天津周大福金融中心:锅炉机房设计施工一体化

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  • 2018-12-07 14:16:38
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0 引言天津周大福金融中心项目由1栋塔楼和1栋5层裙楼组成,塔楼地下4层,地上100层,总建筑面积达39万m2。锅炉机房位于地下2层,承担整栋
  • 客户行业:商业
  • 客户类型:办公楼
  • 客户规模:总建筑面积达39 万㎡
  • 客户痛点:锅炉房机房面积小,设备较多
  • 解决方案:采用BIM-3D机房模型处理方案,直接指导施工
  • 方案亮点:天津周大福金融中心锅炉房设计施工一体化一定程度上提高了施工效率,但在实现4D 动态施工模拟,甚至5D 融入成本造价信息的动态施工模拟的机房全生命周期数字信息化施工管理的道路上,还有很长的路要走
  • 关键字:天津周大福金融中心

0. 引言

天津周大福金融中心项目由1栋塔楼和1栋5层裙楼组成,塔楼地下4层,地上100层,总建筑面积达39万m2。锅炉机房位于地下2层,承担整栋大楼的采暖和加湿,总负荷达到3万kW。锅炉房内部是由6台4t的蒸汽锅炉和6台2. 8MW的热水锅炉所组成,另外在水泵房由7台一次循环泵与12台二次循环泵来为整个系统提供动力。针对这样规模的锅炉机房空间有限、系统复杂、管线繁多,传统的CAD图纸设计已经不能满足项目的建设要求。结合传统的2D设计方式,搭建静态三维机房模型(BIM-3D),由其直接指导机房施工,这样的机房施工设计一体化,将是现代工程的发展趋势,并及时发现设计施工中存在的问题,最大程度的发挥BIM-3D技术在项目管理中的价值,更高效的实现工程建设数字信息化。

 

1. 锅炉房一体化设计的流程

上述简单介绍了机房一体化,对于如何实现该设计要做着重讨论。机房的设计关键点在于对机房系统的梳理、理解,提高对机房设计理念的认知程度,加以对设备参数的校核的辅助,才能对整个机房有全面的了解。与多种建筑软件的结合是机房一体化设计的主要过程,也是设计中最反复漫长的过程。

 

1.1 设计前的准备

在锅炉房3D模型建立之前,首先应结合设备参数信息对设备的大小进行逐一复核,确保设备的尺寸的准确性,这对下一步的深化工作有很大的影响,甚至可能出现大面积修改返工的现象。其次招标平面图和招标系统图也是很重要的,理解原始图纸的设计意图,规划每一类的设备、管线的位置及走向,力求做到设备与管线连接顺畅不打结且满足设备的使用功能。

 

1.2 BIM-3D模型的搭建

搭建三维模型BIM-3D利用的是revit软件,这款软件采用了三维数字技术,实现了可视化设计,因为实现了图纸和构件的模块化( 见图1),并且有强大的族库支持,设计人员可以便利的建立模型。族在BIM中占有很重要的地位,锅炉房三维模型精准程度一定程度上取决于族的精确性。利用准备阶段复核完毕的设备,建立相应的族,再将设备合理就位。结合梳理的招标系统图及招标平面图将管线按照布置原则,分类分型号依次排布,使得设备与管线顺畅的连接,同时预留设备阀门的检修空间(见图1)

 

由于锅炉房是专业性很强的机房,尤其涉及蒸汽锅炉的机房,专业性更加突出。在模型建立的过程中,为达到后续调试及使用功能要求,利用专业技术对机房设计合理性的把控是关键点之一。以下几点是本锅炉房设计过程中总结的较为重要的设计要点。

 

1.2.1 蒸汽管道弯头形式

蒸汽管道的弯头应使用大倍弯头而非通常使用的长半径或短半径弯头,本项目锅炉房内使用的大倍弯头曲率半径是管道外径的3倍(见图2),这样的设计是为了缓冲高压高速的蒸汽流,减小系统运行的阻力。

 

1.2.2 特殊附件优先考虑

锅炉房内设置众多的附件,对于有特殊要求的要优先考虑。例如蒸汽计量表,周大福锅炉房使用的是斯派莎克的蒸汽流量表,这种蒸汽计量表对直管段的需求是上游6倍的直径,下游3倍的直径,也就是常说的前6后3(见图3)。若是直管段距离考虑不足,后期将会影响该附件的使用功。

 

