无锡市工业设备安装有限公司

一、基本情况

（一）案例简介

　　无锡市工业设备安装有限公司研发的机电设备设施和管线生产线，将BIM技术贯穿于机电设备设施和管线生产和施工全过程，实现了BIM设计优化、部品部件标准化生产、工厂预制模块化，提高了机电工程的装配化水平和全生命周期的信息化管理水平。该成果在无锡地铁4号线体育中心站机电安装项目、SK海力士半导体(中国)有限公司厂房建设项目 C2F改造工程项目等多个项目上得到了应用，不仅提高了机电设备设施和管线设计、生产、运输和安装的标准化程度，而且提高了生产效率和施工质量，降低环境影响，具有一定的社会效益和经济效益。

（二）申报单位简介

　　无锡市工业设备安装有限公司创建60多年来，在承担国家重点工程及标志性工程的建设中，先后成功完成了8000多项建设工程，业务范围涉及国内外交通、冶金、机电、石化、医药、纺织、电子、轻工、农业、旅游、商业、食品、医疗、房地产开发等各行各业。

二、案例技术产品特点

（一）技术方案要点

　　本项目围绕机电设备设施和管线智能化生产设备、信息化技术、生产工艺进行系统研究，成功研制了基于BIM技术的机电设备设施和管线生产线，基于机电设备设施模块化装配式施工特点，建立了综合设计、研发、生产、管理相结合的一体化体系;开发了面向智能制造的工业IoT-BIM综合管理应用平台，打通全生命周期信息资源共享链;研发数据模型转换接口软件和操纵序列到预制工厂的远程传输技术、机器人高效焊接技术、标准化预制加工技术。基于BIM技术的机电设备设施和管线生产线建设如图1。

　　图1基于BIM技术的机电设备设施和管线生产线建设

　　1.机电设备设施和管线智能化生产设备

　　针对机电设备设施和管线落后的传统生产模式，本项目结合模块化装配式施工特点以及智能化生产需求，研究机电设备设施和管线智能化生产线建设，解决人工焊接、作业面不易展开、自动化程度低、生产质量难以保证问题,完成了80%预制加工工序的智能化升级，综合提升机电设备设施和管线的预制加工效率和质量水平，实现了传统人工生产向智能化生产方式的转变。

　　2.机电设备设施和管线生产智能化系统

　　针对传统机电设备设施和管线生产的信息管理脱节、数据分析及共享程度低、协同工作效率低等问题，本项目结合智慧工厂建设要求，开发了面向智能制造的工业IoT-BIM综合管理应用平台，升级了智能生产管理系统，建立了后台信息控制中心，实现了机电设备设施和管线生产全过程的信息化管理。

　　3.机电设备设施和管线生产工艺优化

　　针对传统机电设备设施和管线生产工艺不能满足智能化预制生产方法的问题，本项目基于BIM技术的预制生产方法研究，通过大量的生产试验验证可行性，解决了基于三维模型实施预制生产技术、预制段划分及编码技术等难题，实现了新型预制加工工艺的优化升级。

（二）关键技术创新点

根据“数字设计、智能生产、智能施工和智慧运维”的全生命周期管理理念，项目融合应用BIM技术、物联网技术、大数据分析等先进技术，实施加快基于BIM模型的研发和应用，通过深化设计、材料供给、工厂预制、产品标准化、运输配送、现场装配，以及穿插全过程的质量控制和安全监控，建设形成有利于建筑机电装配化施工生产的智能化工厂生产线，主要布局如图2。

　　图2机电设备设施和管线生产线布局

　　项目的主要创新点包括以下四个方面：

　　1.研制成套机电设备设施和管线生产设备

　　研发并建立智能化集成控制技术的智能化预制生产设备，实施下料、坡口、组对(含管道组对及法兰组对等)、焊接等一体化工作，配合模块组装集成，实施功能模块的试验试压等。机电设备设施和管线生产线，大幅提升部品部件预制生产效率，如图3所示。

　　图3机电设备设施和管线生产线

　　2.基于BIM技术的智能化预制生产系统

　　研究基于BIM模型的智能化预制生产系统，通过将优化设计端、工厂/车间端的各种计算机系统、智能装备，甚至操作人员、物料等连接起来，实现设备与设备、设备与人、物料与设备之间的信息互通和良好交互，最终根据三维模型实现部品、部件的智能制造，如图4、5所示。

