·90· 福 建 建 筑 2023 年

体搭设由内圆形向外搭设,通过承插型盘扣式钢管支

架搭设圆形、三角形、异形等架体组合而成。 承插型

盘扣式钢管架存在未正交布设的架体,优先设计圆形

梁、悬挑梁和斜梁下架体,然后设计楼板下不规则架

体,根据支架构件的尺寸和间距,计算确定模数的数量

和位置。 当架体不满足模数时,通过增设扣件式脚手架,

满足连接的牢固性和稳定性要求。 盘扣钢管支架系统,

支撑在地下室顶板,后浇带处支架不能拆除,板跨中应采

取回顶措施。 高支模搭设平面图,如图1 所示。

图 1 高支模搭设平面图

高支模架体搭设参数如表 1 所示。 盘扣式钢管

支架立杆钢管强度为 300 N/ mm

2

,水平杆钢管强度为

205. 0 N/ mm

2

,钢管强度折减系数取 1. 00。 模板支架

搭设高度为 21. 4 m,立杆的纵距 b = 1. 20 m,立杆的横

距 l =1. 20 m,脚手架步距 h =1. 50 m,顶层水平杆步距

h′ =1. 00 m。 面板厚度 15 mm,剪切强度 1. 4 N/ mm

2

,

抗弯强度17. 0 N/ mm

2

,弹性模量6000. 0 N/ mm

2

。 内龙

骨采用方钢管 50 mm ×50 mm ×3 mm,间距300 mm,梁

顶托采用方钢管 100 mm × 50 mm × 3 mm。 模板自重

0. 30 kN/ m

2

,混凝土钢筋自重 25. 10 kN/ m

3

。 立杆钢

管类型选择:B - LG - 3000(Φ48 × 3. 2 × 3000);横向

水平杆钢管类型选择:B - SG - 1200 ( Φ42 × 2. 5 ×

1140);纵向水平杆钢管类型选择: B - SG - 1200

(Φ42 × 2. 5 × 1140);横向跨间水平杆钢管类型选择:

B - SG - 1200(Φ42 × 2. 5 × 1140)。 经验算模板面板、

支撑次龙骨、托梁、立杆等力学性能满足要求,增加支

架与已浇筑的框架柱连接,各楼层每两跨设置连墙

件,连墙件数量加密,每 3 m 一个,增加超高架体侧向

稳定。 架体由下至上,每隔 2 步设置整体水平剪刀

撑,增加抗倾覆力。

本工程架体支设最大高度达到21. 4 m,属于超危

项目[6]

。 针对圆形采光井高支模体系,在施工作业

前,利用 BIM 技术优化架体定位方案,模拟脚手架模

板搭设,结合进度计划生成材料明细表,保证构件有

序分批进场,提高狭小场地内堆场空间的利用率。

表 1 高支模架体搭设参数 mm

序号

梁、板

截面

板/ 梁底

龙骨布置

横距 纵距 步距 剪刀撑

1 150 板

方钢管

50 × 50 × 3

间距 300

1200 1200

2 梁

4 根方钢管

50 × 50 × 3

600 1200

1500

(支架顶

层两步

距 1000)

