BIM+预制加工技术在工业厂房升级改造中的应用

冯维斌

（中冶天工集团有限公司，天津 300308）

目前建筑行业机电设备、消防泵房、冷冻机房、水泵站等管路大多都采用模块化安装[1]，工艺已趋于成熟。BIM 技术与之有效的结合，做到综合管线布局立体、可视化，环境、材料信息数据精准化，预制安装工艺流程标准化；无论在工程质量、施工成本、工作效率等方面，都会有质的飞跃[1]。随着时代发展，许多生产车间或厂房须经深化改造、功能更新，才能重新服务市场、发挥效能。老旧工业厂房升级改造中，存在原有厂房结构、管线安装图纸遗失，管线设备更新的结构空间数据匮乏问题；若仅依据二维设计图纸，存在设备占据空间可控性不足的问题；若未经过深化设计、工厂预制化加工，则存在现场实地试安装损失工期的问题。本文以某老厂房改造工程为例，对BIM+预制加工技术在工业厂房升级改造工程中的应用进行研究和探讨。

某老厂房改造为数据中心机房楼，原厂房跨度约150 m，建筑结构为3层现浇钢筋混凝土框架结构。

1 工程难点分析

原有结构厂房冗繁的二维图纸不能直观展现，没有数据模型作为升级改造设计的基础[2]；原有生产厂房无法根据产业升级后的设备条件调整厂房的空间；设计图中的设备与管道多数是二维线条构成，难以反映真实设备和管道空间排布；试安装和材料堆放的空间非常有限，材料设备仅通过现场平面布置图做简单的规划后现场加工安装，某些管道和设备无法现场修改，会无谓的增加进出场费用，质量和进度保证效果差。

2 厂房结构数据实景复原

采用三维激光扫描仪对原有厂房结构数据实景复原，精确测量三维尺寸，生成点云模型作为机电安装工程精确模型创建的依托，省去建立结构模型步骤和查找相关资料的时间，控制安装位置的精度，从而确保施工过程的质量。

本工程采用的是ATOS 扫描系统，精度高达0.07 mm。三维扫描提取已有结构数据，减少了翻阅图纸、实体测量的工作量，节省了大量的数据模型复原时间，为更好推进深化改造工作打下了良好基础。

3 BIM及预制加工技术应用

3.1 精细化模型创建

应用BIM 技术将管道及设备的族精确创建，获取相适应符合相关标准的机房设备、管道、管道附件、设备底座三维模型并且赋予完整的模型信息；将机电模型族合理整合，使得三维模型的正视投影与二维图纸布局相同，达到精确定位的目的，直观表达设计意图[3]。

将三维激光扫描生成的点云结构模型导入Revit软件中；同时将二维布置图导入到Revit 软件中，选取任一图纸中的结构横、竖边缘作为参照物与点云结构模型进行对齐，保证对位准确；将设备底座族插入到整合模型中，要求与图纸摆放位置吻合；分别将创建的设备族插入到整合模型中，安放到设备底座族上，每个设备族的旋转方向、定位尺寸、标高位置符合图纸布局要求；保证设备精确定位后，按照图纸要求在软件中设置管道材质、系统类型、颜色定义、规格型号等，每个管道系统均要求设置系统缩写，便于后期查询与筛选。在每种规格型号的管道布管系统配置中添加制作的管件族，保证每条管道长度的准确性；准备工作做好后，开始创建管道模型，每个系统管路以设备介质输出、输入端作为管路的起点和终点，管路路由沿着设计底图创建，管道（一般指管道中心标高）标高可大致设定一个合理的高度，但要符合施工规范标准要求。管路创建完毕后，要复查每个系统是否连接可靠，避免出现管道断路、系统错接等现象；按照设计图纸在系统回路管道上添加管道附件族，横向布置要与设计图纸位置相符，竖向位置要符合剖面图标高定位要求。有流向要求的阀门族放置方向与管道流向相符。见图1。

