数字化技术在运行中的制冷机房改造中的应用

卜真良

上海建工集团工程研究总院 上海 201114

目前，我国大部分一、二线城市已过了大建设、大拆迁年代，部分建筑经过多年使用后存在外观老化、早期设计规划不足等问题，已无法满足现今社会需求。因此，需对城市中的老旧建筑进行翻新改造。在不对主体结构和外立面进行大规模变动（仅加固、修缮）的前提下，通过改造其内部机电系统、装饰风格和建筑用途，将低效物业转化为高效资产，满足当下人们对建筑功能的需求，解决人们日常使用中存在的问题[1-5]。

1 老、旧建筑改造的现状

1.1 城市更新的模式

城市更新是未来城市高质量发展的必经之路，是中国城市发展走向富有创新性、重视绿色化、空间均衡的重要方式之一。

现阶段，根据改造力度，将我国城市更新由弱至强分为3类：综合整治、功能改建和拆除重建。综合整治类以消除安全隐患、完善现状功能等为目的，不改变建筑主体结构和使用功能，改善消防设施、基础设施、沿街立面等，一般不增加建筑面积；功能改建类在不全部拆除的前提下进行局部拆改或加建，以实现新的使用功能为目的，不改变土地使用权的权力主体和使用期限，保留建筑物原主体结构，仅改变部分或全部建筑物使用功能；拆除重建类以全部拆除重新规划建造为目的，可能改变土地使用权的权力主体和部分土地性质，严格按照城市更新单元规划、年度计划的规定实施。

1.2 建筑改造的困局和解决思路

目前，拆迁赔付款金额越来越高，城市更新逐渐由粗暴 的推倒重建型向 温柔 的改造、升级型转变。在建筑改造和探索过程中，所面临的窘境和迫切需要解决的问题也逐渐显现。

1.2.1 外部环境难以协调

建筑改造不完全是对建筑自身的改造，还需与周边景观、设施、道路及其他建筑统一协调。但在我国，以土地出让为主的城市建设发展模式，造成了城市建筑有各自的风格和时代感，当代建筑和传统建筑错综复杂，在建筑改造规划时如何协调、统一是一大难点。且部分老旧建筑因年代久远，缺少必要的建筑信息，无法仅通过街景照片实现合理的建筑规划。

此外，为满足当代人对生活环境的需求，改造建筑的后续使用功能选择也受到周边建筑功能的影响。城市规划总平面图仅能反映各位置用地情况，无法精准判定人流走向和业态偏好。

1.2.2 测绘困难且数据存在偏差

城市经济的发展，促使许多建筑改造采用 腾笼换鸟 的方式，保留建筑外观、主体结构和重要机电管线，对建筑内部功能进行改造和升级，满足都市人出行、购物、娱乐等需求。在对建筑内部进行功能改造、升级前，需对现场情况进行踏勘和测绘，充分了解现场条件是项目改造成功的关键所在。设计师根据精确的现场条件制定出合理的结构加固、重要设施保修等方案，并以此为基础进行建筑功能改造和升级设计。

传统的踏勘、测绘方式精细度不足，且受限于测绘时的现场条件，往往无法取得精确的测量数据。施工安装时，数据偏差造成 边拆除、边调整、边施工 ，局部拆改范围扩大，甚至出现全部拆改的情况，增加改造成本、延误施工工期、降低设计品质。

1.2.3 数字应用和技术革新

目前，产业数字化变革在建筑业内迅速发展，建筑数字化技术大量涌现，部分技术已逐步在城市更新、建筑改造工程中体现其应用价值。

规划建筑改造时，采用无人机倾斜摄影从高空中采集改造建筑及其周边的点云数据；安装摄像头进行人流量采集分析；架设三维扫描仪对建筑内部拆改区域进行数据采集，通过BIM技术逆向建模还原建筑内外的现状，再辅以VR/AR虚拟技术为改造建筑的设计规划加入可视化参照。

安装施工阶段，运用 BIM＋VR 线上全景制作工具720云快捷查看演示模型，比对现场安装情况，确保最终改造成效满足设计要求。

2 改造项目应用实例

数字化技术的运用不应拘泥于某一特定形式，针对不同项目的特色与需求，数字化技术之间可多元化组合助力各类改造项目。数字化技术也可与新兴的建造技术相互搭配，催生出新的应用模式。本文以某项目为例，解析数字化技术在改造项目中应用的价值。

2.1 项目概况

某机场在日常运行中发现，高温天气时，经常出现航站楼商业区域空调制冷效果不佳的状况。经技术排查后确定是由于制冷机组老化、航站楼部分商铺二次改造成餐饮店后热环境发生变化造成的。

