地铁车站机电工程机房BIM装配式技术研究

尹运平

摘 要：地铁车站机电工程施工是整个地铁建设中重要的一环。在传统地铁机电工程施工过程中，存在多专业相互交叉施工、施工工期紧等特点，特别是在车站机房管线安装过程中，由于管线众多，往往对整个施工工期及施工质量影响较大。本课题将传统的预制加工技术与BIM技术相结合，大大提高了工程的施工效率，保证了施工质量。

关键词：地铁机电工程;BIM;装配式预制;管道系统

Abstract： The construction of mechanical and electrical engineering of subway stations is very important. In the traditional construction process， there are many specialties that cross each other and the construction period is tight. Especially in the pipeline installation process， due to the large number of pipelines， the overall construction quality is greatly affected. This project combined the traditional prefabrication technology with BIM Technology， which greatly improved the construction efficiency and ensured the construction quality.

Keywords： metro mechanical and electrical engineering;BIM;prefabricated prefabrication;pipeline system

1 研究背景

随着城市的不断建设，地铁作为一项重要的基础设施工程，成为多数城市公共交通运输的重要组成部分，缓解了城市交通运输拥挤的状态，在城市交通运输中发挥着重要作用。而随着社会的发展，大城市的地铁建设作为建筑业的新的支撑点，正方兴未艾地崛起[1]。

地铁工程大多数属地下工程，在主体工程施工完毕后开始站内机电安装工程的施工。在机电安装工程施工过程中，施工场地狭小、通风差、环境湿度大、亮度差;多个专业同时开展施工，协调工作量大，导致现场施工存在诸多不便;车站机房往往管线密集、施工空間有限且各专业管道交叉布置[2]。

而建筑信息化三维模型技术的兴起使机房管道装配式施工变得简单、方便。为了加快地铁工程建设的速度，需要不断缩短地铁车站机房管道安装施工工期，而这使得管道工厂化预制和成套生产线生产显得非常重要。而管道工厂化预制和管段现场快速组装，以其施工周期短、劳动生产率高、焊接合格率高的优势，已受到国内同行业的充分重视，特别是在地铁行业，整体装配式施工越来越受到行业重视。本文依托深圳地铁5号线二期工程介绍了地铁车站内机房管道装配式施工。

2 机房BIM装配式施工

2.1 机房BIM装配式施工工作流程

机房BIM装配式施工工作流程如图1所示。

2.2 现场结构测量

考虑到机房主体结构施工完毕后现场测量难度较大，采用BIM放样测量机器人进行现场结构的实际测量（见图2），并将实测数据与BIM模型数据进行精确对比，根据差值对BIM模型进行相应调整，为机电管线预制加工、装配化施工提供保障，确保可靠性、准确性、可行性。

测量前在机房中心位置设置基准点，此基准点与待建立的三维数字模型相对应，保证模型与现场实际保持一致。现场结构测量程序如图3所示。

2.3 确定设备接口及尺寸

在绘制机房管道高精度三维数字模型前，需要对接设备厂家，确定各设备的接口及尺寸，以将各设备的接口位置及接口尺寸如实反映在模型中，使装配式施工管道预制成为可能。

在绘制管线模型前，还需要根据国家标准规范确定各管件的尺寸，在实际的三维数字模型绘制过程中，将标准尺寸一比一反映在模型中。

2.4 高精度优化BIM模型建立

2.4.1 设备族文件建立。根据设备厂家提供的设备大样完成各设备BIM族文件的绘制。各类设备管件、附件BIM精细化模型如图4所示。

2.4.2 管线模型建立及优化。在绘制管线模型前，对机房系统原理图及原始施工示意图进行核对，在充分理解设计意图的基础上根据现场测量的数据及管线原理图进行管线模型的绘制，同时，考虑好与其他专业管线间的间距，以防各管线相互干涉。初步绘制完成的BIM三维模型如图5所示。

管线模型初步绘制完成后，开始对整体模型进行二次优化布置，主要优化内容为：调换设备安装位置、调整管道走向、调整管附件安装位置，以满足管道组装、设备检修、运营维护的要求。同时，还要综合考虑施工材料用量。优化前后的施工模型如图6所示。

在优化完的BIM模型基础上进行支吊架系统布置。装配式施工模型在支吊架设置上采用可拆卸的装配式支吊架。

2.5 预加工管段划分

根据优化完成的施工模型进行各系统回路划分，对各系统回路预制管段进行编号。在预加工管段划分中，合理考虑管段预加工的可行性、运输包装的便利性与现场组装的快速性。

预加工管段的确定及分解是整个预加工的第一步，对预加工能否成功至关重要。通过管道分段，实现了预加工和安装的分离，使管道预加工成为一项独立的工作。图7为预加工管段划分及编号。

根据绘制完成的BIM三维模型及对预加工管道系统的划分，导出二维施工详图，方便管道预加工工厂对各管道进行加工。

划分预加工管段的标准是：工厂可预加工、中间易运输、现场易安装。结合此标准，划分预加工管段要遵循以下原则（根据深圳地铁5号线二期工程施工实施中的经验所得）：①考虑到成本和预加工工厂设备的限制，预加工管道尺寸范围为DN100～DN400 mm，管道长度一般不超过6 m;②分段时应保证X、Y、Z方向上至少分别预留有1～2段可调管段;③焊接要求高，需要探伤的管道尽量预制;④同等条件下，应尽量考虑预制立管，减少横缝;⑤考虑到设备口法兰孔方向未知，设备口配管预制时只组对法兰+直管段，不附带弯头及其他管件;⑥划分管道预制长度时，应充分考虑原材料的规格长度，尽量减少废料，减少焊口;⑦结合运输和吊装的实际情况，预制部分总长不超过8 m。

