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装配式机房基于BIM技术的全生命周期数字化建造

装配式机房基于BIM技术的全生命周期数字化建造

打印 0条评论来源:山西省BIM技术创新联盟

工程概括


1.项目简介

“山西·潇河新城”是省委省政府加快太原都市区一体化步伐、增强核心引擎功能、展示山西对外开放新形象的重大标志性项目,建设地点位于潇河国际会议会展中心西侧,工程建筑占地面积2573.2㎡,总建筑面积 5125.05㎡;结构形式为钢筋混凝土框架结构。


2.工程特点与难点

潇河国际会议会展中心能源岛项目主要有以下重难点:

(1)工程工期紧,安装施工工作量集中,安全管控和作业面管控难度大。

(2)能源岛内管道种类过多,综合平衡排布难度大,施工难度大。

(3)工程为EPC合同,需与设计、设备厂家、甲方、监理等协调,协调工作量大。

(4)设备数量达80余台,设备订货、生产周期长。

     面对能源岛重难点问题,快速完成能源岛施工任务,我方采用基于BIM的装配式一体化安装技术有效保证项目施工周期,提高安装质量。


3.应用亮点及创新点

(1)正向设计阶段

应用BIM技术,协同业主、施工、采购和设计方开展正向设计,对项目多版本方案进行评估、优化,在材设招标、设备选型等方面识别高风险因素,进行更有效的设计、最大程度降低成本。施工图深化主要流程包括泵组模块设计、设备布置图、设备基础设计、排水沟设计、工艺管道排布、支吊架设计、预留洞口设计、材料明细表等多环节,完成正向出图及材料清册编制。


(2)工厂化预制阶段

依据拆分编码的BIM装配式模型,在工厂完成管道下料。结合各类设备组件的技术特点,制作模块支撑体系,完成多泵组模块成套化预制组装,运输至现场进行装配式拼装。


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图2 泵组模块预制加工图


(3)数字化建造阶段


通过三维激光扫描仪进行现场土建校核验收,完成现成模型一致性调整,再利用BIM模型指导完成装配式安装。整个施工过程基于BIM协同平台,以BIM模型作为数据与系统集成的载体,进行工程量统计、进度计划关联、质量、安全管理,实现项目的精细化管控。


BIM 组织与应用环境


1.BIM应用目标

正向设计:打造一支全专业正向设计团队,各专业设计师通过三维软件进行专业模型创建,并基于模型正向输出各专业施工图;形成成熟的正向设计流程。

装配式数字化建造:在正向设计阶段综合考虑施工及后期维护因素,实现能源岛的模块化和装配式一体化设计施工。基于BIM协同管理平台,进行项目的全过程管控。

数字化交付:最终将交付一个完整的BIM模型,该模型将与工程实体一致,包括构件的几何信息、对象名称、材料信息、系统信息、型号信息、时间版本、设备的相应参数等。该BIM模型将用于后期建筑的运营维护。


2.团队组织

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图3 BIM组织架构


3.软硬件环境

集团BIM实施硬件配备25台工作站、4台移动工作站、1套3D打印机、1套VR设备。软件采用REVIT、AutoCAD、Autodesk Navisworks、建模大师、Lumion、3Dmax等正版软件,多人协同插件和设备,软硬件能保障工作的流畅开展。


4.建模标准依据

根据项目特点,参照国家BIM标准及行业、地方BIM标准编制项目BIM技术应用实施方案,针对BIM模型文件命名规则、建模深度要求、系统的过滤器颜色、构件的编辑标准等做明确要求,为后续项目BIM建模奠定基础。


5.应用策略

在装配式机房基于BIM技术的全生命周期数字化建造技术中,BIM技术主要应用在工艺设备冷热源方案模拟,设备、模块区位划分,管线排布等方面,并贯穿正向设计,工厂化预制、装配化施工、平台化管理等关键环节。在正向设计中,采用“一种多泵组机组模块化及装配化数字化建造方法”、“一种大型双泵组单元装配装置的施工工艺”等新工艺。在装配化施工中,采用“一种设备水平快速运输平台”、“一种高效快捷转动焊接槽轮装置”等运输措施。在平台化管理阶段,采用山西安装自主研发的BIM+项目管理平台、数字化交付平台、BIM+AIOT施工管控平台等,多种新技术新工艺的集成,有效保证了装配式机房基于BIM技术的全生命周期数字化建造技术的可复制可推广性应用。   


BIM应用


1.BIM建模

在装配式机房基于BIM技术的全生命周期数字化建造技术中,BIM建模工作主要为工艺设备及管线、建筑、结构、通风系统、水泵模块化等模型的建立,有效保证了装配式机房基于BIM技术的全生命周期数字化建造技术的实施。


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图4 工艺管道排布方案建模


2.BIM应用情况

(1)正向设计


① 冷热源负荷计算


基于能源需求及能源性价比进行分析,建立组态数字模型及能源岛虚拟运行组态,动态模拟工艺运行系统及各设备能量运行工况,选择最佳能源供应配比,并绘制全年能源需求图。通过应用BIM技术在能源区域划分过程中,配置能源管路系统及路径关键设备(水泵、各类控制阀门、分集水器等)从而控制预算,降低成本。② 规划设备管线集成模块和综合管线布局


对设备及管线模型整合,利用BIM模型推演,确保设备及管线布置空间满足施工及运维要求。对所有管线进行整合,管线集中的部位和最复杂节点进行优化,做到无碰撞且管线间距符合规范要求。通过三维模型,高亮显示复杂密集区域的设备部件,确保满足施工操作空间、运维检修空间、人员通行空间的需求。


