BIM 技術在廠房內多層多類型設備安裝優化的應用

楊 歆

岳陽長嶺煉化方元建設監理咨詢有限公司 湖南岳陽414000

大型廠房內多層多類型設備如何安排進場順序、就位路線及孔洞預留一直是施工的重點和難點， 它一方面影響設備及后續專業安裝的進度， 另一方面也影響了土建外墻施工進度。

隨著國家和整個建筑業對BIM 技術越來越重視，通過應用BIM 技術的數學建模、 受力分析和碰撞試驗，能夠在施工前對設計圖紙、施工組織安排進行前瞻性的優化。 利用BIM 技術的一系列優勢功能，可提前發現問題，整合出經濟、高效、安全、合理的解決方案［1-6］。

BIM 技術同樣可以應用在廠房內多層多類型設備安裝中，通過廠房構筑物的建模，分析設備重量尺寸以及周邊吊車站位等施工環境，尋找出最經濟、高效、安全、 合理的施工安排， 優化外架及樓板吊裝孔洞的預留。 以下通過BIM 技術對某催化裂化催化劑廠房內多層多類型設備安裝就位的施工組織優化， 展示了其在廠房內多層多類型設備安裝優化中的優勢， 以對其他廠房內多層多類型設備安裝提供借鑒。

1 多層多類型設備安裝的案例分析

1.1 項目實施背景

某催化裂化催化劑廠房共計4 層， 結構形式為鋼筋混凝土框架及部分鋼結構，建筑面積為4771m2，廠房占地2138m2，建筑高度為30.7m。廠房內設備共有185臺套，包括機泵、風機、塔、反應釜、焙燒爐、提升機、鏈式輸送機等通用和成套設備， 有整體到貨設備也有現場組裝設備，有廠家制作設備也有現場預制設備，具體平面布置見圖1。 其中最高的設備噴霧干燥塔直徑10.5m、高度32m；最長的設備焙燒爐和帶式過濾機，長度分別為29m 和24m。 廠房北側毗鄰罐區，東側緊挨尾氣吸收框架，西側靠近系統管廊，現場吊裝場地狹小。

1.2 廠房內設備安裝重難點分析

根據上述施工背景， 可以發現本廠房內多層多類型設備安裝主要有以下特點：

（1） 吊裝場地狹小，吊裝作業面無法全面展開。 本廠房北側毗鄰罐區，東側緊挨尾氣吸收框架，西側靠近系統管廊，僅南側具備大型起重設備作業條件。

圖1 催化裂化催化劑廠房平面布置圖

（2） 本廠房核心設備噴霧干燥塔直徑10.5m、高度32m，為現場預制設備分三段吊裝，充分利用每段吊裝的空閑時間吊裝其他設備，將大大節約吊裝成本，減少其余起重設備的進場臺班。

（3） 各樓層設備復雜且密集，需要統籌分析外墻預留孔洞的設置，盡可能用最少預留外架孔洞，保證各樓層設備的安裝及外架腳手架安全。

（4） 成套現場組裝設備需要占用大量的場地進行組裝。 例如帶濾機由于到貨多為散件，現在組裝施工占用空間較大，嚴重影響周邊設備的就位順序。

（5） 跨樓層設備受結構梁影響無法從側面吊裝就位。 如塔T8004 高度14m，為整體到貨設備，設備跨越了二、三層。 受結構梁的制約，設備無法從側面吊裝就位。

（6） 跨距較大的長條形設備需要預留足夠的回轉空間。 如焙燒爐由于其筒體、上下爐膛均為長條形，需要在外部預留足夠的回轉空間以便將其拉入廠房。

1.3 根據重難點及BIM 建模分析， 確定設備安裝順序及預留孔洞設置

針對上述的重點、 難點， 將廠房逐層分解， 進行BIM 建模，分析設備尺寸、梁板柱和鋼結構平臺位置，最終確定了設備安裝的順序及預留外架孔洞位置。

（1） 針對吊裝場地狹小，吊裝作業面無法全面展開的問題，通過BIM 建模發現，裂化劑廠房西段設備多集中南側且北側多為操作室， 無法設置預留外架吊裝孔洞；再通過碰撞線路優化分析，最終確定了9 個預留外架孔洞（每層3 個，具體位置如圖2 所示）。 同時，考慮到外架恢復施工的組織將預留孔洞設置在同一立面上。

