鄭 輝

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,西安 710043)

綜合管廊亦稱共同溝，是指設(shè)置于地面以下用于容納兩種及以上管線，設(shè)有專門的檢修口、吊裝口和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，是一種現(xiàn)代化、集約化、智能化的基礎(chǔ)設(shè)施。綜合管廊解決了路面反復(fù)開挖、架空線網(wǎng)密集、不利于檢修等問題。相比市政管廊，地鐵管線產(chǎn)權(quán)統(tǒng)一，其具有綜合性、安全性、環(huán)保性、長(zhǎng)效性、可維護(hù)性方面顯著優(yōu)勢(shì)，因此近年來多應(yīng)用于地鐵尤其是地鐵車輛基地中。

1 地鐵車輛基地綜合管廊發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 應(yīng)用現(xiàn)狀[1-3]

目前國(guó)內(nèi)已建成了珠海橫琴新區(qū)、廣州大學(xué)城等市政綜合管廊項(xiàng)目，目前北京、廣州、南寧、成都等城市均開始綜合管廊與地鐵工程同步實(shí)施計(jì)劃，廣州地鐵11號(hào)線目前正在實(shí)施與正線同步的48 km長(zhǎng)綜合管廊，而在地鐵車輛基地中綜合管廊的應(yīng)用目前尚處于探索和初步實(shí)施階段。

廣州地鐵于2012年開始逐步在地鐵車輛基地中推行綜合管廊，如圖1所示。綜合管廊布置原則為：壓力管線可進(jìn)入管廊；壓力管線與弱電管線可進(jìn)入同一管廊；強(qiáng)電管線可進(jìn)入同一管廊。

圖1 典型地鐵車輛基地綜合管廊平、剖面(單位：mm)

1.2 建設(shè)和運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀

由于地鐵車輛基地管線的特殊性，現(xiàn)階段綜合管廊一般不要求人行通行需求，因此管廊截面尺寸較小，一般為混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，對(duì)于管線進(jìn)出管廊處后期采用鑿除法，支架采用膨脹螺栓固定等形式[4-5]。實(shí)踐證明，綜合管廊的應(yīng)用大大減少了管線重復(fù)開挖和土石方量，且節(jié)省了占地。但隨著綜合管廊投入運(yùn)營(yíng)，發(fā)現(xiàn)存在諸多問題：設(shè)計(jì)信息化程度低、管廊防水較差、安裝工期較長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)質(zhì)量不可控、設(shè)施維護(hù)難，管廊運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀如圖2所示。

圖2 地鐵車輛基地綜合管廊建設(shè)和運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀

2 車輛基地發(fā)展裝配式管廊的可行性分析

2.1 地鐵車輛基地管線種類分析

地鐵車輛基地內(nèi)管線一般分為五類[6]：動(dòng)力管線(給水、中水、消防、噴淋、熱力、壓縮空氣管)、弱電管線(通信、信號(hào)、FAS、BAS、安防、綜合監(jiān)控、門禁等)、強(qiáng)電管線(110 kV、33 kV、220 V以及控制保護(hù)電纜等)、重力流管線(雨水、污水、廢水管)和燃?xì)夤芫€。

2.2 管線綜合設(shè)置原則[7-8]

車輛基地內(nèi)室外管線應(yīng)全面考慮各種管線的性質(zhì)、用途、相互管線及彼此間可能產(chǎn)生的影響，將管線埋深相近、性質(zhì)類似而又互相不影響的管線集中布置。按此原則，強(qiáng)、弱電綜合管廊宜分開布置，采用地下管溝的形式，若共溝須考慮分隔；考慮建設(shè)成本的原因，重力流管線宜直埋敷設(shè)，并相對(duì)集中布置于綠化帶、道路一側(cè)；弱電管線可與動(dòng)力管線共溝敷設(shè)；燃?xì)夤芫€單獨(dú)敷設(shè)。

2.3 綜合管廊應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)模式的車輛基地管線一般考慮在綠化帶和道路下方埋地敷設(shè)，管線施工時(shí)需大面積土方開挖和回填，后期管線檢修和更換時(shí)需對(duì)道路和綠化帶開挖，不利于檢修[9-10]。以廣州某地鐵車輛基地為例，原設(shè)計(jì)考慮室外所有管線全部埋地敷設(shè)，施工圖設(shè)計(jì)時(shí)考慮將動(dòng)力管和弱電管線入廊，經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析如表1所示。

