城市軌道交通機(jī)電設(shè)備安裝工程“四新”技術(shù)應(yīng)用淺析

張文濤

（中鐵十四局集團(tuán)電氣化工程有限公司，山東濟(jì)南250000）

0 引言

隨著我國城市發(fā)展步伐加快，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，人口不斷增多，道路擁堵、交通事故頻發(fā)等城市交通問題不斷涌現(xiàn)，城市道路交通資源不足與人們?nèi)粘３鲂行枨蟮拿苋找嫱癸@。地鐵作為解決城市交通問題、建設(shè)可持續(xù)發(fā)展城市的有效手段，已在我國進(jìn)入一個空前發(fā)展的時期。2011—2020年，城市軌道交通新增運(yùn)營里程將達(dá)到6 560 km；預(yù)計到2020年，我國城市軌道交通累計運(yùn)營里程將達(dá)到7 395 km。在可預(yù)見的未來10年甚至20年內(nèi)，城市軌道交通將始終處于高速發(fā)展時期，而地鐵載客量大的特點(diǎn)，使其在高速發(fā)展的城市軌道交通建設(shè)中成為解決城市交通問題的首選方案。機(jī)電設(shè)備安裝工程作為地鐵項(xiàng)目的重要組成部分，相應(yīng)技術(shù)要求及工藝質(zhì)量提高得也較為明顯。

本文結(jié)合深圳國際會展中心配套市政項(xiàng)目機(jī)電安裝工程，重點(diǎn)對近些年城市軌道交通機(jī)電設(shè)備安裝工程中雙面彩鋼復(fù)合風(fēng)管、給水不銹鋼管、蒸發(fā)冷凝直膨技術(shù)、集成冷站系統(tǒng)、抗震支吊架技術(shù)、建筑信息模型（BIM）技術(shù)等“四新”技術(shù)的研究和應(yīng)用情況進(jìn)行了介紹，目的在于不斷提高城市軌道交通機(jī)電設(shè)備安裝工程施工技術(shù)水平。

1 雙面彩鋼復(fù)合風(fēng)管的應(yīng)用

由于通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)管制作、安裝施工與現(xiàn)場結(jié)合緊密，長期以來這項(xiàng)任務(wù)都是由工程施工單位完成。但受巨大市場的吸引，許多廠家研發(fā)了各種新材料風(fēng)管希望涉足此行業(yè)。近年來，市場上出現(xiàn)了種類繁多的復(fù)合材料風(fēng)管，部分風(fēng)管由于其突出特點(diǎn)，也在通風(fēng)空調(diào)工程中得到了一定的推廣。深圳國際會展中心配套市政項(xiàng)目空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)管均采用的雙面彩鋼復(fù)合風(fēng)管，如圖1所示，工廠化加工成品，現(xiàn)場拼裝即可，克服了鍍鋅鋼板及單面彩鋼復(fù)合風(fēng)管的一些缺陷，使用效果得到了一致肯定。

雙面彩鋼復(fù)合風(fēng)管具體優(yōu)勢如下：

（1）采用工廠統(tǒng)一生產(chǎn)，減少了施工現(xiàn)場噪聲、廢料等污染，減少了現(xiàn)場的交叉施工，改善了施工環(huán)境，提高了施工效率；

（2）較傳統(tǒng)鋼制風(fēng)管重量輕，利用C型插條進(jìn)行連接，安裝比傳統(tǒng)風(fēng)管方便快捷；

（3）與鍍鋅鋼板風(fēng)管相比，省去了保溫環(huán)節(jié)，高效、美觀、可靠；

圖1 雙面彩鋼風(fēng)管現(xiàn)場應(yīng)用圖

（4）較鍍鋅鋼板風(fēng)管更耐腐蝕，而且強(qiáng)度大，使用壽命更長；

（5）相比單面彩鋼復(fù)合風(fēng)管強(qiáng)度大，內(nèi)層防護(hù)緊密，能防止保溫夾層的破壞；

（6）內(nèi)層彩鋼板為納米抗菌板，通過納米抗菌技術(shù)保證空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)管長期使用的潔凈度。

2 給水304不銹鋼管雙卡壓連接技術(shù)的應(yīng)用

由于人們越來越重視水質(zhì)問題，對其要求也不斷提高。不銹鋼管更具優(yōu)越性，特別是在優(yōu)質(zhì)飲用水系統(tǒng)、熱水系統(tǒng)及將安全、衛(wèi)生放在首位的給水系統(tǒng)中，其具有安全可靠、衛(wèi)生環(huán)保、經(jīng)濟(jì)適用等特點(diǎn)。而卡壓式連接工藝也憑借其無污染、簡捷、方便、安全的優(yōu)點(diǎn)成為不銹鋼連接的主要方法之一，如圖2所示。

