浅谈装配化机房递推施工过程中的物流化管理探讨与研究

【摘要】随着现代建筑业的发展，民用建筑工业化的趋势已越来越明显，将建筑按构件分解，然后成批成套地制造，再运到工地像“搭积木”似的组装起来，房屋就建成了，这样的施工工艺被称为“装配化”施工。与传统建筑施工工艺相比，其改变了以往民用建筑建设周期长、生产效率低下、劳动强度大等诸多缺点，目前中国民用建筑采用“装配化施工”仍然为初级阶段。本文作者就从其自身所参与的“装配化”机房为依托，阐述“装配化”机房递推施工过程中的物流化管理。

【关键词】机电安装；装配化机房；物流化管理；绿色建筑

1、前言

装配化建筑的理念起源于欧洲，在20世纪初开始引起人们的兴趣。人们提出传统的房屋建造工艺应当改革，应该由专业化的工程成批生产可供安装的构件，而不是把全部工艺过程都安排到施工现场完成。英、法、前苏联等国先后做了尝试。我国装配化思想形成于20世纪50年代，国内在借鉴前苏联的经验基础上，开始在全国建筑业推行标准化、工厂化、机械化，大力发展预制构件和预制装配建筑，提出了自己的建筑工业化之路，但很快出现停滞并走向消亡。到了21世纪，国家重新开始全面推广装配化施工，计划到2020年装配式建筑占新建建筑的比例20%以上，到2025年装配式建筑占新建筑的比例50%以上，装配化施工逐渐成为建筑业的核心竞争力。

机电安装工程是建筑工程的一个重要组成部分，相比于建筑结构装配化，机电装配化涉及的系统功能和专业更多。以某采用装配化施工的工程为例，某数据中心厂房，建筑面积约19995㎡，地上4层，建筑高度20.25m，工期为3个月。一层设置空调制冷机房，负责各楼层约1000台数据存储模块的供冷需求。机房共设两套系统，每套系统主要由4台（三用一备）800RT冷水机组、4台板式换热器、4台冷冻水泵（三用一备）、4台冷却水泵（三用一备）组成，屋顶配备4台开式冷却塔（三用一备）用于机房冷却水系统。机房面积约为1300㎡，各机电专业管道密集，空调管道共约3000米，全部为要求双面镀锌处理的DN250～DN500的无缝钢管和螺旋钢管。为避免镀锌后再次焊接管道而破坏镀锌层且在如此短的工期内完成如此大的工程量，“装配化”施工工艺成为解决该问题的关键技术。

2、物流化管理流程

2.1递推统筹

顺利展开“装配化”机房的生产工作需要做大量的统筹策划和准备工作。确定整体施工顺序是其中重要的一环，他是整个“装配式”机房项目的生产思路的体现。

机房内设备管道众多，层高较高，可移动空间狭小，施工人员必须借助移动平台才能进行上方的作业。结合空间、装配时间，根据物流化管理原则将机房按管道排布分成若干区块，从划分的区块整体考虑施工的先后顺序及递推作业或平行作业的原则。确定完成后更进一步的细化，区块里的哪些支架或管道可以先安装，哪些支架或管道可以同时安装，哪些支架或管道最后安装。然后考虑设备的就位，哪些设备先就位，哪些设备后就位。考虑完各区块的施工顺序还需考虑时间的分配，将时间的管理纬度加入到平面化流程中管理。总之，装配化施工的物流化管理是对整个施工过程和时间进行统一协调安排的一个核心环节。

确定了施工顺序后应反推确定设备材料的进场顺序，即是根据施工顺序确定材料设备的进场安排。本项目很多设备材料是由建设单位采购交予乙方安装，部分材料设备由乙方采购安装，所以结合施工顺序对甲供材料设备和乙供材料设备的进场管理非常重要。项目部需对材料设备进行非常严密的监控，不仅要了解乙供材料设备的生产周期、供货条件、供货日期、卸运条件等，对甲供设备的生产情况、供货情况和卸运条件等也要了解的很详细，此环节的难点主要为按照施工顺序而反推的物料统筹管理，例如先前施工顺序定了何时进行何区块施工，那么，该区块内的所有物料都应在相应时间到指定位置，否则有人却没有物料，有可能造成窝工，影响工期。施工中通常也会遇到物料无法按时到场的情况，此时只能根据实际情况调整施工顺序，但是无论如何调节，都不能影响总进度要求。

