地鐵車站機電工程機房BIM裝配式技術研究

尹運平

摘 要：地鐵車站機電工程施工是整個地鐵建設中重要的一環。在傳統地鐵機電工程施工過程中，存在多專業相互交叉施工、施工工期緊等特點，特別是在車站機房管線安裝過程中，由于管線眾多，往往對整個施工工期及施工質量影響較大。本課題將傳統的預制加工技術與BIM技術相結合，大大提高了工程的施工效率，保證了施工質量。

關鍵詞：地鐵機電工程;BIM;裝配式預制;管道系統

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

隨著城市的不斷建設，地鐵作為一項重要的基礎設施工程，成為多數城市公共交通運輸的重要組成部分，緩解了城市交通運輸擁擠的狀態，在城市交通運輸中發揮著重要作用。而隨著社會的發展，大城市的地鐵建設作為建筑業的新的支撐點，正方興未艾地崛起[1]。

地鐵工程大多數屬地下工程，在主體工程施工完畢后開始站內機電安裝工程的施工。在機電安裝工程施工過程中，施工場地狹小、通風差、環境濕度大、亮度差;多個專業同時開展施工，協調工作量大，導致現場施工存在諸多不便;車站機房往往管線密集、施工空間有限且各專業管道交叉布置[2]。

而建筑信息化三維模型技術的興起使機房管道裝配式施工變得簡單、方便。為了加快地鐵工程建設的速度，需要不斷縮短地鐵車站機房管道安裝施工工期，而這使得管道工廠化預制和成套生產線生產顯得非常重要。而管道工廠化預制和管段現場快速組裝，以其施工周期短、勞動生產率高、焊接合格率高的優勢，已受到國內同行業的充分重視，特別是在地鐵行業，整體裝配式施工越來越受到行業重視。本文依托深圳地鐵5號線二期工程介紹了地鐵車站內機房管道裝配式施工。

2 機房BIM裝配式施工

2.1 機房BIM裝配式施工工作流程

機房BIM裝配式施工工作流程如圖1所示。

2.2 現場結構測量

考慮到機房主體結構施工完畢后現場測量難度較大，采用BIM放樣測量機器人進行現場結構的實際測量（見圖2），并將實測數據與BIM模型數據進行精確對比，根據差值對BIM模型進行相應調整，為機電管線預制加工、裝配化施工提供保障，確保可靠性、準確性、可行性。

測量前在機房中心位置設置基準點，此基準點與待建立的三維數字模型相對應，保證模型與現場實際保持一致。現場結構測量程序如圖3所示。

2.3 確定設備接口及尺寸

在繪制機房管道高精度三維數字模型前，需要對接設備廠家，確定各設備的接口及尺寸，以將各設備的接口位置及接口尺寸如實反映在模型中，使裝配式施工管道預制成為可能。

在繪制管線模型前，還需要根據國家標準規范確定各管件的尺寸，在實際的三維數字模型繪制過程中，將標準尺寸一比一反映在模型中。

2.4 高精度優化BIM模型建立

2.4.1 設備族文件建立。根據設備廠家提供的設備大樣完成各設備BIM族文件的繪制。各類設備管件、附件BIM精細化模型如圖4所示。

2.4.2 管線模型建立及優化。在繪制管線模型前，對機房系統原理圖及原始施工示意圖進行核對，在充分理解設計意圖的基礎上根據現場測量的數據及管線原理圖進行管線模型的繪制，同時，考慮好與其他專業管線間的間距，以防各管線相互干涉。初步繪制完成的BIM三維模型如圖5所示。

管線模型初步繪制完成后，開始對整體模型進行二次優化布置，主要優化內容為：調換設備安裝位置、調整管道走向、調整管附件安裝位置，以滿足管道組裝、設備檢修、運營維護的要求。同時，還要綜合考慮施工材料用量。優化前后的施工模型如圖6所示。

在優化完的BIM模型基礎上進行支吊架系統布置。裝配式施工模型在支吊架設置上采用可拆卸的裝配式支吊架。

2.5 預加工管段劃分

根據優化完成的施工模型進行各系統回路劃分，對各系統回路預制管段進行編號。在預加工管段劃分中，合理考慮管段預加工的可行性、運輸包裝的便利性與現場組裝的快速性。

預加工管段的確定及分解是整個預加工的第一步，對預加工能否成功至關重要。通過管道分段，實現了預加工和安裝的分離，使管道預加工成為一項獨立的工作。圖7為預加工管段劃分及編號。

根據繪制完成的BIM三維模型及對預加工管道系統的劃分，導出二維施工詳圖，方便管道預加工工廠對各管道進行加工。

劃分預加工管段的標準是：工廠可預加工、中間易運輸、現場易安裝。結合此標準，劃分預加工管段要遵循以下原則（根據深圳地鐵5號線二期工程施工實施中的經驗所得）：①考慮到成本和預加工工廠設備的限制，預加工管道尺寸范圍為DN100～DN400 mm，管道長度一般不超過6 m;②分段時應保證X、Y、Z方向上至少分別預留有1～2段可調管段;③焊接要求高，需要探傷的管道盡量預制;④同等條件下，應盡量考慮預制立管，減少橫縫;⑤考慮到設備口法蘭孔方向未知，設備口配管預制時只組對法蘭+直管段，不附帶彎頭及其他管件;⑥劃分管道預制長度時，應充分考慮原材料的規格長度，盡量減少廢料，減少焊口;⑦結合運輸和吊裝的實際情況，預制部分總長不超過8 m。