（2） 針對廠房中部核心設備噴霧干燥塔吊裝的大型起重設備（280t 履帶吊），為了充分利用每段吊裝的空閑時間， 一方面將南側外架預留吊裝孔洞設置在中部兩側（見圖2），以縮短吊車的移位轉場時間；另一方面將廠房東側已模塊拼裝的尾氣吸收單元鋼框架就位，利用模塊安裝縮短尾氣吸收單元鋼結構施工周期。

（3） 針對各樓層設備復雜密集問題，將廠房逐層分區域進行分解并BIM 建模，分析設備尺寸、梁板柱和鋼結構平臺位置，按照先里后外、先大后小的原則，進行安排。 例如三層西側12 臺反應釜的安裝就是先內側的設備就位，再完成預留孔邊鋼結構設備的安裝（圖3）。

（4） 針對現場組裝的大型成套設備，通過與廠家及時溝通，將其第一批運抵現場進行組裝，并優先將支座、輸送帶等機械部分完成組裝。 其余電控、氣動部分由于施工內容少、占用場地小，需現場用電、工業風具備條件后方可施工等原因， 可以待后續開展且不影響其余設備和專業的施工。 本廠房內兩臺帶濾機就在第一批設備到貨，當時立即組織進行機械部分安裝，從而減少了對周邊設備安裝的影響（圖4）。

圖2 催化裂化催化劑廠房預留外架孔洞示意圖及現場圖

圖3 三層反應釜區域設備安裝就位示意圖

圖4 帶濾機機械部分組裝

圖5 預留屋面確保T8004 就位

（5） 針對跨樓層設備受結構梁影響無法從側面吊裝就位的問題，由于與廠家溝通無法分段到貨，對此及時與設計單位進行溝通， 對上方屋面進行預留以便塔T8004 可以從上部吊入。 最終通過280t 履帶吊完成了該設備的吊裝就位（圖5）。

（6） 針對跨距較大的長條形設備，如焙燒爐等設備需要預留足夠的回轉空間。

通過充分考慮上述情況及BIM 分析結果，最終確定了設備安裝順序。

1.4 施工實施成效

根據上述施工安排，現場185 臺套設備最終在40d全部完成了安裝就位， 一方面降低了對后續工藝管道等專業施工的影響，另一方面減少了對外架的影響，將設備安裝對外墻施工的影響降到了最低。

2 研究討論

通過上述案例，可以看出BIM 技術能夠直觀地利用廠房構筑物建模， 分析設備尺寸對建筑和周邊吊車站位的影響干涉， 但對于廠房內多層多類型設備的安裝還需要一個系統統籌分析過程。 統籌分析具體原則可以歸納如下：

（1） 結合周邊吊車站位環境影響，盡可能地降低外架預留孔洞的設置，且孔洞要在同一立面，這樣可以縮短外架拆除及恢復周期， 進而將其對外墻施工的影響降到最低。

（2） 整合吊車資源，合理利用大型起重機械的空閑時間，減少各類起重設備的進出場臺班，從而節約施工成本。

（3） 設備就位順序遵循“先里后外，先大后小”的原則。

（4） 現場組裝的大型成套設備由于安裝周期長、安裝占地較大，要與周邊設備合理搭接施工周期，越早進場越好。

（5） 跨樓層設備如無法分段到貨，就需要經設計核算是否能夠預留上部空間或預留結構梁。

（6） 針對跨距較大的長條形設備需要預留足夠的回轉空間。

3 結論

BIM 技術通過廠房構筑物的建模， 分析碰撞干涉的影響， 從而為廠房內多層多類型設備安裝提供詳細準確的數據支撐；再通過對進度、質量、費用、安全等角度綜合統籌分析的方法，最終確定經濟、高效、安全、合理的施工方案。

隨著國家對BIM 技術的推廣， 它已經成為一種重要而可行的施工組織數據支撐方法，通過與綜合統籌分析方法結合，能夠解決各類施工難題，這也為廠房內多層多類型設備安裝優化提供了一種切實可行的方法。