圖2 卡壓式連接工藝原理

采用不銹鋼卡壓式管件、專用卡壓工具、畫線器等對不銹鋼管進(jìn)行連接，可達(dá)到無滲漏的效果。該施工技術(shù)具有施工工藝簡單、安裝方便、施工工期短、無污染、安全、使用壽命長、節(jié)省人工費(fèi)用且質(zhì)量易于保證的特點(diǎn)。

3 蒸發(fā)冷凝直膨技術(shù)的應(yīng)用

用蒸發(fā)冷凝器模塊（采用蒸發(fā)冷凝技術(shù)）替代傳統(tǒng)冷卻塔對空調(diào)水系統(tǒng)進(jìn)行散熱，克服在地面設(shè)置冷卻塔帶來的不良影響。直膨蒸發(fā)空氣處理設(shè)備（利用直膨技術(shù)）代替?zhèn)鹘y(tǒng)空氣處理設(shè)備，冷媒直接進(jìn)入空調(diào)末端進(jìn)行熱交換，節(jié)能效果良好，可以有效提高制冷系統(tǒng)綜合能效。

3.1 蒸發(fā)冷凝技術(shù)介紹

從傳熱學(xué)原理上來說，蒸發(fā)冷凝是利用流體沸騰時的汽化潛熱帶走熱量的一種冷凝方式。用于冷凝空氣的蒸發(fā)冷凝有兩種基本形式，即直接蒸發(fā)冷凝和間接蒸發(fā)冷凝。直接蒸發(fā)冷凝是空氣與霧化的水直接接觸，進(jìn)行熱濕交換蒸發(fā)吸熱的冷凝方式，近似于等焓降溫的空氣處理過程；間接蒸發(fā)冷凝則是水蒸發(fā)的冷量通過傳熱壁面?zhèn)鹘o被冷凝的空氣，為等濕降溫的處理過程。目前應(yīng)用較多的則是將直接蒸發(fā)冷凝與間接蒸發(fā)冷凝相結(jié)合的二級或三級蒸發(fā)冷凝系統(tǒng)。

3.2 以蒸發(fā)冷凝技術(shù)為核心的地鐵站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)

3.2.1 采用無塔冷卻技術(shù)，取消了地面冷卻塔

（1）解決了冷卻塔征地難、布置難、安裝難問題；

（2）解決了冷卻塔影響人居環(huán)境，引發(fā)居民投訴及社會不和諧問題；

（3）解決了冷卻塔影響城市規(guī)劃、破壞城市景觀的問題。

3.2.2 降低空調(diào)系統(tǒng)能耗，降低運(yùn)行費(fèi)用

（1）采用高效的蒸發(fā)式冷凝換熱技術(shù)；

（2）采用先進(jìn)的自控技術(shù)；

（3）采用利用排風(fēng)道排風(fēng)機(jī)節(jié)能技術(shù)。

3.2.3 減少車站建設(shè)規(guī)模，降低建設(shè)投資

空調(diào)系統(tǒng)模塊化分布于新、排風(fēng)道里，無需冷凍主機(jī)房，大幅削減了制冷機(jī)房面積，進(jìn)而減少了投資，如圖3所示。

圖3 風(fēng)道嵌裝型蒸發(fā)冷凝直膨系統(tǒng)

4 集成冷站系統(tǒng)的應(yīng)用

集成冷站系統(tǒng)將空調(diào)水系統(tǒng)的設(shè)備、管路和控制進(jìn)行集成，運(yùn)用BIM對冷凍機(jī)房空調(diào)水系統(tǒng)進(jìn)行深化設(shè)計、優(yōu)化管路和設(shè)備布置，整套制冷水系統(tǒng)工廠預(yù)制、現(xiàn)場拼裝，標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，同時將節(jié)能控制系統(tǒng)納入系統(tǒng)集成，通過節(jié)能控制系統(tǒng)把各耗能設(shè)備關(guān)聯(lián)起來，形成一個整體，協(xié)同工作，進(jìn)行全面節(jié)能優(yōu)化；通過對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的建模仿真計算，提前預(yù)測下一時間段負(fù)荷需求，進(jìn)行主動前饋控制，實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行，將較大幅度提高系統(tǒng)綜合能效。

