引言：建筑工业化作为提高建造效率、质量、安全的重要手段,正在推动建筑业的转型升级。模块化预制装配技术是建筑工业化的重要形式,在建筑结构工程领域的应用日趋成熟。而在建筑机电工程方面,模块化预制装配技术也显示出巨大应用潜力。因此,开展建筑机电工程模块化预制装配施工技术的研究,对推动建筑机电工程工业化具有重要意义。

1模块化预制装配的核心技术

1.1 BIM技术

建筑信息模型BIM技术是模块化预制装配的核心技术之一，通过建立信息参数化的三维数字化建筑模型,实现设计信息的统一管理和多维度应用。BIM模型里包含了建筑的几何形状、空间关系、材料属性、构造细节等详尽信息,这些数字化信息可直接应用于工厂的预制和现场的装配,指导后期的施工与管理。BIM还可以进行虚拟预装配仿真,优化装配方案。总之,BIM是实现模块化预制装配的数字基础^[1]。

1.2 数字化管理

利用BIM、数据库、云计算等数字化手段对整个模块化预制装配流程进行智能化管理。数字化管理可以实现从设计开始到竣工完成的全生命周期管理,通过数据的集成应用,打通设计、预制、装配、运维等各个环节。数据库和云技术使各方能实时共享设计模型数据、项目文档、供应链信息、项目进度等,实现高效的数据流转和协同工作,大幅提升管理效率。

1.3 智能化设备

智能化的预制装备和装配设备,如机器人、自动导向车等,可以实现对预制和装配过程的精确操作,提高工艺水平。这些设备利用计算机、传感器进行精确控制,可以做到比人更精细、更稳定的操作,大幅提高预制和装配的质量。同时利用RFID、传感器等技术可以对装配过程进行智能化监控和过程管理。

1.4 自动化生产

利用BIM和数字化技术,打通设计、预制、装配各环节,建立自动化的信息流、物流和质量流,实现对模块化预制装配全过程的自动化控制,大幅提升产量和质量。例如BIM模型数据可以自动生成工厂的预制工艺,实现设计和预制的无缝连接;物流系统可以实现预制产品的自动化运输和配送。同时利用互联网实现供应链的协同和智能调度,让信息流、物流快速流转。质量监控系统也可以根据传感器数据自动预警和反馈,实现全面的自动化生产过程。

2模块化预制装配施工技术的主要流程

2.1标准化设计

模块化预制装配施工需要在设计阶段就进行统一的模块化设计。采用统一的模块化设计标准,对建筑的结构、布局、尺寸、接口等进行规范化设计,实现不同部位的标准化和规范化。同时还要考虑建筑的功能和使用要求,实现建筑机电系统的标准化和规范化。标准化设计要求采用统一的模块化设计方法,建立完备的标准化设计规范体系,形成标准化的设计模板和模块化设计平台。在此基础上,针对不同类型的建筑提出标准化设计方案,实现结构、楼板、墙体、门窗等主要部位的标准化和模块化,也要考虑建筑智能化和绿色化的需求,实现建筑机电系统的标准化设计。

2.2工厂化预制

在工厂化生产的标准车间内,利用机械化和工业化手段,对建筑的墙体、楼板、梁柱、管线、设备等进行精准预制。采用模具化生产,可批量生产标准化的建筑结构和机电模块,大大提高生产效率。工厂化预制要求建立先进的预制装备和模具,实现对混凝土、钢结构等建筑结构部件的标准化批量化生产。同时要利用数控切割、3D打印等先进技术进行管线、模拟设备的预制。还要利用机器人、数控技术等进行预制加工,提高预制构件的尺寸精度和表面质量。合理规划预加工和后加工工序,实现精益生产^[2]。

2.3虚拟化预装配

利用BIM、VR等先进技术,在虚拟环境中进行装配模拟,优化装配方案。通过事先建立精细的BIM模型,在虚拟环境下进行构件碰撞检测、装配顺序模拟、装配路径优化等工作,可以事先发现问题,确认构件间的接口关系,实现精确的预装配,从而指导后续的现场装配工作。虚拟预装配技术可以大幅提高装配的精度和效率,是实现快速精准装配的关键。利用VR技术,还可以对作业人员进行装配操作培训,提高项目的装配质量。

