一种新型地铁车站机电安装中的综合管线施工方式

摘 要：地铁车站机电安装综合管线作业十分繁杂细密，具有管道线路复杂、科技含量丰富等特点。在综合管线施工过程中，要坚持独立性、标准性、合理性等原则，夯实施工准备工作，严格遵循设计图纸，合理规划管线布局，科学协调施工工序，保证综合管线安装顺利完成。基于BIM手段的地下空间内综合支吊架安装方法，具有较高的推广应用价值和良好的经济社会效益。

关键词：地铁车站 机电设备 综合管线 施工 BIM手段

Abstract：The mechanical and electrical installation of integrated pipelines in subway stations is very complicated and detailed， with the characteristics of complex pipeline lines and rich scientific and technological content. In the process of comprehensive pipeline construction， it is necessary to adhere to the principles of independence， standardization and rationality， consolidate the construction preparation work， strictly follow the design drawings， reasonably plan the pipeline layout， scientifically coordinate the construction procedures， and ensure the smooth completion of the comprehensive pipeline installation. The installation method of comprehensive support and hanger in underground space based on BIM method has high promotion and application value and good economic and social benefits.

Key words：subway station， electromechanical equipment， integrated pipeline， construction， BIM method

地铁车站机电安装综合管线作业是一项浩大繁复的精细工程，工作环境比较复杂，施工过程存在一定难度。只有合理布置管线，规范施工工艺，才能减少故障几率、节约维修成本，保证地铁车站的有效运行，为市民安全出行提供坚实保障。

1 地铁车站机电设备综合管线的安装特点

地铁机电设备综合管线安装涉及的内容十分广泛，通风、照明、消防、排水、铺轨等方面均有涉及，需要专业的施工技术和高效的协调配合完成施工作业，确保地铁系统的正常运行。

线路复杂繁多是地铁车站综合管线安装的鲜明特点。随着城市化进程的推进和城市人口的增加，城市面临的交通压力持续增大。发展地铁交通，成为大型城市解决道路堵塞难题、提升市民交通体验的共同选择。作为地铁建设重要组成部分的机电设备具有复杂化和多样化特点，这对线路排布造成许多困难。地铁施工不同于地上建筑，首先要解决照明、电源、信号等线路的安装问题。而且，所有线缆都要分门别类、合理有序地铺设，功能不同的线路不可叠加放置，否则就可能造成严重的安全隐患或功能问题。

科技含量丰富是地铁车站综合管线安装的突出特征。科学技术是第一生产力，高科技手段已经广泛应用于地铁建设，地铁系统蕴含着丰富的科技因子。现代地铁实现了自动化控制，人工智能极大提高了机电设备的工作效率和安全性能。但是，同高科技应用相伴而生的后果就是机电设备的调试难度不断增加。[1]为了保证保地铁系统安全稳定地运行，工作人员必须具备一定的专业技能和相关领域的学科知识，能够按照规范流程安装机电设备，并对其熟练调控、定期养护，从而避免机电设备安装和工作过程中发生重大质量问题。

2 地铁车站機电安装综合管线的施工要求

2.1 夯实施工准备工作

“凡事预则立，不预则废。”准备工作是否缜密，关乎地铁车站综合管线施工能否顺利推进。首先，施工之前要严格审核设计图纸，结合施工场地的实际情况与工程建设需求进行综合分析，论证设计图纸的科学性、可行性、经济性。如果发现设计图纸存在纰漏和问题，则要立即告知承接单位与设计人员，由其弥补和解决设计缺陷，并对设计图纸进行优化与完善，保证设计图纸能够付诸实践，引导施工人员完成管线铺设。其次，施工之前要进行必要的工艺讲解和技术交底，引导施工人员全面把握设计图纸的基本意图和相应要求，从而清晰掌握系统布局、管线走向、运行机制、平面位置、标高数据等核心内容，为对照设计图纸完成管线铺设奠定技能基础。再次，施工之前要仔细核查管线铺设所涉及的各个环节，特别要检查施工材料的质量是否达标、施工环境的安全能否保障、机械设备的运行是否正常，从而保证综合管线施工能够顺利推进。

2.2 严格遵循设计图纸

“不以规矩，不成方圆。”综合管线设计图纸是对管线施工各要素进行通盘考虑和综合分析而形成的“顶层设计”，是统合各专业系统设计而形成的整体规划，是对各专业系统设计的整合、协调与平衡。在实际施工过程中，工作人员既要依据各专业系统的管线设计图纸进行施工，也要对照综合管线设计图纸进行总体把握和协调配合。如果发现专业系统设计图纸存在问题，就要围绕综合管线的设计布局和施工要求，对专业系统设计图纸进行修正和完善。如果发现综合管线设计图纸存在空间分配等问题，就要结合专业系统设计图纸的相关数据，对综合管线设计图纸的管线布局进行合理调整。

