地铁车站机电设备安装中的综合管线施工技术探讨

赵华强

（中铁二十二局集团电气化工程有限公司，北京 102300）

随着城镇化发展速度的加快，地铁成为发达城市缓解路上交通压力的首选。因为，地铁的载客量、运行能耗相对于公交车等交通方式更具有优势，且可以大大节省出行时间，所以地铁建设也随之普及。近些年来，国家大力提倡符合要求的城市通过修建地铁来缓解日益拥堵的交通，但是地铁的施工过程、施工技术与相关标准，还存在一定的差距。尤其是与地铁车站机电设备安装有关的综合管线施工技术，受限于施工空间狭小、周边建筑物的安全等因素，如何营造足够安全的施工环境、加强对管线施工的全程管理，是当前建筑建设领域研究的热点话题之一。现如今，想要保证机电设备安装的安全性、稳定性，综合管线施工既要严格遵循相关的施工标准，活用BIM 技术加强对施工全过程的管理，又要结合施工场地的实际条件，设计较为科学、合理的图纸，以提升施工效率。

1 工程概况

西安地铁5 号线一期工程全线21个车站及相邻区间的设备安装及装修、系统设备安装，车辆段、停车场的FAS、BAS、门禁（含控制中心）等及车辆基地设备监理服务，西起和平村、东至纺织城火车站，线路贯穿沣东新城、莲湖区、碑林区、雁塔区、曲江新区、灞桥区6个行政区，全长25.366km，共设车站21 座（其中20 座地下站，1 座高架站），其中李家村站由4 号线建设，实际建设车站20 座（劳动南路站含6 号线车站）。设阿房宫车辆段、雁鸣湖停车场各1 处。

设主变电站2 座，分别位于阿房宫车辆段内和荣家寨站附近。本次开通范围为五号线一期起点～马腾空站，长度约21.725km，包含18 座车站。其中，马腾空站就是本文所探讨的地铁车站，地处黄渠头二路和长鸣路十字交叉路口，沿黄渠头二路东西向路中布置，为地下3 层、局部4 层14m 双岛式站台车站，是西安地铁5 号线与8号线的换乘点。由于涉及到换乘，且所在区域有大量建筑物，所允许的施工空间相对有限，还有保留8 号线的换乘区域，因而加大了施工难度。为了保证施工顺利进行，最终采取了BIM 技术进行建模为综合管线施工提供指导，以避免管线碰撞问题。

2 基于BIM 的地铁车站机电设备安装中的综合管线施工

2.1 分专业建模

马腾空站采取分专业建模的方式，包含了设备区走廊吊顶，涉及风、水、电、以及通信、综合监控等管线的交叉布局等，大体上可以划分为4个专业：结构与监控、暖通、给排水、电气。以下是对各专业初步建模重点的分析：

（1）结构与监控。结构与监控专业，包含了车站主体中A、B、C、D 4个出入口以及2个风亭的围护结构以及主体结构和监控点，模型以车站主体进行整体建模。

（2）暖通。暖通大系统、空调小系统、通风小系统3个系统，包含了空调冷媒管穿墙、隧道通风口开凿，模型按照系统分文件进行建模（隧道通风系统未建模）。

（3）给排水消防管线。马腾空站的污废水应通过室外污水管网自动流入化粪池进行处理后，在统一排入市政污水管网，因此在管线布置时，要将地铁车站的排水消防管网与现有的市政给排水管网联系起来，还要尽可能地不移动周边的排水管道。

（4）照明与通信。马腾空站中的照明与通信系统，包含了电源线以上部分的管线布置，既要规划好车站内照明设备的安装位置以及对应的管线，还要将电源引导到控制箱所占区域，集合监控电路、暖通电路以及通信电路，并为8 号线的换乘点做好电源预埋施工。

2.2 BIM 模型整合与应用

由于上述4个专业所涉及的管线比较复杂，对应的施工技术也存在一定的差异性，为避免车站模型与图纸、实际施工情况出入过大，各施工单位需要共同参与建模，共享施工文件及图纸信息，做好沟通工作。再者，为了保证模型的精准度，本次项目采用了无人机倾斜摄影建模技术、实景模型与Navisworks 模型叠加对比、三维激光扫描点云数据3 种逆向建模技术，同时获得同个位置不同角度的三维模型，并与原始模型进行对比，得到新的分析模型，以分析管线碰撞的根本原因，便于为决策者提供优化方案，使得最终的施工模型与现场相匹配。具体方法如下：

（1）利用Navisworks 软件，展开真实的建模工作。Navisworks 软件是一款可以进行施工模拟及碰撞检查的软件，能与Revit 模型互相转换，以nwc 格式导出，以便于利用Navisworks 软件可以顺利将模型文件打开，之后就可以通过软件运行，以自动化的方式得到模型，并对4个专业的管线进行有机整合、开展碰撞检查，找出所有的碰撞点以及可能的碰撞点，并进行标记，各方共同讨论，该如何规避碰撞，持续修订管线分布图。

