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实验室未来建筑模式

发布时间:2020-07-07 22:55 作者:admin 来源:未知 点击: 字号:

装配式建筑是建筑形式的巨大变革,是未来建筑的发展方向,而实验室建筑工艺布局、供电、给水、排水、通信、网络、采暖、通风、空气净化、安全消防、环境保护等多个专业,实现实验室装配式设计与实施尤为困难,本文着重阐述利用BIM指导综合支吊架形式来实现装配式实验室设计、实施的可行性及优势。
2016年9月27日,国务院总理李克强主持召开国务院常务会议,决定大力发展装配式建筑,推动产业结构调整升级,装配式成为了现代化建筑追求的方向[1]。实验室建设涉及多个专业:土建、暖通、给排水、气体管路、弱电系统、强电系统、实验室控制系统、实验室家具等,各个专业交叉实施严重、管线碰撞频繁、现场实施协调困难。BIM技术的产生,充分解决此项问题,使装配的实验室机电建设成为现实。

装配式实验室机电设计
建筑信息模型(BuildingInformation Modeling)或者建筑信息管理(Building Information Management)是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为基础,建立起三维建筑模型,通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。它具有信息完备性、信息关联性、信息一致性、可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性八大特点[2]
采用模块化的综合吊架系统用于装配式的实验室建设,利用BIM软件对各系统进行3D设计和综合,将实验过程中的土建、暖通、给排水、气体管路、弱电系统、强电系统、实验室控制系统、实验室家具等集中1:1在BIM图纸中真实体现。
设计师通过建模、载荷(单梁窝)计算、整体碰撞检查,细调间距形成综合吊架初稿图纸,后经人工模拟显示检查,查阅各种管线走向美观性和合理性,碰撞人工检查,消除所有实施过程遇到的碰撞。最后,经过具备丰富施工经验的技术经理的审查,采用漫游,电脑测绘,VR模拟现实的形式,真实检查图纸的可实施性,确保BIM图纸能够在现实中重现。
装配实验室的建设
工厂预制
装配式实验室采用工厂预制、现场组装的形式进行综合吊架的现场组装,场内拼接,整体提升的形式。根据本项目的特点以及市场销售管线常用规格,将管线风管成为1m*3m的标准模块,标准模块在工厂内预制,并进行连接测试。 
现场组装
所有进场的综合吊架模块,采用唯一二维码标示,所有施工工人利用手机对二维码进行扫描,就会详细给出所属综合吊架的位置,编号,方便技术工人迅速找到综合吊架模组的位置,并根据BIM实效图进行迅速拼接。
整体提升
通过手机APP控制程序设定提升高度、速度达成提升整体、均速、等高的提升,整体提升过程中预装成功的所有模块没有发生任何位移,整体协调一致。
接口碰接和末端封口灯饰安装
戴纳公司自行设计四向固定底座形式、重力找平碰接技术、楔形精准定位技术以及整体匀速提升技术,可以保证顶部空间毫米级的误差,可以确保综合吊架提升至高工中准确对接。借助综合吊架快速连接锁扣,完成末端灯饰和风管安装,装配式实验室机电施工完毕。
装配实验室优势
施工质量
综合支吊架采用工厂化预制,80%的管线焊接、排布均在地面上完成,所有预制人员均为高级熟练技术工人,可采用多种辅助工具,使得成品质量更高、美观性更强、效率更高。                                                                                                      
 施工安全
