霍克锂电池浅谈装配化机房的技术与应用

要旨：紧跟建筑工业化迅猛发展的步伐，伴随智能建筑技术快速前行的态势，装配化技术于机电工程范畴的运用愈发普遍 。作者将装配化机房选定作为研究对象，探究其于设计阶段、生产阶段、施工阶段以及运维阶段的具体技术和应用情况，借由比较传统机房跟装配化机房二者间所存在的差异，详细解析装配化机房于提升施工效率、保障工程质量、缩短工期、降低人工成本以及推动绿色建造之际的关键价值，联系上海浦东国际机场四期扩建工程的实际案例，证实了装配化机房于建筑工程里的可行性，还补充剖析行业推广时现存的挑战以及应对策略，从而为行业推广装配式机电技术给予更周详的参考 。

装配式，机房范畴，机电领域，BIM协同设计关联，全生命周期成本考量，这些是关键词 。

一、引言

建筑业的转型升级，其本质乃是生产关系的深刻重构，工业化意在打破对“人海战术”的路径依赖之状况，信息化着重破解由“数据孤岛”所造成的协同困局之问题，绿色化则奋力达成终结高消耗、高排放的“资源透支”模式之目的，此三者借助工程总承包（EPC）、BIM正向设计等创新载体实现深度融合，最终一同趋向高质量以及可持续发展的核心目标。

反观传统机房施工模式，其系统性缺陷正日益突显中。首先，工期可控性处于失衡状态，因多专业交叉施工且工序衔接不顺畅，致使关键路径的延误率始终维持在较高水平，进而使得整体工期充斥着不确定性。其次，质量离散度极大，施工质量对现场工人的技术水平以及责任心具有高度依赖性，导致工艺标准差难以实施有效控制，设备安装位差均值偏高，为后期运维埋下潜藏隐患。再者，安全风险有着熵增效应，于密闭的机房空间当中施行高频次的动火作业，也就是焊接、切割，这般不仅让消防安全风险加剧了，还对作业人员的健康形成了威胁。最后，其对人力资源有着刚性依赖，特别是需要大量熟练的技术工人，处于当今劳动力成本升高、技工短缺的情形下，这样的模式难以持续下去。

国家层面已然清晰认识到转型具备必要性。自二零一六年国务院颁发《关于大力发展装配式建筑的指导意见》，首回明确提出至“二零二五年装配式建筑占新建建筑面积比例达百分之三十”的目标以降 ，后续的《“十四五”建筑业发展规划》等政策文件持续加大力度，进一步强化了此一目标，并且描绘了“二零三五年全面实现建筑工业化”的远景蓝图 。在这样的背景状况之下，装配化机房身为装配式机电的核心构成部分，它的发展明显呈现出一种必然的趋势，这是回应国家战略要求、推动行业向前进步的必然的选择结果。

二、装配化机房概述

装配化机房是这样一种建造模式，它基于建筑工业化理念，把传统现场施工的机电设备机房，像暖通、消防、变配电等系统，拆解成标准化功能模块，借助BIM正向设计来进行空间优化与接口预协调，在工厂环境里完成设备基座、管道组段、阀门组件及支架系统的高精度预制，这里误差控制在小于等于正负1.5毫米，最后运到现场通过螺栓连接或者卡扣式接口实现快速组装。

其技术内核可以概括为“四化”：

首先是设计呈现模块化，这是依照《装配式建筑评价标准》（GB/T 51129 - 2017）来进行的 。^[1]按功能单元拆分设计，比如泵组模块、管道模块等。基于BIM正向设计平台来进行，执行《建筑信息模型施工应用标准》，也就是GB/T 51235 - 2017 。^[2]运用模块化的形式进行拆分，把机房划分成功能独立的单元，像是泵组模块、管道模块这样的类型，最终使得管线综合碰撞率降低幅度超过80% 。

首先是生产工业化，通过自动化生产线来达成防腐、焊接以及检测，依靠工厂化预制达成管线安装精度控制，焊接合格率能够达到99%以上、最后还要提到第二 。

首要的是施工装配化，压缩现场作业量，达成百分之七十的缩减幅度，借助BIM模型比对进行核验，达成毫米分级别的精准定位，运用三维激光扫描来开展校核，并采用高强螺栓机械连接方式，坚决禁用现场焊接手段，单个模块吊装就位的时间小于等于十五分钟，整体的施工效率提高了百分之三百。

