绿色建筑项目机房预制施工浅析

绿色建筑项目机房预制施工浅析

任海波

上海市安装工程集团有限公司 上海 200080

[摘要]本文结合长三角一体化绿色科技示范楼项目，应用BIM技术进行深化建模，对项目机房设备管道进行场外工厂化预制，对机房内设备管线进行预制安装，实现机房管道工厂预制、设备模组预制、快速安装，减少现场焊接作业，提高施工效率，为以后绿色建筑项目机房模块化预制提供示范和参考。

[关键词]机房预制装配；BIM建模；场外预制；模块化安装

0   工程概况

长三角一体化示范项目位于上海普陀区，计划打造成国际领先的绿色建筑示范工程；项目以绿色建造技术为引领，展示顶尖机电施工工艺，真正实现“零碳、零能耗、零水耗、零废弃物、零甲醛”的目标。力争获得中国绿色建筑评价标准三星[1]、中国健康建筑评价标准三星[2]、中国近零能耗建筑技术标准[3]、美国绿色建筑LEED 评价标准铂金级、美国健康建筑WELL评价标准铂金级以及英国绿色建筑BREEAM 评价标准杰出等级，打造长三角绿色建筑的模范工程。

本工程主要设备机房位于地下二层，包含黑水处理机房、雨水处理机房、废水处理机房、地源热泵机房等。根据绿色建筑评奖要求，本项目根据绿色建筑项目施工要求，依托BIM技术，采用工厂化预制、现场组装的绿色施工工艺方法，减少现场焊接动火作业，以达到运用预制厂房先进设备、实现流水作业、缩短施工工期、提高工程质量和绿色化施工水平。

1   BIM预制化设计

随着BIM技术的完善和发展，工厂化预制及

数字化装配施工工艺成为机电安装技术转型的一大助力。本项目利用BIM技术，对机房进行优化设计，从建筑、结构、管线标高、设备安装的位置等方面进行全方位的调整，为后续机房模块化施工提供模型，提高设备管线的装配精度。

1.1预制化流程

根据本项目特点，在满足绿色建筑标准的前提下，制定项目预制化流程[4]：

CAD图纸深化设计→现场确认及测量→初步搭建工程BIM模型→BIM模型深化评审→BIM模型预制化精度提升→BIM模型系统分拆编号→预制构件加工及现场装配图纸出图→工程预制加工→构配件运输安装→整体机房装配施工。

1.2模块分割设计

在BIM三维综合机电模型的基础上，借助三维激光扫描设备实测得到施工现场三维土建模型，进一步完成高精度三维机电模型与土建模型的协

调与一致，图1为完成的高精度BIM三维综合机电模型。结合施工现场的转场运输与吊装安装条件，并考虑模块运输的便利性与经济性，在高精度BIM三维综合机电模型中完成机电设备与管线的模块分割。分割设计阶段需要着重注意：

（1）三维激光复测现场土建模型时，着重注意测量基准点的选择。

（2）高精度三维机电模型须与复测所得土建

模型的协调一致。

图1 高精度BIM三维综合机电模型

1.3现场测量复合

为了避免施工后期出现安装误差，确保现场准确实现装配化施工。在项目实施初期需要对土建预留孔洞尺寸，一次结构柱、梁、板净高，设备基础尺寸和项目机房尺寸进行计算校核；采用智能机械设备辅助测量来提高现场测量的精准性和精确度，确保项目能一次性实施成功。

1.4模型构件信息收集

在BIM模型建立过程中，如何收集族、设备构建的信息（尺寸、参数等）就显得尤为重要。例如：给排水系统中管道的沟槽式阀门以及各沟槽式连接管件详细尺寸。因此，项目前期就需要确定材料供应厂商，咨询联系厂家提供样本，以此来复核BIM模型中的族与实际使用材料尺寸的一致性；同时等各类材料进场后，需再次进行复核，为后期一次装配成功奠定基础。

图2 配件信息

1.5预制加工图纸

在项目部确定机房预制装配化方案后，通过BIM模型导出机房综合管线排布图、各专业排布图纸、设备基础图、支吊架布置图及各预制管段布置图。其中预制管段加工图纸由管段布置图、管段尺寸明细表、三维效果展示图及加工说明组成。预制加工厂需要严格按照管段布置图中的尺寸定位进行管道的切割、焊接、定位以及预装配。图3为机房内管线分段。

图3管线分段

1.6 支吊架建模和预制

在完成机电BIM模型后，需根据系统管线位置进行支吊架选型与布置，支吊架的布置力求准确合理、简洁美观。本项目机房采用装配式成品支架，能很好的增加机电管线的牢固度和美观性。

在建模阶段还需确定支架形式：诸如抗震支架、联合支架、固定支架、落地支架等。将相应支架受力做好计算书，经计算审核后预制安装。

1.7 管道预制加工和现场组装

（1）图4为管道工厂化预制流程

图4 预制流程

（2）管道工厂化预制过程

材料进场→预制平台→管道切割→断面加工→自动焊接。图5为整个预制过程。

（a）材料进场

（b）预制平台

（c）管道切割、断面加工

（d）自动焊接

图5 预制流程

（3）管道工厂化预制和现场组装施工要点:1）提高BIM模型设计管段加工图绘制精度，提升管道预制加工的深度。2）确保预制加工所用材料、设备、测检工具的优良，提高预制加工质量。3）预制管段在检验合格后需涂上防腐油漆，进行管腔吹扫工作，然后进行包扎封口处理。4）预制品完成后，应严格按指定标识和图纸上的管段号码统一编号、堆放。5）预制管段在装车、运输、卸车、搬运和堆放过程中，需做好成品保护。6）现场预制管段由专职管道工程师根据管段编号进行逐步施工。7）现场组装作应严格按照管道单线图的编号顺序进行

