环保

影响施工环境的工艺主要环节主要有管道的除锈、刷漆及管道的焊接、切割，基于BIM技术的预制化加工技术将此部分工作全部转移到专业化工厂中，现场只是进行法兰、螺栓的拼装。

5.4 精细化管理（人工成本降低）

通过机电工程模块化安装技术，可以在设计初利用BIM插件进行自动模块化切割，现场进行预制加工，二维码全追踪技术对现场的构配件进行精细化管理，实现精确加工、减少材料损耗、减少返工，控制成本的目的。

6 结语

装配式科教工程机电模块化安装关键技术，关键在于BIM精细化模型与点云模型进行对比，自动化的进行模块化分区，围绕模型对水暖电各专业的技术参数进行提取，并在各个环节对机电管件进行精细化管理，实现施工现场零焊接，达到节约工期、降低成本、绿色施工的效果。