排在第四的是运维智慧化，预先埋设传感器以支持系统状态的实时监控，有着模块可拆卸的设计，这使得设备更换的效率得以提升百分之八十，凭借智慧运维平台构建故障预测模型把故障响应时间缩短到一小时范围之内 。

此模式将传统机房施工在质量离散方面、工期冗长的态势、安全风险熵增等具有系统性的缺陷从根源上予以解决，进而成为呼应国家“双碳”战略以及智能建造政策的关键载体。它基于智慧运维平台去集成压力传感器、振动传感器、温度传感器这三者，得以构建故障预测模型，并且凭借模块快拆接口达成关键设备置换 。

三、装配化机房的关键技术

以 BIM 正向设计以及工业级精度控制原则为依据，设备信息模型的构建和生产，要依靠多技术协同才行，管道信息模型的构建与生产，同样需依靠多技术协同，支架信息模型的构建跟生产，还是得依靠多技术协同，如此便形成全流程技术闭环：

首先是参数化族库的构建，它是依据《建筑信息模型设计交付标准》，即GB/T 51301 - 2018，来进行的。^[3]构建涵盖 ISO/ANSI 标准的设备参数化族库，像水泵、冷水机组等，其内置工作曲线、维修空间等属性，还关联管道公称压力等级比如 PN16 /PN10 以及支架抗震设防参数。举例来说，水泵族库含有流量、扬程等性能参数，能够自动匹配相应的管道直径与阀门型号，以此减小设计误差。

这智能操作里的第二项是智能管线综合，运用 BIM Revit 软件来实施三维空间的优化，对各种设备与管线进行建模从而执行碰撞检测，最后输出预制加工图以及装配动画。以上海浦东机场机房项目作为实例，凭借智能管线综合，提前能发现 12 处跨专业的管线冲突，像暖通管道和电气桥架出现重叠这种情况，在设计阶段就达成了优化，防止现场出现返工。

首先是第三点，要合理去划分功能模块，怎么划分？是基于功能独立性的准则来划分，对于复杂的模块要进行分解。比如说，把泵组模块拆分开来，拆分成什么？拆分成基座单元，还有泵体单元，另外还有阀门组单元。并且让每个单元的重量控制在5吨以内，为什么要这样？是为了便于工厂方面的运输以及现场的吊装工作。与此同时，还要确保单元之间接口的标准化，这么做是为了支持单独进行更换以及维修。

排在第四的是标准化接口设计，水泵进出口这类受压比较大的部位运用法兰螺栓连接，以此来保证密封性能，管网当中采用卡箍式快装接口，这方便进行拆卸更换，接口设计要符合《工业金属管道工程施工规范》（GB 50235 - 2010）[4]规定，密封面平整度误差要小于或等于0.1mm。

第五点是 BIM 协同设计平台的跨专业集成这一情况，在传统机房设计里，会出现暖通专业、消防专业、电气等专业容易因为各自独立进行设计从而产生数据孤岛的状况，然而装配化机房是依靠 BIM 协同平台（就像 Autodesk BIM 360 这样的）来达成跨专业数据的实时共享的。各专业从事设计工作的人员，于统一的模型里同步展开作业，平台会自动对管线冲突进行标记，并且推送预警信息从而使设计效率得以提升40%；与此同时，设计所产生的数据能够直接被导出成为工厂预制的加工代码，像是管道切割路径等等，达成“设计 - 生产”数据毫无缝隙的传递，以此减少人工转换所产生的误差。

第六项是，该技术为现场精准装配与测控技术，其采用三维激光扫描与现场复核呀：其一，规定在模块进场之前呢，要运用三维激光扫描仪来获取现场实际土建结构数据，接着跟BIM模型作比对，随后及时发现并处理土建偏差，以此确保“所见即所得”，进而为模块精准就位扫除障碍；其二，要制定详细的吊装专项方案，还要使用专用吊装梁和平衡器，以此确保模块吊装平稳；其三，要采用全站仪、激光投线仪等精密仪器，再配合BIM模型所提供的三维坐标，从而实现模块的快速精准定位。严谨精准地运用螺栓、卡箍这类机械连接形式，实现连接的稳固可靠以及施工的高效快捷。针对已然进行安装的模块以及管线，精心做好成品保护之举，竭力避免后续作业致使其遭受损坏。

