机电管道装配式施工技术*

徐辉朝，邵 冲，毕荣军

(靑建集团股份公司，山东 青岛 266071)

近年来，装配式施工技术在很多建筑施工过程中被研究运用，住宅装配式、钢结构装配式等装配式建筑是建筑工程产业化的发展趋势。机电工程装配式是装配式建筑发展的另外一个重要方向。随着5G通讯技术的商用及物联网的发展，机电工程系统日臻复杂，功能不断完善。在建筑交付使用后，机电工程也会随着科技的发展需要维护、更新、拓展，因此对机电工程整体排布的科学性，空间利用的合理性，运营期间的检修、维护的便利性提出了更高的要求。机电管道装配式施工需要进行综合排布，采用共用支架整合各专业管道，空间利用合理，支架设置有序便于检修，施工工期大大缩短，正是具有上述各种优点，机电工程装配式技术的创新运用能更好地适应新时期建筑工程发展需要，更有利于第四次信息技术工业革命在建筑领域的运用。

1 工程概况

青岛国际院士港二期工程是院士港九大核心板块之一的科研板块。作为2018年山东省新旧动能转换重点工程，项目形成以院士实验室、院士研究院技术中心和大数据中心为核心的集群性科研和产业化载体，辅以通用实验室，打造实验室产业集群。项目总建筑面积约为102万m2，总投资100亿元人民币，集中规划建设18栋院士楼，6栋公寓楼，为院士提供高品质配套设施(见图1)。

图1 项目建设效果

整个项目实验楼较多，且设计相似。以7号楼为例，主楼10层，裙房5层。楼内各功能设备齐全。管道种类、数量多，管道密集且敷设空间小。机电设备安装工期仅有40d，施工工期极度紧张，施工质量要求高。

2 机电工程装配式施工研究

2.1 前期调查

本工程实验楼机电管线种类多，系统复杂，施工质量要求高，大型管线多，管线集中，空间拥挤，管道安装困难，采用传统施工工艺时，不同种类管道分别安装支架，空间利用率低，支架设置没有规划，无法保证检修空间。

总结青岛市已完工公建项目的机电工程施工经验，以及查阅搜集整理相关技术资料发现存在的问题主要有以下4个方面。

1)主体结构完成后根据现场测量、加工，时间较长，材料加工无法提前进行。采用传统施工工艺进行材料加工。结构完成后，首先根据现场进行测量、下料。各专业队伍在建筑内或施工场地内的施工现场设立各自的材料加工场。原材料运输困难，费时费工，材料无法提前进行加工。

2)管道在安装作业面加工，占用场地，搬运材料和场地费工费时。管道在施工现场加工区内加工，加工场地和加工完成后材料堆放占用大量施工场地，造成施工道路缺少，搬运困难。材料运输至施工工作面过程中浪费人工、时间。

3)不同专业分别安装支架，位置不统一，支架占用空间多，检修空间小。各专业队伍安排人工，根据前期现场核实放线定位，进行支架安装固定。在狭小空间内，各专业支架数量多，占用空间大。管线安装完成后，检修空间小。

4)管道分层布置，不同层次管道安装无法同时进行,不利于节约工期。因7号楼内管道种类、数量多，管线敷设空间小，管道只能分层安装。因各层管线满布，各专业管线无法同时施工，只能进行分层施工。

2.2 方案对比分析

针对本工程工期紧张，系统种类、管道数量多以及使用传统工艺所存在的问题，结合青岛市公建项目的机电工程施工经验，经过调查分析，决定研究一种适合大部分公建项目机电工程的装配式施工工艺。

2.2.1方案提出及初选

针对上述目标，提出3种方案：①方案1 管道预制加工后，按顺序安装施工；②方案2 管道预制加工并拼装后整体吊装；③方案3 共用支架管道装配式安装。经过工序分解、细化，从多个方面对比、分析(见表1)，综合考虑选定方案3为最优方案。

