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上海中心大厦机电工程建造技术综述

  • 来源:安装
  • 作者: 潘健
  • 发表于:2017-02-24 09:44:14
  • 点击:1949

2011年6月始,上海市安装工程集团有限公司(以下简称上安集团)承建了632m高度的上海中心大厦的机电安装工程,在超高层摩天大楼的机电安装工程建造领域谱写了崭新的篇章。

建筑高度的提升体现了机电工程的特点和难点,同时体现了机电建造技术的传承和发展。上安集团的建设者们凭借着公司深厚的技术积累和不断创新的精神,以精湛的施工技术和管理技术,在3年多的时间内,完成了57万m2建筑面积的机电安装工程。从2014年7月开始,全面进入机电工程的调试阶段,完成了低区的空调送冷调试,9月份开始了高区的空调送冷调试;消防给水已经送到位于128层的塔冠区水箱;10月份主要施工区段2~6区的办公区域,已经进入全面验收阶段,预计2014年底全面完成实物安装,至2015年6月全面完成系统调试。

1 机电工程简介和特点

上海中心大厦机电工程涵盖了给排水、消防、供配电、照明、冷暖空调、送排风、智能控制、综合布线等机电方面几乎所有的机电系统,且各个专业系统中绿色节能的四新技术应用几乎一应俱全,诸如给排水系统中的废水回收、中水处理系统;虹吸雨水排水系统;同层排水系统;消防系统中的高压细水雾灭火系统、泡沫灭火预留系统;供配电的电能管理系统;智能照明管理系统;LED泛光照明系统;风力发电系统;地源热泵系统;燃气冷热电三联供系统;冰蓄冷系统等等。

由于上海中心大厦的超高层垂直分区特性,机电系统各类子系统众多,组合应用方式多变,形成了机电系统庞大复杂的特性,如:给水和消防系统的垂直叠加供水、分区重力给水型;排水系统的高低区分段收集、接力式排水型;冷源系统的高低分区、多冷源组合型;热源系统的蒸汽干管、分区换热型;通风空调系统的区域独立型;电力系统的垂直供配、分区供电型,等等。

2 建造难点及应对技术

(1)上海中心大厦垂直分区多,建造面积大,管理难度大,上安集团采用分区建造管理模式,按地下室、裙房、办公区、酒店塔冠区四大区域展开施工和管理。

(2)机电专业深化设计要求高,设备、管线布置难度大,与各中标设备供应商和系统供应商的专业配合程度高。上安集团以BIM模型为先导,以管井、标准层、设备层、机房间为序,逐步开展图纸深化工作,满足现场施工进度需求。

(3)超高层建筑的垂直特性,给机电设备和材料的运输吊装带来很大难度,可利用的吊运设备单一、量少,主要依靠塔吊和施工电梯,还要与土建、结构、装饰单位同时使用,上安集团将机电材料设备进行分类处理、采用最合理的运吊方案和技术措施。

(4)总量57万m2的机电安装,涉及管道、电气、通风系统大量的实物工作量,加工预制的工作量也随之增大。而超高层的特性是楼层面积小,不利于设置预制场地;且上海中心的双层幕墙的结构特性造成空气流动性差,对施工环境控制的要求高。上安集团对上海中心确定的总体技术路线是加大厂外预制深度和预制量,现场尽量多地装配施工,现场减少焊接和油漆作业;工厂化预制的全面应用为上海中心大厦的顺利建造发挥了重要作用。

(5)上海中心大厦垂直分区多的特点,造就了系统的叠加性和庞大性。而分区施工管理又把系统进行了分割施工,给水电风各系统的构成开通调试带来了很大的困难。因此,上安集团根据各专业的系统调试需求、以子系统构成开通调试为基本单元,开展机电系统完整性检查和子系统收尾;以正式通水、通电,临水临电切换为先机,以低区冷热源系统、高区冷源系统、消防系统调试验收为主线,开展系统完善收尾调试工作。

(6)在上海中心大厦的机电建造实施过程中,基本建造程序和其它项目比并无特殊,但需确定相关的关键过程,作为建造过程中里程碑目标实现的关键工序过程,确保进度、质量、安全三统一进行。例如以变配电站的高压受电确定的垂直电缆吊装过程,地下室机房设备的吊装过程,幕墙部位的V槽LED电子屏和翅片散热系统的安装过程。关键过程的确定和实施,保证了机电系统的整体安装的进度、质量和安全。