装配化机房那边的设备管线，其工厂预制是紧紧围绕着“设计－生产－检测”闭环控制这个核心的，它依靠着BIM模型驱动以及智能化生产线，达成了从原材料一直到成品的全流程质量控制。经过工艺标准化、检测智能化还有管理数字化，完全解决了设备管线在现场施工时出现的质量离散状况、安全风险以及资源浪费问题，从而给装配化机房给予了技术方面的保障 。

四、装配化机房的优势分析

将传统机房跟装配化机房各自具有的特点开展分析对比，在多个关键的维度方面，二者有着明显的不同之处。

立足施工周期的观点来讲，传统机房依存常规作业状态，会出现多专业相互交叉施工的情况，所以工期常常比较长，经常需要30天到60天之间不一样的天数。然而装配化机房凭借厂子预先制作跟现场迅速组装的样式，极大地缩减了施工周期，一般仅仅要7天至15天就能够完成，明显地提升了施工效率。

以施工质量的视角考量，传统机房进行施工时，其质量对工人技术水平以及经验有着高度的依赖性存在，很难保障每一个环节的质量都能够达到高标准的程度。再者装配化机房运用工厂预制的方式，达成了设备管线的高精度制造以及质量控制的目的，保证了每一个预制构件都符合设计所要求的质量标准，进而确保了整体施工质量处于稳定且可靠 的状态 。

从环境影响方面看，传统机房于施工进程里，要开展诸多现场焊接以及切割作业，这不仅生成了颇为大的噪音以及粉尘污染，还存有一定的安全隐患，而装配化机房运用了绿色施工理念，所有预制构件都在工厂里完结加工，现场只需进行组装作业，达成了无明火、低噪音的环保施工，对周边环境的影响得以有效降低 。

按照人工成本这种角度去看，传统那种模式是依靠诸多相当熟练的管工、焊工的。在装配化情况下的模式里，现场对于工人的技术方面要求是有所降低的，主要存在的需求是装配工。这样一来，就减缓了技工短缺所带来的压力。虽说预制构件自身直接具备的成本或许会稍微高一些，不过全面去考量像是工期缩短、人工得以节省、质量风险下降、财务成本实现节约等全生命周期成本之后，它所具备的经济效益极为可观。

可维护性以及空间利用方面来看，传统机房因布局松散，维修艰难，常常得在停机状况下开展维修工作，对机房正常运行造成了影响。装配化机房借由模块化设计，达成了设备的快速更换与维修，提升了机房的可维护性。并且，其紧凑的布局设计还节省了机房空间，提高了空间利用率 。

能够看出装配化机房于多个关键的维度之上都呈现出明显的优势，它是未来机房建设当中重要的发展方向。

五、工程实例：

5.1背景工程

以在上海浦东国际机场四期扩建工程里的南进场路地道南侧机房工程作为背景工程，于该工程中，南进场路地道南侧机房工程施工碰到了好多施工难点，像套套管预埋位置有偏差致使后期管道安装会冲突，现场焊接切割作业量多，污染控制艰难，系统布局不紧凑，空间利用率低，各专业管道交叉密实，尤其是消火栓及水喷雾系统路由繁杂，协调有困难，后期维护空间狭小，操作不方便。

针对上述施工难点，项目部采取了一系列解决措施，采取的措施切实可行，比如在施工前运用BIM进行三维建模以便开展后续工作，在预埋之前通过BIM复核套管位置，借助碰撞检测来优化机房路由以此节省机房空间，采用工厂化预制实现绿色施工，该施工方式无明火且低噪音，采用模块化预制设计，这种设计易于更换维修，还采用了分层综合支架等 。

5.2 BIM深度应用

项目部先是采用了BIM深度应用呢，接下来是以精细化建模作为基础的，然后通过碰撞检测、4D模拟、机电净高分析、模块化设计以及数字化竣工交付等多项不同的应用，以此来提升项目建设的品质呀。

