数字化预制装配吊装技术探讨与应用

白利 王荣 马俊虎 万方春 袁壮壮

摘要：数字化预制装配吊装技术指水泵、板换模块的构件提前在数字化预制装配基地进行了加工预制，然后将这些预制完成的模块通过运输的方式转移至工地，通过一定机械吊装技术，把运输过来的预制好的模块放置在规定的基础面。水泵模块设置可拆卸点螺栓连接，可实现多种尺寸的拆卸方案。勘察现场情况结合模块尺寸确定整体吊装及分件吊装的拆卸方案。

关键词：数字化预制装配;整体吊装;组合吊装;半拆卸吊装;分件吊装

数字化预制装配技术指的是一种先进的基于数字化标准预制定义的技术，主要分为四个阶段：BIM设计阶段、车间加工阶段、检查试压阶段、运输吊装阶段。其中BIM设计阶段是整个技术的关键，所以我们重点介绍一下BIM设计阶段的优势与不足之处，供大家分析借鉴。

一、BIM设计阶段：

BIM技术是一种新兴的数字化技术，它可以在建筑时使用，通过在项目的不同阶段在BIM中插入、提取、更改和修改信息将不同利益的相关方联系起来协同作业。BIM的技术理念符合建筑行业的应用，可以使其在工程建设时利益最大化。BIM就是可以解决传统技术问题的一种新兴的信息化设计技术，它能够在一定程度上缩短建筑设计的周期并且提高工作效率和工作质量。就像工厂生产的大机器取代手工技术一样，计算机信息管理技术逐渐取代传统管理技术也是一种发展的必然趋势。从我国建筑工程设计的发展来看，从信息管理技术兴起至今，它已经发生了两次技术性的革命。第一次技术性的革命是CAD技术在开发和应用，它将传统的手绘图纸改进为计算机绘制图纸;第二次技术革命则是指BIM技术的诞生和使用，它将多专业分别分步的绘图方式转换为共同绘图，把传统的二维空间模式转换为三维空间，更加具有立体感，使绘图效果更加显著突出。同时采用数字化技术在工程设计时能够提供相应的信息库数据，这些信息数据可以详细的描述建筑的集合信息和专业化信息。BIM技术在中国建筑行业发展缓慢，并没有得到很好的普及和应用。首先BIM技术从美国引入到中国的时间还比较短暂，在应用和普及上还需要更多的时间;其次，很多建筑行业的工程人员对于新技术的学习和使用还比较保守，他们认为新型技术学习比较繁琐，往往选择墨守陈规，抵触创新的新技术;而且对于从二维空间到三维空间这种思维模式的改变还不能完全适应，这些因素都阻碍了BIM技术的推广和普及。传统技术存在的问题随着社会的进步，信息技术化的发展脚步加快，建筑业中的信息化程度也已经突飞猛进，我国传统的建筑设计流程已经不能满足建筑业现代化快速发展的要求，这一点从各个方面都表现得出来。空间设计存在的问题因为传统的建筑设计流程是建立在二维模型的基础之上的，给设计师空间上的感觉是有限的，没有直观的空间感受，往往不能对空间上的内容进行很好的理解，所以给出的结论自然存在偏差。传统的建筑设计流程缺少了三维立体构图的空间直观感受就对设计师造成了空间上的障碍，完成后的建筑经常会出现空间过于空旷或者过于压抑等情况的出现。建筑分析上存在的问题传统的设计流程中是只拿出一个建筑的模型，对这个模型的外部进行各个方面的研究，而对其内部只是进行一个简单的形态勾勒，等到外部设计结束之后，再利用不成熟的二维软件对其内部进行设计，设计出来的结果也是差强人意的。也就是说，传统建筑设计流程中，在建筑分析方面，只存在一个空壳，对这个空壳的外部进行一番研究，之后在这个空壳上面套用各种公式和算法对其内部形态加以设计，或者仅仅凭借设计师的经验和感觉对内部的结构形态进行估算和设计，整个的流程中没有准确的数据理论的支持。建筑成果展示存在的问题目前我国大多数建筑公司在展示其建筑成果的方式上面都采用的是静态效果的展示，虽然很多效果图都经过公司后期的渲染和制作，但是其静态的展现形式仍存在多方面的弊端。例如某些静态效果图经过特殊制作特地展示建筑的多方位局部特点，但是因为设计采用的二维技术缺乏空间上的直观感受因此展示出的局部效果和真实建筑中存在很大的偏差，另外，在静态效果图中，建筑的内部形态也基本上展示不出来。新的BIM技术在建筑设计方面从传统的二维模型发展到创新的三维立体构图，不仅在设计工具上面是创新，对设计师的思维改变也起到了至关重要的作用，设计师可以在三维立体构图中大胆发挥自己的想象进行设计，在BIM技术中将自己的设计理念更好的展现出来。BIM技术在建筑工程设计中的应用优势主要体现在以下几个方面。在设计的初期，对建筑的设计对象不再是一个简单的模型，BIM是一个内容丰富展示全面的建筑模型，它不仅将建筑的外观直接表现出来，更是将建筑的内部细节比如一条走廊一间房间更直观的展现在设计师眼前，设计师可以根据这种最为直观的建筑模型对建筑的外部和内部进行统一的设计，并且对空间上的大小有了更准确的数据进行研究。所以，BIM技术是建筑设计中是最直观的体现。在传统的建筑实际中，会出现很多问题，例如设计的不够深入，这是由于观察角度的单一造成的，设计师仅从一个角度对建筑进行观察，这就容易出新设计的误差。BIM技术可以很好的避免這一情况的发生，BIM技术采用碰撞检查，为同一工程的相关专业人士提供一个可以共同工作的平台。一个设计师设计出一个方案上传之后其他所有相关的专业人士都可以看得到这一方案，而如果一个设计师发现其他人设计的方案中存在问题，也可以在这个平台上及时的提出与之谈论并可以自己修改，实现真正的信息共享，减少信息传递时间和传递的误差，提高在设计中的工作效率。传统建筑设计流程中和建筑成果展示时，所采用的都是静态的图纸进行展示，图纸所表现出来的二维图形存在很多不足。BIM技术在这些流程中都可以对建筑进行有效完整的虚拟化，比如在设计中需要哪一细节的图纸可以直接从BIM技术建筑模型中提取出来，省去了繁琐的人工寻找。再比如，在设计完成后的效果展示中，BIM技术所展示的是建筑的三维立体图形，建筑的外观以及内部所有细节都一览无余，并且，建筑的空间大小也是经过准确的数字比对，与实际建筑的偏差也几乎没有。

