工厂预制、现场装配——机电安装的发展趋势暨装配式支吊架的主要问题综述论文.pdf

薰 燧 翱 黻 王和慧 刘纪才 杜伟国 黄辉 1 华东理工大学上海 2 0 0 2 3 7 2 奇佩支吊架有限公司 江苏镇江2 1 2 2 0 0 3 上海市安装工程有限公司 上海2 0 0 0 8 1 4 中国建筑标准设计研究院北京1 0 0 0 8 2 摘要 本文是2 0 1 3 年1 月由中国安装协会主办的装配式管线支吊架技术发展趋势全国研讨会的主题报告 阐述机 电安装行业的发展环境 迫切需求和 工厂预制 现场装配 的必然发展趋势 就装配式支吊架技术的优 势 现状和存在的主要 问题进行深入剖析 探讨 了装配式支吊架标准图集的制定方向 应用范围 目标和 特色 提出研究计划 期待完善和推广装配式支吊架新技术 从而促进安装行业的绿色高效发展 关键词 机电安装工厂预制现场装配装配式支吊架结构力学 1 机电安装行业的发展环境 需求和趋势 我 国现阶段正处于创新驱动 转型发展的关键时 期 党的十八大提出 深化改革开放 加快转变经济发 展方式 全面建成小康社会 推进绿色发展 循环 发展 低碳发展 和 建设美丽中国 的宏伟 目标 传统工业必须依靠技术创新 从粗放型向集约型转 变 从经验化向流程化转变 真正做到 节能减排 安全 环保 经济高效 才能在国际化的市场竞争中引领先机 才能顺应未来工业经济的绿色发展趋势 随着我国城市化的进程 建筑机电安装行业快速发 展 资源浪费 环境污染 施工安全和效率低下的问题 日显突出 因此 安全高效 节能环保 文明施工 成 为该行业健康发展的迫切需求 在此引导下 工厂预 制和现场装配 的发展方向 逐渐成为机电安装行业可 持续健康发展的必然选择和趋势 2 工厂预制 现场装配的特点和优势 现代建筑机电安装正朝着工厂预制化和现场装配化 发展 其基本特点是将全部工作分为 预制 和 装 配 两个部分 这两个部分在时间和地点上可以分开 独立进行 主要工作流程为 1 深化设计 2 材料 供应 3 工厂预制 4 运输配送 5 现场机械化安 装 以及辅助并穿插全过程的质量控制和安全监控 工 厂预制 现场装配的优越性如下 1 预算准确 节省材料 依据深化设计图纸 绘 制预制加工图 确定材料用量 避免现场加工制造导致 的材料浪费 直接降低成本 2 规模化生产 机械化安装 充分利用生产线 设备 缩短制造工期 机械化流水线制造 比现场人工 制造 要大大提高生产效率 现场安装充分利用机械 设备 减少人力 3 保证产品质量 生产流水线加工比现场加工 更易于保障产品质量和进行质量监控 4 不受现场条件制约 缩短工期 工厂化预制不受 天气影响 不受土建和设备安装条件的限制 不受其他施 工进度的影响 可以依据订单 预先独立进行制造 等到安 装条件具备 运至现场装配 大大缩短工期 5 保障施工质量 组合式构件 装配式 机械 化安装 无须复杂工序 对安装人员的技术要求低 技 术培训简单 所以更能保障施工质量 缩短施工时间 6 保障施工安全 减少高空作业和辅助设施的 架设 在提高技术水平和施工效率 的同时 更能保障 施工安全 i n s t a l l at i o n 5 9 7 降低人力成本 随着我国人口的老龄化 新生 代技术工人 如 焊接 油漆工人 越来越缺乏 人力 成本 日益增长 工厂预制可以大大减少现场制造工序和 对技术工人的需求 有利于平衡施工力量 8 避免污染与火电安全隐患 文明施工 现场 制作 比如切割 焊接 不仅工序繁多 而且伴有音 光 尘 味等多元污染 以及火 电安全隐患 工厂预 制 则可避免污染和安全问题 做到文明施工 9 便于施工监理 现场装配 工序简单 便于 施工监理 1 0 整齐美观 可替换 便 于后期维护与循环 利用 组合式构件 装配式施工 整齐美观环保 可 拆卸 可替换 维护修理方便 系统改造时 材料还 可以循环利用 因此 工厂预制 现场装配 是安全高效 