机场作为商用运输基地，无法因局部区域制冷效果不佳而进行大范围停运改造，所造成的损失是机场管理方无法接受的。

利弊权衡后，机场管理方决定对制冷机房进行局部改造，在冷冻机房对面的锅炉房内增设1台新的移动式冷冻机组，以缓解航站楼的空调制冷问题。

2.2 难点分析与实施应用

改造工程的主要实施难点在于该机场是20世纪80年代建成的，能够找到的图纸资料仅有冷冻机房和锅炉房的设备布置图，且图纸所表达的信息不够详细，无法通过图纸反映现场的真实安装情况，且在多年的运营过程中经历了几次机房更新和设备更换。另外，机场内有严格的动火安全管理规定，拟定改造方案时需尽量减少现场施工的动火作业。

2.2.1 减少动火，预制管件

为了最大程度地降低现场动火作业，决定在工厂内完成大部分管道的切割、组对、焊接、防腐、检验等预制工作，再将预制好的管段送至现场，管段之间采用法兰连接的方式进行拼装。

预制管件虽然有组装便捷的特性，但是该模式需在设计阶段对现场环境及工况进行深入了解和剖析，在加工过程中，对必须严格把控成品管件的质量，避免因过大的设计偏差或加工误差造成现场无法安装和返工。

2.2.2 点云数据，还原现场

改造工程与新建工程最本质的区别是改造工程会受到既有物理环境的限制。常规的改造工程可分为 改造区域内全部拆除重新规划建造 与 合理利用改造区域内既有空间增加新的使用功能 两种。本工程属于后者，如何在现场进行精确测量，将改造区域内的环境完美复原是该制冷机房能顺利完成的关键。且机场设备机房属于严格管控区域，非内部工作人员无法长时间驻留或者频繁出入。因此，采用 3D全景摄影＋3D激光扫描＋实景照片 辅以现场实测的形式，对机房区域进行数据采集，基于数据，在场外分析和优化后续改造方案。

三维扫描技术的多年应用显示，其在空旷、光线效果佳的环境下能够精确、完整地采集建筑主体结构和外立面的点云数据，在狭小、昏暗的空间内采集的数据却有极大的局限性，尤其该工程需采集的是机房内机电管线的点云数据。

为获得最全面的扫描数据，在冷冻机房布置4个扫描站点采集冷冻机房内设备和管道位置信息，在锅炉房内布置2个扫描点采集锅炉和新设备布置区域的空间信息，在2个机房连接走道的1层布置1个采集点，由下至上采集管道底部信息，在走道的2层布置2个采集点，由上至下采集管道顶部信息。

2.2.3 逆向建模，虚实结合

数据采集完成后，采用Infipoints软件将8个采集点的点云进行拼接组合，参照实景照片在软件中去除噪点，整合成1个相较清晰的整体点云。采用VR设备在合成点云中确定冷冻机房内主管道与锅炉房内新增冷冻机组连接起来的管线路由走向，并利用软件快速翻模功能，对新增管线穿越位置的大型管道进行翻模。

模型完成后与现场实测数据进行比对，再以IFC格式导入Rebro建模软件中，进行新增管线建模。新增管线需考虑预制管件的分段配置、管段安装时螺栓紧固的操作空间、对既有管道的避让、与新增冷冻机组的接续位置、阀门仪表的安装空间等因素，精准、充分地考虑实际安装需求，确保后续预制管件能够直接施工。在模型中校验无误后，重新返回点云数据，将虚拟模型与现场实际扫描数据相结合，反复验证新增管线的相对位置是否合理。

2.2.4 2D/3D出图加工

对比传统现场焊接作业，采用管道预制构件进行场外加工模式，绘制高精度的预制管件加工图是确保加工成品质量的重要环节，该项目最终采用零件加工图的出图形式，对管段长度、管道材质、壁厚、法兰类型、垫圈、阀门种类等进行细致的标示和说明，辅以三维可视化模型展示期望加工的成品效果，降低加工误差。

2.3 应用问题归纳

数字化技术为项目的顺利完成提供了坚实的保障，但在技术应用过程中仍存在不少问题，主要的问题点归纳如下：

1）忽略了新增管道与既有管道连接处的焊接作业，忽略了新增管道与新增设备连接处的焊接作业。

2）管道质量过大，采用落地支架在现场固定时，增加了动火作业。

3）阀门、仪表类实际尺寸与模型中尺寸存在偏差，末端管道与设备接续时需进行调整。

4）扫描数据与测绘数据发生不一致时，无第三类数据佐证判断，需进行现场重测。

5）现场管线安装并非横平竖直，建立模型时无法100%匹配该管道在空间中的实际位置。

数字化技术能够辅助专业人员更高效、高质量地完成工作。当专业人员经验不足、判断不准确时，也会影响数字化技术所产生的价值，且数字化软件尚处于发展阶段，部分成果仅能起到借鉴效果，无法完全指导施工。

3 结语

数字化技术是建筑业数字化转型的关键。当下的数字化技术发展不应仅关注新型数字化技术的开发，还应将既有数字化技术在基层项目中落地应用，将各类数字化技术相互结合，催化出新的应用场景。将数字化技术与新型建造、管理技术进行有机融合，可为施工的现场、工期、质量、安全、成本、技术、信息等管理提供助力，更有效地推动建筑业的发展。