(7)弱电系统在本项目共配置13大系统,约30个子系统。运用的特点是系统规模大,应用技术复杂且同时运行的系统多、维护和保养任务重。传统情况下通常需要大量的专业技术人员来保证各个系统的正常运转。机电总承包方为突破自身各类资源及相关条件的限制,且为更好地完成总承包合同履约,引进了总集成管理思路及办法。采用总集成管理能融合非已所长,充分利用各参建单位、企业的软硬件产品及相应的专业技术支持团队的力量。总集成管理主要分为技术集成、要素或资源集成和智力集成,还存在信息集成、管理文化集成等形态。技术集成是整个系统总集成的核心关键。

(8)机电系统已完工未交付,又不得不提前使用投运的系统,例如永久电梯、高低压变配电站、生活消防给水系统、冷冻站冷却塔系统等均提前投运。如何保证运行管理和施工生产的合理结合,上安集团在上海中心大厦引入了物业化管理概念,把提前投运系统和系统施工有组织的结合和分离,确保机电系统的运行有序和施工安全。

3 BIM建模和机电深化设计

(1)以BIM为基础的深化设计工作是提高施工质量、控制工程进度的最好支持。上海中心大厦外形轻盈流畅,似一条盘龙直上云霄。然而独特的外形必定带来同样不同一般的复杂结构。同时,上海中心大厦在机电设计中的众多超新理念又使得整个机电系统极其纷繁。尤其是在几大施工的重点难点部位,例如:高、低区能源中心、塔冠设备区、各区设备层乃至与幕墙、钢结构配合紧密的极小细节,如果没有BIM的三维设计模型,无法想像机电各专业系统之间、机电与土建、钢结构、幕墙之间是如何搭建各种空间关系的。其次,在机电安装的实施过程中,由三维模型导出的二维深化设计图纸,使得深化设计质量得到了保证;以三维形式的施工交底以及四维形式为基础的工艺安排与施工方案的确立,已经适时地渗透到安装工程的管理过程中。此外,以BIM参数化设计为基础的管道预制加工,使得机电安装工程的模块化、工厂化进程也进入了数字化、信息化的阶段。由于BIM的界入使“上海中心”机电深化设计以及施工管理工作更加的直观了然,也为后续深化设计提供了坚实的基础和保障。

(2)以BIM串联起的协调平台,是优质深化设计服务最佳方案。上海中心大厦的BIM工作平台是一项多专业、多工种协调沟通平台,相通的语言与相同的标准成为最大限度确保模型信息准确性与即时性的重要保证。因此,上安集团积极与总承包部BIM团队保持一致,全面采用Autodesd Revit与Navisworks系列软件并与总包同步升级。同时,将这一要求传达至各专业分包、系统供应商以及主设备供应商,并对没有条件的分包、供应商提供技术支持。

(3)基于BIM的管线综合传统的管线综合设计都是以二维图纸为基础,在本项目中利用BIM的三维可视化进行设计。在三维环境下将建筑、结构以及机电等专业的模型进行叠加,并将其导入到Navisworks软件中进行碰撞检测,并根据检测结果加以调整。通过BIM三维可视化的特点弥补个人空间想象不足,实现复杂区域管线合理高效排布,确保各深化区域可行性和合理性。

(4)基于BIM的管线优化在三维环境下,可以通过任意角度的查看模型中的任意位置。所以,通过BIM软件进行方案对比,可以根据实际情况选择最优的管线排布方式,创建更加合理美观的管线排列。在不影响原管线机能及施工可行性的前提下,将机电管线进行适当调整,优化空间,快速解决碰撞问题,管线合理布留。同时,通过高效的现场资料管理工作,即时修改快速反映到模型中,获得一个与现场情况高度一致的最佳管线布局方案,有效提高一次安装的成功率,减少返工。