2.6 导出工程量表及加工明细表

根据施工三维模型，运用BIM软件直接导出工程量表，方便进行成本核算。根据施工工程量明细表提取下料清单，下料清单中各直管段考虑焊接余量。

运用BIM软件明细表功能进行加工管件、附件的统计并生成加工数据。管道附件下料明细表如表1所示。

2.7 管道管件预制加工

2.7.1 预制材料准备。根据绘制完成的模型，编制好材料计划清单，并根据材料清单核对管材的材质、规格、尺寸等是否满足清单要求。同时，提前准备好管段制作图，管段制作图由BIM软件直接导出，并标注好相关参数尺寸。

2.7.2 划线、下料切割。根据管段制作图在待下料的管道上标注好管道切割线。标注切割线时，应考虑管道切割缝宽，保证切割后的管道尺寸满足清单计划要求。

在切割方式上，镀锌钢管及无缝钢管采用无齿锯、切管机进行下料切割;不锈钢钢管可采用等离子或机械方式进行切割下料。管道下料完成后，将清单上的管段编号标注在管段上。

管道切割完成后，对切口质量进行核对检查，保证切口表面平整、无其他缺陷，用直角尺检查管段切口平面与管段轴线的垂直度，保证切面与管段轴线的倾斜偏差能满足管段焊接完成后整体直线度。

2.7.3 焊管坡口、附件孔洞加工及检查。对于焊管坡口，一般采用专用的坡口机进行加工，坡口加工完后对其进行尺寸、角度及表面质量检查，保证加工完的坡口满足焊接工艺要求。坡口及制孔检查合格后可进入管段组对工序。

根据绘制完成的模型及管段制作图进行管段上附件制孔位置标识，制孔采用专用的开孔机进行开孔，制孔完毕后对开孔质量进行检查，制孔尺寸应满足管道附件安装要求。

2.7.4 管段组对焊接。管段组对焊接前应对待焊接组对的管段进行检查，核对其编号，保证组对的准确性。管段组对时，确保内壁平齐，错缝量及管段对口的间隙应满足焊接要求。在管段与变径管组对时，由于存在不同管壁厚度，在组对前，应对较厚管壁进行打磨处理，保证焊接的工艺要求。

管段与法兰组对时，先在法兰与管段结合处进行定位焊，采用角尺对法兰上下找正，找正后先固定法兰下方，然后进行两个侧面的找正及定位焊，采用三点定位焊接。

法兰组对满焊前，用直角尺复核法兰密封面与管段轴线的垂直度，根据规范要求，此垂直度不超过0.25%且在2 mm以内。

同一段管段上有两个法兰片需要焊接时，应先进行一端的法兰定位焊接，满焊后再进行另外一端的法兰片焊接，第二片法兰片的焊接以焊接好的第一片法兰为基准进行偏差控制，确保焊接完成的法兰片尺寸满足要求。法兰组对图如图8所示。

2.8 管段检查验收、组装及封闭保管

管段焊接预制完成后进行预制尺寸的检查，并在管段防腐及运输前进行预组对，预组对完成且尺寸偏差满足要求后进行管段的防腐及运输保护工作。

管段防腐完毕后，按模型及图纸编号对各管段进行编号标识粘贴。管段在运输前进行管段内壁的检查，清理完焊渣等杂物后对管口进行封闭，并对管段进行包裹保护。

管段在运输前应对各管段进行运输固定，防止运输途中管段间相互碰撞而破坏管段防腐。

管段运输到站内后及时清点管段与清单计划对应性，现场按管段编号进行快速装配，在装配过程中，先进行支吊架的安装工作，拼装完成后进行下一步的管道系统水压试验、冲洗等工作。

现场组装完成的效果图如图9所示。

2.9 应注意的施工质量问题

第一，尺寸超出允许偏差。对焊缝长宽、宽度、厚度不足，中心线偏移，弯折等偏差，应严格控制焊接部位的相对位置尺寸，合格后方可进行焊接，焊接时精心操作。

第二，焊縫裂纹。为防止裂纹产生，应选择适合的焊接工艺参数和焊接程序，避免用大电流，不要突然熄火，焊缝接头应搭接10～15 mm，焊接中不允许搬动、敲击焊件。

第三，表面气孔。焊接部位必须刷洗干净，焊接过程中选择适当的焊接电流，降低焊接速度，使熔池中的气体完全逸出。

3 结语

研究地铁车站机电工程装配式施工技术，可以形成地铁车站机电工程装配式施工技术工艺标准及规范施工措施、管理制度，提高后续同类设备的安装速度与质量，显著提高经济效益。通过全面系统研究解决车站冷水机房装配式施工关键技术难题，总结装配式安装施工的技术经验，以更好地为后续地铁车站装配式施工安装提供系统的、可借鉴的参考资料。

参考文献：

[1]周为民.实现管道工厂化预制提高施工管理水平[J].施工技术，2001（6）：24.

[2]何涛，李士才，孙钦伟，等.面向设计制造一体化的管道预制管理信息系统[J].计算机辅助设计与图形学学报，2004（11）：146-149.