传统机电安装模式处于2m以上的高空作业约占据整个施工任务70%,潜在危险作业范围广。综合吊架施工模式,所有预制工作均在地面上完成,2m以上高空作业仅剩下底座固定和对口碰接,高空作业仅占施工任务的15%,施工安全系数高。而且所有的高工作业是在整体提升车平台上进行,安全带悬挂方便,几乎没有危险源存在。
另外,传统采用吊顶安装的形式,吊筋为轴向受力,安装过程中交叉作业踩踏容易造成吊筋松口,发生坠落事件。而综合吊架的承受力、稳定性高,所有的受力构件(C型钢、连接件均自带锁紧锯齿)可以实现拼装构件时的刚性配合,连接无移位、精准定位且抗冲击及震动,底座与结构采用锚栓连接,若非破坏性拉拔强度是膨胀螺栓的两倍。现场试验证明,采用综合吊架安装模式,综合吊架静载荷每m可达到2吨以上,完全可满足实验室工程各种高重量的管线。
 环境保护
综合吊架采用工厂预制运输至现场拼接,现场仅是简单的螺丝锁定、禁锢以及管线碰头工作,所有切割、下料、平口等高粉尘、高噪声的工作均在工厂内完成,有利于减少现场噪声源的产生,有利于现场污染源的产生,提高施工现场环境保护。
 零返工
综合吊架需要设计工程师采用“BIM”软件,将建筑中所有元素在电脑模拟,利用“BIM”软件进行碰撞检查,施工模拟,完全避免了各种管线施工时交叉碰撞。避免传统施工,碰撞、返工问题的出现。传统的安装模式势必有过多的膨胀螺栓需要钉在棚顶,已经预埋的线管、消防管可能均被破坏,可能需要修改暗埋管为明装,造成已经完工的工序的作废。采用综合吊架施工时底座安装位置位于梁体,避免了传统安装时吊筋打在楼板上造成之前楼板暗敷管线的破坏。
美观
传统模式由于采用吊筋安装的形式,安装完毕后交叉严重,整体效果繁重、混乱。采用组合式的吊架进行施工整齐、美观、大方,无需焊接和钻孔,利用构件的组合可方便地进行拆改调整,可重复使用也可以对管道将来的检修提供便捷。
高效率
采用传统安装的模式,安装顺序必须遵守先上后下,先大后小的原则,施工顺序严格,而且传统顶部安装,工作效率低下。
采用综合吊架的形式,采用工厂预制,现场组装、提升的形式,综合吊架模块经工厂预制完成后,运到现场地面拼接,组装,然后整体提升,安装顺序完全可以各专业全面展开,而且工厂预制,施工效率提高显著。采用综合吊架的模式,将现场机电施工时间节省70%。
 低成本
由于中国人工费用增长迅速,劳动密集型的施工工作成本骤升,模块化吊架技术可以有效解决此项矛盾,由于组装工作80%在工厂进行,工厂流水化作业,效率更高,质量更好,同时更有利于熟练技术工人的培养,提高工作效率。目前,我们公司采用的模块化吊架技术,人工成本总计节省约40%。整体成本节省5%~10%。
 实验室柔性发展
从实验室的发展趋势来看,研究类实验室已经从传统单一的分析、化学类实验室向综合性、多功能的综合研发类实验室发展,其主要特征是:常规实验室与研究分析类实验室比例趋近;数据分析区与实验区域比例提高;辅助区域与实验、办公区域的相对分离又紧密结合。综合吊架布置时完全按照标准模块化布置,吊架可在上下左右任意方向进行调整,满足迅速在原有吊架基础上增加各种系统甚至装修吊顶,综合吊架可以迅速在无吊顶实验室—有吊顶实验室—有吊顶办公室—无吊顶办公室,可以快速进行实验室干湿区转变,满足将实验室根据功能需求快速拆分和整合。
 
小结
 模块化吊架整体提升的形式用于装配式实验室的建设,无论从安全、美观、工期还是可持续性发展、质量控制上都要优于传统安装模式。综合吊架减少各种返工费用,缩短工期,而且为未来实验室发展提供了可持续性的路由和支撑,特别适合柔性实验室的建设,综合吊架式装配式实验室的建设必将成为未来实验室发展的方向。
 粉丝答疑

疑问一:建筑质量安全有无保证?
看上去很简单的“搭积木”,其实没那么简单,还有诸多疑问待解。
关于装配式建筑,有媒体这样表述:“这种采取工厂化生产、现场装配的建筑,不仅可省时、省工、省钱,还无污水、无噪音、无粉尘,符合绿色、低碳、节能、环保的要求,而且完全达到传统建筑的防震、安全、耐用要求。”——这是实事求是的评价呢,还是夸大其词,值得推敲。尤其是人们最为关注的质量安全,装配式建筑真的令人放心吗?
