BIM+預制加工技術在工業廠房升級改造中的應用

馮維斌

（中冶天工集團有限公司，天津 300308）

目前建筑行業機電設備、消防泵房、冷凍機房、水泵站等管路大多都采用模塊化安裝[1]，工藝已趨于成熟。BIM 技術與之有效的結合，做到綜合管線布局立體、可視化，環境、材料信息數據精準化，預制安裝工藝流程標準化；無論在工程質量、施工成本、工作效率等方面，都會有質的飛躍[1]。隨著時代發展，許多生產車間或廠房須經深化改造、功能更新，才能重新服務市場、發揮效能。老舊工業廠房升級改造中，存在原有廠房結構、管線安裝圖紙遺失，管線設備更新的結構空間數據匱乏問題；若僅依據二維設計圖紙，存在設備占據空間可控性不足的問題；若未經過深化設計、工廠預制化加工，則存在現場實地試安裝損失工期的問題。本文以某老廠房改造工程為例，對BIM+預制加工技術在工業廠房升級改造工程中的應用進行研究和探討。

某老廠房改造為數據中心機房樓，原廠房跨度約150 m，建筑結構為3層現澆鋼筋混凝土框架結構。

1 工程難點分析

原有結構廠房冗繁的二維圖紙不能直觀展現，沒有數據模型作為升級改造設計的基礎[2]；原有生產廠房無法根據產業升級后的設備條件調整廠房的空間；設計圖中的設備與管道多數是二維線條構成，難以反映真實設備和管道空間排布；試安裝和材料堆放的空間非常有限，材料設備僅通過現場平面布置圖做簡單的規劃后現場加工安裝，某些管道和設備無法現場修改，會無謂的增加進出場費用，質量和進度保證效果差。

2 廠房結構數據實景復原

采用三維激光掃描儀對原有廠房結構數據實景復原，精確測量三維尺寸，生成點云模型作為機電安裝工程精確模型創建的依托，省去建立結構模型步驟和查找相關資料的時間，控制安裝位置的精度，從而確保施工過程的質量。

本工程采用的是ATOS 掃描系統，精度高達0.07 mm。三維掃描提取已有結構數據，減少了翻閱圖紙、實體測量的工作量，節省了大量的數據模型復原時間，為更好推進深化改造工作打下了良好基礎。

3 BIM及預制加工技術應用

3.1 精細化模型創建

應用BIM 技術將管道及設備的族精確創建，獲取相適應符合相關標準的機房設備、管道、管道附件、設備底座三維模型并且賦予完整的模型信息；將機電模型族合理整合，使得三維模型的正視投影與二維圖紙布局相同，達到精確定位的目的，直觀表達設計意圖[3]。

將三維激光掃描生成的點云結構模型導入Revit軟件中；同時將二維布置圖導入到Revit 軟件中，選取任一圖紙中的結構橫、豎邊緣作為參照物與點云結構模型進行對齊，保證對位準確；將設備底座族插入到整合模型中，要求與圖紙擺放位置吻合；分別將創建的設備族插入到整合模型中，安放到設備底座族上，每個設備族的旋轉方向、定位尺寸、標高位置符合圖紙布局要求；保證設備精確定位后，按照圖紙要求在軟件中設置管道材質、系統類型、顏色定義、規格型號等，每個管道系統均要求設置系統縮寫，便于后期查詢與篩選。在每種規格型號的管道布管系統配置中添加制作的管件族，保證每條管道長度的準確性；準備工作做好后，開始創建管道模型，每個系統管路以設備介質輸出、輸入端作為管路的起點和終點，管路路由沿著設計底圖創建，管道（一般指管道中心標高）標高可大致設定一個合理的高度，但要符合施工規范標準要求。管路創建完畢后，要復查每個系統是否連接可靠，避免出現管道斷路、系統錯接等現象；按照設計圖紙在系統回路管道上添加管道附件族，橫向布置要與設計圖紙位置相符，豎向位置要符合剖面圖標高定位要求。有流向要求的閥門族放置方向與管道流向相符。見圖1。