表1 3种方案分析评价

2.2.2方案分解

根据机电管道施工特点，将方案分解为共用支架形式、支架与管道加工方式、管道地面组装程度、吊装方式4个方面，分别进行工艺优化(见图2)。

图2 管道装配式方案分解

2.2.3工序对比、选择

1)共用支架形式比选

共用支架按照连接方式可分为焊接、螺栓连接方式，两种连接方式的对比如表2所示。

表2 支架连接方式对比分析

经过对比分析，决定采用螺栓连接共用支架，刚度高，稳定性强；加工成本可控；支架横担高度可以根据标高需要调整，利于配合管道吊装。

2)管道加工方式比选

共用支架可选择工厂预制或场内集中加工，两种加工方式的对比如表3所示。

表3 管道加工方式对比分析

经过对比分析，决定采用场内集中加工，能够节约施工用地，节约二次搬运成本。可根据需求随时调整加工计划。

3)管道吊装方式比选

管道吊装分为分段整体吊装、分段分层吊装，两种吊装方式的对比如表4所示。

表4 管道吊装方式对比分析

经过对比分析，决定采用管道分层吊装方式，安全性高，适用性强，施工速度快。

4)管道地面组装程度比选

管道组装程度决定装配程度，可组装直管段或直管段带分支管，两种组装方式的对比如表5所示。

表5 管道组装程度对比分析

经过对比分析，决定采用直管段带分支管地面组装方式，完成度高，高空作业少，安全性提高。

2.2.4确定最终方案

选择管道地面组装、分层吊装及配合螺栓连接的共用支架为最终的机电管道装配式安装方案(见图3)。

图3 管道装配式方案构成

3 工艺流程及实施

3.1 工艺流程

绘制机电管线综合排布BIM图纸，形成重要部位的剖面图→利用BIM技术导出下料单→支架、管道集中加工→管道分段加工后，按系统进行编号→BIM图纸内精准定位支架安装位置以及支架尺寸→现场支架安装→材料按系统编号拼装后进行吊装施工→试压、保温。

3.2 方案实施

3.2.1螺栓连接共用支架

每3m一段计算管线自重、桥架内电缆线自重、管道内水自重计算统计如表6～8所示。

表6 管道自重统计

表7 桥架内电缆自重统计

表8 管道内水自重统计

1)骨架型钢规格型号选择

综合表6～8得知，管线段自重T1=532.47kg，桥架内电缆自重T2=19.45kg，管道内水自重T3=1 107.4kg， 根据机电管线及后期运行的自重，进行支架受力计算，选择L4作为支架立杆及横担材料。

2)根据机电管线综合排布BIM图，确定立杆尺寸、横担长度及间距，使用台钻冲孔机，对角钢进行冲孔。组织6位工人对支架进行制作，包括下料、组装等试验，标准层支架制作施工用时2d，满足任务要求。

3.2.2场内集中加工

场地内设置加工场，各专业管线在加工场内集中加工，加工场内设置支架加工区、管道切割区、管道套丝、压槽区。各个区域内根据需要装备相应数量焊机、切割机、台钻冲孔机、套丝机、滚槽机等加工设备。

消防专业、通风空调专业、给排水专业各自加工区，集中设置。能够节约大量施工用地。安排专业工人进行各专业支架、管道加工，节省人工，提高加工效率，减少加工周期。采用集中加工，管道加工成2～3m一段，材料搬运方便，提高材料垂直运输效率，工期、成本节约显著。

3.2.3直管段带分支管

1)在加工场分系统对加工后管道进行编号，管道运至安装楼层后进行拼装。首先根据机电管线综合排布BIM图，将位于同层的不同管线安装在横担上，安装在横担上的管线长度控制在6～8m。

2)针对各专业管道，直管连接完成后，将管件、分支管件、返弯等管件一次性在地面与直管段连接。

3)将各层的管线分段与横担固定完成后，使用液压手推车运至施工工作面，准备吊装施工。

组织4位工人每2位1组进行试验，在地面将各类分支管及管件安装在一段直管，然后固定在支架上，2人用时2h，直管段地面拼装固定在支架后，高空作业安装分支管2人用时4h。直管段带分支管相比高空安装分支管，操作方便快捷、安全，用时更少。

3.2.4管道分层吊装

1)使用液压手推车将同层各专业管线分段与横担固定完成的各段管线，运至施工作业面后。将管线固定在电动垂直升降机升降臂上，使用升降机将管线运至准确高度，然后使用螺栓将横担与立杆可靠连接固定。

2)各分段、分层管线不受其他管线影响，可同时对多段管线进行吊装施工。

3.2.5电动垂直升降机选择

根据管线自重计算数据，选择电机功率3.7kW，最大起重量700kg，最大起重高度6m的电动垂直升降机。起重机自重135kg，尺寸1.2m×2.3m。起重机体积小，自重轻，方便搬运。组织工人16人，准备电动垂直升降机2台。对标准层进行管道吊装试验，施工用时1d，满足任务要求。

3.2.6实施方案

1)绘制完成机电管道综合BIM排布图。可以准确定位支架的安装位置，指导各专业管道分层分段吊装。

2)采用共用支架，按照BIM图纸安装完成后，每层共安装支架65个，支架平均间距2～3m。

3)现场各专业管道使用小型起重设备进行分层、分段吊装。管道安装施工速度加快显著。

4)每层管道安装用时平均为3d，较传统施工工艺施工进度明显加快。

4 结语

1)机电管道装配式施工工艺，与传统工艺相比，减少加工场地搬运，减少高空作业，提高施工效率，施工进度大大加快。按照现场工期计算，可以节约工期57d，总的用工节约760个人工，产生经济效益22.8万人民币。

2)采用传统安装方式，每层各专业支架共计139个，由于没有统一规划，支架间距0.45～1m，不利用后期检修及系统拓展。采用共用支架后每层86个，支架间距1.5～3m，支架布置科学合理，检修作业空间充足。

3)原支架用量6 049.4kg，采用共用支架后，总用钢量为4 917kg，支架用量节约18.8%。建议公建项目推广采用，在项目合约阶段可将支架钢材纳入总包供料，便于推行共用支架，增加公司利润。