2.6 導出工程量表及加工明細表

根據施工三維模型，運用BIM軟件直接導出工程量表，方便進行成本核算。根據施工工程量明細表提取下料清單，下料清單中各直管段考慮焊接余量。

運用BIM軟件明細表功能進行加工管件、附件的統計并生成加工數據。管道附件下料明細表如表1所示。

2.7 管道管件預制加工

2.7.1 預制材料準備。根據繪制完成的模型，編制好材料計劃清單，并根據材料清單核對管材的材質、規格、尺寸等是否滿足清單要求。同時，提前準備好管段制作圖，管段制作圖由BIM軟件直接導出，并標注好相關參數尺寸。

2.7.2 劃線、下料切割。根據管段制作圖在待下料的管道上標注好管道切割線。標注切割線時，應考慮管道切割縫寬，保證切割后的管道尺寸滿足清單計劃要求。

在切割方式上，鍍鋅鋼管及無縫鋼管采用無齒鋸、切管機進行下料切割;不銹鋼鋼管可采用等離子或機械方式進行切割下料。管道下料完成后，將清單上的管段編號標注在管段上。

管道切割完成后，對切口質量進行核對檢查，保證切口表面平整、無其他缺陷，用直角尺檢查管段切口平面與管段軸線的垂直度，保證切面與管段軸線的傾斜偏差能滿足管段焊接完成后整體直線度。

2.7.3 焊管坡口、附件孔洞加工及檢查。對于焊管坡口，一般采用專用的坡口機進行加工，坡口加工完后對其進行尺寸、角度及表面質量檢查，保證加工完的坡口滿足焊接工藝要求。坡口及制孔檢查合格后可進入管段組對工序。

根據繪制完成的模型及管段制作圖進行管段上附件制孔位置標識，制孔采用專用的開孔機進行開孔，制孔完畢后對開孔質量進行檢查，制孔尺寸應滿足管道附件安裝要求。

2.7.4 管段組對焊接。管段組對焊接前應對待焊接組對的管段進行檢查，核對其編號，保證組對的準確性。管段組對時，確保內壁平齊，錯縫量及管段對口的間隙應滿足焊接要求。在管段與變徑管組對時，由于存在不同管壁厚度，在組對前，應對較厚管壁進行打磨處理，保證焊接的工藝要求。

管段與法蘭組對時，先在法蘭與管段結合處進行定位焊，采用角尺對法蘭上下找正，找正后先固定法蘭下方，然后進行兩個側面的找正及定位焊，采用三點定位焊接。

法蘭組對滿焊前，用直角尺復核法蘭密封面與管段軸線的垂直度，根據規范要求，此垂直度不超過0.25%且在2 mm以內。

同一段管段上有兩個法蘭片需要焊接時，應先進行一端的法蘭定位焊接，滿焊后再進行另外一端的法蘭片焊接，第二片法蘭片的焊接以焊接好的第一片法蘭為基準進行偏差控制，確保焊接完成的法蘭片尺寸滿足要求。法蘭組對圖如圖8所示。

2.8 管段檢查驗收、組裝及封閉保管

管段焊接預制完成后進行預制尺寸的檢查，并在管段防腐及運輸前進行預組對，預組對完成且尺寸偏差滿足要求后進行管段的防腐及運輸保護工作。

管段防腐完畢后，按模型及圖紙編號對各管段進行編號標識粘貼。管段在運輸前進行管段內壁的檢查，清理完焊渣等雜物后對管口進行封閉，并對管段進行包裹保護。

管段在運輸前應對各管段進行運輸固定，防止運輸途中管段間相互碰撞而破壞管段防腐。

管段運輸到站內后及時清點管段與清單計劃對應性，現場按管段編號進行快速裝配，在裝配過程中，先進行支吊架的安裝工作，拼裝完成后進行下一步的管道系統水壓試驗、沖洗等工作。

現場組裝完成的效果圖如圖9所示。

2.9 應注意的施工質量問題

第一，尺寸超出允許偏差。對焊縫長寬、寬度、厚度不足，中心線偏移，彎折等偏差，應嚴格控制焊接部位的相對位置尺寸，合格后方可進行焊接，焊接時精心操作。

第二，焊縫裂紋。為防止裂紋產生，應選擇適合的焊接工藝參數和焊接程序，避免用大電流，不要突然熄火，焊縫接頭應搭接10～15 mm，焊接中不允許搬動、敲擊焊件。

第三，表面氣孔。焊接部位必須刷洗干凈，焊接過程中選擇適當的焊接電流，降低焊接速度，使熔池中的氣體完全逸出。

3 結語

研究地鐵車站機電工程裝配式施工技術，可以形成地鐵車站機電工程裝配式施工技術工藝標準及規范施工措施、管理制度，提高后續同類設備的安裝速度與質量，顯著提高經濟效益。通過全面系統研究解決車站冷水機房裝配式施工關鍵技術難題，總結裝配式安裝施工的技術經驗，以更好地為后續地鐵車站裝配式施工安裝提供系統的、可借鑒的參考資料。

參考文獻：

[1]周為民.實現管道工廠化預制提高施工管理水平[J].施工技術，2001（6）：24.

[2]何濤，李士才，孫欽偉，等.面向設計制造一體化的管道預制管理信息系統[J].計算機輔助設計與圖形學學報，2004（11）：146-149.