系統(tǒng)組成如圖4所示，其優(yōu)勢如下：

（1）通過系統(tǒng)設(shè)計，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的最優(yōu)選型匹配和系統(tǒng)的最佳工作性能。

（2）通過模塊集成，采用二次深化設(shè)計和三維仿真設(shè)計，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的最優(yōu)布局，實(shí)現(xiàn)模塊化運(yùn)輸，并方便后期的維護(hù)。

（3）通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計和工廠預(yù)制，節(jié)省了占地面積和部分材料費(fèi)用。

（4）通過工廠預(yù)制，采用科學(xué)的工藝方法，利用產(chǎn)品技能工人，保證了產(chǎn)品整體質(zhì)量；同時避免了工程現(xiàn)場的交叉施工，縮短了建設(shè)周期。

圖4 集成冷站系統(tǒng)組成

5 抗震支吊架技術(shù)的應(yīng)用

自GB 50981—2014《建筑機(jī)電工程抗震設(shè)計規(guī)范》實(shí)施以來，關(guān)于抗震支吊架在地鐵以及其他地下工程（如地下管廊）中應(yīng)用的必要性一直存在爭議。爭議的焦點(diǎn)主要有兩方面，一是地下工程受地震影響沒有地面建筑大，二是地鐵工程以及地下管廊工程不同于一般建筑。對于以上兩點(diǎn)問題，需要認(rèn)真梳理規(guī)范才能得到正確的結(jié)論。

關(guān)于第一點(diǎn)，地下工程的地震影響相對地面工程確實(shí)要小，但地下工程尤其是地鐵項(xiàng)目人員密集、環(huán)境相對密閉，一旦發(fā)生故障引發(fā)次生災(zāi)害，其后果比地面工程更為嚴(yán)重，所以機(jī)電抗震作為以安全為核心的民生技術(shù)，對于地鐵項(xiàng)目尤為重要。關(guān)于第二點(diǎn)，地下建筑與一般建筑確實(shí)存在差異，但就規(guī)范的適用范圍來講，建筑結(jié)構(gòu)采用GB 50011—2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》進(jìn)行抗震設(shè)計，而同時此規(guī)范對機(jī)電系統(tǒng)的抗震也有明確要求。

通過以上兩點(diǎn)論述可知，抗震支吊架在地鐵工程中的應(yīng)用是必需的。因此，深圳國際會展中心配套市政項(xiàng)目在全線車站應(yīng)用了抗震支吊架，以滿足GB 50981—2014《建筑機(jī)電工程抗震設(shè)計規(guī)范》中強(qiáng)條的要求，其優(yōu)勢如下：

（1）針對機(jī)電管道采用抗震支吊架對其進(jìn)行保護(hù)，承受任意水平方向的地震作用；

（2）抗震支吊架具有足夠的剛度與強(qiáng)度，與結(jié)構(gòu)有可靠的連接與錨固，各部件能承受管道產(chǎn)生的地震作用并將其傳遞給結(jié)構(gòu)；

（3）組成抗震支吊架的所有構(gòu)件均為成品構(gòu)件，連接緊固，便于安裝；

（4）抗震支吊架根據(jù)安裝方向分為側(cè)向支撐（X向）和縱向支撐（Y向）。

機(jī)電抗震支吊架結(jié)合結(jié)構(gòu)抗震做到了有效保護(hù)機(jī)電系統(tǒng)在遭遇地震影響后不會被損毀，可減輕地震破壞，防止次生災(zāi)害，減少經(jīng)濟(jì)損失，其經(jīng)濟(jì)效益顯著。建筑因地震造成的機(jī)電損毀可導(dǎo)致大量人員傷亡，尤其是人員密集區(qū)域的建筑，而新設(shè)計、施工與工藝的應(yīng)用除了經(jīng)濟(jì)效益顯著外，也能切實(shí)保護(hù)人民生命安全，因此，其社會效益更大于經(jīng)濟(jì)效益。

6 建筑信息模型（BIM）技術(shù)的應(yīng)用

地鐵車站安裝工程工程量巨大、影響因素多、工程組織協(xié)調(diào)工作繁重、技術(shù)難度高，BIM技術(shù)在工程施工中的應(yīng)用有利于安裝工程施工單位優(yōu)化施工方案，控制施工進(jìn)度，控制工程成本，提高管理水平，有利于工程開展精細(xì)化施工。目前，機(jī)電安裝施工利用BIM技術(shù)可進(jìn)行的應(yīng)用如下：

