城市軌道交通機電設備安裝工程“四新”技術應用淺析

張文濤

（中鐵十四局集團電氣化工程有限公司，山東濟南250000）

0 引言

隨著我國城市發展步伐加快，城市規模不斷擴大，人口不斷增多，道路擁堵、交通事故頻發等城市交通問題不斷涌現，城市道路交通資源不足與人們日常出行需求的矛盾日益凸顯。地鐵作為解決城市交通問題、建設可持續發展城市的有效手段，已在我國進入一個空前發展的時期。2011—2020年，城市軌道交通新增運營里程將達到6 560 km；預計到2020年，我國城市軌道交通累計運營里程將達到7 395 km。在可預見的未來10年甚至20年內，城市軌道交通將始終處于高速發展時期，而地鐵載客量大的特點，使其在高速發展的城市軌道交通建設中成為解決城市交通問題的首選方案。機電設備安裝工程作為地鐵項目的重要組成部分，相應技術要求及工藝質量提高得也較為明顯。

本文結合深圳國際會展中心配套市政項目機電安裝工程，重點對近些年城市軌道交通機電設備安裝工程中雙面彩鋼復合風管、給水不銹鋼管、蒸發冷凝直膨技術、集成冷站系統、抗震支吊架技術、建筑信息模型（BIM）技術等“四新”技術的研究和應用情況進行了介紹，目的在于不斷提高城市軌道交通機電設備安裝工程施工技術水平。

1 雙面彩鋼復合風管的應用

由于通風空調系統的風管制作、安裝施工與現場結合緊密，長期以來這項任務都是由工程施工單位完成。但受巨大市場的吸引，許多廠家研發了各種新材料風管希望涉足此行業。近年來，市場上出現了種類繁多的復合材料風管，部分風管由于其突出特點，也在通風空調工程中得到了一定的推廣。深圳國際會展中心配套市政項目空調系統風管均采用的雙面彩鋼復合風管，如圖1所示，工廠化加工成品，現場拼裝即可，克服了鍍鋅鋼板及單面彩鋼復合風管的一些缺陷，使用效果得到了一致肯定。

雙面彩鋼復合風管具體優勢如下：

（1）采用工廠統一生產，減少了施工現場噪聲、廢料等污染，減少了現場的交叉施工，改善了施工環境，提高了施工效率；

（2）較傳統鋼制風管重量輕，利用C型插條進行連接，安裝比傳統風管方便快捷；

（3）與鍍鋅鋼板風管相比，省去了保溫環節，高效、美觀、可靠；

圖1 雙面彩鋼風管現場應用圖

（4）較鍍鋅鋼板風管更耐腐蝕，而且強度大，使用壽命更長；

（5）相比單面彩鋼復合風管強度大，內層防護緊密，能防止保溫夾層的破壞；

（6）內層彩鋼板為納米抗菌板，通過納米抗菌技術保證空調系統風管長期使用的潔凈度。

2 給水304不銹鋼管雙卡壓連接技術的應用

由于人們越來越重視水質問題，對其要求也不斷提高。不銹鋼管更具優越性，特別是在優質飲用水系統、熱水系統及將安全、衛生放在首位的給水系統中，其具有安全可靠、衛生環保、經濟適用等特點。而卡壓式連接工藝也憑借其無污染、簡捷、方便、安全的優點成為不銹鋼連接的主要方法之一，如圖2所示。

圖2 卡壓式連接工藝原理

采用不銹鋼卡壓式管件、專用卡壓工具、畫線器等對不銹鋼管進行連接，可達到無滲漏的效果。該施工技術具有施工工藝簡單、安裝方便、施工工期短、無污染、安全、使用壽命長、節省人工費用且質量易于保證的特點。

3 蒸發冷凝直膨技術的應用

用蒸發冷凝器模塊（采用蒸發冷凝技術）替代傳統冷卻塔對空調水系統進行散熱，克服在地面設置冷卻塔帶來的不良影響。直膨蒸發空氣處理設備（利用直膨技術）代替傳統空氣處理設備，冷媒直接進入空調末端進行熱交換，節能效果良好，可以有效提高制冷系統綜合能效。