2.3 合理规划管线布局

地铁车站综合管线布置要符合行业标准，通常在综合管线最上方布设高低压桥架，并在高低压桥架下方位置依次铺设排水管道、气体灭火管道、环控送回风管道、环控水管道。在安装各类管线时，都要遵循各设备的技术规范和相应需求，不能把同某设备无关的管线安装在其上方位置，如不能将风口、风管安装在变电所、低压设备房、弱电设备房的上方位置，从而保障各设备都能正常运转。如果遇到系统管道交叉情况，施工人员要在遵循设计图纸技术规范的基础上合理避让，通常采取“小管让大管、有压让无压”的原则，防止不同系统管道之间的碰撞隐患。如果不同系统管线在安装过程中发生了干扰问题，则要结合现场情况和管道特点审慎处理，通常依照“先设备后材料、先大型后小型”的次序进行调整。

2.4 科学协调施工工序

地铁车站机电设备综合管线的施工过程十分复杂，只有各道施工工序规范有序、衔接井然，才能保证综合管线施工进程中不会出现断层情况、发生紊乱现象。协调施工工序，关键在于科学合理地规划各专业系统的施工活动。[2]目前，许多地铁车站机电安装综合管线建设工程都由多个施工单位共同承担。如果这些彼此独立的施工队伍不能发挥合作精神，仅仅关注自己的工程任务和施工要求，而不考虑工程的整体建设进度与其他队伍的施工问题，就可能造成某一环节的工程任务结束后，下一环节的工程活动难以顺序展开，从而严重滞缓管线工程的整体进度，并导致一些施工环节不得不返工作业，造成本可避免的巨大经济损失。因之，各专业系统绝不可以“各自为战”，而要统筹规划、章法有度，依照“风管优先、桥架先于水管、有压管先于无压管”的原则施工建设，如在铺设风管桥架时要恰当预留水管的施工空间，不可因过度占据空间而影响水管铺设。同时，在各专业系统管线施工过程中，还要合理预留吊顶空间，保证综合管线施工顺利。

3 一种基于BIM手段的地下空间内综合支吊架安装方法

结合上述地铁机电安装管线施工的特点及要求，管线施工中可以采取一种基于BIM手段的地下空间内综合支吊架的安装方式。该方式充分考虑空间布局的合理性、科学性、经济性，具有以下特点：利用BIM技术手段优化综合管线，对多层支架进行管线分层设置;依据受力分析数据，计算分层支架上各专业管线、支吊架的自重及各个方向的应力分解，确定支吊架分层设置及管线分段拼装的原则，保证最大化地利用结构空间;利用BIM模型验证，确定分段拼装综合支吊架数量（不宜大于2副）及管线长度（不宜超过5m）;使用一种可自动升降托装的小型升降平台进行整体托装，从根本上解决狭小紧凑空间内综合支吊架施工所面临的难度大、成本高、安全风险高等问题。

基于BIM手段的地下空间内综合支吊架的具体安装流程，包括如下几个步骤：

3.1 优化综合管线

在进行综合管线优化时，对综合支吊架的分层设置进行合理规划，预制空间排布，既满足受力要求，又能解决空间狭小的问题，这是开展管线综合支吊架分段拼装的基础。如图1。

3.2 计算支吊架自重力

自重力分三类：

（1）管线本身自重

可以根据各设备管线的选型确定自重。本发明中以G1来表示。

（2）镀锌管道重量计算

W=C*[0.02466*（D-S）*S] W--镀锌管每米重量：kg/m

C—镀锌管比黑铁管增加的重量系数（查表可得）

D—黑铁管的外径

S—黑铁管的壁厚

（3）线缆桥架重量计算

桥架重量（kg）=2*（边长+高）*板厚*7.9（钢材密度）

板厚300以下按2.0mm计算（近似值）

300-500按2.5mm计算（近似值）

600以上按3.0mm计算（近似值）

（4）镀锌风管重量计算

风管重量（kg）=2*（长+宽）*L*厚度*7.9（钢材密度），厚度根据设计要求进行计算。

（5）管线内承载的线缆、水、冷媒等液体的自重线槽、桥架应计入正常工作时的各类线缆的重量;各类水管应计入正常工作时充入最大工作水流的重量;各类风管不计管内气体的质量。本发明中以G2来表示。

（6）线缆重量计算

电线重量（kg/m）=（导体重量+绝缘重量）/1000。

导体重量=导体比重×截面积（其中铜导体比重为8.9g/cm3，铝为2.7g/cm3，截面积一般取标称截）。

绝缘层重量=3.14×（挤包前外径 绝缘厚度）×绝缘厚度×绝缘料比重（其中PVC绝缘料比重为1.5g/cm3PE绝缘料比重为0.932g/cm3）。

（7）管道满水重量计算

管道满水质量（kg）M=3.14*R2*L*1000kg/m3，L=管道长度。

（8）支吊架的自重

本发明中以G3来表示。

支吊架重量计算：

G3=支吊架各配件的总和

根据以上三项，得出支吊架的总重

G=G1+G2+G3

地面组装后主要受重力、各管线在支吊架上的水平应力，吊装前可忽略不计

3.3 依照受力分析数据排布管線

要根据地铁车站空间狭小、管线分段拼装长度不大于5m等特点，以恰当的支吊架形式分段拼装各专业管线，发明一种自动升降托装装置，保证托装过程中水平受力均衡、吊装作业安全进行，