水平剪刀撑

每 3 个步距一

道,竖向剪刀

撑满布

注:模板支架坐落楼板上,立杆底部均铺垫两跨木垫板。

2 建立数字化圆形采光井高支模体系模型

根据圆形采光井高支模体系相关的图纸、设计方

案、施工方案等资料,以及测量现场环境和基础设施

的相关参数,如空间尺寸、立柱高度等情况,使用 revit

软件进行圆形采光井高支模体系模型的绘制。 按照

建筑设计和施工方案,细化数字化建模的结构框架,

包括支撑钢管、高支模板、混凝土、脱模剂、模板安装、

固定材料等模型构件。 对圆形采光井高支模体系中

的承插型盘扣钢管支架进行三维建模,创建准确精度

的支架模型,以保证支架的强度和稳定性。 各构件之

间要准确连接,并保持空间几何关系的正确性。 为数

字化模型添加合适的材质和纹理,以准确反映支撑钢

管、高支模板和混凝土等材料的特点和质感。 在建立

数字化圆形采光井高支模体系模型时,可以添加关于

盘扣钢管支架的相关工程数据和属性,例如材料、构

件数量、进度信息和预算等,以便与其他 BIM 模型或

施工管理系统进行集成,实现数据的无缝转移,高支

模体系模型部分材料属性,如图 2 所示。 通过 BIM 模

型检查和审核建立的模型,以确保其符合标准和规

范,如是否有重叠、是否符合建筑规划法规等。

(a)盘扣式横杆 (b)水平斜杠 (c)模板

图 2 盘扣钢管支架材料属性

数字化圆形采光井高支模体系模型俯视图、正视

图,如图 3 ~ 图 4 所示。 圆形采光井高支模体系为双

向对称平面,1 / 4 的高支模体系模型,如图5 所示。 圆

形高支模体系模型图,如图 6 所示。

2023 年 12 期 总第 306 期 张 亮·BIM 技术在圆形采光井高支模体系中的应用研究 ·91·

图 3 数字化圆形采光井高支模体系模型俯视图

图 4 数字化圆形采光井高支模体系模型正视图

图 5 数字化圆形采光井高支模体系模型剖面图

图 6 圆形高支模体系模型图

3 数字化模型在施工中的应用

3. 1 BIM 技术对材料的控制

BIM 技术对材料的控制流程:收集设计信息→创

建几何模型→确定材料和属性→构建数字化圆形采

光井高支模体系模型→生成施工图和详细信息→

EBIM 平台管理→材料数量和清单管理→材料供应和

采购→施工阶段的材料控制。

高大模板支撑体系施工中,材料质量管理存在以

下问题:所使用的钢管、方木、扣件、胶合板等材料质量

差;在施工中所应用的钢管、扣件、支架等材料,缺乏质

量合格证及检测证明;采购后的各项材料没有及时进

行抽样检查,无法及时的发现材料质量问题所在;针对

钢管及扣件等材料,在多次使用后会出现严重的磨损

现象,如维护不及时,会导致钢管出现弯曲、锈蚀、变形

甚至开裂等现象。 这些问题将降低高大模板支架的承

载性能,进而引发质量问题及安全隐患问题。

通过 EBIM 平台的材料管理,解决材料质量管理

问题。 材料通过平台生成材料汇总表,便于采购及现

场领料把控,有效降低施工造价成本。 施工现场通过

应用平台管理所有的资料文件档案,包括图纸,安全

整改单,工程量结算等,确保所有文件都进行存档保

管,便于查找,避免造成文件资料丢失。 质量问题应

形成闭环,实时监控质量问题处理进度,方便现场进

行问题台账收集及会议分析,利用 EBIM 平台,项目

质量问题按时整改率增长 15% 。

3. 2 BIM 技术可视化交底

利用 BIM 技术,结合 3D 建模和虚拟现实技术,

将设计方案、施工方案、工艺流程等各方面的信息进

行整合,以数字化圆形采光井高支模体系模型为基

础,设定角度和覆盖范围并进行可视化交底。 在可视

化交底中,可以对模型进行动态演示、剖面分析、空间

漫游等操作,以便于工程师、施工人员、监理等各方面

进行沟通和协调,并帮助他们更好地理解和展示设计

方案和施工方案。

在 BIM 模型中进行碰撞检测,确保圆形采光井与

其他构件(如梁、柱等) 之间没有冲突或干涉。 利用

BIM 可视化,碰撞检查提前优化错、漏、碰、缺,减少变

更,有效解决圆形采光井高支模模板之间碰撞的问题。

通过模型检查和模拟,避免在建设现场出现在构件之间

的碰撞,减少设计方案和施工计划方案之间的冲突和误

差,有效降低建筑工程的风险和成本。 数字化圆形采光

井高支模体系模型细部节点,如图7 所示。

图 7 数字化圆形采光井高支模体系模型细部节点

·92· 福 建 建 筑 2023 年

3. 3 BIM 技术辅助测量定位

在数字化圆形采光井高支模体系 BIM 模型中,

使用几何模型来确定承插型盘扣式钢管支架的准确

位置,包括支架的平面位置和高度。 在 BIM 模型

中,可以进行空间协调,确保承插型盘扣式钢管支架

与其他构件(如墙体、梁等) 之间的协调性。 通过模

型中的空间视图,可以检查支架的位置是否与其他

构件相符,评估承插型盘扣式钢管支架与其他构件

之间的间隙和距离是否符合设计要求,并进行必要

的调整。 在 BIM 模型中,可以添加标记和标识来指

示承插型盘扣式钢管支架的位置,在模型中添加文

字、注释或者使用特定的图形符号,来标记支架的位

置,以便现场人员能够清楚地识别和定位支架。 利

用 BIM 软件进行辅助施工现场测量定位,确定圆形

采光井高支模体系的立杆位置、架体尺寸和架体垂

直度等信息,并与设计要求进行比较,以确保定位的

准确性。

数字化圆形采光井高支模体系 BIM 模型,可以提

供准确的位置指引,帮助现场人员正确定位支架,并

确保与其他构件的协调性和施工质量。

3. 4 BIM 技术对搭设阶段的管理

通过虚拟建模,可以清晰地测试施工方法,模型

中包括模板的位置、模板的转角、钢管的支撑方法和

混凝土浇筑过程中的各项细节,施工者可以清晰地了

解必须采取的措施,把控圆形采光井高支模体系支撑

搭设的每个要点问题。 BIM 模型包含建筑的详细结

构和尺寸,施工机械的安排和物流方案可以提前进行

施工规划,以保证工程的质量和安全,同时减少施工

人员的工作量。 利用 BIM 技术的数字化协作平台,各

方可以进行实时的通信和文件共享,方便各方之间的

合作和沟通,解决施工中出现的问题,提高圆形采光

井高支模搭设的施工效率和准确性。

地基基础验收合格,基础排水状况良好,且模板

支撑支承面(结构梁板面)混凝土强度应符合规范要

求,才能进行支架搭设,立杆的垂直度满足要求。 通

过 BIM 技术指导搭设阶段的施工:水平杆扣接头、斜

杆扣接头与连接盘的连接插销宜用不小于 0. 5 kg 的

手锤,连续敲击插销 2 次以上,插销楔紧后,扣接头端

部弧面与外立杆表面贴合,且应保证再次敲击时,插

销下沉降量不大于 3 mm;可调顶托座和可调底托座

安装完后,保证立杆外表面与台阶式可调螺母吻合,

立杆外径与螺母台阶内径间隙小于 2 mm;梁板支撑

水平拉杆应有效拉结,当梁板支架立杆步距一致时,

梁支撑横向水平杆应与板支撑水平杆通长设置,当梁

板支架立杆步距不一致时,在梁支架第一道水平杆上

部、最后一道为顶部水平杆上部及中间位置应用水平

杆与板支架拉结,应至少连接两根立杆。

3. 5 BIM 技术对验收阶段的管理

通过 BIM 技术,将施工现场和设计模型的三维图

形进行对比,这个过程可以帮助检验员和业主更清

晰、全面地了解工程的进展情况,同时也发现设计与

施工之间的差异,并进行操作和解决。

BIM 技术可以对施工过程和施工成果进行记录

和分类,形成图文档案,实现对各项检验工作的记录,

方便业主或监理进行最终的验收。 数据信息的准确

和完整性,有助于施工方和验收者共同理解工程实际

状态和验收要求,保证验收工作有效开展。

BIM 技术在圆形采光井高支模验收阶段的应用,

可以为业主、施工方和监理方提供工程进度和质量信

息的准确性和可视化程度,帮助他们进行协同合作,

提高工程的质量和安全性,同时也能够减少验收中的

人为误差,提高验收的效率和准确性。

4 结论

圆形采光井高支模体系工程满足对建筑大空间、

大跨度的构造需求,满足建筑多样化的需求,可以有

效地提升施工效率,同时高大模板支撑体系工程,属

于超过一定规模的危险性较大的分部分项工程。

为管控好高大模板支撑体系工施工过程的整体

施工质量和安全,应采取有效的安全管理措施。 通过

数字化模型加强进场材料的质量管理;进行可视化交

底,搭设施工严格按照专项施工方案。 采用 BIM 技术

来优化施工流程和效率,提高高支模体系施工的质量

和效益。 实践证明了 BIM 技术在高支模体系施工中

的应用,有助于优化施工流程和提高质量,同时也为

建筑行业的数字化转型提供了新的思路和方法。

参 考 文 献

[1] 黄奇荣,武俊,刘曦,等. BIM 技术在高大模板施工中的

应用[J]. 施工技术,2017,46(S2):621 - 624.

[2] 赵惠惠,徐兵武. BIM 技术在建筑高支模体系施工中的

应用[J]. 四川水泥,2023,318(02):160 - 162.

[3] 宋淳. 基于 BIM 技术的工程弧形高大模板支撑体系分析

[J]. 中国建设信息化,2023,176(01):76 - 78.

[4] 刘旭冉,戴超,王丹,等. 基于 BIM 技术的模板工程精细

化智能施工[J]. 四川建筑,2022,42(S1):163 - 165.

[5] 蔡家齐. BIM 技术在高大模板工程施工管理中的应用研

究[J]. 南昌航空 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版), 2021, 35

(04):82 - 85.

[6] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 建筑施工承插型盘

扣式钢管脚手架安全技术标准:JGJ/ T 231—2021 [ S].

北京:中国建筑工业出版社,2021.

2023 年第 12 期

总第 306 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 12·2023

Vol·306

墙地面的二次排版探析

高振谦

(厦门辉煌装修工程有限公司 福建厦门 361000)

摘 要:在精装修施工过程中,有必要对墙面和地面进行二次的深化排版。 二次深化排版与传统的一次排版相比,更

加注重细节和效果的呈现,通过对墙面和地面尺寸的精细化控制,能使空间变的更加美观、实用和舒适,同时也能提升

现场的生产效率,提高工程质量,缩短工期,从而降低施工成本。

关键词: 墙地面;二次排版;基本方法;技术要点

中图分类号:TU767 文献标识码:A 文章编号:1004 - 6135(2023)12 - 0093 - 04

Analysis on the secondary layout of walls and floors

GAO Zhenqian

(Xiamen Huihuang Decoration Engineering Co. , Ltd. ,Xiamen 361000)

Abstract:In the process of high - quality interior decoration construction,it is necessary to carry out a secondary in - depth layout design. Compared to the traditional single layout method,this approach places greater emphasis on presenting details and effects. By precisely

controlling the dimensions of walls and floors,it is possible to make the space more beautiful,practical,and comfortable. Simultaneously,this

approach can enhance on - site production efficiency, improve project quality, shorten the construction period, and reduce construction

costs.

Keywords:Walls and floors; Secondary layout; Basic methods; Technical points

作者简介:高振谦(1971. 7— ),男,工程师。

E-mail:405925282@ qq. com

收稿日期:2023 - 06 - 03

0 引言

近年来,越来越多的项目采用 EPC 总承包的方式,

工期任务紧,设计时间短,有些图纸还没有全部设计完

成就开始施工,有可能造成设计图纸的深度不够[1]

,有

些可能只有效果图,也没有提供详细的物料表及可参

考的材料实样,有些图中可能只标出材料名称而未索

引具体的节点做法。 在实际施工中,施工单位有时为

了减少人员成本的开支,对图纸深化的工作不够重视,

又缺乏相关专业性的人才;另外由于受现场施工人员

的技术水平和经验的影响[2]

,对哪些需要深化设计的

内容了解不够,不能结合现场的实际施工要求,增加了

一些不必要的施工成本,同时也影响了工程的整体观

感及施工质量,无法真正贯彻落实建筑师的设计理念,

难以达到预期的效果[2]

。 因此,进场施工后图纸深化

的工作十分重要。

墙地面的二次深化排版,是以原有设计的施工图

纸为基础,涉及排版的饰面材料已封样完成,结合施

工项目现场的楼地面定位轴线、地面完成面线、墙柱

面装饰完成面线,对原有施工图纸的细节进行更详细

的补充。 在满足原有设计的基础上,进一步优化和完

善图纸,也是工程实施过程中不可忽视的重要环节。

本文主要从墙地面二次排版的基本原则、基本方法、

技术要点、注意事项,四个细节方面进行研究,对墙地

面的二次排版具有技术性的指导意义。

1 工程项目概述

凯傲(济南)叉车有限公司 C2H 项目一期综合楼

室内装修工程,位于济南市莱芜区珠海路以东、莱城

大道以西、龙马河西路以北,山东重工绿色智造产业

城内,总建筑面积 14 430 m

2

,地上三层,施工工期

80 d。工程项目的难点及重点主要是在一层的大厅、

吊顶高度 15 m 的 CEC 智慧展厅、吊顶高度 9 m 的党

建中心。 设计装修的亮点,是结合凯傲集团 logo 的

灰、白、玫红三种颜色,含软装家具的配置,色彩均是

采用白色、灰色为主,局部点缀玫红,整体装修风格一

致,简洁、朴实、大方、观感好。

·94· 福 建 建 筑 2023 年

2 墙地面二次排版的基本原则

借助三维建模软件,可以更清晰地呈现出排版的

效果,使客户能够更好地理解和接受二次排版的方

案。 在这个过程中,根据客户的需求和建筑的特点,

对墙地面进行虚拟的尝试和调整,以达到最佳的排版

效果。 同时,结合应用虚拟现实技术,使客户能够身

临其境地感受排版效果,提前感知并解决潜在的问

题,使墙地面的排版与整个建筑更加协调统一[3]

