空调设备配管预制化施工流程及要点

吴章建 庞通

【摘要】文章结合实例●阐述了大型机场机电安装施工设备机房管道加工厂预制化、模块化装配施工理念●通过 BIM技术进行三维虚拟建造●同时通过点云扫描技术生成模型与 BIM模型进行对比●检测消差 O 将系统管道进行分解●形成模块设计图纸预制加工●再将预制好的管件阀门组模块运到机房进行装配●形成流水施工迅速完成作业●既提高了劳动生产率●又提高了工程质量●是建筑工业化发展的必然趋势O

【关键词】 BIM技术;点云扫描技术;管件模块化;工厂预制化;装配化;增效节能

【中图分类号】 TU83【文献标志码】 B

1工程概况及系统简介

成都天府国际机场场址位于简阳市芦葭镇，距离成都市中心天府广场直线距离约50 km，本工程为大型公共交通建筑，设计规模等级为4E类机场，一类机场航站楼。T1航站楼（含空侧连廊）建筑面积337239 m2，T1陆侧高架桥檐口最高点34.15 m、空侧檐口高度19.35～23.75 m、屋面最高点45 m。本工程暖通工程包括内容：空调风系统、空调水系统、通风及防排烟系统、地板辐射系统、主动式冷梁系统等各系统的空调机组（空调器）、风冷热泵机组、风机、水泵、变风量末端装置、多联机等设备及相应管线的安装工程（登机桥固定端及桥头堡的多联机空调除外）。

本工程空调冷冻水系统为闭式三级泵系统，一级泵、二级泵设置在能源中心。T1航站楼共设有8组常温冷冻水三级泵，11组高温冷冻水三级泵，按服务区域分散布置于航站楼内。三级泵采用变频调节。综合考虑空调末端的冷热处理需求、末端设备的换热性能和调节性能、冷热源系统形式，航站楼内高温空调冷水的供回水温度采用16/21℃，常温空调冷水的供回水温度采用5.5/12.5℃，空调热水的供回水温度采用50/40℃。能源中心至航站楼采用大温差输送热水（76/50℃），航站楼的热力人口处设置板式换热器，将一次侧热水与二次侧热水隔离，二次侧热水（50/40℃）输送到航站楼各处。热水的板式换热器采用一体化机组，内置循环水泵;二次侧热水采用带真空脱气功能的定压补水机组，并设置自动加药装置。从简化运行的角度，二次侧热水系统采用一级泵系统，即供热工况由人口处的一体式板式换热机组自带的循环水泵负担航站楼内的管网压力。

2预制化思路及技术特点

需实施预制化机房为 T1航站楼空调水泵和末端空调机房，为航站楼暖通系统的心脏部位，设备及阀门多、管线复杂，安装及焊接工作量巨大，使用 BIM技术，可在现场标记管道并在施工开始之前显示施工后的管道形状。直观地呈现机房成型效果，做到所见即所得。采用管段预制化施工，让管段加工及安装分开进行，形成流水作业，大大缩减施工时间，提高工作效率（图1、图2）。

所有预制管段都以机组为基础去预制安装。由于加工场地限制并且主管立管已经施工到相应的机房，所以加工场只负责空调机组的阀门段预制，主管和立管在现场预制然后安装。考虑到机房窄小，所有预制段只能用人力来安装焊接，所以在 BIM设计的时候一定要考虑到预制段的大小重量。在管道安装位置上，难免会有一定的偏差，为保证在小的偏差范围内准确安装组对，即管段的活接口位置一定要解決好，在现场实际操作中先找到活动焊接口，然后在其位置处多留约3 cm，根据现场实测切割焊口的同时掌握好管段长度，再进行安装。最后根据每一台机组所对应的管段进行编号，这样确保对应的预制管件组对到对应正确的机组上（图3）。

3 BlM模型绘制出图

3.1族模型的绘制

首先是建模工作，从原理图和机电结构图创建机房的3D模型。使用 Revit软件，根据厂家提供的末端设备、阀门、过滤器和其他配件的概览，并根据现场实物实际测量的数据1：1绘制族模型，放入模型库，检查各种影响因素，在机房校正和调整模型和计划。管道布局确定了设备和排水的位置，必要时将管道分成几部分，并在管道和排水结构的设计中予以考虑，确保预制结构的设计精准[2]。