(5)基于BIM的设计成果检测在制定施工图纸阶段,若相关各专业没有经过充分的协调,可能直接导致施工图出图进度的延后,甚至进一步影响到整个项目的施工进度。BIM技术则通过将各专业模型汇总到一起之后应用碰撞检测的功能,快速检测到并提示空间某一点碰撞,同时可高亮显示、以便于快速定位和调整管路,大大提高了工作效率。本项目中利用Navisworks软件的碰撞检测功能,直观地观察到了管线的碰撞检测情况和位置。然后,返回到Revit软件中根据碰撞的情况将各个碰撞点一一调整解决,调整完成之后再次对模型进行第二次的检测,如有碰撞则继续进行修改,直至最终检测结果为“零“碰撞。BIM碰撞检测流程的制定又为上海中心这一超大型项目的管线综合提供有效保障。

(6)图纸会审、技术交底项目施工前,上安集团项目部对施工图进行初步熟悉与复核,通过深入了解设计意图与系统情况,为施工进度与施工方案的编制提供支持。通过对施工设计的了解,查找项目重点、难点部位,制定合理的专项施工方案。将施工设计中不明确、不全面的问题记录下来,与设计院、业主进行沟通与讨论。例如:系统优化、机电完成标高以及施工关键方案的确定等问题。本项目中,利用BIM模型的设计能力与可视性进行技术交底,减少各方的沟通障碍,提供最为便利、直观的沟通方式,从而提高工作效率。基于BIM技术的工程出图在确保模型“零”碰撞的情况下,利用模型指导深化设计出图。根据调整后的模型,有效指导深化设计出图,每一类图纸都有其固定的出图流程以确保图纸准确性及可靠性。通过BIM模型辅助深化设计出图,不仅能够确保图纸精确性,便于施工安装,还能利用BIM模型的三维可视性模型配图方式,方便现场施工人员理解辨认系统,上海中心项目部根据现场实际情况配以剖面、平面、轴测、大样图等多种形式辅助施工人员施工,有效提升施工效率。

4 工业化建造,预制技术

由于施工现场面积有限,故管道的加工采用工厂预制的形式。上海中心的空调通风系统的风管加工,分为标准件和加工件,全部由上安集团的暖通设备加工厂在工厂内完成加工生产;楼层内水、电、风、弱电的各类支吊架全部采用轻型组合支吊架,只进行切割作业和组合安装,避免了焊接和油漆等大量的声、光、味的环境影响;管道安装涉及沟槽、螺纹等非焊接连接的安装,各区域就近建立小型预制场地,尽量加大预制深度,高比例的工厂化预制施工技术切实推进了安装实物量的进程。

风管工厂加工实现了机械化流水线生产,工人只要将风管的尺寸参数输入计算机,车床就可根据输入的信息进行切割。另外,风管的咬口、翻边和角码帖附等工作也使用机械装置,跟传统的手工捶打成型相比不仅提高了生产效率也保证了产品质量。

空调水管的预制加工主要以塔冠区的DN800冷却水管为主,制作中以业主确认的深化图为依据,现场管理人员经过实地复核后,将图纸中的管段尺寸转化到单线图中;绘图员根据施工员出具的单线图或尺寸复核图,绘制管段加工图;加工图得到确认后,交付后方预制加工组。同时,后方管道加工工厂根据项目部提供的加工图和现场施工计划,按时保质完成相应管段成品或半成品的预制加工工作。

支吊架的预制加工 ,传统工艺制作支吊架的方式为现场切割、钻孔、焊接,对于材料的用量不易控制,经常会造成严重浪费,且无法做到统一的外观,切割、焊接和涂装都会产生外观的缺陷。本工程中各类轻型管槽支吊架采用工厂化预制,制作流程为型材切割、煨弯、焊接、钻孔,最后进行刷漆。大部分支吊架的预制都经过镀锌、热浸锌或喷塑的表面处理,送至现场安装时就已是美观大方的成品。同时,支吊架加工后送至现场,无须动火,支架重量轻,组装方便。

5 垂直运输管理和技术

(1)设备和大宗材料吊装和运输的工程量巨大,楼层材料垂直吊运4000t,楼层设备吊运、安装共3500t;地下室材料垂直吊运2000t,地下室设备吊运、安装共2500t;总计12000t。设备安装的数量多,且接收单位复杂。施工周期和施工高峰期长。垂直吊运机械资源紧张。设备层的物资进场难,外部施工协调困难,大型设备吊装的高度高,施工环境复杂,技术难度也高。