。

(1)合理确定起铺点。 主要是为了减少砖材的

浪费,让效果更美观。 以裁切瓷砖数量最少的方案,

作为第一方案;一般从墙面最长那一面开始铺,可以

最大程度减少材料的浪费。

(2)墙砖排版,原则上除不规则部位,尽量用整

砖,减少裁砖。 如无法避免时,应将非整砖放在非主

要部位,可以是门后或后期会摆放家具的位置。 每面

墙不宜有两列非整砖,且非整砖宽度不宜小于整砖的

1 / 3,最小不得小于 100 mm。

(3)墙面遇阳角由阳角起砖。 遇门窗洞口,应避

免出现刀把砖,应由洞口双向起整砖,以洞口两侧为

基准点上下拉通,高度方向尽可能与排版横缝一致。

出现 1 / 2 块的小条砖时,应将一块小条砖加一块整砖

的尺寸,平均后切成两块大于 1 / 2 的非整砖,排列在

门及窗侧两边的部位,位置要对称。

(4)墙面横向排砖的高度应与吊顶标高相结合,

墙面的尺寸高度应尽量与规格砖的高度一致,以免出

现小条砖。 窗户、门框处尽量用整砖,如无法整砖,采

用居中对称式铺贴,较为美观。

(5)根据墙地砖的不同特点及使用的部位,墙砖

的砖缝控制在 0. 5 mm ~ 1 mm,地砖的砖缝控制在

1 mm ~ 1. 5 mm

[4]

。

(6)墙面玻化砖,宜采用海棠角 2 mm 双边收口

的工艺。

(7)地面宜由门口中位起整砖。 过道应以过道

的中心线为基准,向两边开始铺贴。 卫生间的地面铺

贴时,应按规范要求坡向地漏。 地漏 200 mm × 200 mm

的汇水区,应在整砖排版中套割,周围要四面找坡,将

方型地漏处的地板砖一分为四,对角线切开,找坡铺

贴。 相同规格的墙、地砖,墙地的砖缝应一致,不应

错缝。

(8)面积较大的区域,以柱的轴线为基准点,但

须保证主入口的位置应为整砖。

(9)电梯间地砖两空间无独立门槛石,应通缝排

版,坡打线与外围地砖通缝排版,空间尺寸较小,尽量

取消坡打线。 过窄小条砖不出现在电梯主入口等明

显位置。

(10)卫生间干湿分区处,如用整砖顺次铺贴,应

从门口就开始放坡。 如中间有门槛石,应从门槛石的

位置开始放坡。 门槛石的起始位置及尺寸,要在图纸

中标注详细。

(11)墙砖要压地砖。 如果柱子转角较多,墙砖铺

设的时候,由阳角开始用整砖铺贴较美观。

3 墙地面二次排版的基本方法

排版时,应确认基层地面的十字控制线和分格线

已完成。 此外,还应注意以下几点:

(1)从中心开始排版时,可以从房间的中心点开

始,逐渐向四周铺贴。 应保证靠近入口处的区域为整

砖,避免小砖的出现。 这种方法可以确保整个房间的

瓷砖排版更加均匀、平衡,视觉效果更美观。

(2)以门口线为基准排版时,可以以门口线为基

准线,从门口开始向内铺贴。 这样,可以让瓷砖铺贴

的线条更加整齐,视觉效果更加协调。

(3)以地面排水口为基准排版时,在卫生间等容

易积水的场所,可以以地面排水口为基准点,向四周

铺贴瓷砖。 这种方法可以确保排水畅通,避免水流不

畅的情况发生。

(4)交错排版时,每一行瓷砖的中心点应与上一

行瓷砖的中心点错开一半瓷砖宽度的距离。 这种方

式可以让方格瓷砖的线条更加整齐、美观。

(5)制定排版方案时,应考虑瓷砖的尺寸、数量、

花色、排版方法等,以确保整个铺贴过程有条不紊,避

免出现错误或浪费。

4 墙面二次排版的技术要点

4. 1 基本思路

(1)确定实际装饰面层尺寸,排版原则:总尺寸

→分段尺寸→面层尺寸;

(2)注意门窗洞口、装饰暗门、消火栓、设备的

尺寸。

4. 2 图纸准备及测量

(1)图纸编号

将需要排版的墙面在平面图纸中依次编号,对于

多层建筑的装修工程要按“楼层 + 编号”的方式进行

2023 年 12 期 总第 306 期 高振谦·墙地面的二次排版探析 ·95·

编号,一个墙面一个编号;相对应的立面图编号应与

平面图的编号一致。

(2)尺寸标注

图中详细标注“总尺寸、分段尺寸、洞口尺寸、暗

门尺寸、消火栓尺寸、设备尺寸”的长度及相关高度。

(3)墙体现场编号

根据已确认的立面图编号,对应现场墙体进行编

号,用记号笔记录在墙体明显位置。

(4)测量、记录数值

测量墙体、洞口等长度、铺装高度的相关尺寸,将

测量值标注到图纸中,同时还要将测量起始位置、数

值用记号笔记录在墙体相应位置。

(5)核对末端点位

对各专业末端点位、消火栓、设备等的位置及数

量现场核对,标注在图纸中。

4. 3 墙面排版深化的具体方法

(1)调整立面图各尺寸

在 CAD 图中,根据现场勘测情况、实际尺寸,对

图纸尺寸,按照先后排版的顺序进行调整。

(2)各专业末端点位上墙

现场勘测的末端点位,根据实际测量尺寸绘制到

立面排版图中。

(3)排版尺寸调整

综合考虑常用的规格、加工损耗、安装误差、运输

条件等因素,对原设计方案的排版进行调整。

(4)排版图综合调整

结合末端点位、排版尺寸,综合调整立面图,确定

末端点位具体定位尺寸,最终达到排版效果最佳,完

成墙面深化排版图。

4. 4 墙面排版深化的主要控制点

(1)注意起始点的控制,尤其涉及有门窗洞口的

地方。

(2)总尺寸和分段尺寸控制,注意测量累积误

差,实际施工安装累积误差。

(3)标准规格的饰面板,边角小条砖最小尺寸,

应控制在不小于饰面板尺寸的 1 / 3。

(4)定尺加工类饰面板要避免出现小条,可把边

角小尺寸均匀地匀给每一个单块。

(5)落地暗门下端在排版时,应与地面留 5 mm ~

10 mm 缝隙,避免门下端蹭地。

(6)墙面排版中涉及到梁的部位,应尽量保持与

墙面排版协调统一。

(7)卫生间的墙面,门、窗洞口处竖缝,一般以洞

口两侧为起铺点,整砖向两边进行排版;横缝以洞口

上口为起铺点,整砖上下进行排版。

(8)对小便斗、坐便器等洁具与墙砖有位置要求

的,应以洁具中心线为起铺点。

(9)有腰线的,以腰线上、下为起铺点,整砖进行

排版。

5 地面二次排版的技术要点

5. 1 基本思路

确定实际地面铺装完成面尺寸,在原设计排版图

上进行调整,重点注意卫生间等功能区的末端点位。

5. 2 图纸准备及测量

各部位地面铺装图单独打印,各衔接部位要去现

场测量,复核校对尺寸,结构柱的位置应定位准确。

5. 3 地面排版深化的具体方法

(1)调整尺寸:根据现场复核的尺寸,调整地面

排版。

(2)地面末端点位布置:如地面涉及有专业末端

点位,如地插、安全疏散指示等,要把这些点位引到地

铺图中进行布置,点位不跨缝,建议在单块地材的

中间。

(3)综合整理图纸,进行尺寸标注及材料索引。

(4)标注起铺点和找坡要求,完成地面深化排

版图。

5. 4 地面排版深化的主要控制点

(1)起铺点控制,重点保证主要空间的铺装效

果,小规格尺寸应排版至非主要空间边角。

(2)对于大面积异形拼装的,要先进行单元块分

解,从单元块进行深化,由小及大,也可以结构轴线为

划分基准。

(3)电梯厅等重点空间,地材排版分缝应结合电

梯门洞的尺寸。

(4)条形地面,由门口中线为起铺点进行排版;

