地鐵車站機電設(shè)備安裝中的綜合管線施工技術(shù)探討

趙華強

（中鐵二十二局集團電氣化工程有限公司，北京 102300）

隨著城鎮(zhèn)化發(fā)展速度的加快，地鐵成為發(fā)達城市緩解路上交通壓力的首選。因為，地鐵的載客量、運行能耗相對于公交車等交通方式更具有優(yōu)勢，且可以大大節(jié)省出行時間，所以地鐵建設(shè)也隨之普及。近些年來，國家大力提倡符合要求的城市通過修建地鐵來緩解日益擁堵的交通，但是地鐵的施工過程、施工技術(shù)與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，還存在一定的差距。尤其是與地鐵車站機電設(shè)備安裝有關(guān)的綜合管線施工技術(shù)，受限于施工空間狹小、周邊建筑物的安全等因素，如何營造足夠安全的施工環(huán)境、加強對管線施工的全程管理，是當(dāng)前建筑建設(shè)領(lǐng)域研究的熱點話題之一。現(xiàn)如今，想要保證機電設(shè)備安裝的安全性、穩(wěn)定性，綜合管線施工既要嚴格遵循相關(guān)的施工標(biāo)準(zhǔn)，活用BIM 技術(shù)加強對施工全過程的管理，又要結(jié)合施工場地的實際條件，設(shè)計較為科學(xué)、合理的圖紙，以提升施工效率。

1 工程概況

西安地鐵5 號線一期工程全線21個車站及相鄰區(qū)間的設(shè)備安裝及裝修、系統(tǒng)設(shè)備安裝，車輛段、停車場的FAS、BAS、門禁（含控制中心）等及車輛基地設(shè)備監(jiān)理服務(wù)，西起和平村、東至紡織城火車站，線路貫穿灃東新城、蓮湖區(qū)、碑林區(qū)、雁塔區(qū)、曲江新區(qū)、灞橋區(qū)6個行政區(qū)，全長25.366km，共設(shè)車站21 座（其中20 座地下站，1 座高架站），其中李家村站由4 號線建設(shè)，實際建設(shè)車站20 座（勞動南路站含6 號線車站）。設(shè)阿房宮車輛段、雁鳴湖停車場各1 處。

設(shè)主變電站2 座，分別位于阿房宮車輛段內(nèi)和榮家寨站附近。本次開通范圍為五號線一期起點～馬騰空站，長度約21.725km，包含18 座車站。其中，馬騰空站就是本文所探討的地鐵車站，地處黃渠頭二路和長鳴路十字交叉路口，沿黃渠頭二路東西向路中布置，為地下3 層、局部4 層14m 雙島式站臺車站，是西安地鐵5 號線與8號線的換乘點。由于涉及到換乘，且所在區(qū)域有大量建筑物，所允許的施工空間相對有限，還有保留8 號線的換乘區(qū)域，因而加大了施工難度。為了保證施工順利進行，最終采取了BIM 技術(shù)進行建模為綜合管線施工提供指導(dǎo)，以避免管線碰撞問題。

2 基于BIM 的地鐵車站機電設(shè)備安裝中的綜合管線施工

2.1 分專業(yè)建模

馬騰空站采取分專業(yè)建模的方式，包含了設(shè)備區(qū)走廊吊頂，涉及風(fēng)、水、電、以及通信、綜合監(jiān)控等管線的交叉布局等，大體上可以劃分為4個專業(yè)：結(jié)構(gòu)與監(jiān)控、暖通、給排水、電氣。以下是對各專業(yè)初步建模重點的分析：

（1）結(jié)構(gòu)與監(jiān)控。結(jié)構(gòu)與監(jiān)控專業(yè)，包含了車站主體中A、B、C、D 4個出入口以及2個風(fēng)亭的圍護結(jié)構(gòu)以及主體結(jié)構(gòu)和監(jiān)控點，模型以車站主體進行整體建模。

（2）暖通。暖通大系統(tǒng)、空調(diào)小系統(tǒng)、通風(fēng)小系統(tǒng)3個系統(tǒng)，包含了空調(diào)冷媒管穿墻、隧道通風(fēng)口開鑿，模型按照系統(tǒng)分文件進行建模（隧道通風(fēng)系統(tǒng)未建模）。

（3）給排水消防管線。馬騰空站的污廢水應(yīng)通過室外污水管網(wǎng)自動流入化糞池進行處理后，在統(tǒng)一排入市政污水管網(wǎng)，因此在管線布置時，要將地鐵車站的排水消防管網(wǎng)與現(xiàn)有的市政給排水管網(wǎng)聯(lián)系起來，還要盡可能地不移動周邊的排水管道。

