安装工程是按设计要求, 将设备、结构、管道、线路等就位、组装、连接、检测、调试, 最终达到使用、投产目的。安装工作, 在一定程度上是工业制造的延续。一幢建筑拥有大量的设备系统, 提供水、电、风及楼宇控制等服务;一座工厂工程主体投资在工艺设备上, 追求的是产能;随着国防现代化发展, 对安装工程的要求也越来越高, 如运载火箭测试厂房、空气动力风洞试验工程。安装工作涉及面广, 技术要求高, 与国家建设、国防工程和人民日常生活密切相关。

我国安装行业发展主要经历了3个时期。

1) 建国初期 此时安装工作主要由生产企业、使用单位自身组建安装队伍承担。“一五”时期, 苏联援助的长春第一汽车制造厂、洛阳第一拖拉机厂、哈尔滨三大动力厂等项目陆续开工建设, 对安装工作专业水平提出更高要求, 涌现出一批吊装大王、焊接大王等为代表的安装技能人才, 安装专业队伍得到较快发展。

2) 20世纪60, 70年代 安装行业面对天灾人祸, 排除干扰坚持生产, 开发了大庆油田, 建造了南京长江大桥、第二汽车制造厂、辽阳化纤总厂等大型项目及大批三线国防建设项目, 安装行业科技工作在艰难环境中前进。

3) 改革开放以后 安装行业重新注入生机和活力, 企业开始向市场化转型, 追求产值和效益, 开始走出国门, 拥抱更广阔的舞台, 安装技术水平也随之得到快速提高。

进入新世纪, 安装行业的发展形势发生了重大变化, 对安装行业技术发展提出了挑战, 也提供了机遇。随着国家经济的高速发展, 代表国际先进技术水平的工业项目、超高超大建筑越来越多, 经过努力, 我国安装行业技术总体水平得到大幅提升, 已接近或赶超世界先进水平。在电力、大型机械、复杂钢结构、冶金、超高层建筑设备、航天、国防等领域安装技术水平已跻身世界先进行列, 正由“跟跑者”向“并跑者”“领跑者”的角色转变。

1) 三门核电站安装工程 三门核电站拥有6台125万k W核电机组, 装机总容量达750k W, 是世界首座第3代AP1000核电机组, 使用模块化建造方法, 实现了核电站核岛工程土建和安装的交叉施工, 大大缩短核电站的工程建设周期, 有效提高工程建造质量。1号机组CA20模块起吊重量达968t, 是AP1000的最大模块, 成功实现工厂化预制和现场拼装、组焊、整体吊装, 标志着AP1000的模块化设计和施工的先进理念已经从理论变成了现实, 开启了中国核电站工程模块化建造的新时代。

2) 辽宁红沿河核电厂安装工程 辽宁红沿河核电厂一期工程装有目前世界最先进的百万千瓦级压水堆型核电机组, 核岛安装涉及机械设备、管道、电仪等工作内容, 其中核电站主管道是连接反应堆压力容器和蒸汽发生器的大口径厚壁承压管道, 是核蒸汽供应系统输出堆芯热能的“大动脉”, 是压水堆核电站的核一级关键设备, 焊接合格率是世界性难题。该工程核电9项考核指标中有7项指标达到世界先进水平。

3) 三峡工程 三峡700MW水轮发电机组与世界上同类型的大型水电站比较, 具有容量大、尺寸大、安装精度高等特点, 机组安装调试技术达到国际领先水平。超大容量机组受运输及工厂加工条件的限制, 绝大部分设备采用散件运输, 需要在现场进行组装、调整、加工、试验, 对安装精度要求非常高。在安装过程中采用大量新工艺、新技术, 取得了丰富技术成果, 主要包括: (1) 巨型机组定子全空气冷却、纯水冷却、蒸发冷却3种冷却系统安装调试技术; (2) 巨型机组轴线调整及盘车技术; (3) 调整水轮机活动导叶端部间隙变化技术; (4) 转子磁轭加热紧固技术; (5) 创新运用定子无尘与恒温恒湿下线设施; (6) 总结多项优质高速装机技术; (7) 降低水轮机振动技术; (8) 消除水轮发电机组水轮机卡门涡噪声技术; (9) 应对VGS机组发电机100Hz振动及噪声技术; (10) 推力轴承油膜建立及推力瓦温差调整技术; (11) 巨型机组启动试运行与首稳支行技术。三峡工程水轮发电机组成功运行, 为我国巨型水轮发电机组安装调试技术打下坚实基础, 建立了完善的巨型机组安装调试技术、作业流程、工艺质量检测标准, 推进了巨型机组相关自主知识产权确立, 为后续建设的向家坝、溪洛渡、乌东德、白鹤滩等电站机组安装调试积累了施工经验和理论总结, 为我国水电走出国门打下坚实基础。

