浅谈国际工程机电深化设计

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  摘要:建设工程中的深化设计工作就是承包商或其委托方在业主提供的工程设计资料、合同文件的基础上参照设计推荐的相关国际标准及工程所在国的有关规定,对工程设计方案图纸进行充分细化,将设计意图与被选用的产品更加完美的组合成为经济、美观、实用建筑工艺品的过程。本文主要针对国际机电工程的深化设计程序及要点进行介绍,希望能为中国建筑企业在海外机电工程的深化设计工作中提供参考。
  关键词:国际机电工程 深化设计 国际标准
  深化设计顾名思义,就是由承包商自己或是承包商的委托方对业主提供的设计图纸进行进一步细化、优化,使之能够更加方便、快捷的用于指导现场施工,在充分实现设计意图的前提下,科学合理的精简业主的投资、节省承包商的工期而又保证工程质量需求的全过程。
  对于机电工程而言,就是要将建筑物内机电工程各系统的设计参数进行核算,在业主选定的材料、设备品牌范围内确定设备的规格、型号等参数及具体品牌;将同一区域内的机电管线进行综合布局,根据不同管线的性质、功能、施工工艺结合建筑装饰的要求,对管线位置排布和管线支吊架的形式进行统筹设置,大型设备的基础进行校核计算或依据选定的产品进行重新设计。
  1、深化设计的意义
  目前,大批的中国建筑企业正在加入国际建设工程的竞争行业,而国内的从业要求又和国际工程建设的从业存在巨大差异,练好自身的内功、了解国际业主和国际同行业的基本需求也变得越来越重要。同时,随着国际开发商涌入中国市场,国内的建设工程模式也正在与国际接轨中,国内的建筑承包商也正在或即将面临国际工程中承包商必須面临的同样需求。
  随着社会的发展和科技的进步,建筑物的功能越来越强大,智能化越来越高,建筑物内的机电管线也越来越多,尤其是公共建筑,其机电管线密集而且复杂,施工难度更大,其中往往包括给排水、暖通、强弱电等各个专业和系统,多种管线交错排布,仅依靠设计单位提供的平面、系统图纸和少量节点图,无法达到照图施工的程度,经常会出现专业间交叉打架、拆改等现象,因此,机电管线综合深化设计工作就非常必要。
  建筑物内部或外部的设备房、屋面等部位因为各自专业的特殊要求不同,当几个专业的设备设置在同一个机房或设备房是就可能出现布局冲突和或是不合理、不利于倒运、维修等状况,因此,需要承包商根据选定的设备品牌产品资料,结合各系统管线的综合设置与工艺来进行再布局。通过机电综合深化设计,可以更好的落实和调整工程建设方、监理及设计的各项要求,合理排布机电工程各专业管线的位置,可以最大限度实现设计和施工之间的衔接,为各机电专业的施工提供技术支持,为整体施工的顺利进行创造条件,满足工程合同对项目质量、工期的约定。
  一般国际机电工程的设计特点:
  1)国际工程的机电设计图纸相对粗浅,只能用于业主估算造价和工程招投标,不能作为指导现场施工的依据;
  2) 机电各系统的设备只明确了使用要求范围,没有具体型号和参数等具体描述,需要业主或承包商协商选择;
  3) 机电各系统管线图只是示意图,基本没有明确具体走向、规格、材质、施工工艺,有的甚至只描述了使用要求,没有具体图纸;
  4) 机电工程没有像国内工程一样的统一国家标准,而是设计者结合工程的实际使用功能在多如烟海的常用国际标准中进行选取套用,甚至很多内容会罗列多个类似标准供业主自行挑选;
  5) 监理工程师现场施工验收的依据是深化设计图(shop drawing)而不是招标图(Construction drawing);根据工程总合同约定不同,有些项目深化设计图纸在按程序审批后也作为承包商进度报量与收款的依据使用;