方形、矩形、大面积地面以进门主视线阴角或阳角为

起铺点。

(5)狭长过道,应以过道宽度中线为起铺点向两

边排版。

(6)卫生间应注意墙地的对缝,同时也应注意末

端点位与墙、地砖的精准定位。

(7)住宅、酒店类,以户门的中心为起铺点向两

边排版。

·96· 福 建 建 筑 2023 年

(8)标准规格的地材,边角小条砖最小尺寸,应

控制在不小于饰面板尺寸的 1 / 3。

(9)定尺加工类地材要避免出现小条,可把边角

小尺寸均匀地匀给每一个单块。

(10)独立柱、固定服务台、柜体等,应综合考虑。

(11)伸缩缝应体现在排版深化图中。

(12)应注意现场预留施工缝尺寸的误差累积。

6 墙地面二次排版的注意事项

(1)确定铺贴方向

在铺贴瓷砖之前,首先要确定铺贴方向。 瓷砖的

铺贴方向应该与房间的长宽方向保持一致,这样可以

使房间看起来更加整洁、舒适。 如果房间的长宽比例

不协调,可以采用斜铺或者交错铺贴的方式,这样可

以增加房间的视觉效果。

(2)确定瓷砖尺寸

在确定铺贴方向之后,就需要确定瓷砖的尺寸。

瓷砖的尺寸应该与房间的大小相适应,不要选择过大

或者过小的瓷砖。 同时,还要注意瓷砖的厚度,不同

厚度的瓷砖适用于不同的场合。

(3)确定瓷砖颜色

瓷砖的颜色直接影响到整个房间的氛围。 浅色

系的瓷砖可以使房间看起来更加明亮、宽敞,而深色

系的瓷砖则可以营造出温馨、舒适的氛围。 在选择瓷

砖颜色时,还要考虑与房间内其他装饰材料的搭配,

以达到整体协调的效果。

(4)确定瓷砖铺贴方式

瓷砖的铺贴方式直接影响到整个房间的视觉效

果。 瓷砖的铺贴方式有直铺、斜铺、交错铺等多种方

式。 在选择铺贴方式时,要根据房间的大小、形状、

装修风格等因素进行综合考虑,以达到最佳效果。

(5)确定瓷砖铺贴顺序

在铺贴瓷砖时,还要注意瓷砖的铺贴顺序。 应该

先铺贴墙面,再铺贴地面,这样可以避免地面瓷砖被

墙面铺贴施工时损坏。

(6)确定使用对称原则

在材料采购时,墙地砖应采用同型号规格的,或

者墙砖尺寸是地砖的整数倍的,铺贴时尽可能对缝,

使空间感更整体。

(7)确定细节处理方面

在细节处理时,应注意颜色搭配、边角处理等。

在颜色搭配上,可以选择相近或对比明显的颜色,以

创造出不同的空间氛围。 在边角处理上,可以使用木

质或金属边角线条,以增加空间的层次感和美观性。

(8)确定整体一致性原则

在整体排版时,不同元素之间应该保持一致的比

例、风格和颜色等要素,以营造出协调统一的整体效

果。 在选择墙面材料时,可以选择与地面材料相匹配

的颜色和质感,保持一致的整体风格。

7 结语

在墙地面的二次排版时,如能遵循一定的基本原

则和技术要点,并能注意相关事项,就可以解决现场

尺寸与位置控制的精度问题;也可以有效地指导现场

的施工,降低施工难度,降低材料的损耗,方便提料、

加工及采购。 同时,也能提高施工的效率,减少现场

的二次搬运。 减少人工及材料的成本开支,有利于保

障施工的工期及经济效益[5]

。

凯傲(济南) 叉车综合楼室内装修工程,通过二

次排版的优化,墙地面铺贴完成后,砖缝横平竖直、大

小统一,美观大方,施工观感效果好,整体更协调、更

加美观,达到了建设单位预期的装饰效果[6]

。

参 考 文 献

[1] 王淼,何雨昂. 浅谈如何做好建设项目现场设计工作

[J]. 治淮,2023(05):68 - 69.

[2] 朱莎莎. 建筑装饰深化设计要点分析及工程应用分析

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2023 年第 12 期

总第 306 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 12·2023

Vol·306

不同纤维对高液限土无侧限抗压强度影响的研究

叶新阳

(福建省海峡交通勘察研究院有限责任公司 福建福州 350017)

摘 要:高液限土因强度低等问题,常被认为是路基工程中的顽疾。 为此,以棕榈丝纤维、玄武岩纤维和聚丙烯纤维作

为改良材料,通过无侧限抗压强度试验,研究纤维掺量和纤维长度对高液限土无侧限抗压强度的影响。 试验结果表

明:棕榈丝纤维高液限土的无侧限抗压强度,随着棕榈丝纤维掺量的增大而增大,但存在一个最优棕榈丝纤维长度。

当棕榈丝纤维长度为 15 mm 时,改良后高液限土的无侧限抗压强度最大;玄武岩纤维高液限土的无侧限抗压强度,随

着玄武岩纤维掺量和长度的增大而增大;聚丙烯纤维高液限土的无侧限抗压强度,随着聚丙烯纤维掺量和长度的增大

而增大。 研究对纤维改良后,高液限土应用于路基工程,提供了可行性依据。

关键词: 棕榈丝纤维;玄武岩纤维;聚丙烯纤维;高液限土;无侧限抗压强度

中图分类号:TU5 文献标识码:A 文章编号:1004 - 6135(2023)12 - 0097 - 05

Study on the effect of different fibers on the unconfined compressive strength of high liquid limit soil

YE Xinyang

(Fujian Strait Traffic Survey and Research Institute CO. ,LTD,Fuzhou 350017)

Abstract:High liquid limit soil is often considered to be a persistent problem in subgrade engineering due to low strength and other problems. Therefore,palm silk fiber,basalt fiber and polypropylene fiber are used as improved materials to study the effect of fiber doping and

fiber length on the unconfined compressive strength of high liquid limit soil through unconfined compressive strength tests. The results

show that:the unconfined compressive strength of palm fiber high liquid limit soil increases with the increase of palm fiber doping,but

there exists an optimal palm fiber length,when the length of palm fiber is 15mm,the maximum unconfined compressive strength of the improved high liquid limit soil; the unconfined compressive strength of basalt fiber high liquid limit soil increases with the increase of basalt

fiber doping and length; the unconfined compressive strength of polypropylene fiber high liquid limit soil increases with the increase of

polypropylene fiber doping and length. This thesis provides a feasible basis for the application of fiber - improved high liquid limit soil in

roadbed engineering.

Keywords:Palm silk fiber; Basalt fiber; Polypropylene fiber; High liquid limit soil; Unconfined compressive strength

作者简介:叶新阳(1990. 07— ),男,工程师。

E-mail:yexinyang2023@ 126. com

收稿日期:2023 - 05 - 28

0 引言

高液限土作为一类高液限(wL > 50% )、高塑性

指数(IP > 26)的特殊土类,广泛分布于中国的南方地

区[1]

。 随着我国道路基建事业的蓬勃发展,在高液限

土区域修建道路工程,已经无法规避。 但液限、水敏

性都极高的高液限土在实际施工中,难以被充分压

实,且在水环境下强度劣化迅速等问题[2]

,常常被广

大工程师所诟病。 但如果对高液限土进行弃置处理,

挖土以及弃土过程中,将会存在占用土地,增加额外

施工成本等问题。

为了提高高液限土的力学性能,使处理后的高液

限土可作为路基填筑材料使用,许多学者采用物理方

法对高液限土进行改良[3]