1) 大型门式起重机 MDGH 22 000t桁架式拱形超大吨位大跨度门式起重机, 用于造船和海上石油平台模块吊装, 处于国际领先水平。超大吨位门式起重机, 不仅制造难度大, 对安装技术也要求非常高, 需要二者有效结合。整机跨距124.3m, 起升高度71.38m, 自重14 120t, 采用双拱桁架结构, 安装难度极大。吊装过程中, 22 000t双拱桁架式门式起重机支腿随大梁“跟携法”提升就位, 避免了支腿分段高空组装、大梁长时间高空悬吊, 解决了支腿超高、超重空间滑移行走的难题。

2) 大型模锻压机 大型模锻压机工作压力800MN, 活动横梁行程2 000mm, 活动横梁及相关的运动部分最大重量约3 700t, 工作台水平移动最大荷载9 000k N, 顶料力8 000k N, 是目前世界上最大的锻压机。设备总高度40m, 总重量22 000t, >100t以上部件68件, 一次起吊最大重量435t (上十字键组件) , 设备结构复杂, 装配工艺要求高, 装配尺寸链、公差及装配位置都有很高要求, 多项装配技术为国内首创, 安装技术达到国际领先水平。800MN大型模锻压机的安装调试成功, 提高了大型整体模锻件的性能和规模, 解决了我国大型宽体民用飞机和大型军用运输机、特别是第四代战机研制的瓶颈问题, 推动我国军事、经济实力步入新的天地。

2008年北京奥运会主体育场———国家体育场“鸟巢”, 可容纳观众10.2万人, 规模宏大、结构复杂, 对设计、制作、安装要求非常高。体育场主体结构采用箱形弯扭构件组成的巨型桁架结构体系, 结构平面呈椭圆形, 椭圆长轴323.3m, 短轴296.4m, 最高点68.5m, 最低点42.8m, 用钢量4.6万t, 钢板厚度达到120mm, 钢材强度等级达到Q460, 是世界上目前制作安装难度最大的钢结构建筑。

冶金工业高压供配电系统不同于常规电力系统, 高电压、高功率用电设备多, 用电负荷高度集中、密度大, 用电设备安全要求高且接口复杂, 该系统突发故障将导致人员生命受到极大威胁, 甚至造成动辄数以亿计的财产损失。随着我国钢铁行业的工艺改进与流程优化, 生产自动化程度显著提高, 高压供配电系统稳定性需求也大幅提升。从影响高压系统稳定运行的电缆配置、变压器安装、系统调试及线路故障定位4项关键技术入手, 基于大量理论研究和工程实践的反复检验, 经过持续的技术研发, 最终形成了冶金工业高压供配电系统施工与运营关键技术, 其中酸洗连轧机组电气设备安装调试技术达到国际领先水平, 热连轧机组电气设备安装调试技术、高压供配电系统调试关键技术、轧钢工程电缆施工及检测综合技术达到国际先进水平。该技术同国内外同类技术比较, 施工效率和精准性显著提高, 对冶金工业高压供配电系统的施工及营运具有重大的指导意义, 对其施工、检测及运营的节能环保降耗和可持续性发展做出了重要贡献, 有力推动了冶金建设领域技术进步, 获得了业界的高度认可。