节 能环保 文明施工的必然选择 能够真正做到 绿色 低碳和循环发展 必将给建筑机电安装行业带来无限 生机和健康发展 3 支吊架行业现状和发展趋势 支吊架系统是建筑安装行业里不可或缺的因素 主 要负责提供给排水管道 电缆桥架和母线 风管 简称 水 电 风 等基础管线安装的固定平台 按照上海地 区定额计算 安装工程产值占建筑总产值的2 0 而支 吊架的安装产值 占安装工程的2 随着建筑安装行业 的迅速发展 支吊架行业也将获得同步发展 3 1现阶段支吊架的应用情况 目 前我国建筑安装市场份额的9 0 以上仍采用传统 焊接支吊架 顾名思义 焊接支吊架的制作工艺一般是 采 用槽钢 角钢等型材在施工现场进行切割 煨弯 焊接 钻 孑 l 刷油漆等 传统焊接支吊架存在以下不足 1 材料浪费 焊接支吊架在制作过程中经常因 尺寸偏差而导致返工或报废 安装过程中也会出现因支 吊系统局部调整 结果已制作好的构件无法再用 从而 造成材料浪费 2 安全隐患 型材切割 焊接过程中 火花四 溅 粉末飞扬 造成火灾隐患 3 环境污染 切割 焊接过程中会产生噪音 弧光和粉尘烟雾 刷漆过程中又会产生刺激性气味 均导致环境污染 4 安装成本高 焊接支吊架的制作 安装需要施 工现场具备条件 需要切割机 焊机等工具设备搬运到 现场 不同工种的众多人员按进度参与 工序多 耗时 长 导致安装成本高 5 影响美观 焊接支吊架不是标准化产品 制作 安 装标准不统一 结果外观粗糙 整体美观f 生 较差 6 维护成本高 后期维护 修理改造均不方便 不能循环利用 3 2 装配式支吊架的优势 装配式支吊架的出现 是建筑安装行业发展到一定 阶段的必然产物 欧美发达国家自上世纪八十年代就已 经开始实行支吊架的标准化生产和安装 而在我国才是 近几年刚刚起步 可以预见 装配式支 吊架替代传统焊 接支吊架是安装行业发展的必然趋势 因为装配式支 吊 架真正做到了 工厂预制 现场装配 其优点可归纳 为6 点 1 工厂内制作 现场装配施工 无需切割 动 火 焊接 2 采用镀锌材料 现场无需防腐油漆 整齐美观 3 用料比传统型钢少 节约钢材约1 0 以上 4 减少高空作业和现场材料的运输量 5 机械化装配 减少人力成本 缩短工期 提 高安装效率和安全性 6 组合式构件 装配式施工 便于后期管线 的 维护或更改 为什么说装配式支吊架属于新技术 是因为我国真 正开始使用并逐渐被认可是近些年的事 新体现在型材 自制 各种快速连接件和各种锁紧定位副 还体现在不 同的表面处理 简易安装和无火花工作 为什么说装配式支吊架符合现阶段的发展要求 原因是安装简单 只需1 2 个普工进行配合 在工具上 只需手动扳手或电动扳手 而在能源消耗上更低 不 存在任何污染 工厂化预制的优点非常明显 工厂机械化流水线制 造比现场人工制造 要大大提高生产效率 且不受天 气 土建和设备安装条件的限制 不受其他施工进度的 影响 可以依据订单 预先独立制造 等到安装条件具 备 运至现场装配 大大缩短工期 工厂预制 现场装配 是安全高效 节能环保 文 明施工的必然选择 因此 装配式支吊架符合节能环保 绿色施工的建筑安装潮流 值得大力推广和应用 4 装配式支吊架简介 装配式支吊架也称组合式支吊架 装配式支吊 架的 作用是将管道 自重及所受 的荷载传递到建筑承载结构 上 并控制管道的位移 抑制管道振动 确保管道安全 6 0 2 0 1 3 年 第8 期 静态载荷工况 规定了很高的安全系数 结果导致支吊 架的设计总体上是过于保守和浪费材料 直观上导致又 粗又笨 但在另一方面 还有很多复杂载荷工况却没有 考虑 导致设计的盲 目性和冒险性 存在巨大的安全隐 患 实际应用中时有安全事故发生 比如 现场存在的 水锤 地震 机振 冲击 腐蚀等极端复杂工况 对装 配式支吊架的抗水锤 抗地震 抗疲劳 抗冲击 抗腐 蚀 稳定性和动力特性等方面的安全性能提出了更加苛 刻的要求 