,其中纤维是较为常见的一

种物理改良方法。 任宝行[3] 采用玄武岩纤维对高液

限红黏土进行改良,通过无侧限抗压强度试验,发现

玄武岩纤维存在最优掺量,最优掺量为占干土质量的

0. 4% 。 在最优掺量下,红黏土的无侧限抗压强度达

到最大值,相较未改良土无侧限抗压强度,增长了

36. 7% ;庄心善[4] 等通过无侧限抗压强度试验,研究

了玄武岩纤维掺量和养护时间对高液限膨胀土力学

性能的影响,发现无论是玄武岩纤维掺量还是养护时

间,均存在一个最优值。 当玄武岩纤维掺量为0. 3% 、

养护时间为 14 d 时,高液限膨胀土的无侧限抗压强

度达到最大值;谭颖慧[5]等通过在高液限红黏土中加

·98· 福 建 建 筑 2023 年

入棕榈丝纤维,开展了棕榈丝纤维对高液限红黏土无

侧限抗压强度的影响研究,得出高液限红黏土的强变

形和低强度等缺点,可被棕榈丝纤维有效改善;粟

梅[6 - 7]等在高液限红黏土加入玄武岩纤维后,发现随

着玄武岩纤维的加入,红黏土的工程特性有所改善,

主要表现在红黏土的压缩系数和压缩模量,在玄武岩

纤维加入后有明显提高;曾军[8]等在高液限红黏土中

加入聚丙烯纤维,发现纤维的成网约束作用,可以有效

提高高液限红黏土的力学性能和韧性,使高液限红黏

土在强度提升的同时,具有更加明显的破坏预兆。

综上所述,纤维作为一种造价便宜、强度高和延

性好的材料,可以有效提高高液限土类的力学性能。

但是纤维的种类较多,很少有学者研究不同纤维类型

对同一区域高液限土的力学性能的影响。 基于此,本

文以无侧限抗压强度 qu作为评价高液限力学性能的

研究参数,选择棕榈丝纤维、玄武岩纤维和聚丙烯纤

维作为纤维改良材料,选择广西桂林某高速公路旁高

液限红黏土作为研究对象。 通过无侧限抗压强度试

验,将高液限红黏土与经过不同纤维类型改良后的无

侧限抗压强度进行比较,研究不同纤维类型对高液限

土的力学性能是否起到提高效果,为纤维改良高液限

土用作路基填料提高可行性依据。

1 试验简介

1. 1 试验材料

本论文高液限土取自广西桂林某高速公路旁地

表 1. 5 m 左右深度的红黏土,该红黏土呈棕红色,其

物理性质指标,如表 1 所示。 本试验改良材料采用棕

榈丝纤维、玄武岩纤维和聚丙烯纤维,其中棕榈丝纤

维掺量采用占干土质量的 0. 1% 、0. 2% 和 0. 3% ,棕

榈丝纤维长度选择 10 mm、15 mm 和 20 mm;玄武岩

纤维掺量采用占干土质量的 0. 1% 、0. 2% 和 0. 3% ,

玄武岩纤维长度取 3 mm、6 mm 和 9 mm;聚丙烯纤维

掺量采用占干土质量的 0. 1% 、0. 2% 和 0. 3% ,聚丙

烯纤维长度取 3 mm、6 mm 和 9 mm。 三类纤维物理

掺量,如表 2 所示。

表 1 高液限土物理性质指标

天然含水率/ % 液限/ % 塑限/ % 塑性指数 最大干密度/ g·cm

- 3 最优含水率/ % 比重

47 79. 15 28. 73 50. 42 1. 83 20. 1 2. 71

表 2 三类纤维物理参数

纤维类型 抗拉强度/ MPa 直径/ μm 密度/ g. cm

- 3 弹性模量/ GPa

棕榈丝纤维 ≥200 30 1. 32 1. 77

玄武岩纤维 ≥350 42 3. 13 ≥100

聚丙烯纤维 ≥350 35 0. 94 ≥4. 0

1. 2 试验方案

试验采用单掺棕榈丝纤维、玄武岩纤维和聚丙烯

纤维至高液限土。 根据前期文献调研,本次试验三类

纤维掺量均设置 3 个水平;考虑到纤维长度对高液限

土强度的影响,故本次试验也对三类纤维的长度设置

了 3 个水平,具体试验方案,如表 3 所示。

表 3 三类纤维物理参数

纤维类型 掺量/ % 长度/ mm

棕榈丝纤维

0

0. 1

0. 2

0. 3

10

15

20

玄武岩纤维

0

0. 1

0. 2

0. 3

3

6

9

聚丙烯纤维

0

0. 1

0. 2

0. 3

3

6

9

1. 3 试验方法

将相应掺量以及长度的纤维分 3 次与风干碾碎

后,通过与 2 mm 筛的红黏土均匀拌合,并称取最优含

水率 20. 1% 的水,装入喷壶中,用逐步喷洒的方式,将

水与带有纤维的红黏土均匀拌合。 为保证水分均匀

分布,需将拌合完成后的红黏土装入塑料袋中静置

24 h。 静置完成后,采用三轴击实器,按 93% 压实度,

称取高液限土的质量,将土分成 4 份,分别 4 次放入

击实仪中进行击实,最后制得高 8 cm × 直径 3. 91 mm

的无侧 限 样。 最 后, 根 据 《 土 工 试 验 方 法 标 准》

(GBT50123—2019)