我国超高层建筑建设始于20世纪70年代, 随着我国经济持续快速发展, 超高层建筑不断涌现, 中国已成为世界上超高层建筑最活跃、最繁荣的地区。超高层建筑设备安装具有垂直运输难度大、空间安装位置狭窄、系统复杂、系统自重静压大、防雷防风防震要求特殊等特点。如给水系统需要设置加压贮水设备, 上海中心大厦采用变频泵和转输水泵, 变频泵中采用压力自动控制, 而转输水泵采用水位控制;超高层建筑防雷要考虑将屋顶的卫星接收器、有线电视、航标灯、节日彩灯等电气设施纳入接闪器保护半径之内, 为了预防雷电可能从建筑物侧面击中, 需要根据建筑物的防雷等级构建防雷措施;超高层建筑安装工程中, 阻尼器系统设备具有质量大、位置高、空间小的特点, 对安装技术要求高。经过技术攻关, 现已掌握超高层建筑附属的给排水系统设备、空调与通风系统设备、消防与报警系统设备、电气系统设备、智能化系统设备、运输系统设备、建筑结构稳定系统设备等安装调试技术, 上海环球金融中心、广州新电视塔、上海中心等超高层机电安装技术水平已达国际先进水平, 有些单项技术已达到国际领先水平。

新一代运载火箭力学试验与发射测试车间安装技术, 以我国新一代运载火箭试验与垂直总装测试厂房为载体, 通过持续的系统研究, 研发出建筑工程大面积群组埋件亚毫米级高精度预埋技术及火箭试验垂直总装测试专用关键安装技术等, 填补了我国该项领域的空白, 推动了我国航空航天建设领域的技术发展, 成果总体达到国际先进水平, 其中重载地面大群组抗拉工位埋件超高精度安装技术达到国际领先水平。

我国自主设计、建造的世界量级大型、生产型低温风洞工程, 总体性能已达到了国际先进水平, 多项指标达到国际领先水平, 为我国独立自主研制各类飞行器在复杂气象条件下的安全飞行提供有效的试验装备和试验手段, 对我国国防建设的发展壮大, 特别是提高航天领域的试验、生产能力具有重要意义。近年建造的结冰风洞工程为全钢结构, 重4 303t, 由21个部段组成, 主要有风扇段 (提供动力) 、蒸发段、温度调节段、稳定段 (装有蜂窝器和喷雾装置, 调节空气湿度和气流状况) 、收缩段 (对气流) 加速、试验段 (对试验模型进行试验、分析, 经过试验段后的气流再经过后续扩散段返回) , 结构造型复杂、精度要求高, 多项安装技术首创, 达到国际领先水平。

虽然我国安装行业技术水平提升很快, 但仍要清醒地看到我们与发达国家相比还有较大差距, 要实现从跟随到引领的转变还需大量科技思想变革。

未来安装科技的发展要从整个国家、整个行业的发展大格局中去思考。随着我国推动供给侧结构改革, 去产能、去库存、去杠杆、降成本、补短板, 推动新技术、新产业、新业态加快成长, 培育新动能、打造新引擎, 对安装行业影响是直接的和巨大的, 施工领域已进入存量竞争时代。激烈的市场竞争环境下, 科技是兴企强企利器, 唯创新者强, 企业要紧跟时代脉搏, 把握安装技术发展的趋势。安装企业面临的技术变化主要体现在BIM、安装工业化、“互联网+”、3D打印和运营管理技术等5个方面。

BIM技术以其可视化、信息化特点, 得到众多领域广泛认可。在我国施工领域, BIM技术已成为企业实现转型升级、提质增效和可持续发展的重要工具和手段。住建部要求, 到2020年末, 建筑行业甲级勘察设计和一级以上施工企业要掌握并实现BIM与企业管理系统和其他信息技术的一体化;国有资金投资为主的大中型建筑、申报绿色建筑的公共建筑、绿色生态示范小区等新立项项目勘察、设计、施工、运营维护中集成应用BIM的项目比率≥90%。目前, BIM应用好的施工企业基本实现BIM技术应用全面普及, 达到“高层能懂、中层能用、基层能做”, 下一步, BIM技术与物联网、大数据、智能化、移动通讯、云计算等结合会更紧密, 对安装行业的影响也将更大。