6.1 機(jī)電管線綜合與可視化設(shè)計

根據(jù)二維CAD圖紙，分別創(chuàng)建項(xiàng)目建筑結(jié)構(gòu)、機(jī)電及裝飾模型，將各專業(yè)模型進(jìn)行匯總，合成項(xiàng)目綜合模型，按管線綜合布線原則對模型進(jìn)行綜合排布，在滿足專業(yè)功能前提下合理排布各管線路由，得到合理的三維模型，生成不同關(guān)鍵位置三維、軸側(cè)、平面視圖，利用Revit MEP軟件作為綜合管線排布的工具，有效繪制精細(xì)管線排布模型，達(dá)到“所見即所得”效果。

將各專業(yè)圖紙中的圖元，根據(jù)實(shí)際施工情況，全部進(jìn)行建模，模型中的尺寸、顏色等全部根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)定，相當(dāng)于各類建筑構(gòu)件、設(shè)備、管線在計算機(jī)中進(jìn)行預(yù)裝配，直觀展示建筑的宏觀視覺效果以及各細(xì)部節(jié)點(diǎn)。配合使用Navisworks軟件進(jìn)行漫游及碰撞檢測，實(shí)現(xiàn)綜合管線將出現(xiàn)的各類缺、錯、漏、碰問題全部提前發(fā)現(xiàn)，以便進(jìn)行處理和預(yù)防，從而保證施工質(zhì)量，減少返工。

6.2 設(shè)備房深化設(shè)計

設(shè)備房深化設(shè)計，通常是設(shè)計單位、總包單位、施工單位三不管的狀態(tài)，設(shè)備房安裝時，由施工單位安排施工人員現(xiàn)場設(shè)計，邊設(shè)計邊施工。由于沒有成型的設(shè)計來指導(dǎo)施工，設(shè)備房在安裝前，各方只有一個雛形，設(shè)備房安裝完畢后的效果與要求相差甚遠(yuǎn)，易帶來大量的返工，管道返彎過多，導(dǎo)致系統(tǒng)阻力增加，系統(tǒng)功能將打折扣，而且還將出現(xiàn)材料及工期延誤等諸多問題。

利用BIM建模將設(shè)備房的系統(tǒng)原理、平面圖設(shè)計、設(shè)備外觀、房間裝飾等信息全部綜合通過三維模型直觀反映，并模擬設(shè)備安裝，對設(shè)計和施工預(yù)先進(jìn)行校核，有效避免了錯誤和返工。在結(jié)構(gòu)施工前對套管、預(yù)埋件進(jìn)行精確定位，避免了后期結(jié)構(gòu)板面開鑿；在結(jié)構(gòu)施工時提前預(yù)留設(shè)備安裝路線，避免了墻體拆除工作；施工前對材料、配件進(jìn)行精確計算，避免了材料浪費(fèi)；通過出具細(xì)部節(jié)點(diǎn)詳圖，直觀展現(xiàn)各零件裝配，極大地降低了對工人施工經(jīng)驗(yàn)的依賴；最重要的是，通過碰撞檢測后對管路的優(yōu)化，避免了大量的返工，大幅縮短了設(shè)備房安裝工期，保證了施工質(zhì)量。

6.3 碰撞檢查與方案優(yōu)化

模型經(jīng)過初步管線綜合后，利用Revit或Navisworks軟件進(jìn)行碰撞檢査，生成碰撞報告。發(fā)現(xiàn)初步排布中遺漏的碰撞點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化。

6.4 綜合支吊架設(shè)計

在經(jīng)過管線布置及碰撞檢查后得到的機(jī)電綜合施工模型基礎(chǔ)上，通過BIM設(shè)計軟件完成綜合支架的形式設(shè)計、平面設(shè)計等，用Midas Gen軟件計算分析支吊架的變形、彎矩、軸力及應(yīng)力的分布情況，把原本各專業(yè)管線單獨(dú)設(shè)置的支吊架綜合成一個大的支吊架。

6.5 3D激光定位技術(shù)

采用Autodesk公司BIM360云平臺、BIM360 Layout軟件，智能型全站儀LN-100，蘋果iPad平板電腦組成基于云平臺的BIM激光測量定位系統(tǒng)，使用此系統(tǒng)進(jìn)行施工放樣、測量驗(yàn)收。