装配式建筑一大标志就是使用PC。PC(Precast Concrete),即预制装配式混凝土的简称。现在业内所说的PC,通常是指是以混凝土预制构件为主要构件,经装配、连接以及部分现浇而成的混凝土结构,而这种装配式的结构体系其实已经在我国由来已久。据专家介绍,早在上世纪50年代,我国就开始推广装配式房屋的发展,其中装配式大板结构体系发展得较为迅速,但装配式大板住宅房屋的质量和抗震性能不足,住宅样式较为单一,上世纪80年代后逐渐退出了历史舞台,如今在我国推行的是预制装配式混凝土结构体系。
那么,预制装配式混凝土结构体系建造的房子质量安全是否可靠呢?专家介绍,采用此种结构体系,构件之间的连接以现浇节点为主,将预制PC构件的钢筋伸入现浇构件中锚固连接,保证了房屋的整体性,相比装配式大板结构,质量有明显进步。然而,即使目前PC结构连接方式较以前有了很大进步,但是构件之间连接点的质量隐患并没有随之挥去。“项目封顶后,很难检查连接节点的质量到底如何。而且目前我国的施工队伍的专业水平还难以保证连接节点的施工工艺完全做到保质保量。”住房和城乡建设部住宅建设及产业现代化技术专家委员会副主任委员徐正忠一直为此担忧。
 疑问二:成本是高了还是低了?
据一位业内人士透露,国内某大型PC构件厂,前几年投资几亿元建起的PC生产线,现在几乎处于停产状态。“接不到活儿,目前产业链不完善,相关的设计、施工、验收等都跟不上,房企对目前还处于成本高、技术不稳定的PC往往持只关注不行动的态度”。此种窘况,在沈阳、哈尔滨、合肥、江苏等PC企业相对集中的区域都有出现。事实上,相比传统方式建造的房子,装配式建筑的优点是显而易见的,如工期短、无噪音、无粉尘、环保等,照道理装配式建筑市场应该形势一片大好,为何如今处境尴尬呢?“成本高是重要因素。”业内人士一针见血地指出。
据悉,PC工厂需要大面积堆场以及配套设备和工具,堆存成本高;PC的运输和吊装成本也比较大;此外需要对配合安装的施工队伍进行专业培训,这块成本也不低。据沈阳某企业的一份资料显示,其一个标准PC工厂项目,国内设备需10690万元,国外设备需13290万元,土地投资需6610万元(不含绿建),总投资超过3亿元。
一些施工单位负责人坦言:“如果投个两三千万元就能建个PC厂还行,如果要上亿元,那必须要好好考虑一下了。”根据沈阳某住宅小区的调研数据显示,采用PC构件(预制率45%以上)的综合成本要比传统现浇高出不少,PC构件(外墙板、内墙板、楼梯综合价)一立方米最起码要2300元,而现浇混凝土每立方米只需要1600~1800元。
万科集团总规划师傅志强结合万科集团近20年工业化建筑的实践认为:“目前阻碍工业化建筑发展的最大问题之一是成本高,如果做了这个装配式建筑,成本却要高出1000元/平方米的话,这就没有竞争力了。
疑问三:装配化=建筑产业现代化吗?
现在,有一些人认为建筑装配化就是建筑产业现代化,或是新型建筑工业化,把几个概念混为一谈。其实,三者相关联,又有所不同。
从当前的实践来看,装配式建筑是指用预制的构件在工地装配而成的建筑。其特点是大量的建筑部品由车间生产加工完成,构件种类主要有:外墙板、内墙板、叠合板、阳台、空调板、楼梯、预制梁、预制柱等;现场大量的装配作业,而原始现浇作业大大减少。而新型建筑工业化,是以构件预制化生产、装配式施工为生产方式,以设计标准化、构件部品化、施工机械化为特征,能够整合设计、生产、施工等整个产业链,实现建筑产品节能、环保、全生命周期价值最大化的可持续发展的新型建筑生产方式。
那什么是建筑产业现代化?按照住房和城乡建设部住宅产业化促进中心处长叶明的理解,建筑产业现代化是以绿色发展为理念,以住宅建设为重点,以新型建筑工业化为核心,广泛运用信息技术和现代化管理模式,将房屋建造的全过程联结为完整的一体化产业链,实现传统生产方式向现代工业化生产方式转变,从而全面提高建筑工程的效率、效益和质量。叶明认为,“装配化”仅仅是推进建筑产业现代化的一个特征表现,或者说,仅仅是工业化生产方式的一种生产手段、一个有效的技术方法和路径,不是建筑产业现代化的最终目的和全部。
 疑问四:配套“软件”是否到位了?