③ 设备管线集成模块设计


针对所有机房内的设备及接口处管线、阀件、管件进行模块化集成,集成过程中应考虑成型后外观尺寸、重量、易损件等。通过BIM模型模拟不同型式的模块,完成模块化设计。基于BIM模型出具模块深化设计图纸,由设计院对模块的设备减震、支架负荷、工艺规范要求等进行验证。

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图5 泵组模块设计


④ 设备基础及排水沟设计

根据各设备厂家反馈制定设备接口参数表,确定设备管线安装位置及预留空间,并以确定后的设备安装位置为基准,结合机房结构空间位置、设备安装路径及吊装方案建立设备基础的模型。为避免质量通病中较易出现的排水沟位置距排水末端距离不合适、排水沟未结合排水地漏设计形成反坡、排水沟断头、排水设计多余等问题,排水沟设计应基于机电管线BIM模型推演,完善排水沟深化设计。


⑤ 管线排布

整体排布思路:a.同专业管线集中布置,便于施工协调及后期运维管理;b.综合考虑管线保温厚度,优化管线间距,便于支吊架安装;c.管线分层明朗,整齐清晰,有足够的安装间距;d.优化检修空间。


⑥ 支吊架设计

工艺管线方案确认后,应依据标准规范,参照图集,进行管线支架的选型及模型布置,并通过模型统计支架材料量,深化并出具整体支架布置图和节点大样图。


(2)工厂化预制

基于BIM的装配式构件标准化拆分编码,是以BIM三维模型为核心,以BIM协同平台为载体,在不扰动原有管线综合方案与支吊架支设方案的基础上按照材料的标准尺寸及拆分原则对管线优化模型进行合理拆分,按照施工部位、构件类型、系统类型和流水号等编码进行编号,生成单个构件加工图,并结合二维码等新技术进行构件追踪,为构件精确预制加工及安装奠定基础。


① 泵组模块拆分

采用多泵组组合模式。新工艺优化模块载体型钢框架形式,减少型材用量,降低施工成本;在现场附近建立加工厂,进行大口径管段的切割与成排预制管道模块组对,大幅度减少管道二次搬运成本,最大限度提管道组对焊接效率,降低人工成本;且将电气专业的桥架、接地也集成到泵组模块里,在工厂内进行预制,提高泵组模块的装配化率。利用土建施工阶段,将系统各部件组装成“模块”结构,并在场外进行预制,实现土建与安装两大专业同步施工。


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图6 水泵模块预制加工


② 管组模块拆分

根据设计文件、深化设计模型、工厂加工参数出具构件加工图,严格按照管组构加工图进行产品生产。通过激光三维扫描对实体成品生成点云模型,与深化设计模型进行校验。


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图7 管组模块加工图


(3)装配化施工

通过龙门吊将构件运送至加工厂外堆放区,运用吊车、模块运输装置及托运板车完成模块及构件管件运输,通过扫描二维码,使得构件的物流信息实时更新,实现物料追踪。

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图8 模块的运输、吊装、就位图


其中模块场内运输为的主要创新技术,该方法是通过在模块或设备下方垫设项目团队开发的“设备水平快速运输平台”和万向轮,推动或拉动模块或设备,使其完成在能源岛内的水平运输。在吊装放置前首先将垫木放置在地面上,然后将万向轮放置在垫木上,将快速运输平台放在万向轮上。


(4)平台化管理


① 进度管理

利用项目管理平台实现项目一线生产要素的调配和各专业施工协调,通过将建立好的BIM模型导入平台,并将进度计划与BIM模型关联。


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图9 BIM协同平台进度管理


② 质量管理

质量管理模型根据施工图设计模型、深化设计模型、预制加工模型等过程模型,关联质量计划信息、质量样板、过程检查信息、质量资料信息、质量验收信息等。  


③ 安全管理

安全管理模型根据施工图设计模型、深化设计模型等过程模型,设计文件以及安全防护设施的设置创建,同时关联安全防护设施、检查信息﹑风险源辨识、事故处理等信息。


应用效果

正向设计阶段,应用BIM技术,协同业主、施工、采购和设计方开展正向设计,在材设招标、设备选型等方面识别高风险因素,进行更有效的设计、最大程度降低成本。

工厂化预制阶段,结合各类设备组件的技术特点,进行装配式拼装。有利于解决由于工人素质参差不齐导致的质量问题;并形成部件体系,提升预制率,缩短工期;节能减耗。

数字化建造阶段,通过三维激光扫描仪进行现场土建校核验收,可将建筑内部、外部的三维信息,节省了测量工作的时间,通过三维偏差对比直观的反应现场与设计的偏差,为施工提供了良好的参考。

平台管理,整个施工过程基于BIM协同平台,以BIM模型作为数据与系统集成的载体,进行工程量统计、进度计划关联、质量、安全管理,实现项目的精细化管控。


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图10 项目建设完成效果


总结


1.推广价值

在潇河新城会议会展中心能源岛工程建设过程中,我们采用BIM+装配式一体化施工技术,过程中不断改进该技术,将电气、弱电控制等元素融入其中,形成集成度更高、空间利用更为合理的设备模块,积极应用工厂化预制加工技术与模块化装配式施工技术,助力项目建设提质加速,山西安装将以潇河新城项目建设为起点,积极推广应用基于BIM技术的全生命周期数字化建造技术,以技术落地式应用为目标为山西省装配式建筑产业转型升级做出贡献。


2.经验教训

当前机电装配式预制加工尚未形成流水线作业,加工依托人力成本较大,机械化水平仍需提高。加工厂内设备对于超过DN600的管道无法进行自动焊加工,仍需人力焊接,效率低。


(责任编辑:何雯丽)



延伸阅读:

装配式支吊架如何科学的进行布点? 超高层装配式住宅设计与施工经验分享 关于建筑工业化面临的困境及未来发展路径的思考

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