上面是机房施工过程中的递推统筹，但是“装配化”机房在实施过程中要更为复杂、细致，并需将物流化的管理思路与建筑领域的先进技术进行紧密结合，通常分为：“BIM阶段→制作阶段→运输阶段→安装阶段”四个阶段进行实施。

2.2 BIM阶段

BIM阶段在“装配化”机房物流化管理过程中扮演“指导”的角色。实施“装配化”首先需借助BIM技术将整个系统管线精细的反映出来，并需结合制作、运输、安装，将构成系统的支架、管道、阀门等所有物件进行分段，然后制作出分段图，一般支架为现场制作，设备和阀门等附件均为成品，但是管道要求双面镀锌法兰连接，所以必须出具管道构件图进行预制加工。下面对“装配化”机房物流化管理中的BIM实施流程和需要注意的问题进行说明：

建筑结构信息收集阶段：深入了解各建筑结构的设计参数，例如结构高度、长度、宽度、厚度等。由于建筑结构在施工过程中可能会产生建筑误差，借助空间数据测量机器人进行现场数据采集；此阶段将直接影响建筑结构模型的准确性；

建筑结构建模阶段：以设计参數为依据建立准确的建筑结构模型，然后以实测采集的数据对已建立的模型进行调整；

建筑结构模型分析：召集项目建筑设计师和参建单位对结构模型进行讨论分析，同时与各设备厂家和阀门等管路附件厂家联系，收集信息参数；

机电管线建模：对各机电管线和支架进行初步建模，避免明显的管线碰撞等问题；

机电管线深化：根据厂家参数对设备和管路附件进行1：1模型建立并导入系统模型里，然后从系统功能性、规范性、美观性等方面对系统进行深化；

机电模型分析：召集项目机电设计师和各机电参建单位对系统模型进行讨论分析和确定；

管构件分节与编号：对系统进行分节并进行编号；此环节需注意，例如加工厂能制作构件的最大长度为10米，而镀锌厂只能为最大长度为9米的构件进行镀锌，现场最大能为长度为6米的构件进行运输和安装，此环节需要进行严谨的反复论证和演算；

信息传递：将管道构件图发至加工厂。

2.3制作阶段

制作阶段在“装配化”机房物流化管理过程中扮演“助攻”的角色。制作管理是指将所有原材料加工成可安装的构件的过程，包括支架制作、管道构件制作等。支架一般为现场制作，确定好支架形式，组织原材料进场并组织好劳动力安排，支架制作都可顺利完成。较难控制的环节为管构件的制作，由于现场场地限制，所以管构件由设置在项目外的加工厂进行制作。管道构件制作管理主要是为“管道测量和切割→管段打坡口→管道与管件组对→焊接→管构件编码”的过程，若用人工进行管构件的制作，效率低下，工期得不到保障，且质量因制作人员的水平差异而参差不齐，精度控制较差。因此采用一套管道半自动化设备焊接流水线进行生产，以确保装配化机房管道构件的精度和生产效率。半自动化设备焊接流水线由数控带锯床、管道高效端面坡口机、管道预制快速组对器、管道预制自动焊机、管道焊接十字操作机以及行车等设备组成，下面对“装配化”机房物流化管理中的制作流程和需要注意的问题进行说明：

测量切割：本过程主要由数控带锯床完成，该设备主要由底座、锯架、主传动系统、锯条张紧装置及断带保护装置、锯条导向装置、定长系统、移动工作台、电气系统、防护装置等组成。管道原材料经验收合格通过航车运至本设备传动带，通过本设备的定长系统测量管道构件长度，然后进行切割；

管段打坡口：通过管道高效端面坡口机能实现管道端面的径向或轴向机械快速、精确化坡口，为能达到良好焊接质量铺垫基础；

管道与管件组对：管构件制作时需要管道与法兰、弯头或三通组对，组对的质量也将直接影响装配化施工质量和效率。例如管道与法兰对接时，若法兰端面与管道中心线不垂直，之后与其他管构件对接时将无法连接。通过管道预制快速组对器可有效解决此类问题，该设备由1个组对机头、2台支撑小车和1条钢构轨道等三大部分组成，具体可分为法兰翻板系统、工作平台系统、横向移动系统、升降底座系统、大小头组对系统、轨道小车系统、电气控制系统7大系统。其工作原理主要利用组对小车的升降机构、横移机构、进退机构，实现管件的上下、左右、前后移动，确保管件与管子组对时的角度、上下左右错边量及组对间隔可控；