（4）照明與通信。馬騰空站中的照明與通信系統(tǒng)，包含了電源線以上部分的管線布置，既要規(guī)劃好車站內(nèi)照明設(shè)備的安裝位置以及對應(yīng)的管線，還要將電源引導(dǎo)到控制箱所占區(qū)域，集合監(jiān)控電路、暖通電路以及通信電路，并為8 號線的換乘點做好電源預(yù)埋施工。

2.2 BIM 模型整合與應(yīng)用

由于上述4個專業(yè)所涉及的管線比較復(fù)雜，對應(yīng)的施工技術(shù)也存在一定的差異性，為避免車站模型與圖紙、實際施工情況出入過大，各施工單位需要共同參與建模，共享施工文件及圖紙信息，做好溝通工作。再者，為了保證模型的精準(zhǔn)度，本次項目采用了無人機傾斜攝影建模技術(shù)、實景模型與Navisworks 模型疊加對比、三維激光掃描點云數(shù)據(jù)3 種逆向建模技術(shù)，同時獲得同個位置不同角度的三維模型，并與原始模型進行對比，得到新的分析模型，以分析管線碰撞的根本原因，便于為決策者提供優(yōu)化方案，使得最終的施工模型與現(xiàn)場相匹配。具體方法如下：

（1）利用Navisworks 軟件，展開真實的建模工作。Navisworks 軟件是一款可以進行施工模擬及碰撞檢查的軟件，能與Revit 模型互相轉(zhuǎn)換，以nwc 格式導(dǎo)出，以便于利用Navisworks 軟件可以順利將模型文件打開，之后就可以通過軟件運行，以自動化的方式得到模型，并對4個專業(yè)的管線進行有機整合、開展碰撞檢查，找出所有的碰撞點以及可能的碰撞點，并進行標(biāo)記，各方共同討論，該如何規(guī)避碰撞，持續(xù)修訂管線分布圖。

（2）利用BIM 動態(tài)辨析現(xiàn)場安全隱患。地鐵車站機電設(shè)備安全的綜合管線施工，本質(zhì)上還是具有復(fù)雜及不可預(yù)知性，特別是在管線鋪設(shè)中，很容易與地下現(xiàn)有管線交織在一起，有些工序是需要同步實施的。鑒于此，現(xiàn)場的協(xié)同管理非常重要，BIM 模型涵蓋了車站施工項目的整體信息，可以便于施工人員在模擬現(xiàn)場時，發(fā)覺隱患所在，可有效地消除隱患，避免意外事故發(fā)生。尤其是大部分安全隱患在傳統(tǒng)靜態(tài)模型下是很難體現(xiàn)的，如電路鋪設(shè)時地下水管破裂很容易導(dǎo)致漏電事故，在動態(tài)模型運行后，可以顯著發(fā)現(xiàn)電路與水管在某個位置時容易發(fā)生碰撞，從而盡早發(fā)現(xiàn)安全隱患，并制定相對應(yīng)的安全措施，保證現(xiàn)場施工順利進行。

（3）基于BIM 模型，進行機電安裝模擬。由于馬騰空站機電設(shè)備安裝的管線比較復(fù)雜，且施工空間較為狹窄、施工周期較短，為了提高密集空間內(nèi)機電設(shè)備安裝中綜合管線施工的合理性、安全性及高效性，在得到車站綜合BIM 模型后，還可以利用Revit 持續(xù)優(yōu)化4個專業(yè)的機電管線分布情況，結(jié)合BIM 技術(shù)虛擬建造與漫游進行模擬施工，預(yù)測施工中可能出現(xiàn)的問題、所需的方案，與設(shè)計人員合作制定出管線綜合深化圖，并將模型上傳到云端直觀地呈現(xiàn)地鐵內(nèi)部結(jié)構(gòu)與布置情況，運用Lumion 軟件進行凈高、間距等漫游，從而又好又快地完成機電設(shè)備安裝的綜合管線施工。圖1 是所得到的BIM車站綜合模型。

圖1 馬騰空車站BIM 綜合模型

3 地鐵車站管線BIM 模型的有效應(yīng)用

通過計算機得到地鐵車站BIM 模型后，可結(jié)合實際施工情況利用BIM 模型，通過建筑模型實現(xiàn)信息監(jiān)控、管理整個施工過程，來優(yōu)化地鐵車站機電設(shè)備安裝中的綜合管線施工，從而最大限度地提升施工效率與質(zhì)量。例如，在馬騰空站冷凍水供水系統(tǒng)預(yù)加工管段施工中，利用BIM 模型進行優(yōu)化，主要可以劃分為以下幾個步驟：

（1）利用BIM 技術(shù)進行管線參數(shù)核算與調(diào)整。冷凍水供水管線模型繪制完成后，就可以對整體模型進行二字優(yōu)化布置，主要優(yōu)化內(nèi)容有3 點。