[9] 中的试验步骤,进行无侧限抗

压强度试验,得到无侧限抗压强度记作 qu 。

2 试验结果与分析

2. 1 棕榈丝纤维对高液限土无侧限抗压强度的影响

分析

棕榈丝纤维改良高液限土在不同掺量和长度下

的无侧限抗压强度,如表 4 所示。

由表 4 可知:①棕榈丝纤维的加入,可以提高高

液限土的无侧限抗压强度;②随着棕榈丝纤维掺量的

增加,改良后高液限土的无侧限抗压强度,呈现持续

递增态势;③当棕榈丝纤维掺量相同时,随着棕榈丝

2023 年 12 期 总第 306 期 叶新阳·不同纤维对高液限土无侧限抗压强度影响的研究 ·99·

纤维长度的增加,改良后高液限土的无侧限抗压强度

呈现先增大后减小的态势。

表 4 棕榈丝纤维改良高液限土无侧限抗压强度汇总表

纤维掺量% 纤维长度/ mm 无侧限抗压强度/ kPa

0 0 156. 72

0. 1

10 176. 58

15 226. 00

20 202. 77

0. 2

10 215. 62

15 281. 93

20 254. 68

0. 3

10 239. 70

15 310. 41

20 268. 90

为能更直观看出棕榈丝纤维掺量和长度对高液

限土无侧限抗压强度的影响,将表 4 转化为坐标图,

如图 1 ~ 图 2 所示。

图 1 棕榈丝纤维掺量与无侧限抗压强度的关系

图 2 棕榈丝纤维长度与无侧限抗压强度的关系

由图 1 可知:①高液限土的无侧限抗压强度与棕

榈丝纤维掺量呈正比。 主要原因,是由于棕榈丝纤维

表面具有蜂窝状和孔状结构,这些结构特征,使得棕

榈丝纤维能够以机械咬合力的方式,将土颗粒较好地

胶结在一起,使得棕榈丝纤维改良后的高液限土具有

更好的力学性能;②当棕榈丝纤维掺量达到 0. 3% ,

10 mm、15 mm 和 20 mm 的棕榈丝纤维改良高液限土

的无侧限抗压强度均达到最大值,相较于素土,分别

提高了 52. 9% 、98. 1% 和 71. 6% 。

由图 2 可知:①当棕榈丝纤维掺量不变时,随着

棕榈丝纤维长度的增加,也会提高高液限土的无侧限

抗压强度;②棕榈丝纤维长度的增加,不会给改良后

高液限土无侧限抗压强度的增长起到正面作用。 当

长度超过 15 mm 之后,改良后高液限土的无侧限抗压

强度不升反降。 主要原因,是由于过长的纤维会缠绕

抱团,在土体内部形成较大的纤维团聚体,从而在相

邻土颗粒间形成阻隔断面,影响相邻土体之间胶结成

团作用,最终导致高液限土的强度降低;③当棕榈丝

纤维长度为 15 mm 时,棕榈丝纤维对高液限土无侧限

抗压强度的改良效果最佳。

2. 2 玄武岩纤维对高液限土无侧限抗压强度的影响

分析

玄武岩纤维改良高液限土在不同掺量和长度下

的无侧限抗压强度,如表 5 所示。

表 5 玄武岩纤维改良高液限土无侧限抗压强度汇总表

纤维掺量% 纤维长度/ mm 无侧限抗压强度/ kPa

0 0 156. 72

0. 1

3 216. 67

6 276. 79

9 280. 08

0. 2

3 246. 92

6 286. 66

9 306. 59

0. 3

3 276. 38

6 296. 94

9 346. 71

由表 5 可知:①玄武岩纤维的加入,可以提高高

液限土的无侧限抗压强度;②改良后,高液限土的无

侧限抗压强度,与玄武岩纤维掺量呈正相关关系;③

当玄武岩纤维掺量相同时,随着玄武岩纤维长度的增

加,改良后高液限土的无侧限抗压强度,呈现出与棕

榈丝纤维不同的持续增长态势。

·100· 福 建 建 筑 2023 年

为能更直观看出玄武岩纤维掺量和长度对高液

限土无侧限抗压强度的影响,将表 5 转化为坐标图,

如图 3 ~ 图 4 所示。

图 3 玄武岩纤维掺量与无侧限抗压强度的关系

图 4 玄武岩纤维长度与无侧限抗压强度的关系

由图 3 可知:①高液限土的无侧限抗压强度,与

玄武岩纤维掺量呈正比;②当玄武岩纤维掺量达到

0. 3% ,3 mm、6 mm 和 9 mm 时,玄武岩纤维改良高

液限土的无侧限抗压强度均达到最大值,相较于素

土,分别提高了 76. 4% 、89. 5% 和 121. 2% 。 较棕榈

丝纤维改良高液限土,玄武岩纤维改良高液限土表

现出更加优越的改良效果。 主要原因是由于玄武岩

纤维较棕榈丝纤维具有更高的强度,因此,玄武岩纤

维的加入,可以更好地帮助高液限土一起承受荷载

的作用。

由图 4 可知:①当玄武岩纤维掺量不变时,随

着玄武岩纤维长度的增加,也会提高高液限土的

无侧限抗压强度;②在玄武岩纤维设置的三个水

平长度下,改良后高液限土的无侧限抗压强度持

续增加,没有出现转折点;③各个掺量下玄武岩纤

维对高液限土无侧限抗压强度的改良效果,在玄

武岩 纤 维 长 度 达 到 9 mm 时 最 佳, 分 别 增 加 了

78. 7% 、95. 6% 和 121. 2% 。

2. 3 聚丙烯纤维对高液限土无侧限抗压强度的影响

分析

聚丙烯纤维改良高液限土在不同掺量和长度下

的无侧限抗压强度,如表 6 所示。

表 6 聚丙烯纤维改良高液限土无侧限抗压强度汇总表

纤维掺量% 纤维长度/ mm 无侧限抗压强度/ kPa

0 0 156. 72

0. 1

3 236. 11

6 326. 28

9 596. 65

0. 2

3 356. 78

6 506. 90

9 686. 44

0. 3

3 486. 23

6 596. 19

9 806. 85

由表 6 可知:①聚丙烯纤维的加入可以大大提高

高液限土的无侧限抗压强度。 ②改良后高液限土的

无侧限抗压强度与聚丙烯纤维掺量呈正相关关系。

③当聚丙烯纤维掺量相同时,随着聚丙烯纤维长度的

增加,改良后高液限土的无侧限抗压强度呈现出极强

的持续增长态势。

为能更直观看出玄武岩纤维掺量和长度对高液

限土无侧限抗压强度的影响,将表 6 转化为坐标图,

如图 5 ~ 图 6 所示。

图 5 聚丙烯纤维掺量与无侧限抗压强度的关系

2023 年 12 期 总第 306 期 叶新阳·不同纤维对高液限土无侧限抗压强度影响的研究 ·101·

图 6 聚丙烯纤维长度与无侧限抗压强度的关系

由图 5 可知:①高液限土的无侧限抗压强度,与

聚丙烯纤维掺量呈正比;②当聚丙烯纤维掺量达到

0. 3% ,3 mm、6 mm 和 9 mm 时,聚丙烯纤维改良高液

限土的无侧限抗压强度均达到最大值,相较于素土分

别提高了 210. 3% 、280. 4% 和 414. 8% ;③相较于棕

榈丝纤维和玄武岩纤维改良高液限土,经聚丙烯纤维

改良后的高液限土,无侧限抗压强度更大。 当棕榈丝

纤维掺量为0. 3%、长度为 15 mm,棕榈丝纤维改良高液

限土的无侧限抗压强度最大,达到 310. 41 kPa;当玄武岩

纤维掺量为0. 3%、长度为9 mm,玄武岩纤维改良高液限

土的无侧限抗压强度最大,达到346. 71 kPa;当聚丙烯纤

维掺量为 0. 3% 、长度为 9 mm,聚丙烯纤维改良高液

限土的无侧限抗压强度最大,达到 806. 85 kPa,相较

于棕榈丝纤维改良土和玄武岩纤维改良土提高了

159. 9% 和 132. 7% 。

由图 6 可知:①当聚丙烯纤维掺量不变时,随着聚

丙烯纤维长度的增加,也会大大提高高液限土的无侧

限抗压强度;②在聚丙烯纤维设置的 3 个水平长度下,

改良后高液限土的无侧限抗压强度持续增加,没有出

现转折点;③各个掺量下,聚丙烯纤维对高液限土无侧

限抗压强度的改良效果,在聚丙烯纤维长度达到 9 mm

时最佳,分别增加了 280. 7% 、338. 0% 和 414. 8% 。

综上所述,虽然纤维的种类有 3 种,但纤维的加

入,均能对高液限土的无侧限抗压强度产生改良效

果。 其中改良效果排序:聚丙烯纤维 > 玄武岩纤维 >

棕榈丝纤维。

3 结论

通过三种纤维类型对高液限土的无侧限抗压强

度试验的影响分析,得到以下结论:

(1)在高液限土中分别掺量棕榈丝纤维、玄武岩

纤维和聚丙烯纤维,均能有效提高高液限土的无侧限

抗压强度,其中聚丙烯纤维的改良效果最好。

(2)当纤维长度相同时,高液限土的无侧限抗压

强度,均随 3 种纤维掺量的增大而增大。

(3)当纤维掺量相同时,高液限土的无侧限抗压

强度,随棕榈丝纤维长度的增加,呈现先增大后减少

的趋势。

(4)当纤维掺量相同时,高液限土的无侧限抗压

强度,均随玄武岩纤维长度和聚丙烯纤维长度的增加

而增加。

参 考 文 献

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水稳性研究[ J]. 铁道科学与工程学报,2022,19 (05):

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2023 年第 12 期

总第 306 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 12·2023

Vol·306

山区城市道路拓宽“桥路结合结构”方法及实践

刘 尧

(福州市规划设计研究院集团有限公司 福建福州 350108)

摘 要:山区城市建设道路拓宽项目,常受山地等复杂地形或周边已建建筑限制,没有充分的空间拓宽、完善功能带。

文章主要对山区用地受限段落道路拓宽建设方式进行探讨,综合分析受限地形条件下的几种常规思路方案,并对其各

自优缺点进行分析。 重点针对类似一侧临水系、一侧临山的狭小道路地形条件下,且河道断面不允许被侵占,山体也

较为陡斜的情况,提出一种特殊的拓宽思路———“桥路结合结构”方案。 通过实际工程案例的情况,重点对桥路结合方

式进行道路拓宽建设的方法进行分析介绍,并对该法的一般适用条件以及采用该法需要注意的关键点进行分析。 通

过对采用该法的实际工程案例的情况跟踪,验证了该法可行、可靠,可作为类似条件下道路扩建项目的建设方案。

关键词: 道路拓宽;空间受限;桥路结合

中图分类号:TU997 文献标识码:A 文章编号:1004 - 6135(2023)12 - 0102 - 06

Methods and Practices of Road Widening in Mountainous Urban Areas

Using the \"Bridge - Road Integration Structure

LIU Yao

(Fuzhou Planning and Design Research Institute Group Co. ,Ltd. ,Fuzhou 350108)

Abstract:Road widening projects in mountainous urban areas are often constrained by complex terrains such as mountains and existing

buildings in the vicinity, limiting the space available for expansion and the enhancement of functional zones. This article primarily explores

methods for road widening in sections with limited land use in mountainous regions. It provides a comprehensive analysis of several conventional approaches under restricted terrain conditions and analyzes their respective advantages and disadvantages. It focuses on a particular

approach for widening roads in situations with narrow road terrains, where one side is adjacent to a waterway, the other side to a steep

mountain, and constraints exist against encroaching on the river channel. This approach is referred to as the \" Bridge - Road Integration

Structure\" solution. By examining real engineering case studies, this article provides an analysis introduction to the methods of road expansion using the bridge - road integration approach and outlines the general conditions for its applicability as well as the key considerations

when implementing this method. Through monitoring the progress of actual engineering projects that have employed this method, it confirms

the feasibility and reliability of this approach, making it a viable construction solution for road expansion projects with similar conditions.