圖1 設備及管道整合模型

3.2 模擬安裝

安裝施工前模擬安裝碰撞預控，減少或杜絕現場無規則的調整，節約工期，提高質量和效率。通過Revit 軟件協作模塊下的碰撞檢測功能，可以快速的檢測出管道與管道、管道與設備、管道與建筑結構等相撞部位的干涉點；干涉點以表格形式呈現，每一項都體現相撞部位的族信息且每一項與模型中的圖元都相互對應，可以方便查詢及定位到每個碰撞點；根據碰撞結果調整每個碰撞點，使管道與各專業的間距符合規范標準要求。同時還應考慮安裝的操作空間、閥門的操作空間、管道保溫空間等要求，合理利用有限空間。

空間的預留也是為后續支架排布、定位、架設創造有利條件。支架系統的建立應滿足：管道走向及層間排布創建好后，每個管路的標高已經定位完畢，用于支撐管道的支架高度也相應的確定完畢。根據設計說明中管道支架的形式，創建管道支架族，支架族的長寬尺寸可隨著管道標高和所擔負的管道數量進行調整變化，每種類型的支架族創建一套即可；按照圖紙設計說明的間距要求，將支架族插入到整合模型中，調整每個支架族的長寬尺寸，支架族的底部與地面對齊，頂部要與管底對齊，寬度保證與所擔負的管道排布橫截面兩側外緣留有足夠的余量，用于設置管擋。

3.3 預制加工模塊拆分

精確模型的搭建是實現預制加工拆分單元的必要前提。整套安裝深化和預制加工拆分深化，需要遵循保障運輸和現場便利安裝的原則，設備組合模塊和管段組合模塊的合理拆分，既要保證施工階段的進度及安全，又要保障運維階段各系統正常運行，達到設計效果［4］。

把每一個拆分好的模塊用三維軸側圖的方式呈現，注明每個部件的名稱，表格有序列出每個部件名稱與圖對應，作為每個模塊的總圖；對應每個部件建立部件詳圖，以三視圖方式體現，必要時采用三維軸側圖加三視圖的方式表達符合管道工廠預制要求的管段圖，盡量詳細表達每個部件的結構特征。詳圖中應體現組成部件的材料明細，明細表中工程量要能體現最能代表該項內容的計量單位，名稱基本要體現系統名稱、管徑大小、材質、管道標準等信息。詳圖圖號與總圖該部件序號對應；若部件結構比較復雜，采用爆炸視圖方式體現，拆解成獨立的個體，使施工人員完全了解該部件的結構特征，指導施工人員正確下料及組裝；根據現場管道組裝順序，在模型管道中編號，生成二維碼，貼于部件表面，確保每個部件唯一身份認證。

3.4 制作安裝管理用圖

將拆好的模塊單元按照深化成果出具安裝指導圖。根據三維整合模型的正視圖生成整體平面圖，圖中包括各個系統管道布置走向，各設備布置，是一個綜合全面的圖紙，給施工人員展示整體效果，對工程有個大致了解；在復雜節點和管道密集的部位建立剖面，圖中體現各個管件、管道附件的安裝位置及定位尺寸，此圖作為現場管道安裝、管理用圖。見圖2 和圖3。

圖2 管道系統總平面

圖3 機房剖面

3.5 數控加工

拆分后的模塊需要進行工廠預制加工。將revit軟件創建的管段模型導入到SolidWorks 中進行處理。Revit 創建的模型精度低，導入SolidWorks 后處理成精度較高的模型構件，模型按照實物1∶1 進行還原；導入到CAM 軟件中與數控切割機結合，切割管道相貫線；數控加工還包括自動開坡口、自動焊接、自動開孔等工序，最大限度提高自動化水平。

4 結論和建議

1）通過三維掃描技術獲得原有結構的三維數據模型，可用于解決管線設備更新的結構空間數據匱乏問題，縮短深化改造時間。

2）將二維設計圖轉化三維數據模型并進行深化設計，將數據模型合理拆分。根據拆分結果預制加工，合理調配和安裝，可解決二維設計設備占據空間可控性不足的缺陷，解決現場實地試安裝產生工期損失和增加二次搬運的問題，節省了工期并減少了材料的浪費。

3）信息模型深化與數控加工結合的技術，可使模塊合理化，解決現場加工精確性不足的問題，減少由于人為因素引起的不必要誤差，使得改造過程更為順利。