  6) 国内设计一般会提供节点图、大样图或参考标准图集、图号,国际工程则需要承包商根据设计规范的描述范围、推荐品牌、对应工艺先进行材料、设备报审然后才能自行绘制节点图、大样图、基础图等。
  从以上特点可以清楚地看出,承包商如果不对招标图进行深化,就无法展开现场的施工作业,也不能进行施工验收和报量收款工作。
  2、深化设计的准备
  深化设计工作是一个系统工作,对一个大型机电工程而言,这个工作需要一个非常专业的团队才能完成,因此,前期的准备工作尤为重要。
  1)技术资料准备
  技术资料准备就是承包商要仔细收集和认真阅读业主提供的招标图纸(Construction drawing)、设计规范(specification)及常用国际标准(如NFPA、 BS、BSEN、IEC、ISO、NEMA、ANSI、EN、ASME、ASTM等设计规范涉及的参考标准)、投标答疑、工程承包合同、工程所在国家与工程建设相关的法律法规以及按照设计规范推荐的材料设备品牌的产品技术资料。
  2)人力资源准备
  由于国际机电工程一般都包含给排水、暖通、强弱电、电梯等专业工程。要对一个专业如此齐全的机电工程实施深化设计工作,就必须有与之对应的专业工程师来承担。
  由于国际工程的常用语言都是非汉语,那么要么配备足够强大的翻译团队,要么专业工程师都具备阅读、理解、使用该工程语言的能力。
  深化设计图是指导、检验现场施工作业的根本依据,那么,各专业深化设计师除了必须具备相应的专业技术理论外,还必须同时拥有对应的现场实际施工经验、需要掌握和了解常规的施工工艺;同时还要求深化设计师对本专业涉及的材料、设备供应的市场状况,能根据设计规范中推荐的品牌产品快捷地选择合适的材料和设备,并将其产品资料应用到深化设计中去。
  深化设计师必须具备熟练操作使用常用的电脑制图软件(如AutoCAD、MagiCAD等)。
  3)设施准备
  由于深化设计工程中必须大量使用电脑绘图,因此,高性能的电脑是设计师们的必需品;设计过程中,特别是专业叠加阶段的讨论必不可少,为了能让参与者都能在同一时间了解叠加状态,投影仪也是必备设施;对于一个大体量的国际工程深化设计,其图纸打印量也相应庞大,图纸打印机也是重要的常用设备。   3、深化设计的工作流程
  机电工程的深化设计是一个多步骤、全方位的团体协作过程,需要团队的所有参与者分工协作,有机配合才能实现。期间工作流程见“机电工程深化设计流程图”。
  4、深化设计的内容
  1)深化设计负荷计算
  由于国际工程机电设计中,由设计方提交给业主的图纸相对来说是粗线条的,承包商拿到的图纸既不能用于施工,也不能用于编制材料设备采购计划。
  管道工程:
  承包商必须先通过业主得到建筑物外围市政系统提供的工作压力,结合设计提供的室内系统工作压力范围,按照设计规范明确的使用要求,对系统进行重新布局,然后对重新布局的系统分环节进行沿程和局部阻力计算,确定系统设备的工作参数及系统管线的工作压力。这样一方面可以确定系统的压力等级,从而结合材料设备报审情况,确定管道、阀门的材质和压力等级;增压设备的流量(风量)、扬程等。另一方面,按照规范,核算末端设施(龙头、洁具、喷头、消火栓、风口、散流器等)的数量,再根据设计规范给出的系统介质流速及噪音要求算定管径,从而完成管道系统的所有材料、设备的材质、规格、型号。
  确定系统管线的规格型号后,按照设计规范对建筑物结构承载力、抗震、防晃要求,结合建筑装饰的美观要求设定系统支吊架形式,再通过受力计算得出选定不同支吊架形式下的各个不同点的支吊架材质及母材规格型号,确定支吊架制作工艺。
  电气工程:
  以设计规范给出的末端用户各点的电压、电流及用电负荷、照度流明要求为基础,分区域计算用电负荷;根据招标设计的规划总回路分配原则,从总低压配电柜→分配电箱→分户箱→用电末端顺序初步划分回路,再从末端开始到总配电箱逐级进行分相平衡计算,调整生成最终回路。回路成型后再按照从末端到起点的顺序,参照设计规范,计算确定回路沿程电线、电缆的规格型号;管线、桥架、线槽的规格型号;在整个计算和调整过程中,都要遵照三相负载平衡的基本原理对回路进行分相。