[5]。

（4）现场运输装配

因本项目机房空间较小，故在土建墙体砌筑阶段预留一堵墙，待预制设备材料运输进场完成后，再进行后期二次砌筑。装配阶段需安排施工人依次按照深化图纸进行管段装配安装，依照顺序完成水平段及设备段的管段装配，再进行垂直管段的管道安装。垂直管段可以作为补偿段调整控制偏差。

（5）机房整体组装

在装配化机房施工全过程中，现场拼装是重要环节。拼装质量是呈现整体施工效果的重要“窗口”，因此必须做好现场的拼装作业。

1）根据BIM模型确定安装控制要点，项目人员提前在地面或墙面等关键部位设置标高基准点，以便相应预制单元可快速定位。2）在设备管线运输到位后，依据编号进行安装，确保一次性精准定位。

完成后利用全站仪等装置进行检查，及时发现位置偏差并作出相应跳帧，保证安装位置与BIM模型相匹配。3）全程采用流水化拼装作业的模式，运输人员根据实际情况调整模块单元，再由拼装小组做进一步的调整，直至拼装完成。

现场组装工作主要基于前期BIM技术的运用以及现场预制装配的方案策划，然后运用预制厂进行预制加工。通过以上流程，整个预制机房与传统的机房相比，提高了施工质量也缩短了施工工期。图6为装配后的机房效果图。

图6 装配后的机房

2   预制化优势

（1）传统机房施工存在作业面小，施工效率低；现场石工杂乱、交叉作业较多；各施工班组交叉施工，成品保护难；同时存在边施工边拆改的现象，安装整体观感效果较差；动火焊接作业多，容易造成安全事故。而采用场外预制加工模式进行机房施工，多工种、多专业同时进行；而且预制分段相比现场焊接，能有效缩短20%~50%材料用量，降低了施工成本，提高工程质量。

（2）场外预制和现场安装作业分离：预制不受开工条件限制、不受自然条件影响、不受现场条件影响，可有条不紊地组织生产，为工程现场提供产品，现场安装时间缩短。

（3）与现场施工相比，工厂化改变了机电安装工作条件，有利于安装专业化，规模化。生产采用专用的加工装备和手段，并采用流水专业化生产从而提高了管线焊接的质量。

（4）装配式的构件可以在工厂实现产业化生产，因为构件为标准化产品，可以直接进行大规模安装，减少施工现场的工作量，尤其适合工期紧张的施工项目。

3   机房预制存在的问题

（1）机房是机电专业的完整施工区域，包含暖通、消防、电气、给排水、弱电等多个专业，各专业都有各自的设备管线，在产品类型及品质方面有较大的差异。而且，以何种方式集成各类材料管线为亟需解决的难题。在项目施工过程中，应以实际业主需求为导向合理选择材料和设备，使其满足项目要求。

（2）部分预制设备管线在BIM模型中的位置与现场实际位置存在部分偏差，这主要在于模型设计人员和现场实际脱节。因此，，需提高设计人员和施工班组之间的沟通，明确设计技术装配交底，减少返工。

（3）机房装配化施工易产生累积误差，特别是在大口径管道安装中。结合工程经验可从如下几项工作切入解决该问题：1）提高BIM 模型的精度，全面复核BIM的管线及构件，及时发现问题并修正；2）确定材料的规格和场地尺寸，做好管线测量；3）配置高效工具，提高施工人员能力，以便准确完成管线安装。

4效益分析

采用BIM技术优化设备、管线和支架布置，通过工厂化预制及精细管理、模块化制作，节省材料10%~15%，提高施工效率30%以上，相应地也提高了机房内部设备和管线的安装质量，使机房布置合理美观。

通过BIM设计、工厂化制造、一体化运输、现场快速拼接，使机房工期大幅缩短，提高了效率。

同时减少了占用现场施工场地，减少了现场焊接动火作业，避免对环境造成影响，符合绿色建筑理念，取得良好效果。

5结语

通过本文，对绿色建筑项目机房预制化施工要点进行总结，为以后相应的项目实施做了铺垫。机房预制化、装配化施工是今后机电安装工程发展的趋势，需要我们不断完善相应的技术，不断加强BIM技术的运用以适应更多项目的装配化发展需求，促进安装行业可持续化、工业化和信息化发展。

参考文献

[1] 绿色建筑评价标准 GB/T 50378-2019[S]. 北京:

中国建筑工业出版社, 2019.

[2] 健康建筑评价标准 T/ASC 02 -2016[S]. 北京:

中国建筑工业出版社, 2016.

[3] 近零能耗建筑技术标准 GB/T 51350-2019[S]. 北京:

中国建筑工业出版社, 2019.

[4] 张金河,张永亮,陈云浩.超高层空调机房空调水管道模块化预制施工技术[J].新技术推广与应用,2019,319(2):25.

[5] 龚 辉. 基于模块化的装配式结构设计要点分析［J］.建筑技术,2020,47(1):5-6.

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