一是調(diào)換設(shè)備的安裝位置，二是調(diào)整管道的走向，三是管附件安裝位置。在優(yōu)化過程中，主要是借助BIM 技術(shù)對各項管道的各項參數(shù)進行優(yōu)化、核算，比對調(diào)整安裝位置、管道走向后的整體管線模型，以及與其他專業(yè)管線的碰撞情況，通過不斷地調(diào)整參數(shù)來滿足組裝、設(shè)備檢修、運營維護的要求，并更新模型信息，在可視化建模技術(shù)幫助下，高效完成預(yù)加工管段施工工序的籌劃。然后，在優(yōu)化的BIM 模型基礎(chǔ)上，進行支吊架系統(tǒng)布置，裝配上采用可拆卸的裝配式吊架，得到預(yù)期施工圖如圖2。

圖2 初步優(yōu)化的冷凍水供水管段施工圖

（2）綜合各項施工因素，完善工程信息，劃分施工管段?；谲囌灸Ｐ鸵约翱梢暬＜夹g(shù)，可根據(jù)工程信息來調(diào)整綜合管線施工工序，優(yōu)化處理施工方案，達到簡化工序、提高效率的作用。具體步驟如下。

首先，檢索項目中冷凍水供水管實例與主體結(jié)構(gòu)實例，分別在整體模型中定義冷凍水供水管以及主體結(jié)構(gòu)檢索合集，將其余不相關(guān)的構(gòu)建隱藏。其次，在Clash Detective 將選擇A 選定為冷凍水供水管，將選擇B 選定為主體結(jié)構(gòu)，在運行Navisworks 軟件進行碰撞測算，根據(jù)碰撞結(jié)果導(dǎo)出碰撞報告。

其次，依次完成冷凍水供水管與暖通、冷凍水供水管與照明與通信的碰撞檢查，圈出所有的碰撞點，若是碰撞點較多，可以添加注釋，幫助完成碰撞點檢查與任務(wù)分配。例如，圍繞地鐵車站的MEP 水管集合與主體結(jié)構(gòu)之間的碰撞進行測試后，再可以獲取地漏排水管以及與主體結(jié)構(gòu)有關(guān)的各類實例信息，并借助ClashDetective對地漏排水管以及主體結(jié)構(gòu)進行設(shè)置、處理以及運算，并生成相應(yīng)的碰撞報告，以檢查工序是否有遺漏，進一步調(diào)整施工方案。

最后，根據(jù)碰撞檢查報告以及優(yōu)化后的施工模型，對專業(yè)回路進行劃分，并給不同專業(yè)的系統(tǒng)回路預(yù)制管段進行編號，然后將管段信息發(fā)送給預(yù)加工工廠，得到完成管段預(yù)加工后，再按照編號進行現(xiàn)場組裝，具體操作與要點如下：

①由于劃分管段是整個冷凍水供水管段施工的第一步，在劃分管段時，要綜合性考慮管段與加工的可能性、運輸包裝、現(xiàn)場組裝的便捷性，在預(yù)加工管段劃分中，合理考慮管段預(yù)加工的可行性、運輸包裝的便利性與現(xiàn)場組裝的快速性，完成編號后，再利用繪制完成的BIM三維模型導(dǎo)出二維施工詳圖，方便預(yù)加工工廠對各個管道進行加工。

②等到預(yù)加工工廠完成管段加工后，基于BIM 模型中的工程信息，現(xiàn)場清點、驗收。先依照模型和圖紙編號，對各管段的尺寸、大小等進行檢查，對焊接預(yù)制完成且尺寸偏差滿足要求的管段進行防腐。之后，再對各管段按照模型編號內(nèi)容，一一粘貼編號標(biāo)識，在正式安裝設(shè)備進行管線施工前，還要對管段內(nèi)壁進行檢查、清理焊渣等雜物后封閉管口、對各管段進行包裹保護。

③等到管段運輸?shù)秸竞?，根?jù)依照清單計劃找到對應(yīng)的管道，按照管段編號進行快速組裝，裝配過程中應(yīng)先開展支吊架的安裝工作，等到拼裝完成后再進行下一步的管道系統(tǒng)水壓試驗、沖洗等工作。

4 結(jié)語

城鎮(zhèn)化背景下，地鐵是人們安全出行的首選，這就對地鐵項目建設(shè)以及地鐵車站建設(shè)施工提出了更高的要求。由于機電設(shè)備安裝中的綜合管線施工是整個地鐵項目施工的核心內(nèi)容之一，在具體施工過程中，必須要綜合考慮管線施工技術(shù)對周邊建筑物的影響、加強對整個施工過程的管控，以克服地下施工空間相對狹小、管線錯綜復(fù)雜等問題，提高整個地鐵項目的施工安全水平，為地鐵后期有序運營奠定基礎(chǔ)。