　　图4智能化预制生产G代码 图5实施预制加工

　　3.机电设备设施和管线生产工艺优化

　　研究焊接机器人、自动除锈设备、自动组对设备等智能化管道焊接生产工艺，通过改进生产技术，进一步减轻生产人员的劳动强度，提高生产效率和生产质量，确保生产线的可扩展性，如图6、7所示。

　　图6机器人焊接 图7等离子管道自动切割

　　4.信息化协同控制中心

研究施工现场、预制生产、运行管理信息协同技术，如图8所示，在后台信息化协同控制中心，通过机电安装项目BIM三维模型，对预制加工厂和安装现场进行实时监控和协同指导，实现对预制加工厂和安装现场的远程指挥管理及异常处理;在控制中心对施工现场的技术难点和质量重要控制点及时进行远程监控和技术指导。

　　图8信息化协同控制中心

（三）与国内外同类技术产品比较

　　国外对基于BIM的机电设备设施和管线生产线研究较早，应用较成熟。我国在该领域研究起步晚，虽然技术发展迅速，但应用比较分散，基于BIM的机电设备设施和管线生产线研究与应用将BIM设计、工厂化预制、现场施工整合为较为完整的流程与数据，实现了“标准化、模块化、信息化、集约化”。

三、案例实施应用

（一）案例基本信息

　　体育中心站是无锡市轨道交通4号线一期工程第9个站，位于蠡溪路与太湖大道交叉口处。车站周边为公共、商业金融用地及部分居住用地。车站有效站台中心里程为右DK12+241.443。该站为地下两层双柱14米宽岛式站台车站。该站共设3个出入口、2个直通地面的安全出口。计算站台长度118m，站台宽度为14m，车站外包总长322.0m，标准段外包总宽22.7m。项目目标是对车站冷水机房、消防泵房管线、附件及设备模块化构件单元，实现设备、管线及附件工厂化生产、模块化装配，减少安装节点约50%、提高工程质量。

（二）应用过程

　　在基于BIM的机电设备设施和管线生产线应用中，项目前期BIM优化及模块化设计，为生产线配套预制生产设备提供预制组件的三维数字化信息，使基于BIM模型的自动制造成为可能;标准化应用提高生产线生产效率，该生产线以基于BIM模型的生产信息共享和传承应用，促进后期机电设备智慧运行管理和智慧节能管理。

1.前期BIM优化设计

项目采用基于BIM三维模型的可视化设计，如图9，BIM模型信息的传承应用，为生产线提供有效的预制生产数据和工艺信息，方便各参与方共同解决存在的问题，并通过信息转换减少错漏，缩短生产建设周期，减少返工和材料浪费。

　　图9无锡地铁4号线体育中心站机电工程BIM模型

　　运用BIM技术，对错综复杂的管线进行碰撞检查，如图10、11所示，对有影响的地方进行合理调整，避免工程返工，造成预制生产材料的浪费。

　　图10碰撞检查 图11优化调整

2.基于BIM模型的模块化设计

　　基于BIM的机电设备设施和管线生产线应用为体育中心站装配式模块施工提供了高效率预制生产环境，预制生产前需要运用BIM技术实施模块化划分、设计优化、受力分析。

(1)模块化划分。地铁冷水机房模块化拆分将整体拆分为泵组模块、全程水处理器模块、冷水机组管道模块、分集水器模块等8个模块，BIM模型及模块化拆分如图12、13所示。

图12地铁体育中心站冷水机房BIM模型

　　图13地铁体育中心站冷水机房模块化拆分

　　(2)设计优化。基于BIM技术，从三维空间角度对机房进行排布，使其在满足设计要求和系统运行的基础上保证设备的最大维修空间，门型支架与模块三维示意图如图14所示。

　　图14门型支架与模块三维示意图

　　(3)受力分析。根据模块和模块之间对接的节点形式,要求偏差等问题，优化模块组成，通过BIM软件生成模块;运用空间分析程序和计算机模拟仿真技术对机房机电设备施工的工序进行模拟仿真，如图15所示。验证模块划分的可行性，进一步优化模块，为生产线提供精确的预制材料数据。