首次在机房中完成第一个模型项目后，要验证系统是否正常运行，以及阀门组件是否匹配系统。BIM族模型的绘制必须保证所有绘制的阀门、设备、部件等与实物的大小尺寸一致。例如：设备的接口位置、阀门的法兰盘大小等都必须与实物一样。

3.2相应系统调节

在 REVIT软件中设定好相应的管道系统，调节管材管径，和实际材料保持一致，这里特别注意一下，一定要调节软件内管道外径和原材料管道外径相同，保证模型的准确性。

3.3 BIM对机组的配管设计

根据设计图纸中的配管示意，机房机组的管线及阀门布置在保证功能的基础上尽量考虑美观整齐，并初步绘制出配管大样图，配管方案在甲方认可后才绘制出最终模型，最终模型与现场实际布置为真实1：1布置。

3.4现场点云模型扫描辅助验证

即使在创建 BIM模型后，也需要进行现场验证，此步骤可确保模型的准确性，避免因现场施工的偏差而造成的返工及不必要损失。在这个阶段就体现出点云扫描在 BIM 中的应用。在这里简单介绍下点云与 BIM的关系：点云是点的集合，能反应被扫描对象的真实误差，而 BIM模型则是设计的理想状态。在 BIM模型在电脑上绘制形成后，在机房进行点云扫描，可以把两者放在一起进行比较，实现验收、形变检测、消除误差等功能。

按照专业要求设置对应的属性信息检查的要点，主要是建筑墙壁的位置尺寸，结构和杆柱的尺寸，泵的进出口的密封面尺寸，阀门配件和管道位置。首先利用三维激光扫描设备进行目标物扫描，获得数据后首先用配套软件（如Geomagic）进行点云去噪、平滑等数据预处理，数据处理完成后转人 Revit， 这一步可能会用到 sCANT0BIM这个插件，数据转人到 BIM软件中后，然后在 Revit中建立相应族文件，生成的文件与模拟生成的 BIM文件做全局对比，在此步骤中应该分析评估管段分段的合理性和平均性，有偏差及时进行修正，避免管段过长过复杂给加工和现场组对造成困难（图4）。

3.5机组编号、分段出图及材料统计

机房机电管线模型绘制完成后，将需要预制加工的阀门组段进行分段拆分编号，拆分管段时，将根据水流方向计算管道。在垂直管道中，必须在设备接口处安装适当长度导管，拆分的管道应分别出大样图，对各尺寸做好标注，作为指导现场加工厂加工的依据（图5）。

4现场阀门组预制加工

4.1水平预制段制作

管道分段方案确定后，从系统中导出管道分段预制加工图，提交给预制工程进行管道加工。同时对支吊架定位尺寸图、机房管线定位图、设备定位图、设备基础图等从系统中导出，各专业图纸交给现场施工人员进行核实并用于指导施工。设备基础施工完毕后，要对基础尺寸和位置进行复核，这些数据输人到模型中，用于对模型的动态调整，然后对设备定位图导出，现场加工厂预制加工管道图纸应为调整后最新版图纸，通常管道加工误差控制在±1 mm，這就要求设备定位安装精度要高。要对管道长度的精准度和管段焊接质量进行监管。预制加工阶段，对工厂技术负责人和现场预制工人开展预制交底，拿到预制加工图纸及时核对管道尺寸、阀门阀件位置是否一致。空调机组末端配管尺寸需严格按照图中预制尺寸加工，加工中存在累计误差处需设置消除误差段。预制段上有温度计，压力表时需按照图纸点位进行加工，不可自己估计尺寸加工。在预制段上有蝶阀时，应及时查阅预制段明细表，确定蝶阀位置。蝶阀端应焊接蝶阀法兰，蝶阀法兰螺栓孔应保证阀门阀件安装时朝向一致。所有预制段均需在加工厂组装完成后再运进现场，在组装过程中，应综合管段预制编号及其三维视图进行组对安装。图纸尺寸不清晰或有疑问及时与 BIM出图人员联系，不可自己预估尺寸。

