大型地下空间机电工程设计与施工技术要点

2020-07-01周赵玉

港工技术 2020年3期

周赵玉

（中交四航局第二工程有限公司，广东广州 510230）

引言

大型地下空间机电工程建设，其多功能、智能化取代了传统的设计和施工，更智慧、高效的满足人们的生活需要，例如：机电综合管线布置设计等，为保证大型地下空间机电工程能有序、有效的施工开展，需要不断的提高设计人员与施工管理的专业能力，理论与实践相结合，利用科技及创新优势提高设计精准度，提高施工技术及管理水平。

1 大型地下空间机电工程设计要点

1.1 设计特点

大型地下空间机电工程设计特点体现敷设面积较大，可利用操作空间小，各机电专业管线错综复杂。设计应按照“集约、舒适、环保、节能”的理念，充分做好前期规划及布局功能的调整，协调好地下空间功能分布及与周边资源的关系；各大专业工程的协调设计必须适应于大型地下空间的特征及功能要求，充分地施展大型地下空间的优势，以保证大型地下空间的绿色发展。

1.2 设计要点

功能的增多相应的对于机电系统的安装要求越发严格。结合我国建筑行业材料设备日新月异，不断更新，大型地下空间应急照明设计理念为照明时间长，故障维修便捷，以使用智能化为目的。首先集中电源控制应急照明、疏散指示系统设计；然后根据管理、使用、经营等多方面的需求，对给排水系统的各式水泵，通风系统的各式风机，冷源系统的新风和混风空调，环境监测系统的一氧化碳和二氧化碳探测器，电梯监测系统的电梯和扶梯进行监控。设计上从先进性、可靠性、适用性、针对性、可扩展性、经济性、统筹优化性、节能和环保等方面综合考虑，选择建筑智能化控制系统设计，以达到地下空间投用后的安全、便捷、高效、增值等目的。

1.3 管线综合排布设计控制要点

机电工程综合管线的布置设计，按照避让原则：要求小管让大管、风管让桥架、水管让风管、以及有压管让无压管，并与运行过程中系统的使用效果进行综合布置。

1）对于无法翻弯的风管、桥架以及水管，管线综合布置设计师应想办法确保其能够在空隙范围内通过。这里的翻弯节点处理后的效果，应保证其使用功能满足设计要求的合理性。同时也应控制预留以后运维期间应有的操作空间，在进行管道的排布设计过程，应对大管先行进行布置设计，并尽可能降低管道的碰撞。

2）当机电工程综合管线排布平面设计完成后，同时需对管线重要节点交叉处的剖面图进行详尽的绘制，为施工提供详细节点信息。在设计实施过程中，应当明确管线不得穿过风道、风井、烟道、防火卷帘等设施。在设计过程中，对于管线交叉碰撞的把控，应尽量采用避让原则，在保证装修高度的同时，通过调整各碰撞管线高程使其能够以平直状态通过，继而减少翻越或反弯节点的存在。值得重视的是，设计师应将管线布置控制的重点放在设备层顶面、设备走廊、高低压配电房、消防控制室、弱电总机房以及制冷机房等重要机房空间，以保证管线系统在运行使用过程中的可靠安全。

2 大型地下空间机电工程施工技术要点

管线错综交叉问题在机电工程中不仅是设计阶段，还是施工过程中，乃至在后期的运营维护中都是难以避免的问题。同时这也是机电工程中一个资源浪费的重要因素环节，特别是在以前传统二维平面图纸时代，因为三维立体可视化的有限，往往都是需要建造师和施工人员依靠自己的经验以及三维空间想象力去实施，因此导致有些施工不了，返工节点多、影响施工工期工序的情况比比皆是。随着BIM技术三维可视化的出现，大大降低了这些情况的发生，节约了资源、提高了效率。

2.1 设计阶段的空间碰撞问题

在工程建造前期，通过对各系统专业图纸进行糅合，提前找到2D复杂节点，通过设计BIM模型对复杂节点逐一的进行空间立体可视化分析，以利于提前调整各专业的碰撞冲突。以前因二维图无法直观的得到高程差别，很难发现电缆桥架、水管、风管、与结构主体相互之间是否存在碰撞或空间冲突，而当前可根据BIM三维模拟成效分析，提早在设计阶段进行修改，减少施工阶段的变更，从而提高效率，缩短工期。

