基于BIM的消防泵房装配式安装技术

黄 勇 刘 玮 柏万林 黄 健 吴志华

中亿丰建设集团股份有限公司 江苏 苏州 215000

1 概述

随着BIM 技术在机电工程行业应用的逐渐深入，工厂化预制、装配化施工正逐步颠覆着传统的施工技术，整个建筑安装企业都面临着转型升级的问题。

近两年，装配化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，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[1-5]，在复杂紧凑的设备机房里对各类管线设备进行模块化设计很重要，从而实现模块式的装配，这不仅能提高装配的精度，还能大大提高装配的进度。

2 研究内容

1）机房BIM模型深化。通过BIM三维建模解决碰撞问题并对原设计进行优化排布。通过测量，复核现场结构后将模型调整到与现场结构的实际情况一致。待相应卡箍、法兰、阀门到场后，再对这些附件进行测量，进一步完善机房模型，达到100%指导现场装配的目的。

2）将三维模型转变成预制加工图纸。将Revit模型导入Inventor软件中制作预制加工图纸。

3）模块化设计。装配化施工需考虑如何简化安装工序，如果能让管道系统及相应设备组成一组模块，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，此次研究的内容主要是管道依附在模块式钢支架上进行装配。

4）二维码技术。在管段加工期间，将所有加工的管道通过二维码进行标识，方便现场装配。

3 BIM深化设计

3.1 机房概况

苏州市第五人民医院迁址新建工程位于苏州市相城区，总建筑面积74 799.93 m2，消防泵房位于地下1层，消防水池798 m3，泵组主要由2台消火栓泵、2台喷淋泵、2台补水泵、2台消防水炮泵组成。

3.2 机房建模

3.2.1  BIM初版模型绘制

采用Revit软件，依据设计图绘制初版模型，将消防泵房的土建、机电通过BIM三维建模技术直观地展示出来，将不同系统管线设置成不同的颜色，凸显出不同系统管线的走向。初版模型主要就是描图，对原设计不做任何修改，重点检查泵房管线排布的层次是否合理，分析交汇处的线路走法，优化排布空间，使消防泵房整体布局达到最优。

3.2.2  现场动态测量

为了能顺利装配，避免装配出现误差，对现场的结构一定要进行复核，可以采用传统的测量方法进行复核，如有先进的测量仪器如天宝、莱卡则更好，主要目的是为了更精确无误地进行装配化施工。如采用传统的测量方式，测量主要包括实际预留孔洞位置尺寸、墙间距、净高、梁尺寸、柱尺寸、设备基础尺寸等，我们将测量结果反馈至BIM模型，通过微调BIM模型，使模型尺寸和现场实际的消防泵房完全吻合。

3.2.3  收集设备、阀门、管件等参数信息

确定了最终的水泵采购厂家后，经过咨询厂家及厂家提供的样本，根据泵组实际尺寸、外观建立泵组的族，重新调整模型中的各类水泵和实际一致。待管材、阀门、各类卡箍配件到场后，都需一一进行测量，确保实际管道系统精准，为后续一次性装配施工成功奠定基础。

3.2.4  装配方式研究

1）传统装配：将现场的管道和支架预制全部换到工厂实施，本质上机房完成效果和传统做法并没有太大的区别，只是减少了现场预制的工作量。

2）模块式装配：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。

通过对苏州五院消防泵房的模块做法进行研究、试画，发现直接将模块照搬过来并不合适，消防泵房不如制冷机房那么紧凑，单台泵组建模块会造成钢材浪费较多，而且模块体积较大，从现场预留吊装孔及泵房门洞尺寸来看，不具备将整组模块运输至机房内部的条件，因此在今后实施模块式装配机房的项目时，要和土建总包提前沟通好吊装位置和机房运输通道。最终我们的装配方案采取了单型钢支架组成模块的方式（图1）。

图1 苏州五院消防泵房型钢支架模块三维模型

3.2.5  最终模型出图

确定装配方式采用型钢支架模块后，立即开始支架模块设计，设计定稿后，再次调整BIM模型中的消防管道系统，使其7根主管底标高一致，依靠钢架横担固定，立管依靠长条侧梁固定，并根据管道交叉处的最优避让重新调整了主管的排列（图2）。

