數字化技術在運行中的制冷機房改造中的應用

卜真良

上海建工集團工程研究總院 上海 201114

目前，我國大部分一、二線城市已過了大建設、大拆遷年代，部分建筑經過多年使用后存在外觀老化、早期設計規劃不足等問題，已無法滿足現今社會需求。因此，需對城市中的老舊建筑進行翻新改造。在不對主體結構和外立面進行大規模變動（僅加固、修繕）的前提下，通過改造其內部機電系統、裝飾風格和建筑用途，將低效物業轉化為高效資產，滿足當下人們對建筑功能的需求，解決人們日常使用中存在的問題[1-5]。

1 老、舊建筑改造的現狀

1.1 城市更新的模式

城市更新是未來城市高質量發展的必經之路，是中國城市發展走向富有創新性、重視綠色化、空間均衡的重要方式之一。

現階段，根據改造力度，將我國城市更新由弱至強分為3類：綜合整治、功能改建和拆除重建。綜合整治類以消除安全隱患、完善現狀功能等為目的，不改變建筑主體結構和使用功能，改善消防設施、基礎設施、沿街立面等，一般不增加建筑面積；功能改建類在不全部拆除的前提下進行局部拆改或加建，以實現新的使用功能為目的，不改變土地使用權的權力主體和使用期限，保留建筑物原主體結構，僅改變部分或全部建筑物使用功能；拆除重建類以全部拆除重新規劃建造為目的，可能改變土地使用權的權力主體和部分土地性質，嚴格按照城市更新單元規劃、年度計劃的規定實施。

1.2 建筑改造的困局和解決思路

目前，拆遷賠付款金額越來越高，城市更新逐漸由粗暴 的推倒重建型向 溫柔 的改造、升級型轉變。在建筑改造和探索過程中，所面臨的窘境和迫切需要解決的問題也逐漸顯現。

1.2.1 外部環境難以協調

建筑改造不完全是對建筑自身的改造，還需與周邊景觀、設施、道路及其他建筑統一協調。但在我國，以土地出讓為主的城市建設發展模式，造成了城市建筑有各自的風格和時代感，當代建筑和傳統建筑錯綜復雜，在建筑改造規劃時如何協調、統一是一大難點。且部分老舊建筑因年代久遠，缺少必要的建筑信息，無法僅通過街景照片實現合理的建筑規劃。

此外，為滿足當代人對生活環境的需求，改造建筑的后續使用功能選擇也受到周邊建筑功能的影響。城市規劃總平面圖僅能反映各位置用地情況，無法精準判定人流走向和業態偏好。

1.2.2 測繪困難且數據存在偏差

城市經濟的發展，促使許多建筑改造采用 騰籠換鳥 的方式，保留建筑外觀、主體結構和重要機電管線，對建筑內部功能進行改造和升級，滿足都市人出行、購物、娛樂等需求。在對建筑內部進行功能改造、升級前，需對現場情況進行踏勘和測繪，充分了解現場條件是項目改造成功的關鍵所在。設計師根據精確的現場條件制定出合理的結構加固、重要設施保修等方案，并以此為基礎進行建筑功能改造和升級設計。

傳統的踏勘、測繪方式精細度不足，且受限于測繪時的現場條件，往往無法取得精確的測量數據。施工安裝時，數據偏差造成 邊拆除、邊調整、邊施工 ，局部拆改范圍擴大，甚至出現全部拆改的情況，增加改造成本、延誤施工工期、降低設計品質。

1.2.3 數字應用和技術革新

目前，產業數字化變革在建筑業內迅速發展，建筑數字化技術大量涌現，部分技術已逐步在城市更新、建筑改造工程中體現其應用價值。

規劃建筑改造時，采用無人機傾斜攝影從高空中采集改造建筑及其周邊的點云數據；安裝攝像頭進行人流量采集分析；架設三維掃描儀對建筑內部拆改區域進行數據采集，通過BIM技術逆向建模還原建筑內外的現狀，再輔以VR/AR虛擬技術為改造建筑的設計規劃加入可視化參照。

安裝施工階段，運用 BIM＋VR 線上全景制作工具720云快捷查看演示模型，比對現場安裝情況，確保最終改造成效滿足設計要求。

2 改造項目應用實例

數字化技術的運用不應拘泥于某一特定形式，針對不同項目的特色與需求，數字化技術之間可多元化組合助力各類改造項目。數字化技術也可與新興的建造技術相互搭配，催生出新的應用模式。本文以某項目為例，解析數字化技術在改造項目中應用的價值。

2.1 項目概況

某機場在日常運行中發現，高溫天氣時，經常出現航站樓商業區域空調制冷效果不佳的狀況。經技術排查后確定是由于制冷機組老化、航站樓部分商鋪二次改造成餐飲店后熱環境發生變化造成的。