二、车间加工阶段：

根据厂区的实际数据，设计出适合厂区的平面图，根据实际情况结合车间的生产需求进行车间加工。施工全过程，通过方案模拟、深化设计、管线综合、资源配置、进度优化等应用，避免设计错误及施工返工，能够取得良好的经济、工期效益。

三、检查试压阶段：

这一阶段主要是通过实验确保车间内各种管道、钢丝绳等配件结实可靠，无漏点或断裂情况。主要检查项目有水管、送汽管道、油路管道、输送带、吊车钢丝绳等部件。试压即是对地面设备的耐压能力进行测试的过程。对地面管汇试压则需关闭有关闸阀;对套管等试压需要有封堵器、试压泵等。根据设备不同，有不同的压力标准，压力试验应符合下列规定：1、压力试验应以液体为试验介质。当管道的设计压力小于或等于0.6MPa时，也可采用气体为试验介质，但应采取有效的安全措施。脆性材料严禁使用气体进行压力试验。2、当现场条件不允许使用液体或气体进行压力试验时，经建设单位同意，可同时采用下列方法代替：所有焊缝（包括附着件上的焊缝），用液体渗透法或磁粉法进行检验;对接焊缝用100%射线照相进行检验。3、当进行压力试验时，应划定禁区，无关人员不得进入4、压力试验完毕，不得在管道上进行修补。5、建设单位应参加压力试验，压力试验合格后，应和施工单位一同按规范规定填写管道系统压力试验记录。