表1 綜合管廊與管線直埋經(jīng)濟(jì)分析對(duì)比

由表1可以看出，綜合管廊的應(yīng)用減少了土方開挖，且后續(xù)運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本較低，具有較大優(yōu)勢(shì)。綜合管廊滿足日常運(yùn)營(yíng)需求，但由于斷面尺寸較小，管廊內(nèi)管線較多，且缺少必要的附屬設(shè)計(jì)，因此對(duì)后期檢修工作帶來較大的困難。裝配式管廊具有施工周期短、節(jié)省時(shí)間和人力成本；預(yù)制品工廠完成，質(zhì)量有保證；綠色環(huán)保、單位能耗低、減少土方開挖和支護(hù)費(fèi)用；采用信息化設(shè)計(jì)手段預(yù)留孔洞，防水效果好；信息化管理和維護(hù)，便于檢修等特點(diǎn)[11]。

2.4 裝配式管廊在地鐵車輛基地應(yīng)用可行性分析

經(jīng)過多年的發(fā)展，裝配式管廊已在國(guó)內(nèi)多個(gè)地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用，其應(yīng)用具備以下成熟條件。

(1)政策法規(guī)逐漸完善：目前國(guó)內(nèi)已頒布《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》(GB50838—2012)、《城市綜合管廊運(yùn)營(yíng)管理標(biāo)準(zhǔn)》等7本規(guī)范，從政策和法規(guī)上提供了建設(shè)裝配式管廊的理論依據(jù)，同時(shí)提供了報(bào)審、施工、驗(yàn)收和運(yùn)營(yíng)管理依據(jù)。

(2)管線產(chǎn)權(quán)清晰：車輛基地內(nèi)管線產(chǎn)權(quán)均為地鐵所有，與市政管線相比不存在多個(gè)產(chǎn)權(quán)單位，且有獨(dú)立的管線運(yùn)營(yíng)部門負(fù)責(zé)管廊運(yùn)維。

(3)管廊斷面較?。很囕v基地內(nèi)管線種類較少，相比市政管廊，其斷面較小，投資較小，斷面、節(jié)點(diǎn)、附屬設(shè)施、防水設(shè)計(jì)均可標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。

(4)多樣化施工方案：裝配式管廊根據(jù)不同現(xiàn)場(chǎng)條件，有半預(yù)制、整節(jié)預(yù)制、疊合裝配等6種施工方案[12]，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件選擇施工方案。

(5)綜合管廊綠色建造和智慧管理技術(shù)手段不斷發(fā)展[13]：目前自動(dòng)巡檢養(yǎng)護(hù)、BIM全過程設(shè)計(jì)管理等手段不斷發(fā)展。

3 地鐵車輛基地裝配式綜合管廊應(yīng)用研究

3.1 地鐵車輛基地管廊斷面設(shè)計(jì)

根據(jù)2.1中管線種類和2.2中管線綜合設(shè)置原則分析，車輛基地內(nèi)管廊斷面可分為兩種：半開放(蓋板溝)和全封閉斷面，根據(jù)廣州地區(qū)車輛基地綜合管廊建設(shè)和營(yíng)運(yùn)經(jīng)驗(yàn)，半開放模式其蓋板密封不嚴(yán)，存在雨水進(jìn)入管廊內(nèi)浸泡管線的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響運(yùn)營(yíng)安全，從防水、運(yùn)維、安全等角度考慮，建議后續(xù)均采用全封閉斷面模式。

全封閉斷面可分為兩種：?jiǎn)蝹}(cāng)和雙倉(cāng)，其中單倉(cāng)斷面根據(jù)其入廊管線又分為綜合管廊、低壓管廊、高壓管廊三種。

(1)單倉(cāng)管廊

單倉(cāng)管廊設(shè)置除考慮不同種類管線按照管線間距要求外，還應(yīng)考慮管線安裝和檢修空間需求，此外管廊內(nèi)應(yīng)充分預(yù)留一定的空間，以保證未來新增管線敷設(shè)。從節(jié)約投資和施工方便的角度出發(fā)，本次單倉(cāng)管廊斷面尺寸統(tǒng)一按照2 000 mm×2 400 mm(凈寬×凈高)設(shè)計(jì)，該斷面尺寸適用綜合管廊、低壓電力管廊、高壓電力管廊三種管廊形式，單倉(cāng)管廊斷面詳見圖3、圖4。

圖3 單倉(cāng)管廊-綜合管廊斷面(單位：mm)