于设计阶段之时，借助Revit软件开展全专业、高精度的三维建模工作。历经多次跨专业协调会以及碰撞检测，不但把硬碰撞（也就是物理干涉）给解决掉了，而且还更进一步优化了软碰撞（好比检修空间不足这种情况）以及动态碰撞（像阀门操作手柄旋转半径这类），把潜在问题于设计阶段就彻底予以解决。经由优化之后，把原本错综复杂的管道路由梳理得井井有条，为此创造了模块拆分的条件 。

于当今的现代建设工程之中，模块化预制技术凭借其具备高效特点、精准特点以及环保特点，已然成为当下此刻的行业主流。针对于消防水泵房而言，项目团队鉴于功能把系统划分成为消火栓泵组模块，划分成为喷淋泵组模块，还划分成为总管路模块。每一个泵组模块全都被设计成为涵盖水泵的集成单元，被设计成为涵盖底座的集成单元，被设计成为涵盖进出口阀门的集成单元，被设计成为涵盖仪表的集成单元，被设计成为涵盖局部管路的集成单元。接口的地方运用标准法兰以及卡箍连接，以此来保障现场对接之时的便捷性以及密封可靠性。在土建结构完工之后，马上运用三维激光扫描仪针对机房空间展开实测实量，将点云数据跟BIM模型作比对，精准把握了墙、柱、板的位置以及尺寸偏差，及时对模块的安装基准与连接段尺寸予以调整，达成了“虚拟”与“现实”的无缝对接。

是在预制加工厂里头，预制加工厂依据 BIM 直接输出的加工图以及数据文件，来开展自动化下料以及预制工作。泵组模块的钢架、管道之类的在工厂当中完成焊接、防腐、组装还有压力测试。运输到现场之后，施工团队依照装配顺序图，借助汽车吊把各个模块逐个吊装到位。经由基座上的预埋件以及模块底座的螺栓孔，迅速达成初步固定，之后进行模块间的管道连接。整体的装配过程像组装精密仪器那般，其秩序十分井然，仅仅运用传统模式三分之一的时长便完成主要部分，该装备现场干净又整洁，不存在任何焊接烟火。

从数字化的设计开始，到工厂的精益制造，从智能的物流，再到快速的装配，模块化的设计施工使得每个环节毫发不差地无缝衔接，误差无限接近于零 。

5.3“无人值守”机房自动监控技术、智慧运维平台应用

项目部将“无人值守”机房自动监控技术引进，构建起智慧运维平台，达成了机房那种智能化的运维管理，此系统拥有安全可靠这个特性，具备高效节能这种特质，有着可扩展性强的特点，能够达成机房整体全天时的“无人巡检” 。

系统借助多系统协同，保障机房物理上的安全，与此同时，实时性地智能监测设备的运行状态以及环境参数，一旦发生故障，能够及时且准确地达成故障定位，多分级的告警信息于监视屏上动态展现，并且告警阈值能够动态予以调整，切实避免误报、漏报问题，同时预留告警信息自动推送等拓展功能，为机房稳定运行给予全方位保障。

5.4成品支架与BIM技术结合运用

项目部结合运用装配化机房成品支架与BIM技术。

于模块化设计范畴内，装配化机房成品支架系统运用了一众标准化的组件，这些组件由C型槽钢、抗震铰接节点、快装卡扣等标准件构成，其支持工厂预制，又利于工厂预制以及现场快速装配，借助模块化设计，保障了支架系统的精度跟可靠性，不仅将施工流程予以简化，使建设周期得以缩短，还方便了后期的维护。

于三维可视化管理范畴内，将设备模型、管道模型以及支架模型予以整合，达成碰撞检测（涵盖硬碰撞、软碰撞、动态碰撞）以及空间优化之目标。项目部可于施工之前及时察觉并处理潜在的空间冲突问题，进而切实规避施工进程里的返工与浪费现象。

六、结论

凭借设计模块化，生产工业化，施工装配化，运维智慧化的技术优势，装配化机房能有效解决传统机房施工涵盖质量、工期、安全、成本等等诸多痛点，具备十分显著的经济社会跟环境综合效益，它就是机电工程工业化发展必要的走向趋势所在呢。

以后，要进一步深入推进 BIM 跟数字孪生、物联网等诸多技术的融合运用，持续不断地完善行业标准化体系，促使装配化建造模式在更多场景之中能够得以落地，达成机电工程从“建造”朝着“智造”的全面性升级，为我国建筑业高质量的发展注入强大动力。