機電管道裝配式施工技術*

徐輝朝，邵 沖，畢榮軍

(靑建集團股份公司，山東 青島 266071)

近年來，裝配式施工技術在很多建筑施工過程中被研究運用，住宅裝配式、鋼結構裝配式等裝配式建筑是建筑工程產業化的發展趨勢。機電工程裝配式是裝配式建筑發展的另外一個重要方向。隨著5G通訊技術的商用及物聯網的發展，機電工程系統日臻復雜，功能不斷完善。在建筑交付使用后，機電工程也會隨著科技的發展需要維護、更新、拓展，因此對機電工程整體排布的科學性，空間利用的合理性，運營期間的檢修、維護的便利性提出了更高的要求。機電管道裝配式施工需要進行綜合排布，采用共用支架整合各專業管道，空間利用合理，支架設置有序便于檢修，施工工期大大縮短，正是具有上述各種優點，機電工程裝配式技術的創新運用能更好地適應新時期建筑工程發展需要，更有利于第四次信息技術工業革命在建筑領域的運用。

1 工程概況

青島國際院士港二期工程是院士港九大核心板塊之一的科研板塊。作為2018年山東省新舊動能轉換重點工程，項目形成以院士實驗室、院士研究院技術中心和大數據中心為核心的集群性科研和產業化載體，輔以通用實驗室，打造實驗室產業集群。項目總建筑面積約為102萬m2，總投資100億元人民幣，集中規劃建設18棟院士樓，6棟公寓樓，為院士提供高品質配套設施(見圖1)。

圖1 項目建設效果

整個項目實驗樓較多，且設計相似。以7號樓為例，主樓10層，裙房5層。樓內各功能設備齊全。管道種類、數量多，管道密集且敷設空間小。機電設備安裝工期僅有40d，施工工期極度緊張，施工質量要求高。

2 機電工程裝配式施工研究

2.1 前期調查

本工程實驗樓機電管線種類多，系統復雜，施工質量要求高，大型管線多，管線集中，空間擁擠，管道安裝困難，采用傳統施工工藝時，不同種類管道分別安裝支架，空間利用率低，支架設置沒有規劃，無法保證檢修空間。

總結青島市已完工公建項目的機電工程施工經驗，以及查閱搜集整理相關技術資料發現存在的問題主要有以下4個方面。

1)主體結構完成后根據現場測量、加工，時間較長，材料加工無法提前進行。采用傳統施工工藝進行材料加工。結構完成后，首先根據現場進行測量、下料。各專業隊伍在建筑內或施工場地內的施工現場設立各自的材料加工場。原材料運輸困難，費時費工，材料無法提前進行加工。

2)管道在安裝作業面加工，占用場地，搬運材料和場地費工費時。管道在施工現場加工區內加工，加工場地和加工完成后材料堆放占用大量施工場地，造成施工道路缺少，搬運困難。材料運輸至施工工作面過程中浪費人工、時間。

3)不同專業分別安裝支架，位置不統一，支架占用空間多，檢修空間小。各專業隊伍安排人工，根據前期現場核實放線定位，進行支架安裝固定。在狹小空間內，各專業支架數量多，占用空間大。管線安裝完成后，檢修空間小。

4)管道分層布置，不同層次管道安裝無法同時進行,不利于節約工期。因7號樓內管道種類、數量多，管線敷設空間小，管道只能分層安裝。因各層管線滿布，各專業管線無法同時施工，只能進行分層施工。

2.2 方案對比分析

針對本工程工期緊張，系統種類、管道數量多以及使用傳統工藝所存在的問題，結合青島市公建項目的機電工程施工經驗，經過調查分析，決定研究一種適合大部分公建項目機電工程的裝配式施工工藝。

2.2.1方案提出及初選

針對上述目標，提出3種方案：①方案1 管道預制加工后，按順序安裝施工；②方案2 管道預制加工并拼裝后整體吊裝；③方案3 共用支架管道裝配式安裝。經過工序分解、細化，從多個方面對比、分析(見表1)，綜合考慮選定方案3為最優方案。