焊接：管道构件组对完成后需要焊接，将管道预制自动焊机、管道焊接十字操作机的电流电压调试到合适大小，可进行构件的自动焊接，焊缝成型合格、美观。不同的是，管道预制自动焊机可采用四把焊枪对简单构件前后法兰的内外口同时进行自动焊接，而管道焊接十字操作机可采用两把焊枪对异型较复杂构件进行自动焊接。

管构件编码：采用预制钢印对管构件进行编码。

2.4运输阶段

运输阶段在“装配化”机房物流化管理过程中主要扮演“辅助”的角色。运输管理是由“场外→机房”的扭转过程管理。较难控制的环节是设备和管道构件的运输，设备均为大型设备，最大设备尺寸可达到6200*2000*3100，重量为45吨，如此大的设备从卸运到就位，必须进行仔细的核算，选用合适的卸运设备和运输方法，每移动1公分都需要进行复杂的计算和施工推演，更何况还受场地和天气等客观因素制约。管道构件运输难点主要体现为管构件完成编码后，将运送至镀锌厂进行镀锌，镀锌的时候也应分先后顺序，

从镀锌厂的加工效率和项目机房所需的管构件综合考虑，例如如果先来低位的管道，如果安装的话将很可能影响高位的管道安装，如果不安装的话，则白白将时间流失，影响工期；同时还需考虑交通规则和道路情况，交通规则主要针对某些地域的交通限行规则，是否符合运输车辆的运输条件；道路情况则需主要考虑项目进机房的运输路线，因为地块开挖或雨天泥泞路地都会影响管道运输，何况构件多为DN250～DN500的管道构件组，都是采用大型货车运输。

2.5安装阶段

安装阶段在“装配化”机房物流化管理过程中主要扮演“实施”的角色。经历BIM阶段、制作阶段、运输阶段最后还是为了将系统内各构成件复核要求的安裝完成。安装阶段对施工操作人员的测量放线要求严格。前面无论是BIM阶段或是制作阶段，都可借助尺量工具较方便的测出所需的数据，而安装阶段对测量的要求更细致，比如，一副支架或一根管道在原本该在的位置上，出现一点误差都对前后左右的所有物件有影响。传统的红外放线还是人力操作较多，仍可有很大概率出现误差，本项目就借助空间数据测量机器人对进行现场测量放线，接着将系统内各构成件定位并组对连接，然后设备就位，最后设备与管道组对，完成整个装配化机房管构件和设备的零误差连接。

2.6“纠偏段”概念

“装配化”机房物流化管理的各阶段基本都使用了建筑领域的先进技术，之所以借助那么多先进技术或仪器，就是为了减少人为的操作，避免误差。但是再先进的科技还是需要人员操作的，更何况项目施工过程中的环节之多，专业之多，工序穿插之多，里面环环相扣，每个环节做到零误差基本都是不可能的事，若大量管道都已经预制和安装完成后才发现误差，此时应如何处理？为了尽量减少因测量误差造成的返工，特在系统内设置管道构件“纠偏段”。“纠偏段”是套用一定的原则在管道系统内预留管道连接“空段”，再安排经验丰富的施工人员对该“空段”现场测量制作，与系统能达到完美连接后，再拆下“纠偏段”运去镀锌，然后返回机房安装，这样就能有效避免因不可控的误差造成的返工。“纠偏段”通常设置原则“宜小不宜大，宜少不宜多；优先设置有多个接口的管道构件，优先设置系统弯头连接处”，具体还需结合各项目的实际情况进行分析。

结语：

“装配化”是绿色建筑概念发展的必然趋势，通过计划、组织、指挥、实施等手段使它的施工过程达到最佳的协调和配合就是“装配化”机房的物流化管理过程的核心。“装配化”机房的物流化管理将能促使企业在绿色建筑的发展道路上高歌猛进，它将成为一个企业实施“装配化”施工的核心力。