2.2 施工过程中的空间碰撞问题

由于机电管线安装之项目细致繁杂，且设备原有尺寸一般都超过接口，因此其设备组装工序的前后安排一定要与其他专业系统配合，提前通过BIM技术模型动态仿真建筑排程与机电各专业系统配置与相关设备拼装，同时需考虑机电管线及设备所需作业空间、施工工序以保证其施工的连贯性。这样，通过模拟安装过程中可能存在的碰撞，运用可视化手段对各系统安装队伍进行交底，合理安排好施工工序，减少施工工序上造成的冲突问题。

2.3 运维阶段的空间碰撞问题

在运转检修保养阶段，需要考虑预留设备与管线安装保养过程中所需的作业空间。事先做好检修维护人员及工作机具预留相应的操作空间，可极大地降低运维管养成本以及维修的难度。通过BIM模型仿真模拟，提前预演维保过程及实施路径，直观了解可能存在的碰撞冲突问题，提早发现，并对此做好相应的调整。比如，假如有某些设备维保搬运时须依靠叉车，若事先未考虑叉车所需操作路径以及维保空间，这样就会加大设备的维保难度。同时，也要考虑维保人员的作业空间，不然也会导致很多操作不便。

3 实例分析

灵山岛尖公共部分地下空间工程，规划用地面积49 431 m2，总建筑面积44 626 m2。灵山岛公共地下空间是以交通功能为主导，集交通、商贸、文化、市政、防灾等功能于一体的复合型地下综合体。因为本项目工程建设属于惠民公共建筑，因此，设计师应将设计空间利用最大化。同时受机电作业空间环境的制约，使得设计师需在确保装修吊顶高程的基础上来优化机电管线综合设置，从而提高机电管线的安装质量。在此过程中，设计师还需在各专业管线交叉错杂、施工预留作业空间以及运维阶段的实操性方面的问题进行考量。设计师通过BIM技术构建灵山岛尖公共部分地下空间机电管线综合布置模型，通过动态仿真模拟，确定了设计以及施工阶段管线碰撞问题主要存在“桥架与管线设计标高在平面图上一致导致碰撞”以及“复杂节点翻弯未考虑其他管线的位置”。

3.1 设计科学合理

设计师按照小管让大管，风管让桥架，水管让风管的原则，对模型碰撞节点逐一检查，并调整导出节点处的平面、剖面图，结合调整后的图纸节点对各个专业系统的施工单位进行交底，根据管线安装的避让顺序，对节点处各个施工工序进行重新排列，确保施工中不会因为工序安排前后产生碰撞。

图1 现场节点翻弯模型安装效果

3.2 施工安全保障

根据空间要求及不能调节的管线，必要是可向上下左右翻弯调整位置，保证风口面积不变的情况下调整风管形状规格；桥架还需考虑后续放置电缆空间和运维操作空间，必要是可将桥架等调整为使用多根线管综合排布，以节约相应的空间。

图2 现场与桥架交叉处水管翻弯安装效果

3.3 实施后效果检查

利用 BIM 技术生成的复杂节点管线排布图指导现场施工，在施工前对管线翻弯进行预加工，再进行安装。对现场5个复杂节点进行跟踪检查，安装效率提高1倍，同时未发现管线碰撞情况，碰撞率降至0 %。

3.4 BIM技术的应用

对各个阶段管线空间冲突起到了很好的预防作用，可见逼真的三维可视模拟空间可使工程实施流程，减少返工，提高工作效率，同时也预见性地提高了日后维保质量及工效。特别是机电工程管线安装实施工作，其涉及设备种类精细且多而杂。但是本国眼前仍然以施工经验和各自的空间想象能力，配合平面图纸的方式进行实施，极大地影响了施工质量及效率，因此BIM的出现正好大大解决这一难题，提高了机电工程管线安装在各个阶段质量。