（2）利用BIM 动态辨析现场安全隐患。地铁车站机电设备安全的综合管线施工，本质上还是具有复杂及不可预知性，特别是在管线铺设中，很容易与地下现有管线交织在一起，有些工序是需要同步实施的。鉴于此，现场的协同管理非常重要，BIM 模型涵盖了车站施工项目的整体信息，可以便于施工人员在模拟现场时，发觉隐患所在，可有效地消除隐患，避免意外事故发生。尤其是大部分安全隐患在传统静态模型下是很难体现的，如电路铺设时地下水管破裂很容易导致漏电事故，在动态模型运行后，可以显著发现电路与水管在某个位置时容易发生碰撞，从而尽早发现安全隐患，并制定相对应的安全措施，保证现场施工顺利进行。

（3）基于BIM 模型，进行机电安装模拟。由于马腾空站机电设备安装的管线比较复杂，且施工空间较为狭窄、施工周期较短，为了提高密集空间内机电设备安装中综合管线施工的合理性、安全性及高效性，在得到车站综合BIM 模型后，还可以利用Revit 持续优化4个专业的机电管线分布情况，结合BIM 技术虚拟建造与漫游进行模拟施工，预测施工中可能出现的问题、所需的方案，与设计人员合作制定出管线综合深化图，并将模型上传到云端直观地呈现地铁内部结构与布置情况，运用Lumion 软件进行净高、间距等漫游，从而又好又快地完成机电设备安装的综合管线施工。图1 是所得到的BIM车站综合模型。

图1 马腾空车站BIM 综合模型

3 地铁车站管线BIM 模型的有效应用

通过计算机得到地铁车站BIM 模型后，可结合实际施工情况利用BIM 模型，通过建筑模型实现信息监控、管理整个施工过程，来优化地铁车站机电设备安装中的综合管线施工，从而最大限度地提升施工效率与质量。例如，在马腾空站冷冻水供水系统预加工管段施工中，利用BIM 模型进行优化，主要可以划分为以下几个步骤：

（1）利用BIM 技术进行管线参数核算与调整。冷冻水供水管线模型绘制完成后，就可以对整体模型进行二字优化布置，主要优化内容有3 点。

一是调换设备的安装位置，二是调整管道的走向，三是管附件安装位置。在优化过程中，主要是借助BIM 技术对各项管道的各项参数进行优化、核算，比对调整安装位置、管道走向后的整体管线模型，以及与其他专业管线的碰撞情况，通过不断地调整参数来满足组装、设备检修、运营维护的要求，并更新模型信息，在可视化建模技术帮助下，高效完成预加工管段施工工序的筹划。然后，在优化的BIM 模型基础上，进行支吊架系统布置，装配上采用可拆卸的装配式吊架，得到预期施工图如图2。

图2 初步优化的冷冻水供水管段施工图

（2）综合各项施工因素，完善工程信息，划分施工管段。基于车站模型以及可视化建模技术，可根据工程信息来调整综合管线施工工序，优化处理施工方案，达到简化工序、提高效率的作用。具体步骤如下。

首先，检索项目中冷冻水供水管实例与主体结构实例，分别在整体模型中定义冷冻水供水管以及主体结构检索合集，将其余不相关的构建隐藏。其次，在Clash Detective 将选择A 选定为冷冻水供水管，将选择B 选定为主体结构，在运行Navisworks 软件进行碰撞测算，根据碰撞结果导出碰撞报告。

其次，依次完成冷冻水供水管与暖通、冷冻水供水管与照明与通信的碰撞检查，圈出所有的碰撞点，若是碰撞点较多，可以添加注释，帮助完成碰撞点检查与任务分配。例如，围绕地铁车站的MEP 水管集合与主体结构之间的碰撞进行测试后，再可以获取地漏排水管以及与主体结构有关的各类实例信息，并借助ClashDetective对地漏排水管以及主体结构进行设置、处理以及运算，并生成相应的碰撞报告，以检查工序是否有遗漏，进一步调整施工方案。

最后，根据碰撞检查报告以及优化后的施工模型，对专业回路进行划分，并给不同专业的系统回路预制管段进行编号，然后将管段信息发送给预加工工厂，得到完成管段预加工后，再按照编号进行现场组装，具体操作与要点如下：

①由于划分管段是整个冷冻水供水管段施工的第一步，在划分管段时，要综合性考虑管段与加工的可能性、运输包装、现场组装的便捷性，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，完成编号后，再利用绘制完成的BIM三维模型导出二维施工详图，方便预加工工厂对各个管道进行加工。

②等到预加工工厂完成管段加工后，基于BIM 模型中的工程信息，现场清点、验收。先依照模型和图纸编号，对各管段的尺寸、大小等进行检查，对焊接预制完成且尺寸偏差满足要求的管段进行防腐。之后，再对各管段按照模型编号内容，一一粘贴编号标识，在正式安装设备进行管线施工前，还要对管段内壁进行检查、清理焊渣等杂物后封闭管口、对各管段进行包裹保护。

③等到管段运输到站后，根据依照清单计划找到对应的管道，按照管段编号进行快速组装，装配过程中应先开展支吊架的安装工作，等到拼装完成后再进行下一步的管道系统水压试验、冲洗等工作。

4 结语

城镇化背景下，地铁是人们安全出行的首选，这就对地铁项目建设以及地铁车站建设施工提出了更高的要求。由于机电设备安装中的综合管线施工是整个地铁项目施工的核心内容之一，在具体施工过程中，必须要综合考虑管线施工技术对周边建筑物的影响、加强对整个施工过程的管控，以克服地下施工空间相对狭小、管线错综复杂等问题，提高整个地铁项目的施工安全水平，为地铁后期有序运营奠定基础。