(2)设备、大宗材料垂直吊运和设备安装的施工机械准备

上安集团项目部根据上海中心的业务范围、特点和难点,对机械和机具做了精心准备。常规的吊机、铲车、卷扬机、液压搬运车、葫芦、钢丝绳等机械和机具,一应俱全。针对高空吊装的特点,定制了10t级(尺寸5500×3500)与20t级(尺寸6000×3500)两套吊装平台。此 外 还 添 置 了 6 t 级 电 动 牵 引车;5t级液压搬运车和5t级加长液压搬运车,设备在吊装平台内定位和吊装,这一做法在平台到楼面口后的定位中发挥了奇效。

2013年4月,地下5层的冰蓄冷设备大批排管,由于没有吊装孔,排管只能从坡道运入地下室。由于排管的几何尺寸较大,卡车装太高,叉车运太长,小平车运没有刹车不安全,为此添置一台低重心(600)大车盘2m×6m挂车。

为了提高施工电梯使用效率,满足大批量散件的运吊,项目上定制了9辆1t级的手推厢式搬运车。厢式搬运车尺寸为长1.3m,宽0.8m,高0.6m。该车的前、后两扇门为翻板式,需要时可运4m长的材料,图1为1000kg厢式搬运车。

 

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(3)材料和设备吊装、运输主要采用设备吊运重心位移法和设备吊装移动平台拖运法(见图2)。

 

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例:图3中,V型槽口的双层施工吊篮和环梁双层施工吊篮,其本身作为结构环梁和外层幕墙的施工作业平台,一旦环梁和外幕墙施工完毕,机电必须跟进,将附属在V槽和环梁的LED电子屏和翅片散热系统跟进实施,否则将失去最佳安装时机。为此项目部和环梁与幕墙施工单位协商,确定紧密衔接施工工序和平台共享计划,顺利保证了LED电子屏和翅片散热系统的安装顺利实施。在上海中心大厦机电工程的各系统中,四新技术的应用层出不穷,诸如给排水系统中的废水回收、中水处理系统;虹吸雨水排水系统;同层排水系统;消防系统中的高压细水雾灭火系统、泡沫灭火预留系统;供配电的电能管理系统;智能照明管理系统;LED泛光照明系统;风力发电系统;地源热泵系统;燃气冷热电三联供系统;冰蓄冷系统等等。项目部正确理解各系统的原理,合理准确地进行深化设计,严谨科学地方案组织,规范地施工管理实施,最终实现系统的功能合并。

7 弱电工程总集成技术

(1)项目部为使上海中心大厦建筑内的环境达到舒适、安全、快捷的目的,配置安装了各种用途的系统和设备。包括:各大型机电系统,如给排水系统、消防水系统、虹吸系统、水处理系统(中水、雨水)、高压细水雾灭火系统、大堂地暖系统、暖通空调系统(AHU、FPB、VAV等大型设备)、防排烟系统、送排风系统、加药系统、三联供系统、冰蓄冷系统、地源热泵系统、变配电系统、电气火灾系统、应急照明系统、SPD系统、风力发电系统及泛光照明、灯光秀等系统。

(2)为使上述这些复杂而又相对独立的设备、系统能协同工作,并保证各系统自动化、正常通信、稳定的运行,项目部设计配备了种类繁多的智能化系统设备,项目上共配置13大系统,约30个子系统,如:

1)综合布线系统、固话通信系统、信息发布系统;

2)无线对讲系统(消防用、物业用);

3)卫星通讯系统、卫星电视系统、有线电视系统;

4)消防报警系统、公共/应急广播系统;

5)一卡通系统(含出入口控制及电子巡更、访客管理、速通门、梯控)、电子钥匙管理系统;

6)安全防范系统(含视频监控系统、防盗报警系统、视频分析系统);

7)车库管理系统、防爆安全检查系统;

8)楼宇自控BA系统、能源计量管理系统;

9)CPMS多能源管理系统;图1图3图26 关键建造过程的确定和机电四新技术实施关键建造过程的确定和实施,保证了机电系统整体安装的进度、质量和安全。

10)IBMS、时钟系统;

EMC合同能源管理系统;

通讯配套系统、室内无线覆盖;

会议系统、扩声系统、舞台灯光系统等。

这些机电及弱电系统在本项目上运用的特点是系统规模大,应用技术复杂且同时运行的系统多、维护和保养任务重,传统情况下通常需要大量的专业技术人员来保证各个系统的正常运转。为了解决这个问题,引进了总集成管理思路及办法。