1.2.3 减压阀组的考虑

蒸汽系统有一个显著的特点就是高压输送低压使用,所以在接至用户的地方都要设置减压阀组。周大福的锅炉出来的蒸汽到分气缸是10kg的压力,在锅炉房内有汽水板换、除氧水箱,都是用气设备,它们承受的压力也就是2~ 3kg,明显超过了它们的承受范围,所以在设备的入口处要做一组减压阀组。

 

2. 锅炉房一体化设计的优点

2.1 一体化设计更加直观

相比于以往CAD的绘图设计,该锅炉房利用revit软件进行三维模型的搭建,使得枯燥的制图变成变成了一个类似搭积木的工作,过程和结果都更加直观,更有趣味性。搭建的锅炉房3D模型能够自动生成平面、立面和剖面等各种视图和详图(见图4),将设计人员从抽象繁琐的空间想象中解脱出来,提高了工作效率,减少了错误的发生,实现了实物与模型1∶1的精准程度,目前该锅炉房模型已经达到LOD400的精度,未来还将将精度推进至LOD500。

 

2.2 一体化设计更加省时

由于搭建的3D模型能够有效地指导施工,因此在管线施工之前,可以提前与土建专业配合进行一次、二次结构预留预埋工作。尤其是二次结构提前预留预埋更是整个工程的亮点之一(见图5)。BIM-3D技术在锅炉房的应用,使得锅炉房的预留洞口得以提前精准的定位,有效避免了后期在墙体开洞、洗洞,土建专业无须在墙体施工方面返工,机电专业也能够高效地完成安装工作。这一定程度上大大压缩了锅炉房施工的安装周期,同时也缩短了整个项目的施工周期,使得业主按时甚至提前开业,最大限度地保护了业主的利益。

 

2.3 一体化设计更加省力

BIM-3D技术在锅炉房的应用实际上是提前在软件中做了一个和实物一样的机房,这就对机房的工厂预制化加工提供了强有力的保障。所谓工厂预制化加工就是建筑物的各种构配件在施工前由各专业工厂预先制造好,再将其运到施工现场装配的一种形式。由于周大福金融中心锅炉房负荷大,且业主对用户舒适度的要求高,这样就使得系统复杂、管线施工程序繁杂、组件数量庞大,直接导致管道施工任务成倍增长。然而机电专业尤其是机房施工通常在具备施工条件时,留给管道安装的工期短,任务重,经常出现抢工期的现象,这样势必会在一定程度上影响到管道的安装质量。

 

采用工厂预制化加工后,对于管道施工既能保证质量,又能加快施工进度,同时又能减少施工现场的焊接量,对施工环境的破坏降到最低。BIM-3D技术给予工厂预制化加工强有力的支持,利用模型生产设备接管处不同角度的剖面图并逐一绘制管道预制加工图(见图6),由于模型与实物一致性较高,这就保证了预制加工的准确性,避免盲目的依靠经验做预制加工,导致预制加工的管道不能施工现场安装的现象。

 

3. 锅炉房一体化设计的效益

3.1 经济效益

利用BIM-3D技术实现设计施工一体化,在模型中可以直观地对管线路由进行优化,使得管线以最优的路线排布在机房中。减少管材使用量的同时,更多的是使得系统的阻力减小,降低设备运行成本,增加经济效益的同时也体现了绿色建筑的理念。

 

众所周知,机房由于管线复杂,各类管线之间的碰撞问题是较难解决的。锅炉房一体化设计,将各类管线进行综合排布,利用可视化的模型提前解决了管道之间的碰撞,有效避免了大量的返工,机房施工不再是盲目性试探性的施工,最大限度地减少了成本损失。

 

3.2 社会效益

在建筑行业飞速发展的今天,人们逐渐由依靠经验施工转变为依靠技术施工,像BIM等新兴技术一定程度上代表着公司及个人的实力。天津周大福金融中心锅炉房设计施工一体化的应用,使得我局在业主方等相关单位相对接时,可以非常形象直观、三位一体、透视化、多角度化、精细化、节点化的对施工过程进行全方位的展示,在展现现场管理与软件管理相协调的基础上,更加展示出了我局在BIM技术应用上的雄厚实力,以及BIM技术指导现场施工的强有力的现场管控作用。

 

4. 结语

建筑机电行业机房设计施工一体化模式是未来发展的必然趋势,天津周大福金融中心锅炉房设计施工一体化一定程度上提高了施工效率,但在实现4D动态施工模拟,甚至5D融入成本造价信息的动态施工模拟的机房全生命周期数字信息化施工管理的道路上,还有很长的路要走。在竞争日益激烈的市场环境下,我们还需不断努力,加强自身实力,争取更大的发展。

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