作为推进建筑产业现代化的一种有效技术方法和路径,建筑装配化无疑是需要鼓励推广的,但目前相关技术标准是否完善、相关鼓励政策是否就位了呢?
业内人士分析认为,目前这些配套“软件”有缺陷,还需升级完善。
首先是技术体系仍不完备。目前行业发展热点主要集中在装配式混凝土剪力墙住宅,框架结构及其他房屋类型的装配式结构发展并不均衡,无法支撑整个预制混凝土行业的健康发展。同时,技术标准滞后也是装配式建筑规模化推广的一大拦路虎。传统施工方法,大到钢筋上下分配的比例、楼板荷载的具体重量,小到一个房间里面几个插座几个门窗,都有具体的计算公式。而装配式建筑的梁、柱钢筋如何配比,水、电设施如何安装等,目前没有统一标准体系。虽然去年住房和城乡建设部发布了《装配式混凝土结构技术规程》,为装配式建筑的实施提供了工程设计和验收的技术支撑。但业内人士指出,从标准体系而言,还需不断研究加以完善,尤其是有关传统的监管措施不适应新型生产方式等方面的问题。
其次是行业可持续发展基础不良。一个行业是否能够可持续发展,与行业内的企业是否有持续的盈利能力有关。目前来看,装配式剪力墙结构本身的造价一定时期内不会低于现浇剪力墙,在不考虑政策补贴的情况下,此种技术是很难发展的。此外,降低成本、培育上下游相关企业,形成完整的产业化链条是推进建筑装配化的关键因素。目前,我国建筑装配化尚未形成“规划-设计-制造-施工-管理”全产业链的发展模式,即每个专业领域都有相当出色的企业和产品,但缺乏统一的整合平台。
第三,鼓励政策尚不够完善。全国有许多省市出台了相关的推进住宅产业化的政策,在各项政策中,面积或容积率奖励最为直接,各地基本为按装配式建筑面积奖励开发商3%的容积率(不支付土地出让金或很少的费用)。虽然多个省市出台了类似政策,但目前3%奖励真正落地的寥寥无几。政策不完善的另一个方面,是所有奖励均给予开发商,对设计、施工等缺乏考虑。鼓励政策应能吸引更多的企业进入装配式建筑行业,而不仅仅是开发商。国家住宅工程中心建筑设计部主任卢鹏就直言,如果把建筑装配化比作是一棵今后要长成参天大树的“幼苗”,虽然现在不缺外部的呼声、需求和政策的支持这些“雨水”,但设计、建筑、安装环节等“土壤”还不足。
疑问五:是追求PC率还是社会效益?
截至2014年,全国有20多个省市出台了相关的推进住宅产业化、装配式建筑的政策,甚至明文规定了PC的建筑面积比例,有不低于20%的、25%的、30%的,也有要求不低于50%的。“PC率”,成为一些地方政府衡量装配式建筑发展水平的重要指标。
叶明担心地说:“PC在国内已经过热了,现在各地无论是政府主管部门还是企业,都只盯着PC率。住宅产业化虽然离不开PC,但是新型建筑工业化不能等同于PC,我们不能走进过度强调PC率的误区。在专业化分工还没有形成的情况下,大量做PC连找设计机构、审图机构都不好找,千万不能一哄而上。”
发展装配式建筑,我们究竟要的是PC率还是社会效益?“一些装配式住宅项目虽然在结构上采用了预制构件,但从整体上来看没有达到节能目的。甚至某些建筑采用了各种技术后虽然达到了绿色建筑的标准,但是实际在建设过程和使用过程中依然会造成极大的浪费和污染。这些现象都值得行业深思。”住房和城乡建设部科技与产业化发展中心副主任文林峰指出。
“搭积木”,没那么简单。目前住宅产业化、装配式建筑在顶层设计、技术标准、全产业链打造、关键技术等方面仍存缺陷,这是全行业必须正视的客观现实。中国建筑标准设计研究院总建筑师刘东卫认为,大力创建我国新型建筑工业化的建筑通用体系与部品技术,发展装配式建筑,突破传统生产建设模式、促进建筑产业技术升级换代,应当成为当前我国建设行业发展方式转变的科技攻关目标。

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