采用Autodesk Point Layout用于Autodesk AutoCAD、Autodesk Navisworks或Autodesk Revit的插件對施工模型進(jìn)行定位點(diǎn)處理，然后將包含現(xiàn)場定位點(diǎn)的模型上傳BIM360 Glue云端，iPad上的BIM 360 Layout軟件通過網(wǎng)絡(luò)與BIM360 Glue云端同步，將包含定位點(diǎn)的模型下載到iPad上。

將智能型全站儀LN-100和iPad帶到施工現(xiàn)場，iPad與Topcon LN-100 3D激光定位儀的WiFi直接連接，棱鏡的現(xiàn)實(shí)位置將會顯示在iPad端BIM360 Layout應(yīng)用程序中3D模型的虛擬位置，棱鏡在現(xiàn)實(shí)中移動，3D模型中的虛擬棱鏡也會移動，實(shí)現(xiàn)施工真實(shí)現(xiàn)場空間坐標(biāo)與3D模型空間坐標(biāo)的整合。

6.6 基于云平臺的現(xiàn)場管理

采用Autodesk公司BIM360云平臺、BIM360 Field軟件，蘋果iPad平板電腦組成基于云平臺的BIM現(xiàn)場管控系統(tǒng)，使用此系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場質(zhì)量、安全、文檔等管理工作。

通過該系統(tǒng)，可以將建設(shè)單位、監(jiān)理單位、施工單位、供貨單位、集成服務(wù)單位等使用該平臺的用戶聯(lián)系到一起，隨時隨地溝通。

（1）云端現(xiàn)場資料庫系統(tǒng)：將施工規(guī)范、圖集、圖紙等工程資料上傳到360云平臺，管理人員利用手中iPad即可同步相關(guān)資料，可在施工現(xiàn)場隨時查看，方便快捷。

（2）通過照片或文檔記錄現(xiàn)場的問題。

（3）工地巡視及對圖紙?zhí)砑訂栴}標(biāo)記。

（4）工作追蹤及批注。

綜合來講，由于建設(shè)周期長，為了經(jīng)濟(jì)效益而加快出圖進(jìn)度，易導(dǎo)致設(shè)計時各專業(yè)間的合作沒有保障，各類缺、錯、漏、碰的問題也就更加明顯，加上行業(yè)內(nèi)技術(shù)的革新，設(shè)備、材料、安裝技術(shù)日趨多樣化，現(xiàn)場施工與最初的圖紙設(shè)計偏離度逐步加大。采用BIM技術(shù)，可以減少設(shè)計方案的錯漏問題，通過激光定位技術(shù)，可以減少施工偏差，從而保證施工質(zhì)量與效率。

開展深化設(shè)計，利用BIM模型，根據(jù)施工安裝需求進(jìn)行細(xì)化、完善，可指導(dǎo)建筑物構(gòu)件的生產(chǎn)以及現(xiàn)場施工安裝；利用模型進(jìn)行三維技術(shù)交底，可為施工作業(yè)提供技術(shù)支持，直觀展示施工工序；進(jìn)行建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備等各專業(yè)以及管線在施工階段綜合的碰撞檢測、分析和模擬，可消除沖突，減少返工；精確高效計算工程量，進(jìn)而輔助工程預(yù)算的編制，并在施工過程中，對工程動態(tài)成本進(jìn)行實(shí)時、精確的分析和計算，可提高對項(xiàng)目成本和工程造價的管理能力。

7 結(jié)語

深圳國際會展中心配套市政項(xiàng)目機(jī)電安裝工程由于大力推廣新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備的應(yīng)用，保證了世界上建設(shè)周期最短（27個月）的地鐵線安裝工程的質(zhì)量和進(jìn)度，使企業(yè)取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，為公司以后城市軌道交通機(jī)電安裝工程施工積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

[1]黃力平，胡鷹.地鐵站后工程技術(shù)與管理實(shí)務(wù)[M].北京：人民交通出版社，2017.

[2]王慧琛，李炎鋒，趙雪鋒，等.BIM技術(shù)在地下建筑建造中的應(yīng)用研究——以地鐵車站為例[J].中國科技信息，2013（15）：72-73.

[3]金淮，葉嘉，楊秀仁，等.BIM技術(shù)在城市軌道交通工程設(shè)計、施工應(yīng)用研究（中期報告）[R].北京市軌道交通設(shè)計研究院有限公司，2016.

[4]建筑機(jī)電工程抗震設(shè)計規(guī)范：GB 50981—2014[S].