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装配式机电数智建造应用实践

山西四建装配式机电管线智造基地,位于太谷县,基地占地面积1482㎡,以暖通系列产品制安,机房、场站及地库管道预制生产,结合BIM深化设计服务、装配施工等板块为一体的智能生产单位。建设4条生产线(焊接生产线、沟槽丝扣管段生产线、成品支架生产线、风管桥架生产线)、68台先进生产设备,综合年产量15万平方米。
现正在探索建设“规划-设计-施工-装配安装-运维”全生命期中应用BIM技术,将工厂、现场、图纸结合起来,统筹管理,合理按照施工顺序、工作量、人员等因素安排生产任务。在固定场所集中进行标准化、流水线化的生产作业,将机械化生产运作降本增效的优势不断放大,切实有效的解决劳务资源短缺、人工成本增加、各专业配合难度高、管线堆放杂乱、现场加工精度低、质量观感差、损耗浪费大的问题,从而实现建筑机电安装数智建造。
一、建立数智建造管理系统
基于BIM技术的机电管线及设备工厂化预制装备成套技术是从设计图、深化设计、工厂预制、现场装配和调试进行BIM+深度结合,通过这种模块化及集成技术对机电产品进行规模化的预加工,工厂化流水线制作生产,从而实现建筑机电安装数字化、信息化、标准化、产品模块化及集成化。
公司信息化集成开发了基于WebGL的BIM模型管理系统,通过使用BIMFACE模型轻量化引擎,实现了项目模型管理、标准化样板、科技成果的三维转化。支持多端应用,无需安装插件,实现了对构建的索引、三维模型交底和三维动画交底。企业管理层、现场劳务人员均可直接通过网页或手机查看BIM模型进行三维识图、工艺交底等,改善了工厂预制和现场安装脱节的难题。
二、项目阶段划分及实施
在应用预制装配技术的实施过程中,将其分解为三个阶段:
1、BIM+设计阶段
2、BIM+预制阶段
3、BIM+装配阶段
每个阶段设有独立的团队进行实施,以BIM应用为中心,数智建造管理系统作为连接各个实施团队及管理层的信息平台,实现了项目的高效运转。
工艺流程图
图1流程图
1、BIM+设计阶段
1.1、初步建模根据项目提供的图纸,使用Revit软件,将施工范围内设计的所有建筑、结构、管线、桥架、阀门、设备等按照图纸位置建立模型。

图2 初步建模
1.2、管线综合,进行管线综合排布,将建筑、结构、机电等专业模型整合,进行深化设计,再根据建筑要求将综合模型进行各专业的碰撞检查,根据碰撞报告结果对管线进行调整、避让建筑结构。

图3管线综合

图4管线综合
1.3、数据采集,现场使用全站仪建立坐标系,使用3D激光扫描仪对现场进行扫描,可在6分钟内捕获1.38亿个点,误差控制在±2mm。点云处理软件自动计算拼接后导入模型,调整其位置与模型中放样点位置对应,对比偏差情况,指导模型调整。
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图5现场三维扫描
1.4模型精细化,在设计过程中,对设备、阀门、管件等构件进行深度设计,使其具有参数化的特性。调整细节,确定支架型号、位置。将模型分解重组,进行编码,防止在信息传递过程中出现偏差。
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图6分解重组并编码后的模型
1.5构件出图,在Revit中生成部件图纸,标注尺寸,套用专用图框,调整比例、显示模式。建立完整图纸体系,达到LOD400可预制加工深度(达到预制标准)。
1.6图纸审核,召集设计、加工、项目各方人员进行图纸会审,设计团队加工厂及项目人员进行技术交底,依据会审结果调整图纸。各方认可后将图纸发送加工厂开展制造工作。
2、BIM+预制阶段
预制阶段根据BIM工作室出具的预制加工图,生产出各预制构件,完成模块化图纸的组装任务。严格执行工厂化制造标准,制造误差控制在正负2mm以内。
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图7预制构件
2.1利用管道焊接生产线,通过管道数控相贯线切割机、管道预制机械组对中心、悬臂式管道自动焊机等,配合系统自动控制完成作业,进行任意形状角度开孔与切割,管道焊接,点焊成型,可实现精准控制长度和角度,实现多重、多道焊接。速度快、质量高。
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图8管道数控相贯线切割机
2.2利用管道沟槽、丝扣连接生产线,通过带锯床管道高效切割机、伺服机构配合锯床系统,实现连续定长切割,管体开孔系统,自动定位开孔。管道与管件快速组装,成品管段标志出厂二维编码。
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图9带锯床管道高效切割机
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图10压槽机及出厂二维码
2.3利用成套风管自动加工生产线,通过咬口、法兰制作冷轧成型,伺服进料平台配合完成风管折方,基于3D扫描云图调整异形件参数,自动切割,保证加工质量。

图11数控等离子切割机
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图12制作出的成品
3、BIM+装配阶段
物流将预制管段运输至现场后,由项目部施工人员对照图纸、扫描二维码获得相应信息,利用BIM模型对预制安装人员进行三维交底,编制视频动画对安装人员进行可视化语音交底,有条件的还可以利用云平台及移动客户端,使安装人员随时随地查看模型信息及相关工艺参数。配备吊装及装配机具,严格执行装配工序,控制装配误差。

图13 出厂二维码及运输

图14 现场装配
三、建设成效
山西昆明烟草“十二五”易地技改项目金属风管制作安装量达60000㎡,运用成套技术达到工期最短、质量最优,该工程获得鲁班奖。龙瑞苑项目制冷机房,山西省首个采用预制装配技术的制冷机房,管道管径DN600-300,总长308m,预制管段115件,共计41.73t,预制支吊架及组合支架105套,制冷机房48小时完成装配。凯尔大厦装配式管井随主体钢结构整体吊装、固定,实现一次成优。
2020年,以山西基因诊断及药物研发基地、廉政教育基地工勤楼及定襄县“六馆一院”作为机电装配项目,实践了全专业建模深化设计、工厂制造、装配施工模式。探索出了泵组模块整体装配,预制组合式立管随主体吊装,基于点云数据的异形金属风管管件预制技术。
随着装配项目实施,获得相关实用新型专利共计11项,发表施工工法共计4项,发表科技成果2项。《基于BIM技术的机电管线及设备工厂化预制装备成套技术研究应用》案例荣获2020年“工程建设行业互联网发展最佳实践案例”。
该项技术成果的应用能够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;在工程质量、施工成本、工作效率等方面有了质的提升,通过实现建筑施工企业延伸供应链产业发展,紧握装配式构件生产资源,争取利润空间和减少中间环节,更好地服务于工程总承包项目管理模式,借助装配式政策发展、行业内观摩活动、示范项目效应取得良好的经济效益和社会效益。
 
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