机电安装BIM 装配式的模块化施工方法研究.pdf

科学技术创新 2023.22机电安装 BIM+装配式的模块化施工方法研究张思锐（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。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。摘要：在机电安装施工中，因为构配件种类繁多、型号各异等特性，导致了无法实现标准化施工。对此，本研究将以某机电安装项目为例，开展对 BIM+装配式的模块化施工方法的研究。明确项目工程概况，通过机电安装模块化施工中 BIM 插件设计、机电安装模块化施工实施与过程控制、机电构配件模块划分，完成模块化施工。通过模块化施工方法应用效果分析得出，新的施工方法运用可以有效促进机电安装施工标准化水平提升。关键词：机电安装；施工；装配式；方法；模块化；BIM中图分类号院TU17；TU741文献标识码院A文章编号院2096-4390渊2023冤22-0154-04作者简介：张思锐（1991-），男，本科，工程师，从事建筑施工工作。总建筑面积 组成单体 1#、3#塔楼层数 1#、3#塔楼层数 主体建筑高度 2#塔楼层数 2#塔楼主体 建筑高度 12.6万m2 由西向东三个单体 结构（1#3#）地上三层 27.75 m 地上5层 39.7 m 表 1工程项目基本情况154-2023.22 科学技术创新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 23 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：（1）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 管线1定尺切割添加连接件大于定尺？定尺管线编号剩余非定尺管线切割剩余数据库添加NY管线2定尺切割添加连接件大于定尺？定尺管线编号剩余非定尺管线切割剩余数据库添加NY所有管线切割完毕数据库成组最后一根管线管线*FmI lx155-科学技术创新 2023.22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。图 3项目模块化闭环施工模式在此种模式下，可以有效地实现机电安装工程项目的反馈与联动，使项目装配式施工过程持续进行动态更新，为施工全过程提供高效的服务。5.2模块化施工方法应用效果综合比对在上述内容的基础上，进行模块化施工方法应用效果综合比对中相关参数的计算，计算公式如下：（2）式中：A 代表机电安装工程项目万元产值设计天数；J代表机电造价，单位：万元；S 代表深化设计时间，单位：天。（3）式中：C 代表机电安装工程项目施工过程中材料损耗率，单位：%；c 代表机电安装工程项目施工过程中材料损耗成本，单位：万元。（4）式中：M 代表机电安装工程项目每日万元产值，单位：万元；T 代表机电安装工程项目施工天数，单位：天。（5）式中：Z 代表机电安装工程项目造价节约率，单位：%；Y 代表施工图具体预算。完成上述计算后，对该项目 BIM+装配式施工技术应用前、后的效果进行比对，见表 3。表 3模块化施工方法应用效果综合比对在上述内容的基础上，为更加直观的分析施工技术应用效果，以柱状图的方式，进行模块化施工方法应用效果综合比对，见图 4。结束语根据上述研究，得到如下几个方面的结论：序号 施工区域 施工方法 划分模块数量（个）（1）主会议厅（高大空间）风管模块化集成施工、脚手架成套模块技术 2 860（2）车库、走廊、机房等 管道支架模块安装、管路模块化拼接 4 260（3）管道井 管道系统预制模块施工 3 680 深化设计模块定型集成生产组织运输施工技术交底现场施工进度、质量、安装等管控施工完成接收反馈协调处理施工反馈环节/100%Cc J/AJ S/MJ T/100%ZYJY比对方法/比对参数 万元产值设计天数/A（天）材料损耗率/C（%）每日万元产值/M（万元）造价节约率/Z（%）模块化施工 方法应用前 315.5 3.16 44.13 0.25 模块化施工 方法应用后 781.4 0.39 70.25 1.39 156-2023.22 科学技术创新（1）从表 3 中看出，相比模块化施工方法应用前，该方法应用后，万元产值设计天数增加、材料损耗率降低、每日万元产值增加、造价节约率提升，说明此项施工技术在实际应用中，可以起到节约材料、缩短工期、提高设计深度、深化设计时间等作用，通过此种方式，实现对工程项目建设过程的全面优化。（2）综合图 4 中内容可以看出，相比应用前，此项技术应用后综合效果良好，由此可以证明，上文设计的施工技术在实际应用中可以发挥预期的效果与作用，全面提升工程的质量与建设水平。参考文献1张鹏飞,王相伟,包希吉,等.高架桥盖梁施工临时通车门洞模块化支撑体系施工技术J.建筑施工,2023,45(5):917-919，923.2刘立新,曹广磊,陈汉.提高加装电梯模块化钢结构井道施工效率的几种设计J.中国电梯,2023,34(5):83-84，88.3王然.“华龙一号”钢筋笼模块化施工技术研究与应用 J.企业科技与发展,2023(2):91-94.4何松苍.钢结构住宅卫生间模块化同层排水节水系统的施工技术J.中国建筑金属结构,2023(1):63-65.5李洋.模块化铝模系统在特大桥单箱三室多隔板内模施工中的应用J.珠江水运,2022(24):50-52.6殷广师.“华龙一号”大型钢筋笼模块化施工技术研究及应用J.中国核电,2022,15(6):779-783.7栗建博,刘军,杨华俊,等.核电站超大环形 IRWST 水池外环天花模块化施工技术 J.施工技术(中英文),2022,51(23):66-69，74.8宋小霞.核电站管廊模块化施工技术应用研究以 y 核电站为例J.企业科技与发展,2022(12):73-75.Research on Modular Construction Methodfor Mechanical and Electrical InstallationBIM+AssemblyZhang Sirui（China Railway First Bureau Group Construction and Installation Engineering Co.,Ltd.,Xian,China）Abstract:In the construction of electromechanical installation,due to the diverse types and models ofcomponents,standardized construction cannot be achieved.This article will take a certain electromechanicalinstallation project as an example to conduct research on the modular construction method of BIM+assembly.Clear project overview,completemodular construction through BIM plug-in design,implementationandprocess control of modular construction of electromechanical installation,and division of electromechanicalcomponent modules.Through the analysis of the application effect of modular construction methods,it can beconcluded that the application of new construction methods can effectively promote the standardization level ofmechanical and electrical installation construction.Key words:mechanical and electrical installation;construction;assembly type;method;modularization;BIM图 4模块化施工方法应用效果综合比对柱状图157-