机电安装BIM+ 装配式的模块化施工方法研究

2023-09-21张思锐

科学技术创新 2023年22期

张思锐

（中铁一局集团建筑安装工程有限公司，陕西西安）

引言

机电安装过程处于工程建设与精装修之间的环节，不仅受到工程建设过程的影响，还受到工程装饰装修施工的影响。因此，在整个项目中，机电安装的时间就是竣工时间，所以对此环节施工时间的控制就成了这个项目的关键。如何在此过程中，确保机电安装工程项目在施工中，所有调试、安装作业等环节按时完成，并确保完成后的项目质量、安全、生产等各项质量目标达标，成为现阶段工程方、监理方、技术人员等多个参与方面临的一个严重问题[1]。由于机电安装施工中，管件等构配件的种类很多、型号也各不相同，因此在施工过程中，很难对其进行标准件的复制，这也是制约此类工程项目工期和质量的一个关键和难点。

“BIM+装配式”施工技术是目前建筑工程市场内较为先进的一种施工方式，因为此项技术可以实现大规模的工厂化操作，因此，该方法拥有着传统施工方法所不能相比的显著优点，它是当今建筑业理论与实践中的一个热门话题，也是建筑业未来发展的方向[2]。但是，在实际运用过程中，此项技术受到成本、装备、人力、环境等多方面的约束，导致工程相关工作的实施一直未能达到预期[3]。近年来，随着各地政府的支持，我国土木工程已开始对装配式设计- 建造- 整体化应用进行探索，推动了我国建筑工业化的理论与实践。为进一步落实此项工作，本研究将在此次研究中，以某机电安装工程项目为例，开展如下文所示的研究。

1 工程概况

本次研究的工程项目位于A 市，该工程项目北侧紧邻315 省道，建筑基本情况见表1。

表1 工程项目基本情况

根据工程项目实际，绘制单体分布结构示意图，见图1。

图1 项目单体分布结构示意

该项目机电安装施工由中建企业承包，包括电气、给排水、采暖、智能建筑等各个单元中的机电安装施工。

2 机电安装模块化施工中BIM 插件设计

为了向机电安装装配式模块化施工奠定良好的基础，在开展上述项目时，结合BIM技术，引入支吊布置插件、ISO 等轴测图插件、焊接插件等，支吊架布置插件主要用于解决基于BIM 技术的布置计算困难问题，在实际运用中将支吊架的计算、选型、布置等集成，通过插件完成复杂的运算，快速得到计算结果。在利用BIM技术对几点专业的预制加工图进行绘制时，可选用三视图方式，即在一个模块当中生成2～3 张独立的图纸，针对结构较为复杂的模块，可以配合着不同角度的断面图进行更准确的测绘。图2 为智能化定尺切割插件的运算流程。

图2 智能化定尺切割插件的运算流程

按照上述流程，在插件进行对该模块模拟的过程中，将被切割后剩余管线的数据进行集成，统一存储在数据库当中。对数据库中的剩余管道按照加入时间顺序排列，在每条管道切割时，都会优先调用最后加入的管道，从而保证了可以优先调用最近的管道，降低了物料的二次逆向运输[4]。在管道切割完毕后，对管道进行编号，并按照每条管道的切割长度，制作出一张材料定尺下料单。加工车间按订单安排下料制作[5]。与手工管线切割的方式相比，这个插件可以实现模块的自动切割，并且极大地减少了材料的消耗。与此同时，它还可以对模块进行实时编码，让模块的预制、运输和存储以及吊装和定位变得更加方便。