  从低压柜到高压柜,从高压柜到变压器,从变压器到备用发电机和市政电源都同样按照招标设计的回路和相序分配原则进行核算。
  回路及分相确定后,再按照与管道工程同样的程序进行支吊架的设计定型。
  2)深化设计协调检查
  深化设计图纸是最终用于直接指导施工和进度结算报量的依据,因此,必须充分体现出设计意图,即做到招标图、设计规范、工程所在国的相关规定 、产品手册、施工工艺达到高度统一;同时,机电安装工程的所有实施都必须结合结构工程与建筑装饰工程的实际情况,做到几方面形成一个完美的组合。要做到多方和谐统一,深化设计师必须将机电各个专业的初步深化图纸、建筑和结构工程的图纸进行平面叠加,通过叠加查找冲突点和冲突部位,对复杂部位按照叠加图生成初步剖面图,然后对管线和设备的平面和空间位置进行调整组合重新生成专业平面图和剖面图,如此重复检查、核对,直到冲突完全消失,即可形成承包商的报审图。
  在检查、调整过程中,末端设施(如灯具、风口、洁具等)应以满足建筑装饰效果为主线进行;管廊、管井应以机电各专业原理为主线,但应满足标高的要求及结构布局的限制;机房等部位在结构许可的前提下以机电需求为主导来完成。
  3)深化设计修改完善
  承包商完成的初步报审图必须按工程承包合同的约定向监理、设计方进行报审,只有在通过审核批准后的图纸才能成为最终的深化图(shop drawing)。一旦设计或监理方对初步报审图提出意见,承包商应先与几方充分沟通,然后按照沟通的结论对初步报审图进行修改和完善,再重新送审,最终形成深化设计图。
  深化图的修改和完善是一个对设计规范、规定、招标图、产品说明书的重新学习和理解领会的重要过程,深化设计师必须认真对待、严肃处理。
  4)深化设计出图
  机电深化设计的出图包括:综合管线留洞图(Combined Builder’s Work Drawing (CBWD))、各系統管线支吊架大样图和详图、综合管线平面图及剖面图、各专业节点详图、管井综合管线布置图、设备机房基础布局图及基础详图、管线综合图、三维动画等。
  综合管线平面图及剖面图
  机电深化时,对各专业进行叠加并调整形成综合管线平面图(Combined Services Drawing(CSD))后,图中一些管线较为密集区域,光靠平面图表示不清时,应绘制剖面图,在剖面图中各种管道、线槽要按比例绘制,管道要考虑保温,支架、阀门等尺寸,还应标示清楚管道与设备,管道与建筑梁、板、柱、墙以及地面的尺寸关系及管线自身的尺寸和标高。
  设备机房综合深化图
  多数情况下,由于设备设计选型与业主招标的设备外型不一致,原设计中设备的接口尺寸、形式等均可能发生变化,故机房的施工图纸大多需要深化设计,深化时不仅要根据实际订货尺寸绘出设备基础图纸,更要根据实际订货尺寸给出设备连接的平、剖面图,并对各专业图进行综合、调整,在布置时要特别考虑现场维修操作的空间,机房内要做到管线排布成行成列,排列整齐,间隔合理均匀,在满足功能的前提下做到良好的视觉效果和人性化。
  管井综合管线深化图
  在竖井施工中,管道专业有与通风专业共用管井,各自所占位置、分支管位置、走向等在各自图上表示,并无一张综合设计图,所以须在图纸上先进行综合考虑,再结合现场实际情况进一步考虑,把一部份图纸设计矛盾及不合理处在施工前加以消除和解决。电气专业也一样,需要先确定与井道桥架、线槽相连接的配电箱外观尺寸,然后再结合桥架、线槽的平面布局进行井道桥架、线槽的竖井排布生成电气井道图。
  三维深化图