2.4现场化安装

在工厂预制和虚拟预装配完成后,将预制模块运输到项目现场,然后使用大型吊装设备快速吊装和安装。采用机械连接和快速固定的方式,将预制模块组装成建筑结构和机电系统。现场安装重点是合理制定运输方案,做好吊装设置,合理安排作业面积和作业顺序,尽可能压缩作业时间。同时要利用激光辅助定位、RFID技术等进行定位跟踪,保证装配精度。

3建筑机电工程模块化预制装配施工技术案例和实际应用分析

3.1案例分析

某超高层混凝土建筑项目采用了模块化预制装配技术,该技术将建筑结构和机电设备制作成独立的标准化模块在工厂预制,然后运输到现场进行吊装组合。该项目的框架结构采用了预制混凝土柱和楼板,标准间距为6米,这些预制构件在工厂制作后运输到现场进行快速吊装。项目的暖通空调、给水排水、弱电系统等管线和设备也采用了预制技术,在工厂制作好后运到现场进行装配。该技术大大缩短了工期,提高了施工质量。该项目总建筑面积30万平方米,预制率超过70%,采用模块化预制装配技术后整个主体结构施工周期仅为18个月,相比传统建造方法缩短了约30%的工期。

3.2模块化预制装配技术在建筑机电工程中的应用

(1)暖通空调管网的预制装配

在该项目中,暖通空调的主要管线和设备采用了预制模块化的设计和制作。首先,根据建筑设计要求和使用功能,完成暖通空调系统的设计;然后,将主要的风管和回水管在工厂制作成标准化的预制模块,每个模块长度为6-12米;同时,空调箱体、风机组等设备也制作成标准化的预制模块。这些预制模块运输到现场后,通过螺栓连接进行快速组装,大大提高了施工效率^[3]。

(2)电气管线和设备的预制装配

项目的电气管线和设备同样采用了预制装配技术。电气管道包括强弱电Tray、电线电缆敷设管道、配电箱等,这些管线和设备在工厂制作成标准化预制模块,然后运输现场进行快速安装。同时,配电房、机房等设备也采用预制装配的方式。这种预制装配方式确保了电气工程的施工质量和效率。

(3)给水排水管线的预制装配

建筑给水排水系统包括热水管、冷水管、循环水管等,这些管线系统在工厂预制成管桥和管串,每一管段标准尺寸为6米,然后运输到现场进行吊装,并通过法兰连接和焊接完成安装。同时,楼板和墙体内的给水排水管道也采用预埋的预制装配方式。这种预制装配技术确保了给水排水系统的快速安装和高质量施工。

3.3模块化预制装配技术应用效果分析

(1)缩短工期,提高施工效率。采用模块化预制装配技术后,该项目的主体结构施工周期缩短了30%,极大提高了施工效率。工厂制作预制构件无需现场养护,避免了浇筑混凝土的影响因素,保证了质量。同时,预制模块快速吊装装配缩短了工期。(2)提升施工质量和工程品质。工厂预制环境可严格控制产品质量,提高构件表面精度和强度。同时,预制产品避免了现场施工的人为因素,有效减少施工缺陷,提高了工程品质。(3)促进资源节约和可持续发展。采用预制装配技术可以减少建筑垃圾的产生,有利于资源的重复利用,并减少施工对周边环境的影响。同时,预制构件可以重复使用,减少资源浪费,促进可持续发展。

结束语：综上所述，建筑机电工程模块化预制装配施工技术可以缩短工期、提高施工质量、促进资源节约,是建筑机电工程发展的重要方向。下一步的研究可继续深入该技术的配套体系、经济效益评价等方面,以进一步拓展该技术在建筑机电工程中的应用,推动建筑机电工程的工业化发展。

参考文献：

[1] 王琦.建筑机电工程模块化预制件装配式施工技术探讨[J].石材,2023,(07):41-43+47.

[2] 张宁波,张勤.建筑机电工程模块化预制装配施工技术的研究[J].绿色建筑,2022,14(03):142-146.

[3] 张宁波,潘健,王建勃.建筑机电工程模块化预制装配施工典型应用及其专项技术[J].建筑施工,2022,44(03):584-587.