圖4 單倉(cāng)管廊-低壓、高壓電力管廊斷面(單位：mm)

(2)雙倉(cāng)管廊

雙倉(cāng)管廊主要考慮車輛基地用地緊張情況下將綜合管廊與低壓管廊合并設(shè)置。從節(jié)約投資和施工方便的角度出發(fā)，本次雙倉(cāng)管廊斷面尺寸統(tǒng)一按照4 250 mm×2 400 mm(凈寬×凈高)設(shè)計(jì)，雙倉(cāng)管廊斷面詳見圖5。

圖5 雙倉(cāng)管廊斷面(單位：mm)

3.2 BIM在裝配式綜合管廊設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[14-15]

裝配式管廊實(shí)際應(yīng)用中最大的困難在于管線進(jìn)出管廊位置無法提前預(yù)判并預(yù)留好合適的管線預(yù)留孔，后期若采用鑿除對(duì)管廊防水層影響較大，存在雨水倒灌管廊的風(fēng)險(xiǎn)。隨著BIM技術(shù)的發(fā)展，利用BIM技術(shù)對(duì)綜合管廊協(xié)同設(shè)計(jì)，BIM技術(shù)可視化和可模擬性特點(diǎn)將工程提前在計(jì)算機(jī)中模擬建造，將項(xiàng)目全過程中可能出現(xiàn)的問題提前預(yù)判和修改，避免后期施工返工和廢棄，BIM技術(shù)同時(shí)可對(duì)施工過程進(jìn)行模擬和演示，計(jì)算綜合管廊主要材料工程量。其設(shè)計(jì)流程為：管線二維設(shè)計(jì)→BIM建?！芫€碰撞檢查→節(jié)點(diǎn)深化→BIM協(xié)調(diào)開洞→信息提取→生成報(bào)告→反饋至設(shè)計(jì)、施工。圖6為利用Revit平臺(tái)對(duì)南寧地區(qū)某車輛基地管線綜合進(jìn)行碰撞檢查，圖7為裝配式管廊節(jié)點(diǎn)模型。

圖6 車輛基地管線碰撞檢查示意

圖7 車輛基地裝配式管廊節(jié)點(diǎn)模型

3.3 裝配式綜合管廊附屬設(shè)計(jì)[16]

裝配式管廊相比傳統(tǒng)現(xiàn)澆形式管廊，其附屬設(shè)計(jì)更加多元化和智能化，附屬設(shè)施主要包括管道支架、管廊內(nèi)集水井、智能照明、自動(dòng)滅火系統(tǒng)、通風(fēng)排煙系統(tǒng)、管廊標(biāo)識(shí)系統(tǒng)、自動(dòng)巡檢機(jī)器人、檢修插座箱等，詳見圖8。

3.4 裝配式綜合管廊成本分析[17]

為比較裝配式綜合管廊與現(xiàn)澆管廊成本，選取斷面尺寸較為接近的上海世博會(huì)地下綜合管廊為例，其現(xiàn)澆段長(zhǎng)6.2 km，預(yù)制管廊長(zhǎng)200 m，管廊尺寸均為外寬3 m，外高3.4 m，壁厚300 mm。以25 m長(zhǎng)為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)段，對(duì)兩種施工工法進(jìn)行成本分析，如表2所示。

圖8 裝配式綜合管廊附屬示例

項(xiàng)目現(xiàn)澆管廊裝配式管廊安全成本施工面大,人員多,邊坡與基坑支護(hù)范圍大且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),安全隱患大標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、開挖面小、邊坡支護(hù)少、人員少、可快速回填,安全隱患小質(zhì)量成本澆筑、支架打孔、結(jié)構(gòu)后開洞導(dǎo)致透水現(xiàn)象嚴(yán)重工序少、工廠標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制、工藝嚴(yán)格、質(zhì)量高場(chǎng)地成本占用面積大,時(shí)間周期長(zhǎng),斷面挖方面積83m2,回填面積66m2。預(yù)制場(chǎng)需7000m2,長(zhǎng)200m寬35m,斷面挖方面積69m2,回填面積51m2環(huán)保成本作業(yè)面大、廢棄物多、現(xiàn)場(chǎng)管理難度大、文明施工差施工簡(jiǎn)易、工期短、作業(yè)面積小、產(chǎn)生廢棄物少工期成本需約45名工人施工,工期40d需約6名工人,工期22d,節(jié)省18d,縮短45%工期運(yùn)維成本設(shè)備折舊費(fèi)、意外損失費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)用較大,人力成本高設(shè)備折舊費(fèi)、意外損失費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)用分別降低11%、10%、33%施工成本標(biāo)準(zhǔn)段土建總成本30.9萬元,比裝配式成本高4%標(biāo)準(zhǔn)段土建總成本29.5萬元,裝配式節(jié)約1.4萬元,成本減少4%