　　图15离心泵模块基础-静应力分析

　　(4)优化出图。模块化生产出图如图16所示。结合重要模块的功能、用途、重要性，把相关信息充分的融入到模型中，并基于BIM模型实现生产线的快速生产及有效管理。

　　图16模块化生产出图

3.基于BIM模型的工厂化预制

　　相近区域、相同功能的机电设备、管线组合成不同的模块，运用基于BIM的机电设备设施和管线生产线，完成预制加工，首先实施预制编码、预制生产，最后进行模块化组装调试。

　　(1)预制编码。运用BIM技术对无锡地铁体育中心站站厅层B端冷水机房进行模块化划分后，对预制段进行编码，便于部品部件在生产中的信息识别和后期装配中的有效管理。预制加工编码图如图17所示

　　图17模块化预制加工编码图

　　(2)基于BIM模型的预制加工。运用机电设备设施和管线生产线，按照预制生产加工图纸及生产工艺流程进行模块化预制生产，如图18所示，以完善的质量管理体系和必要的试验检测手段完成部品部件的高质量预制。

　　图18原材料排样和预制加工

　　(3)模块化安装。现场施工人员严格按照BIM模型呈现效果进行装配化施工，使得建成后的机房整齐划一、紧凑有序，有效提高各环节的施工时间，避免不必要的重复劳动。BIM模型图及装配效果如图19、20所示。

　　图19无锡地铁4号线体育中心站模块化BIM模型

　　图20无锡地铁4号线体育中心站模块化装配效果图

4.部件标准化应用

　　为了实现机电设备设施和管线生产线的流水线、标准化的生产，制定了针对机电安装工程装配化生产的标准图集，提高生产效率。预制管段所用的标准图集示例，如图21所示。

　　图21预制管段标准图集

5.机电设备智慧管理

　　在基于BIM技术的机电设备设施和管线生产线建设中，实现信息资源的传承和共享，建立机电设备全生命周期管理信息化系统，如图22、23所示，通过建筑信息模型(BIM)沉淀三维有效空间、设备设施信息、部品等各类属性数据。

图22基于BIM技术的机电设备智能化管理系统

　　图23基于BIM模型的智慧管理

6.机电设备节能管理

　　基于BIM的机电设备设施和管线生产线的使用为后期管线及设备运维提供了生产数据支撑。如图24、25所示，通过对机电BIM模型参数的应用和过程追踪，直观的了解设备实时监测情况，实现机电设备的能耗数据收集、能耗分析、节能预测、节能控制以及节能管理。

　　图24 BIM模型参数应用

　　图25基于BIM模型的管理平台

四、应用成效

（一）解决实际问题

　　机电安装工程专业多、作业面大、设施密集、施工过程变更多、交叉作业多，基于BIM的机电设备设施和管线生产线研究，通过部品部件标准化、工厂预制模块化、管理信息化、数据传承智能化，减少大量现场安装施工、返工，解决了工期紧和施工空间限制、后期运维难等实际问题。

　　BIM技术的应用促进部品部件在工厂提前智能化制作得以实现，提高标准化程度，符合装配式安装标准，降低工作量，减少现场污染，实现数据的智慧采集、智慧融合、智慧挖掘和智慧决策，促进机电管线和设备设施信息在全生命周期中的运用。

　　通过绿色安全建造和绿色智慧运营达到最大限度地节约资源并减少对环境负面影响，降低资源消耗和环境污染的目的，满足机电安装工程与城市建设的绿色协调发展。

（二）推动工程建设提质增效

　　基于BIM的机电设备设施和管线生产线研究，运用BIM技术进行预制前的设计分析，多维数据信息的存储，提高预制加工中的精确度和操作人员的工作效率。在机电安装工程中实施标准化，大幅提高生产效率和生产质量，生产周期也由于配件的标准化和工厂生产，比现有传统施工节约工期约40%。通过前期BIM深化设计、优化管路排布、采用智能化设备代替人工作业，科学排版下料，降低材料损耗约20%。通过基于BIM模块化设计及生产，提高集成度，空间紧凑美观，易于后期检修，综合提供了机电工程建设效率和质量。

　　执笔人:

　　无锡市工业设备安装有限公司(朱正、王昭文、刘旭东、唐秀芳)

　　审核专家:

　　骆汉宾(华中科技大学，教授)

　　张声军(中国建筑科学研究院，研究员)