四、运输吊装阶段：

起重吊装作业前，实地考察吊装现场，与主要的操作人员制定出切实可行的吊装方法和安全措施。保证作业安全，避免盲目施工，在施工前将起重吊装方案详细地告诉操作人员。主要的施工方法、人员配置、起重机械选择、吊装运输方法、起重运行路线、构建的平面布置、运输、堆放、安全措施等内容均要详细地告诉其中吊装工作人员，避免出现安全事故。严格执行安全技术措施。消除对吊装环境的不利影响因素，如：电气线路，风力影响，场地的影响，高温环境，场地内存在有毒有害、易燃易爆物品等都有可能引发事故，造成人员伤亡。在起重吊装过程中要做好以下几点：1、做好施工前准备工作，包括准备并检查起吊物品和防护措施，准备好辅助用具，确定并清理落物地点，力求平整宽阔。2、提高捆绑物品的技术。捆绑构建和设备之前，研究其重心点，根据形状和重心点位置确定捆绑点;捆绑重物起吊时，主义挂钩角度，防止物品脱钩;捆绑有棱角物品时，应在钢丝绳和吊装物品间垫上麻袋、木板或轮胎之类的耐磨物品，以免钢丝绳被其棱角研磨发生断裂;起吊零散物品时，应借用辅助用品加以吊装，保证吊装平稳。3、指挥信号要准确。按照规定的标准起吊信号进行联络，起吊司机也要对指挥信号、运行通道，起落空间时刻观察，确保吊装顺利进行。4、选择安全的吊装位置。起重吊装运输过程中，由于所吊物品的冲击、摇摆跨越作业区等情况经常出现，所以，在吊装时根据作业区的环境选择安全位置，避免吊装运输过程中的人身伤害。

随着我国经济的持续快速的发展，劳动力成本的不断提高，节能环保意识的不断增强，在近年来，陕建九建集团在数字化预制装配技术方面有很大的发展，2019年建设了数字化预制装配车间，主要生产水泵模块、扳换模块。笔者结合多年的工作经验，就数字化预制装配技术的实际性应用案例进行如下阐述：

案例一：会展中心整体吊装

经过测量会展中心施工现场进场道路和吊装施工作业场地，满足大型吊装机械进入现场进行吊卸作业施工。勘查测量通往机房模块和设备基础的搬运通道口尺寸为4.5m*4.8m，泵房內最大模块尺寸为4m*2.9m*3.5m满足数字化预制装配模块整体吊装要求。

案例二：能源中心组合吊装

经过测量能源中心施工现场进场道路和吊装施工作业场地，满足大型吊装机械进入现场进行吊卸作业施工。勘查测量吊装口尺寸4.5m*4m和通往机房模块基础的搬运通道口尺寸为6m*5.5m，泵房内最大模块尺寸为7.2m*3.4m*3.2m不满足数字化预制装配模块整体吊装要求。因模块宽和高满足吊装及搬运，所以将最大的水泵模块分为两组水泵模块3.6m*3.4m*3.2m进行组合吊装。

案例三：三馆半拆卸吊装

经过测量三馆施工现场进场道路和吊装施工作业场地，满足大型吊装机械进入现场进行吊卸作业施工。勘查测量展览馆吊装口尺寸4.5m*3.8m和通往机房模块基础的搬运通道口尺寸为5m*4.2m，泵房内最大模块尺寸为3.8m*4.1m*3.2m不满足数字化预制装配模块整体吊装要求。因模块长和宽满足吊装及搬运，所以将最大的水泵模块采用进行半拆卸吊装方案，将方钢螺栓连接处拆开，降低水泵模块标高。

案例四：东沙文体馆分件吊装

经过测量施工现场进场道路和吊装施工作业场地，满足大型吊装机械进入现场进行吊卸作业施工。勘查测量吊装口的大小6m*4.8m和通往机房设备基础的搬运通道为1.5m*2.2m，不满足预制装配模块整体运输。综上勘察现场确定分件吊装的拆卸方案。

综上，零散的预制好的支管、模块底座和方钢以及板换模块和水泵模块等到场后，吊车驶入预定支车位置，吊车支好后，有起重工把绳索栓挂在模块吊装点上，并与吊车大钩挂牢，由指挥员指挥吊车起绳，待模块吊离货车约10cm时暂停，检查吊车支腿和模块底座吊装点，确认后在模块底部栓留尾绳。信号由指挥员指挥吊车起升摆臂把模块吊装到吊装洞口上方，确认可以吊装后，指挥吊车缓慢落绳把模块构件吊装到地面。模块吊装到地面后，在模块底部铺垫搬运车，因搬运地面未回填，所以卷扬机作为牵引，人工喂滚/搬运车，沿清理铺设的路由通道（设备基础台高度约为20cm，利用枕木铺设对预定路由搬运通道填充铺平，在枕木上方铺垫钢板作为搬运通道），人工把模块构件搬运到基础台上旁，将零散的模块构件装配成一个模块整体结构。

数字化预制装配技术是当前最为先进的一种加工吊装技术，其在水泵、板换的制作过程中具有较为广泛性的应用。这主要还是由于数字化预制装配技术的使用方便性和灵活性，既能够进行整体性的装卸，同时又能够进行拆卸吊装，极大地方便了数字化预制装配工作的有效开展，既高效，又高质。

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