(2)本项目采用系统总集成管理,除了能取长补短、资源整合、集中调配等优势外,其根本性目的是为了:

1)集中管理:对各系统进行集中统一监视和管理,将各集成系统的信息统一存储、显示和管理在同一平台上,并为其他信息系统提供数据访问接口。

2)分散控制:各系统进行分布式控制,保持各系统的相对独立性,利于分离故障、分散风险,便于排查和管理。

3)系统联动:以各系统的状态能数为基础,要根据可设置的条件实现各系统之间的相关硬件、软件联动。

4)优化运行:在各系统运行良好的基础上,提供设备节能控制、运行计划制定,优化策略设定、实施、评估等功能。

(3)本项目中组成系统总集成管理的基本类型

总集成管理可以主要分为技术集成、要素或资源集成和智力集成,技术集成是整个系统总集成的核心关键,根据技术集成管理办法梳理了以下界面内容:

1) 系统功能界面;

2) 系统操作平台接口与界面;

3) 系统应用软件的界

4) 设备材料、软件供应界面确定;

5) 系统的技术接口界面确定;

6) 施工安装界面的确定。

根据工程不同的承包方式,对上述各道工序由谁来负责施工和指导应该事先予以明确。主要管理内容包括以下几点:·明确并落实主要设备安装负责人。

明确并落实未端设备安装负责人。

明确并落实执行机、阀门等控制设备安装、施工负责人及配合单位负责人。

明确并落实线槽、管线敷设负责人。

各 子系 统 单 体 调试负责人。集成 系 统 的 调试,由系统集成商负责。

8 物业化管理融入技术

上海中心项目中机电系统已完工未交付,却又不得不提前投运的系统,例如永久电梯、高低压变配电站、生活消防给水系统、冷冻站冷却塔系统等,上安集团项目部引入机电临时物业管理概念,组建施工过程中的机电物业化管理,保证关键部位和设施的正常运行。

(1)电梯运行管理随着临时施工电梯的逐步退出,正式电梯逐步进入提前使用,按照原规划的Y1~Y9电梯,分批投入使用,由机电临时物业开始管理永久电梯临时使用,纳入工程协调部的统一管理。项目部对依次投入运行的9台电梯进行24h运行维护管理,具体如表1。

 

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电梯运行管理:电梯轿厢内运行维护人员负责每日电梯的开启、关闭、操作、人员出入核实、材料运行检查等工作,确保每台运行的电梯外观完好,运行平稳,施工用梯安全、有序、规范。

电梯维护管理:电梯运行管理人员做好电梯及轿厢内设施日常的清洁、维护管理,同时在运行过程中发现电梯故障,做好记录,并上报主管部门,并配合专业维修单位做好维修、保养工作,确保电梯设备全生命周期管理。

(2)变配电站运行管理

在10kV变配电站施工完成,高压端受电完成,低压端准备向大楼开始供电之前,由机电临时物业人员接手管理变配电站。他们从施工状态中,提前脱离,进入正式移交使用前的准工作状态,以确保此类关键部位和设备设施处于安全受控临时使用状态。为了保证上海中心大厦已经投入运营的10kV变电站安全、正常运行,项目部派驻变电所运行人员对10kV变电站进行24h运行管理,确保变电所运行从施工到正式运行的无缝链接,具体管理范围和工作如表2。

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每天至少4次对所有变电站设备巡视检查,做好巡视记录,包括:高压进线的电压、电流、低压总开关电流的计量记录,变压器温度等相关记录。并负责已投入运行变配电站的日常操作、维护、紧急故障处置汇报、突发事故处理、停、送电操作。

(3)冷冻机房运行管理

在低区冷冻机组完成调试以后,低区冷源系统进入调试阶段,为保证机组设备的有序管理和运行安全,由专业物业管理人员介入,接手冷冻机房内 的机组开关、控制室、系统阀门的开关等工作,并做好相关记录,参与整个系统的调试工作。

结束语

上海市安装工程集团有限公司承建了上海中心大厦的全部水电风、弱电的机电安装工程,为公司在超高层摩天大楼的机电建造方面积累了宝贵的经验,施工管理技术也得到了长足的发展,可为今后的其他工程建设提供借鉴。


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