施工方式改变, 对施工行业是里程碑式的变革。过去商品混凝土的出现改变了整个施工现场面貌, 现在国家大力推动施工现场预装配与工厂化, 北京、上海、天津、南京、深圳、长沙、西安等城市已陆续出台了鼓励政策, 施工领域一场新变革即将来临。机电安装能够更好地发挥预装配与工厂化优点。不同类型的建筑所属的机电设备差别较大, 但机电设备的基本使用功能、基本构成内容、基本施工工艺是有共性的, 针对建筑机电设备常见的机房、管廊、管井等展开工业化施工研究, 已收到效果。这从一个侧面反映出现在社会上关于预装配与工厂化的有些说法并不全面, 同时也反映出安装行业自身未引起足够重视。值得高兴的是行业协会领导和部分安装企业已经认识到工业化对安装行业的强大推动作用, 开始研究开发安装行业工业化模式。

模块化施工是安装工业化的一种很好表现形式, 具有提高建造质量、降低工程成本、缩短施工工期等特点。将劳动力密集作业的工程现场制作与散装作业在异地制作场地完成, 可减少现场工作量, 同时提高现场起重装备能力, 其吊装技术含量明显提升, 推进了机械化和自动化水平, 将人从繁重的体力劳动和高危行业中解放出来, 推动安装技术进步。模块就位后, 模块的上下和周边增加了作业面, 模块的附着结构、机械设备、管道、电气仪表等多专业安装对接施工可大面积有序展开, 模块间的工艺连接工作可快速完成, 大幅缩短项目的安装周期。随着模块化制造技术的发展, 应用范围不断拓宽, 近年来已陆续发展到建筑设备机房、工厂建设项目中。模块化建造规模也越来越大, 从重量、外形、尺寸、功能方面高度集成, 模块安装技术得到全面发展。

大型设备机房作为整个建筑机电系统中的“心脏”, 传统的设备机房安装施工工艺主要以现场加工安装为主, 存在质量难以控制、工期进度缓慢、材料浪费大、声光污染严重等难以解决的问题。中建八局通过运用“BIM+管道工厂化预制技术”, 首创“制冷机房工厂化预制加工+现场拼装”工艺, 以设计标准化、专业一体化、生产工厂化、预制模块化、施工装配化、技术集成化和管理信息化为研究重点, 尝试进行设备机房装配式施工技术工艺革新, 具有工期快、质量好、成本低、安全性高等诸多优点。

超高层施工中, 竖井立管施工是机电安装施工中的一项重点工作, 在核心筒狭小空间内, 施工难度大、安全隐患多, 进度通常要求与核心筒主体同步, 造成空间、时间双重压缩难题, 对工程施工进度影响很大。中建三局研发的“立管预制组合”工艺, 即将管井内多种立管分段在车间加工成模块, 现场与土建穿插施工, 流水作业, 实现进度同步。该工艺在上海环球金融中心、北京中国尊等项目中成功应用, 很好地解决了超高层建筑核心筒竖井立管施工空间和时间难题。

互联网商业模式与传统模式相比, 其最大的特点在于信息互联互通, 使市场在配置资源时变得更加快捷。如何抓住“互联网+”时代的新机遇, 利用互联网数据的分析能力, 给工程管理带来新的契机, 一些施工企业进行了积极探索。中建八局在过去工艺标准化和管理标准化基础上, 通过“互联网+质量管理平台”信息化管理手段, 精准管理达到精益建造, 从而创造出精品工程。互联网+质量管理平台的出台, 代表着一种新的质量管理模式诞生, 是以信息化手段提升质量管理标准化、落实法人管项目职责、强化管理人员履职, 最终保证精品工程的一项重要举措。“互联网+质量管理平台”工作涉及面广, 需要得到企业共同关注和高度重视, 必须齐抓共管, 按照“数据一个库、监管一张网、管理一条线”的要求加以落实, 才能彻底扭转多头管理无序、横向不关联、纵向不贯通、现场与市场脱节的被动局面。住建部在全国全面实施的“四库一平台”, 现场质量与市场份额的关联度将更加紧密, 质量一次成活甚至一次成优将成为质量管理目标的新常态, “互联网+质量管理平台”的全面推广应用, 将成为适应这一变化的必然选择, 互联网、物联网、大数据等新型管理技术将得到广泛普及应用。