图1 设备及管道整合模型

3.2 模拟安装

安装施工前模拟安装碰撞预控，减少或杜绝现场无规则的调整，节约工期，提高质量和效率。通过Revit 软件协作模块下的碰撞检测功能，可以快速的检测出管道与管道、管道与设备、管道与建筑结构等相撞部位的干涉点；干涉点以表格形式呈现，每一项都体现相撞部位的族信息且每一项与模型中的图元都相互对应，可以方便查询及定位到每个碰撞点；根据碰撞结果调整每个碰撞点，使管道与各专业的间距符合规范标准要求。同时还应考虑安装的操作空间、阀门的操作空间、管道保温空间等要求，合理利用有限空间。

空间的预留也是为后续支架排布、定位、架设创造有利条件。支架系统的建立应满足：管道走向及层间排布创建好后，每个管路的标高已经定位完毕，用于支撑管道的支架高度也相应的确定完毕。根据设计说明中管道支架的形式，创建管道支架族，支架族的长宽尺寸可随着管道标高和所担负的管道数量进行调整变化，每种类型的支架族创建一套即可；按照图纸设计说明的间距要求，将支架族插入到整合模型中，调整每个支架族的长宽尺寸，支架族的底部与地面对齐，顶部要与管底对齐，宽度保证与所担负的管道排布横截面两侧外缘留有足够的余量，用于设置管挡。

3.3 预制加工模块拆分

精确模型的搭建是实现预制加工拆分单元的必要前提。整套安装深化和预制加工拆分深化，需要遵循保障运输和现场便利安装的原则，设备组合模块和管段组合模块的合理拆分，既要保证施工阶段的进度及安全，又要保障运维阶段各系统正常运行，达到设计效果［4］。

把每一个拆分好的模块用三维轴侧图的方式呈现，注明每个部件的名称，表格有序列出每个部件名称与图对应，作为每个模块的总图；对应每个部件建立部件详图，以三视图方式体现，必要时采用三维轴侧图加三视图的方式表达符合管道工厂预制要求的管段图，尽量详细表达每个部件的结构特征。详图中应体现组成部件的材料明细，明细表中工程量要能体现最能代表该项内容的计量单位，名称基本要体现系统名称、管径大小、材质、管道标准等信息。详图图号与总图该部件序号对应；若部件结构比较复杂，采用爆炸视图方式体现，拆解成独立的个体，使施工人员完全了解该部件的结构特征，指导施工人员正确下料及组装；根据现场管道组装顺序，在模型管道中编号，生成二维码，贴于部件表面，确保每个部件唯一身份认证。

3.4 制作安装管理用图

将拆好的模块单元按照深化成果出具安装指导图。根据三维整合模型的正视图生成整体平面图，图中包括各个系统管道布置走向，各设备布置，是一个综合全面的图纸，给施工人员展示整体效果，对工程有个大致了解；在复杂节点和管道密集的部位建立剖面，图中体现各个管件、管道附件的安装位置及定位尺寸，此图作为现场管道安装、管理用图。见图2 和图3。

图2 管道系统总平面

图3 机房剖面

3.5 数控加工

拆分后的模块需要进行工厂预制加工。将revit软件创建的管段模型导入到SolidWorks 中进行处理。Revit 创建的模型精度低，导入SolidWorks 后处理成精度较高的模型构件，模型按照实物1∶1 进行还原；导入到CAM 软件中与数控切割机结合，切割管道相贯线；数控加工还包括自动开坡口、自动焊接、自动开孔等工序，最大限度提高自动化水平。

4 结论和建议

1）通过三维扫描技术获得原有结构的三维数据模型，可用于解决管线设备更新的结构空间数据匮乏问题，缩短深化改造时间。

2）将二维设计图转化三维数据模型并进行深化设计，将数据模型合理拆分。根据拆分结果预制加工，合理调配和安装，可解决二维设计设备占据空间可控性不足的缺陷，解决现场实地试安装产生工期损失和增加二次搬运的问题，节省了工期并减少了材料的浪费。

3）信息模型深化与数控加工结合的技术，可使模块合理化，解决现场加工精确性不足的问题，减少由于人为因素引起的不必要误差，使得改造过程更为顺利。