4.2 水平预制段运输到位

在运输过程中应对预制管段采取固定措施，避免预制管段在运输过程中来回晃动。对仪表、阀门阀件采取保护措施，避免其运输过程中的损坏。

4.3 主、立管段制作及安装

预制段安装时应从机组进出口位置开始安装，在安装过程中，应确保安装入员安全及仪表、阀门阀件不可损坏。预制段门型支吊架搭设时，应考虑预制段法兰盘位置，支吊架应尽量考虑在梁上安装。

在现场安装过程中，水平段的仪表在同一位置。在立管安装时，应采用红外线放线等措施对预制段找平，确保预制段立管及水平段在同一水平面。空调水管主管开口位置及支管末端泄水口位置需待预制段安装完成后现场实际测量再进行主管开口及支管末端泄水段安装。

4.4 预制化管件组对及收尾口

管道预制结束后及时检查管道内有无焊接熔渣等异物。检查结束后用塑料封头封闭，以防杂质进入管段内。到施工现场进行安装前在拆封并进行全面检查。管段根据大样图在现场进行组对，法兰连接时应保持平行，其偏差不大于法兰外径的1.5/1000，不大于2mm，不得用强紧螺栓的方法消除歪斜，法兰连接应保持同轴，其螺栓孔中心偏差不超过孔径的5%，保证螺栓自有穿人，螺栓紧固后外露长度不大于2倍螺距。不能用加热管道、加偏垫或多层垫的方法来消除接口端面的空隙、偏差等缺陷，应利用预留的活口（马儿）位置进行整体调整。管道支吊架安装应与管道安装同步，并严格按照大样图施工，禁止临时支吊架与管道焊接在一起。

4.5 现场完成形象与BIM图纸的对比式复盘

在空调制冷机房采用“BIM +工厂预制化装配施工技术"，把管道现场的下料焊接加工作业转人专业加工厂预制，仅在施工现场进行管道组装配对，施工现场环境好，现场施工废料减少80% ，且管道根据下料单集中加工，加工质量更好，且极大的控制了因工人自由发挥导致的返工的情况，且大量管道在预制厂加工，现场装配工序更加标准化、程序化和简单化，防止了长时间的现场交叉施工和高空作业，安全事故因此也减少，场内实现“零焊接"，极大地提高了施工进.度和施工效率（图6）。

在机房预制化施工之前，我们对机房的管道碰头及阀门安装按常规化施工进行过测算，原一个机房需6人安装20天才能完成。进行预制化施工后，一个机房所需的预制管段，3人10天即可加工完成，然后碰头及主管安装，3人10天即可完成。时间上，一个机房可以节约60个人工，并且预制化和组队安装可以同时进行，形成流水作业，原计划20天完成的机房最快10天就可完成，节约工期2倍以上，经济效果非常显著。

同时，机房的BIM图纸文件和分段大样图可作为竣工附属资料留存，为后期机房的维护、设备及阀门的拆装检修过程提供极大的便利。

5现场工效提升的总结和应用展望

在我国经济不断提升以及建筑行业快速发展的前提下，BIM预制装配式施工技术的运用，将会引发新一轮的安装技术革新潮流，大大减少安装施工时间，提高安装效率，让建设方在安装前即可对安装成品有-一个直观感性认识，真正实现图纸与现场“分毫不差"，且专业预制工程使用机械加工方式，管道的加工质量也得到了保证。实现了机电安装专业的规模化、工厂化、标准化作业，促进施工技术的发展。应该逐步熟悉并掌握此门]技术，并把它应用到更多的实际工程中。

参考文献

[1] 中华人民共和国建设部，通风与空调工程施工及验收规范，中国计划出版社，2016 ，288.

[2] 钟凯，浅谈制冷机房BIM +工厂预制化装配式施工应用[J].安装杂志社，2017（7）： 18.

[3]郑贤来.预制装配式制冷机房实施的创新探索[J].发展与创新杂志社，2019（4） ，253.