基于BIM技术的地源热泵机房快速安装研究

经乃东

【摘要】随着国家2030年完成碳达峰、2060年实现碳中和目标的确立，新建建筑向绿色建筑、智慧建造、低能耗发展是大势所趋。地源热泵空调系统作为高效率、低能耗的绿色供能技术，越来越多地在各类绿色建筑中得到应用。地源热泵机房作为整个空调系统的核心，设备及管道众多，采用传统CAD图纸及施工经验施工，工期长、材料浪费且很难保证美观。基于此，文章主要分析了BIM技术应用于地源热泵机房快速安装的原理和特点，并研究了BIM技术在地源热泵机房快速安装的工艺及操作要点，对快速安装的效益进行了分析与总结。

【关键词】BIM技术;地源热泵机房;快速安装

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.28.075

目前，地源热泵空调系统越来越多地应用到建筑行业当中，其机房作为整个系统的核心，采用传统二维图纸及施工经验进行施工，影响机房整体排布的美观性及施工质量，且施工速度慢，材料浪费严重。为改变当前施工现状，本文研究和探讨了BIM技术利用于机房的安装。通过对设备及管道进行建模，通过3D扫描技术将扫描的土建数据，逆向建模导入机房设备及土建模型中，在三维模型中进行排布优化，并采用BIM中具有可视化模型及碰撞检测的功能，对现有模型进行碰撞检查，能直观地发现问题，提升机房的使用空间，导出图纸及材料表格。施工过程中，通过智能放样机器人直接从模型上点击放样点进行测量和放样，施工方便快捷，实现了机房的快速安装施工。

1、利用BIM技术进行地源热泵机房快速安装的原理及特点

1.1工作原理

在地源热泵空调机房施工中，先利用BIM技术采用Revit建模软件，按照二维设计图纸对机房设备及管道进行建模。在三维模型中进行排布优化，并采用BIM中具有可视化模型及碰撞检测的功能，对现有模型进行碰撞检查及优化;然后采用3D扫描技术对机房内墙、梁、柱、板、基础机房内各预留预埋的孔洞及构件等进行扫描，确保后续预制管段和机房内机组及立管准确对接。将空调机房扫描数据逆向建模得到的机房建筑BIM模型链接至优化模型中，替换原机房建筑BIM模型，调整管线深化设计模型里预制管段接驳位置，准确绘制预制管段的支架及定位尺寸;并将模型合理划分为多个模块。导出图纸及材料数据，并根据导出的材料数据进行管段和支架的加工制作，并将每个管线进行编号。最后将模型数据导入放样机器人手薄，直接从模型上点击放样点进行测量和放样，并根据放样点进行支架及管接的安装。

1.2 工作特点

（1）通过在三维BIM模型中对机房设备及管道进行建模，并利用3D扫描技术将空调机房扫描数据逆向建模得到的机房建筑BIM模型链接至优化模型中，替换原机房建筑BIM模型，并排布优化，可有效控制机房的施工，解决管道连接不合理、排布观感差等质量通病，提高施工效率和质量。

（2）在完成管道优化布置后，可利用revit软件进行管材用料统计，形成管材清单，为算量及以后期采购提供参考，避免了材料的浪费。

（3）通过将BIM模型中的测量数据导入智能放样机器人，直接从模型上点击放样点进行测量放样，无需读图计算目标点位，测量作业更加快捷，同时也避免了读图计算过程中可能出现的错误，测量准确性更高。

2、利用BIM技术进行地源热泵机房快速安装的工艺流程及操作要点

2.1工艺流程

施工操作流程：

施工准备→建立BIM模型→3D扫描及模型优化调整→导出数据→管道施工模拟→管道预制加工→测量放样→设备及管道安装。

2.2操作要点

2.2.1施工准备

（1）各专业及BIM技术人员、计算机、软件等到位;

（2）收集机房内所有专业（包括建筑、结构、暖通、给排水等）的施工图纸、会审记录、技术变更、管道设备外形尺寸等资料并实时更新;

（3）在滿足规范的前提下，与甲方充分沟通，了解其对机房空间的要求，如管道最高多少、最低多少、最多有几档标高等;

（4）根据CAD图纸先一步进行地源热泵空调机房各图纸的叠加与优化。

2.2.2建立BIM模型

根据建筑、结构施工图建立地源热泵机房建筑结构模型，并作为机电模型绘制的基础;根据基础、排水沟图纸，在模型中绘制设备基础及排水沟的模型;根据地源热泵施工图中的管线、设备外形尺寸等数据建立相应机电模型;整合建筑、结构、机电模型;模型搭建时各系统的命名须与图纸保持一致，系统中的各类阀门、压力表等须按图纸中的位置加入;如图2.2.2所示。

（1）机房建筑模型

（2）机房设备管道模型

2.2.3 3D扫描及模型优化调整

（1）现场准备为保证扫描所获取的点云数据质量，应合理选择扫描时机，以减少对扫描工作的干扰。在扫描前应对扫描现场进行必要的清理，对可能影响扫描实施的建筑垃圾、施工车辆、现场工人等加以清理，排除干扰。