3.1 蒸發冷凝技術介紹

從傳熱學原理上來說，蒸發冷凝是利用流體沸騰時的汽化潛熱帶走熱量的一種冷凝方式。用于冷凝空氣的蒸發冷凝有兩種基本形式，即直接蒸發冷凝和間接蒸發冷凝。直接蒸發冷凝是空氣與霧化的水直接接觸，進行熱濕交換蒸發吸熱的冷凝方式，近似于等焓降溫的空氣處理過程；間接蒸發冷凝則是水蒸發的冷量通過傳熱壁面傳給被冷凝的空氣，為等濕降溫的處理過程。目前應用較多的則是將直接蒸發冷凝與間接蒸發冷凝相結合的二級或三級蒸發冷凝系統。

3.2 以蒸發冷凝技術為核心的地鐵站通風空調系統的主要優點

3.2.1 采用無塔冷卻技術，取消了地面冷卻塔

（1）解決了冷卻塔征地難、布置難、安裝難問題；

（2）解決了冷卻塔影響人居環境，引發居民投訴及社會不和諧問題；

（3）解決了冷卻塔影響城市規劃、破壞城市景觀的問題。

3.2.2 降低空調系統能耗，降低運行費用

（1）采用高效的蒸發式冷凝換熱技術；

（2）采用先進的自控技術；

（3）采用利用排風道排風機節能技術。

3.2.3 減少車站建設規模，降低建設投資

空調系統模塊化分布于新、排風道里，無需冷凍主機房，大幅削減了制冷機房面積，進而減少了投資，如圖3所示。

圖3 風道嵌裝型蒸發冷凝直膨系統

4 集成冷站系統的應用

集成冷站系統將空調水系統的設備、管路和控制進行集成，運用BIM對冷凍機房空調水系統進行深化設計、優化管路和設備布置，整套制冷水系統工廠預制、現場拼裝，標準化、模塊化，同時將節能控制系統納入系統集成，通過節能控制系統把各耗能設備關聯起來，形成一個整體，協同工作，進行全面節能優化；通過對系統數據的建模仿真計算，提前預測下一時間段負荷需求，進行主動前饋控制，實現節能運行，將較大幅度提高系統綜合能效。

系統組成如圖4所示，其優勢如下：

（1）通過系統設計，實現了設備的最優選型匹配和系統的最佳工作性能。

（2）通過模塊集成，采用二次深化設計和三維仿真設計，實現了現有結構的最優布局，實現模塊化運輸，并方便后期的維護。

（3）通過結構優化設計和工廠預制，節省了占地面積和部分材料費用。

（4）通過工廠預制，采用科學的工藝方法，利用產品技能工人，保證了產品整體質量；同時避免了工程現場的交叉施工，縮短了建設周期。

圖4 集成冷站系統組成

5 抗震支吊架技術的應用

自GB 50981—2014《建筑機電工程抗震設計規范》實施以來，關于抗震支吊架在地鐵以及其他地下工程（如地下管廊）中應用的必要性一直存在爭議。爭議的焦點主要有兩方面，一是地下工程受地震影響沒有地面建筑大，二是地鐵工程以及地下管廊工程不同于一般建筑。對于以上兩點問題，需要認真梳理規范才能得到正確的結論。

關于第一點，地下工程的地震影響相對地面工程確實要小，但地下工程尤其是地鐵項目人員密集、環境相對密閉，一旦發生故障引發次生災害，其后果比地面工程更為嚴重，所以機電抗震作為以安全為核心的民生技術，對于地鐵項目尤為重要。關于第二點，地下建筑與一般建筑確實存在差異，但就規范的適用范圍來講，建筑結構采用GB 50011—2010《建筑抗震設計規范》進行抗震設計，而同時此規范對機電系統的抗震也有明確要求。