3 机电安装模块化施工实施与过程控制

在完成对施工中BIM插件的设计后，严格按照施工步骤完成机电安装的模块化施工。在此基础上，结合以上的工程概况，按以下几个步骤来进行施工。BIM模型在整个施工过程中共有三次的绘制和更新，一次是BIM技术人员根据设计蓝图、招标确定厂家提供的设备、零部件尺寸等，完成各机电专业模型的绘制[6]。第二次是以第一次为基础，对模型进行进一步的优化，从整体的空间布置、行人通道、支撑结构、维修空间等方面，对每一个区域都进行了详细地分析和分解，同时也要做好与土建、精装修等相关的衔接工作。将设备底板图纸转交给土建工程部，并进行地基混凝土的浇筑[7]。第三次是技术员根据设备在安装完毕后的真实位置和大小，对BIM 模型进行修正，以保证整体模型的准确性，并保证其与已交付应用的工程信息的一致性[8]。其次，对支吊架进行合理选型和布置。利用支吊架布置插件，对支吊架载荷进行了自动计算，并根据支吊架的稳定性及强度，给出了相应的支吊架模型。根据组件吊装的顺序，对支吊架部件进行代码处理，并生成支撑件平面图和支撑件细节图。在这一过程中，支吊架荷载的计算公式选用下述公式（1）所示：

式中：F 代表支吊架的荷载；m 代表弯矩；I 代表悬臂长度；lx 代表单根支吊架长度。再次，提取工程量和材料计划。在BIM深化模型中，利用比目云的价格插件，读出BIM 中的数量信息，按照清单规格，实时产生特定领域特定专业的数量、价格、模型以及成本信息，并将其汇总报送给材料员，进行下料加工。将模组加工图纸和模组代码，按照所需的工程进度，发送到制造厂家，完成模组预加工。为确保模件预制的准确性，在保证原料品质的同时，还必须对模件制造工艺中的各大环节进行严格的控制，如管件、管道连接法兰的实际焊接承插深度和焊缝宽度的控制。检查完焊缝后，应将偏差控制在±3 mm 以内。管件的锈蚀处理由喷砂炉进行，管件的切割处理由等离子体切割处理，管件的焊接处理由全自动焊机完成。在此基础上，将焊接过程中的数据实时录入到BIM建模中，并通过插件生成焊接过程中的二维码，并将其粘贴到管线的焊口上，为后续的焊缝和管线的跟踪和维保提供便利。最后，进行对各个模块的组装。在施工操作开始前，对全体技术人员及施工人员进行一次施工计划方案的施工技术交底。负责对模组的安装工作，并对模组的安装布置，技术要点，安装隐患，文明施工等做好技术指导。施工人员根据模块管线标签，识别二维码，确认模块信息，根据BIM装配图，进行管段拼接，根据施工编号，对模块区域进行吊装施工。采用点对点的方法对支架进行定位，从而确定支架的安装位置以及管道走向。以预制管线弯头、异形件等线路关键部件的放样为手段，有效地指导并控制管道等构件模块的有序吊装。

4 机电构配件模块划分

针对上述建设项目，采用BIM+装配式的模块化方式施工。针对车库、走廊、展厅等区域重点实施管道支架模块安装和管路的模块化拼接施工。针对主会议厅等高大空间重点实施风管模块化集成式施工。表2中记录了该项目具体划分模块及数量。

表2 机电构配件模块划分

5 模块化施工方法应用效果分析

5.1 项目模块化闭环施工

由于该项目的建设规模大、工期紧，所以在对建设计划进行论证的时候，需要考虑到工程项目所在区域的不同专业如何能够实现一体化模块化施工技术的应用。综合工程方的商议与决策，利用BIM技术进行工程节点的深化设计，结合工程具体需求，对机电安装施工中的每一道施工程序进行仿真，对每一道节点和模块进行优化与衔接，持续探索模块化施工在本次工程中的应用，保证各部门之间的密切合作，以便于及时对模块化施工的难度、模块化施工的设计是否合理、是否方便快速施工、是否节能降耗等问题进行分析，以此给出合理、具体的意见，将意见反馈给项目的技术部门，技术部门可以将其作为依据，对每个节点的模块化施工方案与计划进行重新审核、优化、改进，最后形成一个闭环模式，见图3。