基于BIM的模块化装配式机房整体解决方案

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：

Ø  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。

Ø  与其他专业可平行作业, 整体工期快、施工质量明显提升。

Ø  材料预制化，现场无需加工，省时省料。

Ø  极大降低施工安全隐患、施工现场无焊接油漆作业污染。

Ø  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：

Ø  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。

Ø  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。

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：

Ø  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。

Ø  施工周期快，装配式安装效率高。

缺点：

Ø  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。

Ø  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。

Ø  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。

Ø  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。

Ø  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。

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：

Ø  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。

Ø  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。

Ø  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。

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。

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。

空调制冷机房平面图

泵组一次拆分

模块化的二次拆分示例

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。

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。