通過以上兩點論述可知，抗震支吊架在地鐵工程中的應用是必需的。因此，深圳國際會展中心配套市政項目在全線車站應用了抗震支吊架，以滿足GB 50981—2014《建筑機電工程抗震設計規范》中強條的要求，其優勢如下：

（1）針對機電管道采用抗震支吊架對其進行保護，承受任意水平方向的地震作用；

（2）抗震支吊架具有足夠的剛度與強度，與結構有可靠的連接與錨固，各部件能承受管道產生的地震作用并將其傳遞給結構；

（3）組成抗震支吊架的所有構件均為成品構件，連接緊固，便于安裝；

（4）抗震支吊架根據安裝方向分為側向支撐（X向）和縱向支撐（Y向）。

機電抗震支吊架結合結構抗震做到了有效保護機電系統在遭遇地震影響后不會被損毀，可減輕地震破壞，防止次生災害，減少經濟損失，其經濟效益顯著。建筑因地震造成的機電損毀可導致大量人員傷亡，尤其是人員密集區域的建筑，而新設計、施工與工藝的應用除了經濟效益顯著外，也能切實保護人民生命安全，因此，其社會效益更大于經濟效益。

6 建筑信息模型（BIM）技術的應用

地鐵車站安裝工程工程量巨大、影響因素多、工程組織協調工作繁重、技術難度高，BIM技術在工程施工中的應用有利于安裝工程施工單位優化施工方案，控制施工進度，控制工程成本，提高管理水平，有利于工程開展精細化施工。目前，機電安裝施工利用BIM技術可進行的應用如下：

6.1 機電管線綜合與可視化設計

根據二維CAD圖紙，分別創建項目建筑結構、機電及裝飾模型，將各專業模型進行匯總，合成項目綜合模型，按管線綜合布線原則對模型進行綜合排布，在滿足專業功能前提下合理排布各管線路由，得到合理的三維模型，生成不同關鍵位置三維、軸側、平面視圖，利用Revit MEP軟件作為綜合管線排布的工具，有效繪制精細管線排布模型，達到“所見即所得”效果。

將各專業圖紙中的圖元，根據實際施工情況，全部進行建模，模型中的尺寸、顏色等全部根據實際情況進行設定，相當于各類建筑構件、設備、管線在計算機中進行預裝配，直觀展示建筑的宏觀視覺效果以及各細部節點。配合使用Navisworks軟件進行漫游及碰撞檢測，實現綜合管線將出現的各類缺、錯、漏、碰問題全部提前發現，以便進行處理和預防，從而保證施工質量，減少返工。

6.2 設備房深化設計

設備房深化設計，通常是設計單位、總包單位、施工單位三不管的狀態，設備房安裝時，由施工單位安排施工人員現場設計，邊設計邊施工。由于沒有成型的設計來指導施工，設備房在安裝前，各方只有一個雛形，設備房安裝完畢后的效果與要求相差甚遠，易帶來大量的返工，管道返彎過多，導致系統阻力增加，系統功能將打折扣，而且還將出現材料及工期延誤等諸多問題。

利用BIM建模將設備房的系統原理、平面圖設計、設備外觀、房間裝飾等信息全部綜合通過三維模型直觀反映，并模擬設備安裝，對設計和施工預先進行校核，有效避免了錯誤和返工。在結構施工前對套管、預埋件進行精確定位，避免了后期結構板面開鑿；在結構施工時提前預留設備安裝路線，避免了墻體拆除工作；施工前對材料、配件進行精確計算，避免了材料浪費；通過出具細部節點詳圖，直觀展現各零件裝配，極大地降低了對工人施工經驗的依賴；最重要的是，通過碰撞檢測后對管路的優化，避免了大量的返工，大幅縮短了設備房安裝工期，保證了施工質量。

6.3 碰撞檢查與方案優化

模型經過初步管線綜合后，利用Revit或Navisworks軟件進行碰撞檢査，生成碰撞報告。發現初步排布中遺漏的碰撞點進行優化。

6.4 綜合支吊架設計

在經過管線布置及碰撞檢查后得到的機電綜合施工模型基礎上，通過BIM設計軟件完成綜合支架的形式設計、平面設計等，用Midas Gen軟件計算分析支吊架的變形、彎矩、軸力及應力的分布情況，把原本各專業管線單獨設置的支吊架綜合成一個大的支吊架。