（1）发明一种可自动升降的托装装置（如图2）

为解决狭小空间内起重难的问题，用80*80mm的方钢搭设自动升降平台，长度5m，宽度2m，高度不超过2.5m，可进行调节或限位，牢靠固定综合支吊架（如图3）。

升降装置系统有4个定滑轮用钢丝绳连接，通过电动控制和滑轮作用原理将已分段拼装的支架进行托装，定位至事先放线定样的区域进行锚固。

（2）升降装置设置操作平台，方便对分段拼装的管线进行整体接头，升降装置设置滚轮，方便位置的移动，从而提高拼装效率，对于超过5m的支架，应提前进行分割，并做好接头处理，方便与分段拼装支架准确拼接。

（3）本升降装置在地面对已经分割拼装的支吊架和管线进行准确定位后，先进行固定限位，确保托装过程的安全。

（4）为实现自动升降来托装支吊架，设置控制箱一个，用220v电压进行控制，既达到操控方便的效果，又能提高效率，节省成本。

（5）布置绝缘瓷瓶

在移动托架立杆处设置一道绝缘瓷瓶。

（6）布线

动力电缆线选用1.5mm2六芯线，电缆线从控制台引出，固定在绝缘瓷瓶上，并用扎带绑牢，当电缆线引出至主框架处，电缆线的余线至少必须有3m以上，以满足拖装装置升降的需要。

（7）接线由专职电工进行接线作业，线头必须用绝缘胶布与防水胶布双重捆，捆扎长度是线头长度的2倍。

（8）主电源线的布置

主电源线采用16mm2的五芯电缆线。 必须在适合的位置设置一个独立的二级分箱，二级分箱内必须设置一闸刀开关与100A 以上的漏电保护器。将主电源线两端一端接在控制柜闸刀开关上，另一端通过架空线路接入二级分箱内，多余的电缆线必须按规范盘好，放置在绝缘地面上，在其上必须设置安全保护。

（9）线路的调试电气线路接线完毕，对电气线路必须进行调试，调试内容包含：接线的相序是否正确，电气线路是否存在漏电因素等。

4 效益分析及工程实例

以宁波地铁3号线一期3105标段高塘桥站为例，公共区、系统设备房、设备区走道采用了综合支吊架整体吊装方式，从2018年10月5日开始施工至2018年10月31结束，共安装综合支吊架316副，通风管道约2750m2，桥架1800m，水管860m。施工中未出现任何质量、安全事故，质量验收合格。本工法有效缩短了整体施工工期，提高施工工效，降低施工成本，开创了宁波地铁行业及相关城市轨道交通领域综合支吊架整体吊装的先河，受到监理和业主单位的一致认可和好评。

相对于常规综合管线安装而言，利用BIM模型验证综合支吊架管线预制组装，避免了管线碰撞带来的不必要返工和材料损耗，使用可自动升降托装的小型升降平台进行整体托装又缩短了管线安装施工工期，如设备区主走道管线常规安装需要45天，通过本工法可缩短至20天，直接节省25天，劳务成本、材料成本及管理成本直接节约63.2万元。

本工法的成功应用，缩短了整体施工工期，提高施工工效，降低施工成本，开创了宁波地铁行业及相关城市轨道交通领域综合支吊架整体吊装的先河，受到监理和业主单位的一致认可和好评。有效提高了企业的技术开发和创新能力，先进的工艺和可靠的施工质量，可指导同类型施工，具有较高的推广应用价值，社会效益较为突出。

5 结语

机电安装综合管线施工是地铁车站建设的重要内容，工序繁杂，工程浩大，施工作业会遇到各种困难和挑战，需要通盘考虑许多相关问题。在实际建设过程中，不但要重视“未雨绸缪”，预先做好综合管线施工的各项准备工作，还要充分发挥设计图纸的“定盘星”作用，遵循行业标准布置管线、协调工序，保证综合管线顺利安装。基于BIM手段的地下空间内综合支吊架安装方法，在施工实践中未出现任何质量问题和安全事故，工程验收合格，各项技术指标均满足行业规范，工程省时节力，工艺美观得体，具有良好的社会效果和经济效益。

參考文献：

[1]韩亮.地铁车站机电设备安装中的综合管线施工技术[J].绿色环保建材，2020（03）：172-173.

[2]万江.地铁车站机电安装综合管线施工浅析[J].自动化应用，2017（09）：15-16.

作者简介

王峰国：（1986.04.29—），男，甘肃武威人，大学本科。研究方向：地铁工程。