摘要：机电工程具有区别于建筑结构的显著特点：设备及管线种类、规格、型号多样，模块的规格型号、材质、安装位置等建筑信息庞大，实现模块的关键建筑信息提炼及唯一性表示较为困难；模块设计无成熟经验，模块的适应性、安全性存疑；模块设计采用自下而上的方法，设计效率低、通用性差，不同工程需重复建模；现场加工构件无法做到精准下料，产生了大量的边角料，大量手工焊割作业导致构件质量不稳定；预制加工生产线的自动化程度低，对不同规格、尺寸模块的自调整能力差；施工机具对于装配式建造方式的适应性差，尤其在模块垂直、水平运输及成品美观性方面；信息孤岛，难以实现进度、质量及安全管理的数字化、可视化，过程管控欠缺。

关键词：机电工程；模块化建造；关键技术

1BIM技术与模块化建造

BIM技术是将工程项目的各种相关信息集成于数字化参数模型中的数据化工具，涉及项目策划、设计、建造、运营和维护全生命周期，从而使工程技术人员能对各种建筑信息作出正确理解和及时反馈。建筑业的智能化离不开数字化，而数字化的原型就是BIM模型，故BIM技术是数字技术在建筑业中的直接应用。模块化建造是传统施工的改进优化，通过对各专业、工序进行有效分配与结合，将在加工厂制作的模块组运输至现场，然后通过吊运设备等进行组装，施工理念类似于“搭积木”。结合BIM技术的模块化建造模式，在施工过程中引入平行作业——工厂化预制。工厂化预制既能大幅提高现场施工质量与工作效率，又能大大减少高空作业存在的安全隐患，实现“集流插”快建造，提升工程管理水平。

2关键技术

2.1信息编码技术

信息编码即用数字代码与基本信息建立对应关系，信息编码要求标准化、系统化。机电工程设备、管线种类及型号繁多，简明且全面的信息编码是是表征模块建筑信息、实现模块唯一标识的关键，也是保证信息管理系统可靠性的基础。根据机电工程模块信息化管理需求，建立了机电系统构件及信息编码数据库，信息编码采用线性分层码，包括位置信息编码和属性信息代码，自上而下逐级展开。

BIM软件提供API接口，通过API可以访问模型图形数据、创建修改模型元素、连接到外部数据库、将其他编程语言编写的程序集成到BIM软件中完成重复工作等，如图2所示。基于机电系统构件及信息编码数据库，采用C#开发模块信息自动编码插件，对机电构件和模块进行赋值，编码完成后，构件编码作为构件属性，基于协同管理平台在各参建方和建造环节间传递共享。

2.2模块化机电生产加工设备的研发与推广

节能环保、灵活机动、适应性强、便利性高、加工精度、生产效率等成为建筑行业对施工机具设备的迫切需求。同时，易用性、多样性、经济性等特点也成为迅速推广模块化施工设备的关键。利用数字信息技术、物联网技术、计算机技术等科技手段针对施工工艺和使用场所等要求研发好用、经济的便捷性、模块化加工生产设备，成为建筑行业各个公司的重要任务。公司除了对金属线材的压槽、套丝、切断、开孔、破口、相贯线切割、组对、焊接加工工艺的加工设备进行集成化模块化设备进行研究外，还将对非金属材料的预制加工设备进行集成化模块化，提高设备的加工精度和工作效率。在研发和推广建筑机电预模块化制加工设备的同时，也将使用和研发装配安装的机械设备，实现自动化装配，智能化安装，提高加工和装配效率。生产加工和装配安装的机械设备的自动化和普及化，提高建筑工程的预制化率和装配化率，促进建筑工业化的发展。

2.3工厂化预制及模块化拼装

在专业化加工车间利用全自动生产线统一进行管道预制加工、风管桥架预制加工、支吊架加工等生产环节。预制加工主要原则如下。1）加工过程中充分考虑预制、运输、吊运、安装等因素，确保预制率能达到85%以上。针对接驳点较多、预制加工难度大的管段，应由现场作业人员对土建空间进行实地测量，考虑土建误差后在现场加工棚实现集中加工预制。2）管道支吊架预制时，应对现场土建实际误差进行实地测量，建议采用三维放样机器人，将采集的点云模型与BIM模型进行拟合，找出误差点，在现场安装时及时进行调整。3）结合加工生产车间与项目工地之间的道路运输状况及现场搬运、组装的场地条件，在加工厂进行预制加工时应充分考虑管道直径大小及弯头设置，并提前与设计院沟通协商以预留足够的吊装孔洞空间。

2.4装配化安装技术

2.4.1三维激光扫描点云技术

装配化安装技术必须解决模块的精确定位问题，确保加工厂加工预制管线和支吊架与现场情况一致。利用3D激光扫描仪建立现场实际建筑结构点云，对点云数据进行去噪、冗余数据剔除、轴网匹配后，将三维点云模型与BIM模型的叠加整合，进行色谱偏差分析，对于偏差较大的区域进行问题查找，进而调整BIM模型，使模型与安装现场高度契合，形成一个真实、信息全面的虚拟建筑信息集成模型，指导模块预制加工以及现场定位放线。

2.4.2装配化安装

生产工具影响生产力，研发适用于模块化安装的专利产品，如装配式综合支吊架、新型定位卡箍、自行走剪叉式升降平台等，实现管综优化、模块定位，提高运输效率。

结合模块结构特点，分别对小模块及大模块进行施工工艺研究，实现建造过程的标准化。小模块包括单管段预制构件、阀门预制构件等，运输至现场后，根据模块标签，识别二维码，确认模块信息内容，按照BIM装配图确定小模块摆放位置及顺序，依次按照施工编号、区域进行装配作业。大模块由设备、框架、与设备连接的管道和支架等构件组成，需先划分组件，以方便场外预制和运输，根据模块构件图纸、装配图、施工图等，结合上述构件的二维码，进行模块确认，进而完成设备模块的拼装。

2.5现场安装与模块拼接

现场装配阶段应由项目技术负责人编写专项施工方案，对安装班组进行虚拟仿真模拟视频交底，强调装配过程中的关键施工顺序，以降低现场装配时发生错误的几率。预制装配关键点包括以下方面。1）预制管组吊装前应对选择的吊装方案进行受力校核计算。2）第1组装配时应严格按照深化设计图纸的位置进行就位安装，否则将影响与后续相连的管段组，造成累积误差不断变大。每完成一组装配须进行安装点位校核，针对出现的安装误差，项目管理人员应及时分析问题原因并进行相应调整。3）现场每装配完成一段管道，技术人员要及时扫描管段上的二维码更新其数据信息，保证整个施工过程中信息一一对应，避免因交叉施工等原因造成安装错误。

结论

基于BIM技术的机电工程数字化、模块化建造应用，对于提高机电管线施工质量、施工生产效率、材料利用率、施工安全水平，降低对施工技术人员的依赖性、部分施工环节对人体的损害、人工投入，实现自动化生产、预制加工、绿色建造和节能减排具有重要意义，在国家政策支持下可有效推动我国建筑业的转型升级。

参考文献：

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