案例分享:基于BIM的模块化装配式机房方案

2021年4月22日
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近两年,装配式施工已逐渐延伸到复杂的设备机房,这是机电安装工程设备、管线最为集中的地方,预制装配难度非常高,但行业标杆企业正积极响应国家的相关政策导向,加大投入,从开始的尝试阶段到现在的深度应用阶段,一个又一个装配式机房呈现在我们面前,机房的施工速度也在不断地被刷新,我们通过实际项目应用BIM技术,对现在装配式机房设计、生产与施工等环节存在的问题进行探索与研究,研发了一种基于BIM的模块化装配式机房整体解决方案,运用BIM技术在复杂紧凑的设备机房里对各类管线设备模块进行标准化拆分、标准化设计、工业化生产,通过标准化的产品构件能够大大的提高安装效率、降低安装成本。

    一、现阶段装配式机房发展模式

    1.1传统装配式机房

传统装配式机房是通过BIM设计,将机房所有管道优化后,进行管道分段生成加工图。工厂根据图纸生产管道、管件,将所有管道根据装配顺序进行编号。最后运输至现场进行安装施工。

    优点:

?精细化的BIM模型,在安装前解决全部误差,装配阶段无需图纸便可安装。

?与其他专业可平行作业,整体工期快、施工质量明显提升。

?材料预制化,现场无需加工,省时省料。

?极大降低施工安全隐患、施工现场无焊接油漆作业污染。

?有效实现节能降耗的优点,一定程度上推进了机电安装产业的发展。

    缺点:

?BIM深化设计随意性比较大,需要对每个项目进行定制设计,不能形成统一的质量标准。

?组件,备件在设计上,每个项目均需单独定制,设计成本、生产成本相对较高,无法大规模工业化生产。

现场装配零件比较多,不仅组对时容易错乱,且纯手工的方式质量低,后期安装过程中因受施工人员技术水平影响,类似装配工艺、累计误差,影响调试效率及增加后期运维工作量。

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现场装配管道定位编号图

    1.2模块式装配式机房

根据水泵的选型、数量、系统分类以及机房内的设备布置情况,将2—3台水泵及管路、配件、阀部件、减震块等“化零为整”组合形成一组预制模块,然后通过一组模块与另一组模块进行机械连接,就能实现机房的快速装配,但根据装配化施工现场实际情况及研发投入来看,还不具备完全实现模块化装配的能力。

    优点:

?将机房划分成若干模块进行装配,各组模块均采用钢结构支架作框架,各组钢结构框架通过螺栓连接,就能迅速连接各组模块,各组模块连接完成后,整个机房即施工完毕。

?施工周期快,装配式安装效率高。

    缺点:

?仍然需要对每个项目进行定制设计,不能形成统一的质量标准。

?模块式装配对机房土建质量要求高,平整度等需满足设备安装要求。

?对于空调主机等体积和重量较大的设备,模块化后无法运输,同时现场就位困难。

?各种类型设备模块会造成钢材浪费较多,且对结构承载力提出了更高要求。

?因为模块化的设计,主管段标高变得过低,机房整体管线压抑,不符合机电安装管道贴顶安装的原则。如果提高标高,则框架体积、质量变大,造成重心不稳,不便于运输,同时型钢成本大大提升。

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模块级预制泵组效果图

通过对比以上两种装配式机房解决方案,在设计、生产、施工中均没有统一标准,均需要针对不同的项目进行单独定制,无法做到所有项目都能通用。此次研究的内容主要是通过企业级的标准化设计,对泵组模块的进水口管段、出水口管段、主管段等进行标准化拆分、对拆分构件进行标准化设计,然后在工厂批量预制生产,以适用于绝大部分装配式机房现场施工。

优点:

?模块化准化设计、标准化拆分、装配式组装、能够进行工业化生产。

?标准化方案不仅局限于空调机房,还有消防泵房,生活水泵房等机房均可以统一模块化设计、生产、安装。

?非标准管段设计可以经常现场测量后再预制加工。

从安装效率和便利性考虑,模块化的构件,工业化的生产效率高,有利于设备后期的运输、拼装和检修维护。

    二、模块化装配式机房实施流程

模块化装配式机房——该方案的实施需要从标准化设计阶段、标准化模块拆分阶段、标准化构件设计阶段三个方面着手。同时标准化设计又分为企业级和项目级不同的运用维度。

实施流程:

将所有机房管道管件按功能模块进行划分成一个个标准的功能模块,例如:水泵模块、空调主机模块等。将分解模块进行构件拆分,同时对拆分的管道构件进行标准化设计,并通过工业化生产降低直接成本。将加工完成的构件进行模块化组装,例如:水泵模块进水、出水管组等。在工厂内进行模块化组装。后运输至现场,仅需将各个模块进行组装即可完成施工,下面我们将对此进行一一阐述。

    2.1标准化设计

在标准化设计阶段,分为企业级和项目级,分别对应EPC工程和施工总承包工程。

企业级应用(EPC工程):

将企业承揽的EPC项目中标准图使用率高、且可以进行模块化设计的内容进行共性化标准设计(含结构),共分为消防控制室、柴油发电机房、制冷机房、换热站、生活水泵房、消防水泵等几大类;将以上各种类型设备机房进行标准化设计,项目可以根据企业标准设计的机房选择性的进行直接使用、微调后使用、参考使用等方式执行。

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标准化机房设计

项目级应用(施工总承包工程):

当项目选择对企业标准进行的参考使用的情形,需要根据项目制定的统一标准进行深化设计,参考企业标准对各个机房进行深化设计。该深化设计继承企业级标准基础上进行项目级别的深化设计。

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某项目制冷机房设计方案

    2.2标准化构件拆分

我们以空调制冷机房为例,将机房的设备进出口管路、配件、阀部件、仪表、支座等划分成一个项目级的标准模块组,根据管径再对组件标准化设计。增加非标件解决机房结构差异性问题。对于不同机房主管的高度不同的问题,可以利用非标准段模块在长度方向的调整做一个补偿,可以根据每个项目的具体情况单独设计。

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空调制冷机房平面图

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泵组一次拆分

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模块化的二次拆分示例

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构件标准化三次拆分示例

    2.3标准构件设计

对标准拆分构件根据管径进行统一标准化设计,例如短管统一长度200mm,仪表统一在短管上开洞。标准的短管、弯头、法兰、支撑、支架,每个零部件都可以标准化生产。这样标准化的设计可以在所有项目共享,可以在工厂内大批量生产,同样的组件可以应用的任何项目上,成本极大的降低,装配式效率大大提升。

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标准化构件设计示例

    三、结论

基于BIM的模块化装配式机房整体解决方案,现场装配的内容时只有水泵进水管段模块、出水管段模块、主管段模块,现场组装量大大减少,避免传统的预制装配式施工时现场组织混乱,安装配件容易错漏,质量不高,施工效率不高的缺陷。另一方面,基于企业级标准设计图,企业可以集成各项目进行统一设计、采购、加工、安装等,大幅降低企业成本和能源损耗,提升企业整体的工程质量、进度和管理水平。

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