装配式机电全流程应用实践探讨

2021-07-27任川山王耀堂卢长然

智能建筑电气技术 2021年3期

关键词：桥架施工图机械加工

任川山，王耀堂，卢长然

(1. 中国建筑设计研究院有限公司，北京 100044； 2. 中国城市发展规划设计咨询有限公司，北京 100120)

0 引言

装配式机电集成技术是利用BIM 技术平台，结合国际先进技术工艺，形成机电工程的精细化设计＋工厂化预制加工＋装配式施工＋信息化管理＋智能化运维的专有机电一体化集成技术，借助专业机电BIM 设计软件实现机电设备及管线的装配式机电应用技术。

在工程实践中建设、设计、施工各方的视角、诉求各不相同，各阶段存在的主要问题与需求不断变化，如何跳出单一参与方的局限，站在工程建设的整体视角下，思考装配式机电应用流程及探索实践，总结其优劣与得失，扬长避短，具有现实及前瞻意义。

1 项目概况

某高层建筑位于北京市西城区，规划建设用地面积11 967m2，总建筑面积83 300m2，分为A、B、C三栋。楼高65m，使用性质为办公、公寓，属高层公共建筑。本次装修改造为A 塔13、14 层，改造区面积4 300m2，除幕墙、电梯厅、核心筒外均拆除改造。

本项目为既有建筑改造，建筑功能布局完全调整，新增上下水点位。本次改造涉及通风、空调、排烟、给水、排水、电气、智能化多个子项。机电装配式施工具有施工效率高，安装质量好以及绿色环保无污染等优势，项目建设自方案阶段即确认机电专业采用装配式全流程应用。现以本工程为例分析总结装配式机电的全过程应用实践。

2 实施中各方的诉求分析及应用策略

本项目作为既有工程改造，在实施过程中各参与方对项目建设均存在相应诉求。理解诉求，解决需求，是新技术应用的驱动力。如何统筹协调各方需求，有计划地对装配式机电各阶段进行全面的、综合的、完善的技术控制，以保证项目质量、进度目标的实现，达到工程项目经济效益最大化，决定着本次实践应用的效果。

(1)建设方需求:在满足办公场所硬件需求的同时，要具有技术的前瞻性，材料环保，系统可靠。工程限价，保证品质，节约成本，尽早投入使用，技术应用具有示范性。

(2)设计方需求:原有系统已正常运行20 年，新的设计品质必须高于原有设计，对各区域层高均有控制。基于节约成本考虑，部分系统需考虑利旧，但不能影响使用效果。需求变化，设计调整、修改始终贯穿整个周期，时间紧，不容出错。

(3)施工方需求:整层装修但部分利旧，安防及消防系统不下线对施工精细程度提出严苛要求，现场只能采用冷连接操作，严控动火。

针对各方需求梳理，本工程确认应用策略:1)自初步设计阶段，即采用机电BIM 技术正向设计，贯穿施工图、深化设计、施工配合、竣工图交付全流程；2)深度完成管线综合，大到风管、水管、桥架，小至风口、喷头、线槽均完成建模，碰撞问题争取90%以上在模型中解决；3)应用装配式机电集成深化技术，由设计方与施工方协作完成图纸深化工作，打通图纸→深化图纸→机加工图环节；4)风管、水管、支吊架、桥架以及应用重复率高的系统部件(如风盘接口阀组、送风段)等均采用工厂预制加工，样品制作完成后，现场组装样板，看样通过后，批量加工；5)力争图模合一，按图施工，杜绝野蛮安装，因不按图施工导致的错漏碰，由未落实方负责整改。

本工程要求高、限制条件多，只有在高完成度精细化图纸的指导下，依靠各方通力合作，方能按期交付，满足各方诉求。

3 装配式机电的全流程实施与应用

装配式机电应用整体流程可以总结为:方案设计、初步设计、施工图设计、施工图深化设计、机械加工深化设计、工厂预制加工与集成、现场装配安装、基于BIM 竣工模型的信息技术管理的全流程应用，如图1 所示。其中BIM 技术贯穿于全过程。本文从施工图深化设计、机械加工深化设计及工厂预制、机电现场装配安装3 个方面介绍其应用。

图1 装配式机电应用流程示意图

3.1 施工图深化设计

为保证工程整体进度要求，项目需优先完成施工图审查，取得建设工程开工许可证。在获得开工许可证后，完成使用方清退，断水、断电，开始拆除。因项目精装修交付，且精装修对灯具、风口、喷头、烟感、应急照明、监控等均会调整，而此类调整又对管线综合产生直接影响，以及支吊架、吊顶龙骨均会对层高产生实际影响。因此，采用装配式机电应用的项目，施工图阶段在确保各机电系统合理合规，完成主要区域管道初步综合即可，深度管线综合，宜在施工图深化设计阶段展开。