  在机电深化设计综合叠加阶段,利用AutoCAD制图软件完成综合管线平、剖面图后,为了直观的表现管道的排布与叠加的空间关系,还将选用MagiCAD三维绘图软件来进一步优化重点部位(机房、管井、管廊等)机电专业管线的布置。采用三维建模技术对建筑物内的机电管线及设备建立三维图像,将复杂抽象的二维实体转变为形象直观的三维立体,能够自动检测管线之间及管线与结构之间的碰撞,更彻底解决管线冲突;能即时查看管线的效果并进行优化调整。优化后的三维图像可以直观的将施工完成后的效果预先展示给监理、设计及业主观看;更加便于施工各班组之间进行沟通和调整,科学、合理地安排施工作业顺序;还可以做成三维动画来播放。   5、深化设计的方法
  1)首先深化设计师要领会设计理念,认真学习理解设计规范(specification),熟悉各专业招标图,收集整理本工程涉及到的国际标准、行业标准以及工程所在国的相应法律法规。
  2)由于知识产权保护,国际工程设计方一般不会提供CAD版图纸给业主和承包商,深化设计师首先需要将最新版本的PDF版建筑图纸转化(或描绘)成CAD版本,然后再将各自的专业图纸叠加到建筑图上。
  3)在进行管线综合布置前,要将建筑、结构、机电图纸及已确定品牌的机电材料、设备产品资料收集齐全,布置时要考虑墙、板、梁的厚度,吊顶结构,并到现场实测实量,防止出现机电管线与建筑、结构冲突。
  4)在进行管线综合布置前,对选用的建筑底图进行处理,删除门窗等不必要的标注,对各专业图纸中不必要的标注也一一剔除,力求图纸综合叠加后图面清晰。在进行综合时,底图一定要采用“参照图纸”的方式,以方便叠加调整、修改完成后再拆分成专业图纸。按照 “计算机辅助制图原则”将机电各个专业初步深化图进行叠加,注意分专业、分图层,然后进一步调整机电管线相对位置及标高,合理利用空间,优化布局并在图上标识。对于上下重叠的管道,布置有困难时可以在平面图中错开,以提高图面的可视效果,在剖面图中体现出上下重叠的位置关系。
  5)在综合平面图中管线密集处依次进行截面编号,绘制相应编号截面的剖面图。剖面图应明确与结构或与建筑的尺寸关系;明确各机电系统安装与检修空间尺寸,并注意保证末端设备(如灯具、喷头、风口等)使用功能以及重力排水管线路由与坡度,标注起止位置的标高。
  6)将调整并最终确认的机电综合平面图、剖面图拆分到专业图纸上,形成最终的各专业深化图。
  7)利用MagiCAD软件和最终的建筑、结构、机电图纸制作机电管线三维图像,进一步检验管线有无碰撞,排布是否合理。
  8)机电深化图生成后,需按照工程承包合同的要求,向監理和设计方送审,只有通过了相关方审核批准后承包商才能打印出最终版本的深化图。当现场施工发现问题或某个专业有新的设计变更时,深化设计人员要及时根据实际情况,对机电管线深化图纸进行的必要补充、调整并再次送审。
  6、其它
  深化设计者必须遵循的基本原则:节约工程投资、精简工期、保证工程质量、确保使用安全。无论工程是总价包干合同还是单价合同,科学、合理的节约业主的投资又满足设计意图的实现,选择便捷的施工工艺为承包商精简工期,都是深化设计者的责任和义务。
  机电工程的深化设计工作离不开材料设备的供应市场,在深化设计团队进行设计的过程中,项目的商务和技术团队的材料设备报审工作必须同步展开,以便为设计师们提供相应的支撑。
  对于有中国工人参与施工作业的机电工程,深化设计图纸在获得相关方批准后,宜在给下发班组的图纸上添加中文标识,避免施工中操作工人因理解错误而导致作业失误和产生经济损失。
  国际工程机电深化设计的过程相对漫长,几乎从工程开工一直持续到交工验收之前,中间难免会产生图纸的变更、升版,因此,承包商在过程中应十分重视资料整理与归档工作。
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