機場作為商用運輸基地，無法因局部區域制冷效果不佳而進行大范圍停運改造，所造成的損失是機場管理方無法接受的。

利弊權衡后，機場管理方決定對制冷機房進行局部改造，在冷凍機房對面的鍋爐房內增設1臺新的移動式冷凍機組，以緩解航站樓的空調制冷問題。

2.2 難點分析與實施應用

改造工程的主要實施難點在于該機場是20世紀80年代建成的，能夠找到的圖紙資料僅有冷凍機房和鍋爐房的設備布置圖，且圖紙所表達的信息不夠詳細，無法通過圖紙反映現場的真實安裝情況，且在多年的運營過程中經歷了幾次機房更新和設備更換。另外，機場內有嚴格的動火安全管理規定，擬定改造方案時需盡量減少現場施工的動火作業。

2.2.1 減少動火，預制管件

為了最大程度地降低現場動火作業，決定在工廠內完成大部分管道的切割、組對、焊接、防腐、檢驗等預制工作，再將預制好的管段送至現場，管段之間采用法蘭連接的方式進行拼裝。

預制管件雖然有組裝便捷的特性，但是該模式需在設計階段對現場環境及工況進行深入了解和剖析，在加工過程中，對必須嚴格把控成品管件的質量，避免因過大的設計偏差或加工誤差造成現場無法安裝和返工。

2.2.2 點云數據，還原現場

改造工程與新建工程最本質的區別是改造工程會受到既有物理環境的限制。常規的改造工程可分為 改造區域內全部拆除重新規劃建造 與 合理利用改造區域內既有空間增加新的使用功能 兩種。本工程屬于后者，如何在現場進行精確測量，將改造區域內的環境完美復原是該制冷機房能順利完成的關鍵。且機場設備機房屬于嚴格管控區域，非內部工作人員無法長時間駐留或者頻繁出入。因此，采用 3D全景攝影＋3D激光掃描＋實景照片 輔以現場實測的形式，對機房區域進行數據采集，基于數據，在場外分析和優化后續改造方案。

三維掃描技術的多年應用顯示，其在空曠、光線效果佳的環境下能夠精確、完整地采集建筑主體結構和外立面的點云數據，在狹小、昏暗的空間內采集的數據卻有極大的局限性，尤其該工程需采集的是機房內機電管線的點云數據。

為獲得最全面的掃描數據，在冷凍機房布置4個掃描站點采集冷凍機房內設備和管道位置信息，在鍋爐房內布置2個掃描點采集鍋爐和新設備布置區域的空間信息，在2個機房連接走道的1層布置1個采集點，由下至上采集管道底部信息，在走道的2層布置2個采集點，由上至下采集管道頂部信息。

2.2.3 逆向建模，虛實結合

數據采集完成后，采用Infipoints軟件將8個采集點的點云進行拼接組合，參照實景照片在軟件中去除噪點，整合成1個相較清晰的整體點云。采用VR設備在合成點云中確定冷凍機房內主管道與鍋爐房內新增冷凍機組連接起來的管線路由走向，并利用軟件快速翻模功能，對新增管線穿越位置的大型管道進行翻模。

模型完成后與現場實測數據進行比對，再以IFC格式導入Rebro建模軟件中，進行新增管線建模。新增管線需考慮預制管件的分段配置、管段安裝時螺栓緊固的操作空間、對既有管道的避讓、與新增冷凍機組的接續位置、閥門儀表的安裝空間等因素，精準、充分地考慮實際安裝需求，確保后續預制管件能夠直接施工。在模型中校驗無誤后，重新返回點云數據，將虛擬模型與現場實際掃描數據相結合，反復驗證新增管線的相對位置是否合理。

2.2.4 2D/3D出圖加工

對比傳統現場焊接作業，采用管道預制構件進行場外加工模式，繪制高精度的預制管件加工圖是確保加工成品質量的重要環節，該項目最終采用零件加工圖的出圖形式，對管段長度、管道材質、壁厚、法蘭類型、墊圈、閥門種類等進行細致的標示和說明，輔以三維可視化模型展示期望加工的成品效果，降低加工誤差。

2.3 應用問題歸納

數字化技術為項目的順利完成提供了堅實的保障，但在技術應用過程中仍存在不少問題，主要的問題點歸納如下：

1）忽略了新增管道與既有管道連接處的焊接作業，忽略了新增管道與新增設備連接處的焊接作業。

2）管道質量過大，采用落地支架在現場固定時，增加了動火作業。

3）閥門、儀表類實際尺寸與模型中尺寸存在偏差，末端管道與設備接續時需進行調整。

4）掃描數據與測繪數據發生不一致時，無第三類數據佐證判斷，需進行現場重測。

5）現場管線安裝并非橫平豎直，建立模型時無法100%匹配該管道在空間中的實際位置。

數字化技術能夠輔助專業人員更高效、高質量地完成工作。當專業人員經驗不足、判斷不準確時，也會影響數字化技術所產生的價值，且數字化軟件尚處于發展階段，部分成果僅能起到借鑒效果，無法完全指導施工。

3 結語

數字化技術是建筑業數字化轉型的關鍵。當下的數字化技術發展不應僅關注新型數字化技術的開發，還應將既有數字化技術在基層項目中落地應用，將各類數字化技術相互結合，催化出新的應用場景。將數字化技術與新型建造、管理技術進行有機融合，可為施工的現場、工期、質量、安全、成本、技術、信息等管理提供助力，更有效地推動建筑業的發展。