表1 3種方案分析評價

2.2.2方案分解

根據機電管道施工特點，將方案分解為共用支架形式、支架與管道加工方式、管道地面組裝程度、吊裝方式4個方面，分別進行工藝優化(見圖2)。

圖2 管道裝配式方案分解

2.2.3工序對比、選擇

1)共用支架形式比選

共用支架按照連接方式可分為焊接、螺栓連接方式，兩種連接方式的對比如表2所示。

表2 支架連接方式對比分析

經過對比分析，決定采用螺栓連接共用支架，剛度高，穩定性強；加工成本可控；支架橫擔高度可以根據標高需要調整，利于配合管道吊裝。

2)管道加工方式比選

共用支架可選擇工廠預制或場內集中加工，兩種加工方式的對比如表3所示。

表3 管道加工方式對比分析

經過對比分析，決定采用場內集中加工，能夠節約施工用地，節約二次搬運成本。可根據需求隨時調整加工計劃。

3)管道吊裝方式比選

管道吊裝分為分段整體吊裝、分段分層吊裝，兩種吊裝方式的對比如表4所示。

表4 管道吊裝方式對比分析

經過對比分析，決定采用管道分層吊裝方式，安全性高，適用性強，施工速度快。

4)管道地面組裝程度比選

管道組裝程度決定裝配程度，可組裝直管段或直管段帶分支管，兩種組裝方式的對比如表5所示。

表5 管道組裝程度對比分析

經過對比分析，決定采用直管段帶分支管地面組裝方式，完成度高，高空作業少，安全性提高。

2.2.4確定最終方案

選擇管道地面組裝、分層吊裝及配合螺栓連接的共用支架為最終的機電管道裝配式安裝方案(見圖3)。

圖3 管道裝配式方案構成

3 工藝流程及實施

3.1 工藝流程

繪制機電管線綜合排布BIM圖紙，形成重要部位的剖面圖→利用BIM技術導出下料單→支架、管道集中加工→管道分段加工后，按系統進行編號→BIM圖紙內精準定位支架安裝位置以及支架尺寸→現場支架安裝→材料按系統編號拼裝后進行吊裝施工→試壓、保溫。

3.2 方案實施

3.2.1螺栓連接共用支架

每3m一段計算管線自重、橋架內電纜線自重、管道內水自重計算統計如表6～8所示。

表6 管道自重統計

表7 橋架內電纜自重統計

表8 管道內水自重統計

1)骨架型鋼規格型號選擇

綜合表6～8得知，管線段自重T1=532.47kg，橋架內電纜自重T2=19.45kg，管道內水自重T3=1 107.4kg， 根據機電管線及后期運行的自重，進行支架受力計算，選擇L4作為支架立桿及橫擔材料。

2)根據機電管線綜合排布BIM圖，確定立桿尺寸、橫擔長度及間距，使用臺鉆沖孔機，對角鋼進行沖孔。組織6位工人對支架進行制作，包括下料、組裝等試驗，標準層支架制作施工用時2d，滿足任務要求。

3.2.2場內集中加工

場地內設置加工場，各專業管線在加工場內集中加工，加工場內設置支架加工區、管道切割區、管道套絲、壓槽區。各個區域內根據需要裝備相應數量焊機、切割機、臺鉆沖孔機、套絲機、滾槽機等加工設備。

消防專業、通風空調專業、給排水專業各自加工區，集中設置。能夠節約大量施工用地。安排專業工人進行各專業支架、管道加工，節省人工，提高加工效率，減少加工周期。采用集中加工，管道加工成2～3m一段，材料搬運方便，提高材料垂直運輸效率，工期、成本節約顯著。

3.2.3直管段帶分支管

1)在加工場分系統對加工后管道進行編號，管道運至安裝樓層后進行拼裝。首先根據機電管線綜合排布BIM圖，將位于同層的不同管線安裝在橫擔上，安裝在橫擔上的管線長度控制在6～8m。

2)針對各專業管道，直管連接完成后，將管件、分支管件、返彎等管件一次性在地面與直管段連接。

3)將各層的管線分段與橫擔固定完成后，使用液壓手推車運至施工工作面，準備吊裝施工。

組織4位工人每2位1組進行試驗，在地面將各類分支管及管件安裝在一段直管，然后固定在支架上，2人用時2h，直管段地面拼裝固定在支架后，高空作業安裝分支管2人用時4h。直管段帶分支管相比高空安裝分支管，操作方便快捷、安全，用時更少。

3.2.4管道分層吊裝

1)使用液壓手推車將同層各專業管線分段與橫擔固定完成的各段管線，運至施工作業面后。將管線固定在電動垂直升降機升降臂上，使用升降機將管線運至準確高度，然后使用螺栓將橫擔與立桿可靠連接固定。

2)各分段、分層管線不受其他管線影響，可同時對多段管線進行吊裝施工。

3.2.5電動垂直升降機選擇

根據管線自重計算數據，選擇電機功率3.7kW，最大起重量700kg，最大起重高度6m的電動垂直升降機。起重機自重135kg，尺寸1.2m×2.3m。起重機體積小，自重輕，方便搬運。組織工人16人，準備電動垂直升降機2臺。對標準層進行管道吊裝試驗，施工用時1d，滿足任務要求。

3.2.6實施方案

1)繪制完成機電管道綜合BIM排布圖。可以準確定位支架的安裝位置，指導各專業管道分層分段吊裝。

2)采用共用支架，按照BIM圖紙安裝完成后，每層共安裝支架65個，支架平均間距2～3m。

3)現場各專業管道使用小型起重設備進行分層、分段吊裝。管道安裝施工速度加快顯著。

4)每層管道安裝用時平均為3d，較傳統施工工藝施工進度明顯加快。

4 結語

1)機電管道裝配式施工工藝，與傳統工藝相比，減少加工場地搬運，減少高空作業，提高施工效率，施工進度大大加快。按照現場工期計算，可以節約工期57d，總的用工節約760個人工，產生經濟效益22.8萬人民幣。

2)采用傳統安裝方式，每層各專業支架共計139個，由于沒有統一規劃，支架間距0.45～1m，不利用后期檢修及系統拓展。采用共用支架后每層86個，支架間距1.5～3m，支架布置科學合理，檢修作業空間充足。

3)原支架用量6 049.4kg，采用共用支架后，總用鋼量為4 917kg，支架用量節約18.8%。建議公建項目推廣采用，在項目合約階段可將支架鋼材納入總包供料，便于推行共用支架，增加公司利潤。