從表2可以得出，裝配式綜合管廊從工期、安全、質(zhì)量等各個(gè)方面均具有明顯的優(yōu)勢(shì)，其成本普遍低于傳統(tǒng)現(xiàn)澆方式。此外，目前較多城市對(duì)于裝配式產(chǎn)業(yè)予以一定的政策支持，從用地出讓、規(guī)劃條件、財(cái)政減免、信貸融資等各個(gè)方面予以扶持。隨著裝配式產(chǎn)業(yè)配套企業(yè)的發(fā)展，裝配式管廊的成本將會(huì)進(jìn)一步降低。

3.5 地鐵車輛基地裝配式管廊現(xiàn)階段存在的問題

(1)應(yīng)加快完成地鐵車輛基地裝配式綜合管廊設(shè)計(jì)和施工標(biāo)準(zhǔn)化編制，從斷面設(shè)計(jì)、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、附屬設(shè)施、防水設(shè)計(jì)等多個(gè)方面加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，節(jié)省資源消耗。

(2)現(xiàn)行《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定防火分區(qū)距離200 m在實(shí)際設(shè)計(jì)施工中很難實(shí)現(xiàn)(分區(qū)太短，每個(gè)分區(qū)消防、安防等設(shè)施配置一套造價(jià)較高)[18]。

(3)規(guī)范中要求防水設(shè)計(jì)等級(jí)為二級(jí)，但止水帶、止水膠條等材料壽命僅為20～30年，已開通運(yùn)營(yíng)的城市地下綜合管廊滲水現(xiàn)象嚴(yán)重，建議按照一級(jí)防水設(shè)計(jì)，二級(jí)防水驗(yàn)收[19]。

3.6 裝配式綜合管廊發(fā)展愿景[20-21]

裝配式綜合管廊由于其從成本、運(yùn)維、信息化設(shè)計(jì)方面具有較大的優(yōu)勢(shì)，因此發(fā)展前景廣闊。未來裝配式管廊將努力向智慧管廊發(fā)展，在工程設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維過程中大力推進(jìn)BIM、GIS等技術(shù)在綜合管廊中的應(yīng)用，建立綜合管廊集成管理信息系統(tǒng)，逐步形成智能化管廊運(yùn)營(yíng)服務(wù)能力，積極探索基于大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、智能監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的綜合管廊全生命周期管理。

4 總結(jié)及建議

本文分析了地鐵車輛基地綜合管廊發(fā)展現(xiàn)狀，從政策、應(yīng)用、運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀總結(jié)了目前模式存在的弊端。通過對(duì)車輛基地內(nèi)管線的分析，研究了地鐵車輛基地發(fā)展裝配式綜合管廊的可行性，并依此展開了裝配式綜合管廊的應(yīng)用分析研究，提出了單倉(cāng)和雙倉(cāng)兩種適用于地鐵車輛基地的管廊斷面形式，建立了BIM模型對(duì)段內(nèi)管線進(jìn)行碰撞檢查和節(jié)點(diǎn)深化設(shè)計(jì)，針對(duì)傳統(tǒng)現(xiàn)澆管廊運(yùn)維的困難，對(duì)管廊附屬設(shè)施進(jìn)行了歸類設(shè)計(jì)，并從成本、未來發(fā)展趨勢(shì)上對(duì)裝配式綜合管廊進(jìn)行了比較分析，實(shí)踐證明，裝配式綜合管廊比現(xiàn)澆管廊綜合成本低。

經(jīng)研究分析，裝配式綜合管廊能有效降低設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維綜合成本，且隨著政策、法規(guī)和技術(shù)的不斷完善，未來發(fā)展前景較好，但目前地鐵車輛基地內(nèi)實(shí)際應(yīng)用較少，對(duì)于雨污水等重力流管、燃?xì)夤堋崴艿仁欠袢肜壬行柽M(jìn)一步論證和研究，下一步應(yīng)從標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、施工等各個(gè)方面對(duì)裝配式綜合管廊進(jìn)行研究。