（2）扫描设站规划在扫描准备阶段，应对扫描现场进行踏勘，圈出改造范围，管线密集区域、扫描障碍物等，编制扫描设站平面规划图。

（3）三维激光扫描仪对整个扫描空间进行详尽扫描，获取扫描空间所有图像信息的点云数据，包括各种的三维模型、坐标数据、像素及其他相关测量数据。

（4）点云数据处理及坐标转换

通过RealWorks软件新建工程、点云数据导入、有靶球配准、坐标转换、去除噪点处理并校准三维激光扫描数据。

（5）BIM逆向建模及模型优化调整根据数据处理后的点云数据真实还原施工现场的大量空间点模型，并将该模型替换原建筑模型，并对模型进行优化，如图2.2.3-1所示。依据规范及甲方对机房布置的要求，设定管线控制标高（最低、最高），确保模型中各系统的管线、设备在满足要求。优化和调整模型时需遵循布局应参照施工图纸结合机房现状，合理布置美观;阀门、法兰等管件标高一致、朝向一致，均匀排布;设备台座标高一致等原则，如图2.2.3-2所示。然后通过Navisworks软件碰撞功能快速检查各专业设备管线与剪力墙、柱、梁及各专业设备管线之间是否有冲突，并生成冲突报告;管线优化人员应结合自身专业经验或与施工技术人员配合，充分考虑管线施工中的安装空间、各类桥架与其他管道的净距要求、各类阀门的安装位置等并进行相应的调整优化，如图2.2.3-3所示。

2.2.4数据导出

所有模型数据均应准确无误，模型与其相应的数据应保持一致，构件数据有变更时，模型应及时随之更新;通过Revit软件可以导出模型图纸及管材、设备信息，可生成材料清单，通过内部审核后，提交给施工部门审核;模型导出的图纸应当支管清晰表达优化后的机房的模型内容，满足施工条件，并符合规范要求，如图2.2.4所示。

2.2.5管道施工模拟

（1）收集施工方案的文件和资料，包括工程项目的施工进度和要求、施工现场的自然条件和技术经济资料等;

（2）结合工程项目的施工工艺流程，对施工作业模型进行施工模拟、优化;

（3）针对局部复杂的施工区域，进行重难点施工方案模拟，生成方案模拟报告，并与施工部门、相关专业分包协调施工方案;

（4）出现设计变更和修改时，先在模型上进行模拟推演，寻找最佳解决方案。

2.2.6管道预制加工

根据三维模型导出的数据进行管道的预制加工，首先采用管道切割机或手持式砂轮磨光机进行切割，对需要切割的管材进行自检和专检，确保测量无误后方可下料。最后将切割完成的短管在加工场地指定地点归类摆放整齐。

2.2.7测量放样

（1）BIM模型优化调整完成后将该文件拷贝至放样机器人BIM移动手薄的BIM智能放样软件目录。通过BIM移动手薄上运行的TrimbleFieldLink软件实现打开、查看，即可开始现场放样测量工作。

（2）应用放样机器人进行放样测量时，通常采用后方交会测站法、已知点侧站法和使用上一测站法进行测站设定，现场根据情况自由选择设站方式。

2.2.8设备及管道安装

（1）设备安装利用施工塔吊或汽车吊将设备吊至相应位置，再利用拖排将设备运输就位安装。

（2）管道支吊架制作及固定

管道支吊架制作前，确定管架标高、位置及支吊架形式。管道支架固定在砖墙位置采用预埋钢板的方式固定，梁、柱、板部位采用膨胀螺栓法固定。

（3）阀门及法兰安装螺纹或法兰连接的阀门，必须在关闭情况下进行安装，同时根据介质流向确定阀门安装方向。

（4）管道安装

管道安装时采用移动式手拉葫芦进行吊装，立管安装先从最高端的一根开始，焊好一根，提升一根。施焊前必须按规定铲好坡口，施焊时上部钢管必须可靠固定，并有防滑措施和指派专人看守。

（5）管道的试压及冲洗

水管安装完毕后进行水压试验，水系统最低点试验压力为0.6MPa，水压试验以十分钟内不超过20KPa为合格。然后将压力降至工作压力作严密性试验，用1.5kg的小锤敲击焊缝，焊缝及丝扣处无渗水等异样为合格，试压完成后进行管道清洗工作。

3、利用BIM技术进行地源热泵机房快速安装的效益分析

通过BIM技术对地源热泵机房进行三维模拟安装及优化，与传统CAD二维平面优化布置相比，避免了材料浪费;并将模型中各坐标数据导入智能放样机器人，直接从模型上点击放样点进行测量和放样，保证了放样工作快速准确的进行，减少在施工阶段可能存在的修改和返工，合理地安排施工顺序，提高了施工效率，减少了协调及返工时间，具有较高的经济效益及社会效益。

结语：

综上所述，随着科学技术的进步以及绿色建筑、智慧建造等理念的不断发展，地源热泵空调系统施工中不断出现新技术、新材料、新工艺。在实际施工中，合理地利用BIM技术模拟管道安装，并结合3D扫描进行管道线路优化，可以提高线路的安装精度和安装质量，保证地源热泵空调机房的安装质量和布局观感，也可以减少材料的浪费，让地源热泵空调系统在将来的运行中更加安全、稳定，发挥系统的节能减排作用，助力国家“碳中和、碳达峰”政策的推进，在类似项目施工中具有较高的推广价值。

作者简介：

經乃东（1984.10.18），男，硕士，中级机电工程师，一级机电建造师，从事建筑机电工程技术工作。