随着3D打印技术在全球的知名度逐渐提高, 在各行各业的应用也都逐渐被开发出来。如今, 3D打印广泛涉猎各大行业, 在航空航天、机械制造、生物医疗等产业都取得了飞速发展。在建筑行业, 建筑施工已开始尝试利用计算机发出指令控制工业机器人逐层重复铺设材料层构建自由形式的建筑结构的新兴技术, 大规模的个性化生产成为可能, 并逐步实现快速建造和产业化生产, 创造出大量传统工艺不易甚至无法生产的新建筑结构。3D打印建筑技术极大程度上实现了节约、绿色、低劳动强度、文明施工的现代生产方式, 是传统建筑技术、传统建筑模式无法比拟的。与传统建筑施工工艺相比, 3D建筑打印技术有以下主要优势。

1) 施工工期短。

2) 不会因为建筑形状、结构复杂性等因素而增加建设成本。

3) 不需要模板, 定制性强, 可塑性好, 可打印出任何细节特点与复杂曲面、管道等。

4) 根据CAD设计图, 全程由计算机程序操控, 无需人工干预, 这意味着建筑行业伤亡事故风险的大幅减少, 大量节省人员劳工, 且用于建筑施工的安全措施费降低。

5) 可以降低建筑粉尘污染, 减少雾霾, 保护环境, 实现绿色环保。

目前, 3D打印在安装领域还没有取得实质性成果, 但是, 安装具有制造业延续的特点, 随着制造业3D打印的广泛应用, 安装的3D打印较建筑施工将有着更为广泛的应用基础。

我国建筑用能已经达到全部能耗的45%, 长期以来的“重建轻管”粗放式管理模式, 造成建筑能耗居高不下, 浪费极其严重, 迫切需要采取措施提高建筑生命周期运行水平。建筑工程越来越复杂, 现代建筑的功能主要依靠建筑设备来实现。

貌似简单的运营管理工作系统庞大、多业态需求繁杂、多专业综合性强、技术与管理交错难分、信息化程度高, 是一个需要花力气开发的领域。无锡安装开发的“机电管家系统”应用物联网技术, 实现对建筑机电设备全生命周期的工况信息自动收集、智能分析、主动管理, 目前已成功应用于无锡市商业大厦等多个项目, 有效推动机电管理信息化进程和智能化发展, 为构建安全高效的生产生活环境提供物联网解决方案。由中建八局投资、设计、施工、运营的上海中建广场项目, 从项目方案策划开始考虑运营管理, 采用IBMS智能集成系统保证工作环境的舒适性、提升楼宇内部人员整体安全水平和灾害防御能力、延长设备使用寿命、降低能耗, 努力打造具有国际影响力的绿色示范建筑。上海建工遵循“不停航、不停业、不封路、不拆迁”理念, 为浦东机场T1航站楼、虹桥机场T1航站楼、第一八佰伴、上海恒隆广场、东方商厦、锦沦文华大酒店等项目进行了升级改造, 使已经使用的建筑运营质量得到提升。

勇于创造出引领世界潮流的安装科技成果, 是安装人萌动而激越的梦想。当人们还在追求承建规模时, 有识之士已主动转型升级搭上新兴产业发展快车。如果把科技创新比作我国安装科技发展的新引擎, 那么改革就是点燃这个新引擎必不可少的火花塞。采取更加有效的措施完善点火系统, 把创新驱动的新引擎全速发动起来, 才能增强安装科技自主创新能力。当前, 在千载难逢的“一带一路”这条世界上跨度最长的经济大走廊中, 应抓住机遇, 使“中国安装”迈步走向时代前列。