关于这些方面的设计计算 因涉及比较复杂 的力学理论 目前还缺乏系统的研究支撑与技术保障 相应的技术规范几乎是空白 支吊架在极端工况下的减 振抗震技术 抗疲劳 抗腐蚀技术等方面 均有待研 究 目前华东理工大学王和慧课题组正在研究上述复杂 载荷环境下的装配式支吊架的安全与寿命问题 4 对于给排水管道 因水锤现象而导致的水平 推力 目前均是参照传统焊接支吊架的规定 4 即取垂 直载荷的0 3 倍 但在设计和应用中发现 水平推力的估 算过大 导致水平推力决定了支吊架的最大承载能力 这显然是不合理的 水锤的产生与水泵的工作压力 阀 门的开关速度 水流流量 粘性与速度 管道内部压力 等均有关系 显然不能简单归结为垂直载荷的0 3 倍 我 们将基于f l u e n t 软件开展c f d 模拟试验 研究水锤推力 载荷的主要影响因素和工程计算方法 从而制定既科学 又方便工程使用的标准 5 装配式支吊架的安装锚固技术面临新挑战 在所 有已发生的支吊架安全事故中 很高比例的原因是锚固问 题 而不是支吊架的自身强度 因此 如何提高安装锚固 的可靠性和安全性已经成为迫切需要 具体表现在 a 地铁 火车或水电站的隧道工程 面临很多在任意角度倾 斜面上的管线安装 故急需开发适用于任意倾斜面安装的 支吊架及其安装锚固技术 b 考虑不同安装墙体材质对支 吊架膨胀锚栓的承载能力 混凝土 砖墙 轻质墙 复合板 墙等要分别规定锚栓的等级和安装方法 隧道岩石的锚固 安装 也是有待解决的技术问题 c 钢结构厂房内的支吊 架安装的固定技术 急需研究和统一规范 6 目前在机电安装行业 b i m 建筑信息模型 技术的应用越来越广泛和深入 代表未来的设计趋势 特别是业主的b i m需求最为强烈 但是该技术还远未成 熟 b i m技术在管线设计中的碰撞检测 管线综合 工 程量统计 预制件加工 进度控制和施工模拟等方面 具有明显优势 但遗憾的是在三维深化设计 中目前还 只看到悬浮于空中的管线 k i l ma g i c a d 的三维管线 设计 r e v i t 软件 而支吊架设计尚未真正融入b i m 技 术 装配式支吊架采用工厂预制标准件 现场组装的方 式 在标准图集问世后 便于编制标准件的数据库 方 便选用 符合b i m理念 对于完善b i m技术必将起到融合 与推进作用 7 在机电安装工程中 水电气管线的设计工作 经常与支吊架的设计安装工作由不同人员承担 故往往 存在一定的脱节 如何进行有效衔接和配合 使得管线 安装更加安全 绿色和高效 有待安装工程部门的技术 与管理配套的研究 8 由于国内缺乏统一的装配式支吊架标准规范 故急需编制经严格科学论证又非常贴合工程需求 适应 现代安装的新型装配式支吊架的生产和应用标准 我们 计划编制的装配式室内管线支吊架图集就是为了填补这 一 空白而实施的 该图集的预期 目标和特色如下 a 最优化 系列化 标准化 工厂化 最优化 目标是等强度支吊架 即各个部位的强度几 乎均等 失效 时几乎同时破坏 这种支 吊架的强重比 达到最大化 就是使用相同材料情况下达到最大承载 能力 从而获得节省材料 节能环保的经济和社会效 益 这需要充分利用结构力学和有限元仿真技术 如 a n s y s a b a q u s 软件 进行精确计算和优化设计 系 列化就是类型 规格 型号全面 适用范围广泛 标准 化就是通用性强 各个系列的配件彼此通用 易于调配 和替换检修 工厂化就是工厂预制 现场装配 现场无 需任何加工 完全实现绿色高效安装 b 易懂 易查 易配 易装 提高设计与安装效率 合理分类 统一标识 提供 简易的查询和选用方法 提供简易可行的安装操作指 南 降低对安装人员的技术要求 6 结束语 装配式支吊架是建筑室内管线支吊架技术的必然发 展趋势 符合我国国情的标准图集的制定 显然具有重要 意义 有利于完善 规范和推广装配式支吊架新技术 我们 期待借助支吊架安装这一模块的转