随着施工图图纸冻结，精装修介入，图纸进入精装修＋施工图深化设计阶段，各类精细化设计专项开始实施。由精装修专业确认各区吊顶目标高度、提供天花综合图。施工图深化团队开展现场摸排，在综合考虑各项影响实际落地要素的前提下，开展深度管线综合、综合支吊架、高重复率的系统部件标准化等深化设计。统筹机电功能、室内效果、净高要求、部件标准化之间的矛盾，完成施工图深化设计工作。

此阶段应由设计、施工、室内各专业人员协作开展工作，为完成能够真正意义上指导施工，精细化设计的深化图纸，必须借助以轻量、可视、可协同、易操作、易传递为前提的机电BIM 技术。

本项目由设计团队牵头开展，各方配合线上完成作业。综合支吊架，条缝风口＋喷淋＋灯具集成设备带等机电集成设计理念的应用，在提高系统集成度、满足紧凑安装、提升室内整体效果的同时，带来了大量交叉碰撞，甚至部分路由设备的调整，这部分综合单靠传统施工图设计是无法解决的。各专业首次深化模型合模综合，软件提示每1 000m2内碰撞点超300 处，经各参与方通力合作，各主要区域实现0 碰撞，末端点位每1 000m2碰撞点<10 个，且均可快速解决，不影响深化成果交付，便于后续工作展开。同一区域施工图及深化设计图对比如图2 所示。

图2 同一区域施工图及深化设计图对比

表1 风盘标准接管段加工统计表

3.2 机械加工深化设计及工厂预制

机械加工深化是将图纸语言转化为机器可识别的语言，与工厂生产线进行深度交互的设计过程。

借助专业机电BIM 软件，风管、水管、桥架、综合支吊架、高重复率的机电系统部件，均可在工厂生产技术人员的指导下，深化生成机械加工图，各分段均划分为标准段及非标准段，生产线依据分解细化的机械加工图纸，在工厂中完成预制加工。

此过程应重点关注产品模块标准化，零件部件化，系统设备化，安装工厂化，依据机电深化设计图纸，进行拆模，管道定尺加工，连接方式可拆卸。最重要的环节是模块标准化，以丝扣连接的空调水管、喷淋管为例，切割管道应按照标准化的套丝深度，预留套丝长度，经机床统一加工，形成标准管道节。此部分深化设计内容是机械加工图纸必须考虑的内容，可由机电BIM 软件在机加工图纸设计中统一约束，提高设计效率。风盘标准接管段机械加工深化图及物料统计见图3。风盘标准接管段加工统计表见表1。

图3 风盘标准接管段机械加工深化图及物料统计

本项目共设置风机盘管187 台，经机械加工深化，共131 台风盘完成接管模块标准化，完成后其余机电管线均可按样板制作安装，最大化利用机电装配式批量生产工艺的优势。 49 台风盘采用可调金属软连接补偿，与接管模块匹配。剩余7 台风盘因会议室设备带综合无法满足模块化接管，由现场配管安装。内保温风管共1 870m2，经分段处理后，采用数控机床工厂预制，分3 批次运输至施工现场，完成安装。强弱电桥架共1 000.8m，其中强电396.8m 桥架依据设计模型拆分后，经深化，工厂加工成型后运抵施工现场。空调水管长3 931.5m，共1 669.6m 经拆模深化完成工厂加工，编号成组，供安装使用。受货运电梯高度影响，剩余管线切割为2.4m、1.2m 长管段，分段成箱运输至施工现场。

项目建设期间恰逢新冠疫情爆发，各工地停工近1 个季度，恢复开工后，仍然要求现场封闭管理，控制人员聚集，严重影响施工效率。而工厂实施封闭管理后，可提前复产，将切割、焊接、套丝、防腐等工序前移至工厂内封闭生产。当工地复工时，现场安装，节约了大量现场工时。

3.3 机电现场装配安装

装配式机电的现场装配安装，是实现技术落地的最后一步。本项目按精装修交付，开敞办公区天花采用环保大颗粒涂料垂直喷涂工艺，如优先完成机电设备安装，则设备、风管、桥架上方无法覆盖；如优先完成天花喷涂，则机电设备在安装吊杆时无法弹线定位，且吊杆钻孔时会破坏附近涂料形成剥落，扬尘会对周边图层产生沾染。因此各专业交叉作业及成品保护，需要高水平的施工组织，也是确保按时完成的重要一环。设备吊装技术路线见图4。