图2 苏州五院消防泵房最终BIM模型

4 预制加工图

1）将Revit模型分解导入到Inventor软件中进行深加工处理，通过Inventor出深加工图。

2）从Inventor软件中导出制作完成的管段加工图并生成CAD格式。

5 模块式型钢支架设计制作安装

5.1 支架三维模型调整

根据最初的支架三维建模，结合模型中管线排布情况，考虑到桥架电源的接入，尽量降低标高，使机房更加美观。通过对支吊架的标高、跨距进行微调，最终型钢支架顶标高定为3 m，支吊架横杆顶标高为2.3 m，下方找平层厚280 mm，共6榀型钢支架，间距从2 785～4 500 mm不等。

5.2 支架出图

根据计算结果，选定热轧H型钢，根据型钢尺寸，再次调整落地型钢支架三维模型及相应的管线模型。

5.3 支架制作

预制加工车间根据支架设计图进行加工制作。

5.4 支架安装

型钢支架采取螺栓连接的方式进行拼装，在现场无需再进行焊接、切割、油漆等施工，满足了绿色安装的要求（图3）。

6 二维码技术

将BIM模型导入BIM平台软件生成二维码，二维码中对于设备要有详细的信息，以便于今后BIM运维考虑，管道的二维码根据BIM模型逐段生成，方便后期施工安装人员现场安装核对预制的管段，通过扫码对安装管段快速定位（图4）。

图3 型钢支架现场安装

图4 管道加工贴二维码

7 装配式消防泵房现场实施

7.1 预组装

在预制加工车间，先试着装配一组支架和泵，若现场结构具备直接吊装再输送至泵房的条件，则组装完成的泵组管道可以不拆卸，可直接运输至泵房等待多组模块拼装，由于两跨支架跨度大，已经无法整体运输至消防泵房，因此我们在加工地试着组装一组，组装完成后再拆卸。

7.2 物流运输

从加工厂将预制好的支架、管道、泵组运输至施工现场。

7.3 现场装配

利用手拉葫芦将泵组先进行就位，随后进行管道的装配（图5）。

7.4 成型效果

在基于BIM的装配式消防泵房装配完成后，整体泵房的观感和传统的消防泵房相比综合观感有了较大的提升，支撑系统也更加牢固，由于通过落地式型钢支架，故降低了消防管线的整体标高，因此再也不会出现传统消防泵房安装电气槽盒走在水管下方的情况，大大提高了整个机房的安装质量（图6）。

图5 现场装配

图6 成型效果

8 效益分析

8.1 社会效益

通过研究实施装配式消防泵房，施工方、业主项目管理方多次组织了观摩，对我公司的装配式消防泵房给予了较高的评价，并顺利通过了苏州市住建局组织的苏州市建设系统科研项目的验收，在当地进一步提高了企业品牌的影响力。

8.2 经济效益

1）工期对比。经过施工员推算，采用常规施工方法，苏州五院的消防泵房至少需要15 d，而现在我们仅7 d就完成了安装，工期缩短一半。如果将来采取全模块式装配，所有泵组、管道、配件全部在工厂完成装配，现场吊装运输就位后各模块之间进行螺栓连接，1 d内就能完成这样规模的一个消防泵房。

2）成本对比。经费用对比计算，新支架的材料费高出传统方法约7 000元，但其人工费有所降低，如果算上管道、卡箍配件的价格及考虑到工期缩短一半等，则人工费降低更为显著。

8.3 综合效益

传统机房施工存在以下问题：边干边改，材料浪费严重，施工效率低，安装进度缓慢；机房空间狭窄，作业人数有限，受环境影响大；高空作业较多，安全隐患较大；焊接作业较多，声光污染严重；整体质量观感很难做到完美。

装配式消防泵房在整个装配安装过程中无焊接，只需连接螺栓即可完成，施工周期明显降低，使整个施工现场实现了环保、绿色安装，整个机房的支架系统也更加牢固，观感质量更是大大提高。

9 结语

通过这次的装配式消防泵房施工，我们也总结了一些经验，为后期更深入、更复杂的装配式机房研究奠定了基础。在以后的装配式机房实施中，我们将加大投入，项目前期工作准备充足，采用新工艺、新技术、新设备，将局部模块式的装配施工技术直接升级为全模块化装配技术，并将对设计标准化、专业一体化、生产工厂化、预制模块化、施工装配化、技术集成化、管理信息化作更深层次的研究，开拓创新企业的机电工业化之路。