6.5 3D激光定位技術

采用Autodesk公司BIM360云平臺、BIM360 Layout軟件，智能型全站儀LN-100，蘋果iPad平板電腦組成基于云平臺的BIM激光測量定位系統，使用此系統進行施工放樣、測量驗收。

采用Autodesk Point Layout用于Autodesk AutoCAD、Autodesk Navisworks或Autodesk Revit的插件對施工模型進行定位點處理，然后將包含現場定位點的模型上傳BIM360 Glue云端，iPad上的BIM 360 Layout軟件通過網絡與BIM360 Glue云端同步，將包含定位點的模型下載到iPad上。

將智能型全站儀LN-100和iPad帶到施工現場，iPad與Topcon LN-100 3D激光定位儀的WiFi直接連接，棱鏡的現實位置將會顯示在iPad端BIM360 Layout應用程序中3D模型的虛擬位置，棱鏡在現實中移動，3D模型中的虛擬棱鏡也會移動，實現施工真實現場空間坐標與3D模型空間坐標的整合。

6.6 基于云平臺的現場管理

采用Autodesk公司BIM360云平臺、BIM360 Field軟件，蘋果iPad平板電腦組成基于云平臺的BIM現場管控系統，使用此系統進行現場質量、安全、文檔等管理工作。

通過該系統，可以將建設單位、監理單位、施工單位、供貨單位、集成服務單位等使用該平臺的用戶聯系到一起，隨時隨地溝通。

（1）云端現場資料庫系統：將施工規范、圖集、圖紙等工程資料上傳到360云平臺，管理人員利用手中iPad即可同步相關資料，可在施工現場隨時查看，方便快捷。

（2）通過照片或文檔記錄現場的問題。

（3）工地巡視及對圖紙添加問題標記。

（4）工作追蹤及批注。

綜合來講，由于建設周期長，為了經濟效益而加快出圖進度，易導致設計時各專業間的合作沒有保障，各類缺、錯、漏、碰的問題也就更加明顯，加上行業內技術的革新，設備、材料、安裝技術日趨多樣化，現場施工與最初的圖紙設計偏離度逐步加大。采用BIM技術，可以減少設計方案的錯漏問題，通過激光定位技術，可以減少施工偏差，從而保證施工質量與效率。

開展深化設計，利用BIM模型，根據施工安裝需求進行細化、完善，可指導建筑物構件的生產以及現場施工安裝；利用模型進行三維技術交底，可為施工作業提供技術支持，直觀展示施工工序；進行建筑、結構、設備等各專業以及管線在施工階段綜合的碰撞檢測、分析和模擬，可消除沖突，減少返工；精確高效計算工程量，進而輔助工程預算的編制，并在施工過程中，對工程動態成本進行實時、精確的分析和計算，可提高對項目成本和工程造價的管理能力。

7 結語

深圳國際會展中心配套市政項目機電安裝工程由于大力推廣新技術、新工藝、新材料、新設備的應用，保證了世界上建設周期最短（27個月）的地鐵線安裝工程的質量和進度，使企業取得了較好的經濟效益和社會效益，為公司以后城市軌道交通機電安裝工程施工積累了寶貴經驗。

[1]黃力平，胡鷹.地鐵站后工程技術與管理實務[M].北京：人民交通出版社，2017.

[2]王慧琛，李炎鋒，趙雪鋒，等.BIM技術在地下建筑建造中的應用研究——以地鐵車站為例[J].中國科技信息，2013（15）：72-73.

[3]金淮，葉嘉，楊秀仁，等.BIM技術在城市軌道交通工程設計、施工應用研究（中期報告）[R].北京市軌道交通設計研究院有限公司，2016.

[4]建筑機電工程抗震設計規范：GB 50981—2014[S].