Keywords:Road widening; Space limitations; Bridge - road integration structure

作者简介:刘尧(1980— ),男,高级工程师。

E-mail:camelzju@ foxmail. com

收稿日期:2023 - 06 - 05

0 引言

随着我国经济发展,城市规模逐步扩大,区域交

通运输需求以及各类交通出行需求的增加,一些穿越

山区城市的公路也逐渐需要进行改扩建、市政道路

化,增加车道规模和完善非机动车道等功能带,以满

足城市发展和日益增加的居民出行的需求。 但由于

位于山地,大多山区城市本身的建设用地就较为局

促,多数位于盆地平原范围或者沿江、溪、河等水系带

状布置。 再加上历史建设区域堆叠的沿革,城市主要

干路也多依着水岸沿着街区布设,用地颇为紧张,导

致缺乏拓宽空间。 因此,山区城市道路尤其是干路,

若需改扩建,往往会受到此种地形条件或周边已建区

域的限制。 在拓宽时,或需开挖山体并增加高边坡防

护措施,以开辟满足新增路基宽度所需要的用地;或

需向路侧低处大量填方,并设置防护以填筑新增路基

断面宽度;或需进行大量的拆迁腾出空间。 无论采用

以上何种方式,或由于复杂的工程措施,导致建设的

成本增高,或由于大规模的拆迁增加社会影响风险,

或由于开挖山体、填塞河道断面影响生态环境,都会

增加地方建设的压力。

因此,本文主要结合某山区城市江滨路扩宽改造

项目的实例,探讨一种适用于山区城市,在用地狭窄

地带受上述不利影响的情况下,可以尽可能减少投资

2023 年 12 期 总第 306 期 刘 尧·山区城市道路拓宽“桥路结合结构”方法及实践 ·103·

和降低由于拓宽改建所带来风险的方法及其主要注

意事项。

1 基本概况

山区城市的形态各有区别,其中当城市为沿水系

呈带状布局时,常有一种比较普遍的情况,即沿江道

路受到外侧山体及城区的限制,拓宽用地缺乏或狭小

且不规则。 本文所引用案例项目位于福建省中部山

区城市,为沿江滨的穿城干道,面对的即为这种情况。

主城区呈带状沿江设置,周边属多山地区,主干山脉

的走向与主构造线走向一致,市内溪河甚多。 项目主

要与其中一条闽江支流相关,该溪为闽江主要支流,

全年不发生河干、断流和冰封现象,洪峰持续期短,枯

水期长。 两岸在本项目建设前已建有防洪堤,拟改造

道路一侧为防洪堤及堤岸公园,另一侧为山体或已建

城区。

1. 1 改造前情况

道路的建设空间狭长,改造前为国道公路兼城市

主干道,但横断面布置情况为公路断面。 具体布置

为:机动车道规模为双向六车道,机动车道总宽 21 m,

最外侧车道实际使用中为机非混行。 同时,机动车道

两侧各存在宽度不等的设施带,总宽约为 24 m,具体

断面布置如图 1 所示。

图 1 改造前道路标准断面

1. 2 道路改扩建方案

拟建拓宽后的道路,机动车道由双向六车道规模

拓宽为双向八车道规模,其中最外侧车道为机非混行

车道,并在机动车道两侧拓宽增设人行道。 扩展后的

具体断面布置(为参照项目设计当年即 2009 年执行

的规范进行布置)为:3 m 人行道 + 3. 75 m 机非混行

车道 + 10. 25 m 三车道机动车道 + 0. 5 m 中央隔离护

栏 + 10. 25 m 三车道机动车道 + 3. 75 m 机非混行车

道 + 4 m 人行道,总宽为 35. 5 m,如图 2 所示。

图 2 改造后道路标准断面

由图 2 可见,道路扩建后,总宽需比原来增加至

少约11. 5 m。 考虑到道路两侧现状情况:临江侧为现

状溪岸及沿岸公园和堤防结构,临山侧为现状山体或

已建城区范围。 因此,要实现道路扩建,则需拓展出

相应的新增用地范围。 以何种方式拓展用地,就是该

项目是否可以实施及所造成影响大小的关键问题。

2 改造实施常规思路

拓展道路改造所需新增用地,常规思路主要有以

下几种:

2. 1 向江河侧方向拓展全宽

具体方案为向江、河侧填方,将部分河道填筑为

路堤以拓宽路基宽度,并增强河道边坡防护措施,或

改建河堤。 该方案的优点是可以提供较为稳定、充足

的空间,并可使改造后的道路线性等指标最优化,同

时可避免对已建区域进行拆迁或大开挖山体。 缺点

是需要投入较大资金进行填方,还需进行河堤改建,

甚至还需为对岸的驳岸建筑进行相应改造。 由于该

方案或多或少会减少江河的行洪宽度,改变河道线

形,会对行洪产生一定影响。 因此,必须要进行防洪

·104· 福 建 建 筑 2023 年

影响论证等工作,并得到水利等相关部门的审批和许

可。 导致项目的建设、审批周期加长,投资加大。

该方案较适用于既有河道同期准备进行疏浚整

治的情况,可以结合河道的改建工作,一并实施以提

高建设效率和避免重复建设造成投资浪费。

2. 2 向山侧/ 已建城区侧拓展全宽

具体方案为对已建城区进行拆迁,或对涉及的山

体进行开挖并进行山体修整、防护,必要时还需进行

高边坡支护,以腾出足够的道路拓宽空间。 上述情

况,需投入较大量的资金,所得用地代价较高。 而且

开挖山体对生态环境破坏较大,建成后的城市景观也

会受到较大影响;对已建区域大面积的迁改,也会造

成较大的社会影响。

该方案适用于周边山体不高、或计划整体挖除

(用于新增城市区域开发用地或作为建设土石方来源

等)或是已建成区域为老旧城区需翻新重建时。 此

时,社会影响较小,同时开挖出的土石方还可用于项

目建设或外售补贴项目资金,也提供了更加稳定、富

裕的拓宽空间,一举多得。

2. 3 上述两者结合尽量降低影响

根据项目的实际情况,结合河道及地形特点调整

道路的线形。 在山体陡斜处、开挖影响较大的路段,

应尽量向河道侧拓宽;在山体平缓处、开挖影响较小

的路段,应尽量在山体侧进行拓宽。 在河道狭窄、水

流较急处,则尽量向山体或城区侧拓宽;在河道宽阔、

水流较缓处,尽量考虑报批占用河道进行拓宽。 通过

合理地调整道路线形,可减少部分投资和风险,但仍

无法完全避免上述两种方案的缺点。 特别是在段落

转换的衔接段。

综上,在情况较好的区域,使用常规思路方案可

能适用。 但当碰到条件较为困难的情况时,如:河道

与山体之间空间狭小,河道断面不能被填筑侵占,且

山体较为陡斜,如果开挖,将产生较大的社会影响和

资金投入。 该种情况采用常规思路方案,就无法解

决。 因此,本文拟介绍一种适用于此种条件情况下的

扩建方案———桥路结合结构方案。

3 桥路结合结构方案

该方案的具体做法是在原需填方侧,用桥梁结构

代替部分路基区域增补空间,作为道路拓宽的部分。

这样,可以避免对山体的开挖或者对已建城区的拆

迁,同时由于采用了桥梁结构,也可避免或减少对河

道排洪断面的侵占及拆除现状驳岸挡墙所增加的投

资。 以本项目为例,则是利用临溪侧的空间建造桥梁

结构,并采用结构与道路拼接,以形成足够的道路断

面改扩建空间。 同时,还可根据具体段落情况的不

同,选择不同的桥梁宽度形式和结构尺寸,具有一定

的情况变化适应性。 如:在山体离道路距离较近,且

原道路空间狭窄段,可采用较宽的箱梁结构,如图 3

所示。

图 3 空间较狭窄段采用宽箱梁拼宽断面示意

在相对空间较富裕的段落,可采用较窄的箱梁结

构,如图 4 所示。

图 4 空间较宽裕段采用窄箱梁拼宽断面示意

4 桥路结合方案的关键注意事项

4. 1 桥梁结构与现状地形、构筑物的相互影响

在拟建桥位处,可能存在一些陡坡、泥滩或者挡

墙等构筑物。 应做好相应的防护措施,特别是存在现

状挡墙等构筑物的,应注意桥梁结构的下部结构、基

础与现状挡墙等之间的相互位置关系,避免施工期间

的打桩、承台开挖等作业造成现状构筑物受损,或造

成安全隐患。 如:现状挡墙墙趾埋深较深,并有可能

伸出墙面之外,桥墩基础承台设计时若间距较近,开

挖时若不注意,则容易损伤挡墙结构,造成挡墙承载

力下降产生安全隐患。

4. 2 桥梁结构与道路衔接处的处理

由于桥梁结构为刚性结构一般不发生沉降,而道

路部分路基,在完工后运营期间必然存在沉降。 因

此,在两者衔接处将产生沉降差,而导致路面结构产

生纵向裂缝。 如果该裂缝位于机动车道范围内,不仅

影响路容美观,也容易产生交通安全隐患,影响机动

2023 年 12 期 总第 306 期 刘 尧·山区城市道路拓宽“桥路结合结构”方法及实践 ·105·

车行驶的安全性和舒适性。 如何合理处理该衔接处,

是该方案的关键点。一般处理此种情况,主要有 3 种

方案。

4. 2. 1 混凝土板块接缝处的处理方式

在断缝处灌填弹性材料,如沥青玛蹄脂等。 并在

缝上黏贴应力吸收材料,以避免产生反射裂缝。 但对

于本项目及类似的情况,由于路、桥的沉降差易形成

错台,长期使用后仍无法避免路面结构开裂。

4. 2. 2 采用拼宽桥梁常用的拼缝处理方式———设置

伸缩缝

采用该法可以较好的解决少量的路、桥相对变形

差,特别是在道路部分天然地基地质情况较好及路基

施工较好的情况下。 但是,对于大的变形差也会造成

伸缩缝的破坏,需要修复或更换,后期管养成本较多。

同时,在机动车道中存在一道断缝,整体观感也不佳。

4. 2. 3 采用桥、路之间设置搭板过渡的方案

利用桥梁结构设置搭板支撑点,通过配筋搭板,

形成桥梁结构与路基部分之间的过渡,以减少沉降差

造成的影响。 特别是对于采用水泥混凝土路面结构

的旧路,改造时可在搭板与旧路面水泥板间采取措施

进行联系,可进一步消弭结构与路基的沉降差,以达

到良好的变形过渡。 减少对新建沥青路面结构的影

响。 在搭板搭接位,对现浇预应力钢筋混凝土箱梁结

构断面进行了适当调整,以适应结构受力需要,如图

5 所示。

图 5 桥路结合搭板衔接方案示意

综上,对于衔接位置的处理,可根据具体衔接位

置不同采取不同的方式。 如衔接位于功能带分界处

时,产生沉降差影响较小,则可根据路基部分天然地

基优良与否,分别采用第一种措施或第二种措施。 而

当衔接位于机动车道中时,沉降差影响较大,则应选

择第三种措施。 在案例项目中,由于接缝位置正位于

机动车道中间,即采用了搭板衔接过渡的方式进行。

4. 3 对于驳岸挡墙结构安全的措施

对于现状路基侧已存在挡墙结构的,若拆除并重

新建造适合新荷载下的支挡结构,对整体的安全、观

感一致是有利的。 但需进行较大范围的开挖,会影响

到现状道路的路基及路面的利用,同时挖除重建影响

范围较大、周期长,对施工期间的交通组织也较为不

利,无法利旧,也会造成建设投资的浪费。 因此,如旧

挡墙等构造物的条件良好,应尽量考虑保留现状支挡

结构并合理布置,使其受载不增加。 照此思路,可以

采用结构跨越现状支挡结构或在其上设置缓冲材料,

减少跨越结构传递下来的荷载作用。 同时,采取措

施,尽量减少现状支挡结构后侧土压荷载。 如案例项

目中采用的是如下方案:利用桥侧钢筋混凝土搭板跨

越挡墙,并在结构与挡墙顶间留置 10 cm 间隙,同时

在支挡结构后顶部路基填土进行更换。 在不引起挡

墙位移的情况下,对剩余填土进行适当压实,之后在

其上铺设混凝土枕梁,以减少新增荷载对挡墙的作

用,并可对枕梁受拉区进行适当配筋,以防止开裂。

最后,再将桥侧搭板搭置在枕梁上(图 6)。 经此处

理,挡墙没有受到上部结构传来的直接荷载,墙后荷

载也通过搭板及枕梁扩散传递至路基土范围,减少了

对旧挡墙的影响。 其他项目如有条件,也可以使用轻

质混凝土等材料来进行台后土的置换,进一步减少旧

挡墙后土压的作用。

图 6 挡墙及墙后构造处理示意图

4. 4 对于衔接道路路面的措施[1]

搭板与路面衔接位置的处理,也是关系到建成后

路面结构使用舒适性及耐久性的重要环节。 若不妥

善处理,不均匀沉降将会导致路面产生反射裂缝,甚

至纵向的长裂缝,不仅影响路容美观,也会影响行驶

舒适及安全。

参考案例项目中,可采取如下措施进行处理:

·106· 福 建 建 筑 2023 年

(1)在搭板与旧路基搭接位置下,设置足够宽度

的钢筋混凝土枕梁结构,以均匀扩散搭板传递过来的

荷载作用,同时使该处两侧沉降一致,不产生沉降差。

(2)在搭板与旧路路基接缝处,在对应位置的沥

青面层的层间加铺经编复合增强防裂布(亦可采用其

他适用于沥青的弹性材料),以增加该处整体路面结

构的韧性,防止裂缝产生。

4. 5 桥梁结构验算要点[2]

采用桥路结合结构,对于桥梁结构构造也有特殊

要求。 为了加强对桥侧搭板的承受力,普通箱梁的悬

臂板的尺寸显然无法直接作为支承结构。 因此,可将

悬臂缩减或取消,增设牛腿并加强该侧腹板,以作为

支承搭板所用。 箱梁结构本身成为非常规的不对称

结构(参见图 5 中箱梁形式),如不采取措施,其所受

的恒载也可能不平衡,受力验算也有别于常规桥梁结

构。 由于桥梁计算内容较多,且并不具备一般通用

性,需根据每个项目的实际情况进行针对性的计算分

析及结构调整。 因此,本文对常规的强度、应力等计

算内容不做赘述,仅针对所引用案例桥梁结构区别于

常规的特殊注意点及其解决思路进行说明介绍。

4. 5. 1 不对称的主梁截面

由于主梁在临山侧需设置牛腿,导致其截面不对

称,因此,主梁所受荷载可能产生较严重的偏载,从而

有可能导致主梁侧翻。 要解决此问题,就需要找出其

受力偏重的关键点。 如在本案例中,牛腿上所承担的

恒载、活载作用大小,与搭板在道路侧支撑位置相关,

如图 7 所示。

图 7 主梁、搭板相对位置关系示意图

因此,可以通过调整搭板跨越段的长度 L,增大

或减少牛腿所承担荷载的大小,以使主梁两侧受力基

本平衡,从而消除或降低偏载作用的影响。 应通过主

梁计算中支座反力的数值来校验受力情况是否平衡

(即各种工况下特别是未加载活载时,支座 1 及支座

2 的支反力数值是否接近),并可以进一步调整迭代

以达到满意的平衡度,最终确定 L 的合理取值。

4. 5. 2 牛腿的结构分析[3]

主梁牛腿处需承受较大的竖向作用,同时又是截

面高度的突变处,使其成为薄弱部位,也是易产生应

力集中现象的部位。 因此,需对其进行结构分析,并

对相应部位进行加强。 由于牛腿位于桥侧随搭板沿

桥梁纵向设置,计算分析时,可取单位长度的范围单

独计算,取 1 m 范围或取车轮荷载影响范围进行分

析。 关键计算内容为:

(1)验算最薄弱截面:求得最薄弱斜截面位置,

根据相关文献,确定最薄弱斜截面倾角的正切表达式

如下:

tan2θ =

2Rh

3Re + 3Hε + 2Hh

式中:R———支承处竖向力,kN; H———支承处水

平力,kN;θ———最薄弱斜截面倾角;h———牛腿端部

高度。

其余各参数如图 8 所示。

图 8 牛腿薄弱截面参数示意图

在确定最薄弱截面位置后,按偏心受拉构件,对

该截面进行承载能力验算。

(2)45°斜截面抗拉验算:为了确保在假设混凝土

沿 45°斜截面开裂后,承受全部拉力的钢筋具有足够

的抗拉强度,还需近似按轴心受拉构件,验算该情况

下钢筋的抗拉强度。

两者都验算后,根据验算的结果调整牛腿尺寸、

配置斜截面抗拉钢筋,以满足结构受力的要求。

5 案例项目建成后运营情况

本文所述,山区城市江滨路案例项目采用了桥路

结合方案进行拓宽,项目设计时间为 2009 年,全线建

成时间为 2011 年,至今已运营十多年。 根据现场照

片(图 9),衔接位置情况良好,路面暂未发现较明显

的错位、开裂、沉陷或影响行车舒适的情况。 日常的

养护主要是针对沥青层及铺装层磨耗所进行的。

2023 年 12 期 总第 306 期 刘 尧·山区城市道路拓宽“桥路结合结构”方法及实践 ·107·

图 9 运营期情况

6 结论

本文主要对山区道路改扩建时可能碰到的情况

及常规思路进行了阐述,并对条件较差、受限较多情

况下采用“桥路结合结构”方式进行拓宽道路建设空

间的方案进行了探讨,主要内容及结论如下:

(1)桥路结合结构方案的主要特点,是利用桥梁

结构代替部分路基区域,以减少项目的填、挖方量及

范围以及减少对周边环境的影响。 特别是在条件较

差的情况下,如:陆侧拆迁量较大或山势陡峭。 某山

区江滨路拓宽改造采用了该法,经十年运营,情况良

好,亦验证了该法的可行及安全可靠。

(2)该法主要注意事项

①桥梁构造的总体布置,要综合考虑结合周边地

形及现状构筑物的位置及构造大小,避免相互干扰,

影响结构安全。

②桥路等结构的衔接部分应采取适当的措施,以

避免路面裂缝、挡墙结构安全受影响等不良情况,也

保证项目建成后的耐久性和使用舒适性。

③桥梁构件尺寸设置合理,并注意特殊局部受力

验算。 如:选择合适的横向搭板支承距离,以保证桥

梁主梁受力均衡,搭接牛腿处应单独分析、配筋以保

证结构安全。

(3)本文结合某山区城市江滨路实例,对采用桥

路结合结构方法实施十年后的情况进行跟踪,验证了

该法的可行、可靠。

综上,本文探讨的方法,在受地形条件限制、无直

接可用拓宽空间的道路改造项目,尤其是道路两侧一

侧地势较低、一侧较高或者两侧均较现状道路低的情

况下适用。 可作为同类改造项目的建设方案使用。

参 考 文 献

[1] 黄 晓 明. 路 基 路 面 工 程 [ M]. 北 京: 人 民 交 通 出 版

社,2019.

[2] 范立础. 桥梁工程[M]. 北京:人民交通出版社,2017.

[3] 彭荣. 牛腿的构造与计算[ J]. 铁道勘测与设计,2008

(4):104 - 109.

(上接第 72 页)

(2)有限元模拟计算结果及边坡监测数据表明:

边坡最不利位置位于场地西侧,随着场地切坡及支护

结构施工,在 T13 时位移边坡达到最大值,但仍在边

坡预警值范围内。

(3)针对西侧边坡位移的监测结果,揭示该侧边

坡在切坡工况下,产生了最大的侧向位移变形,而后

续的支护措施施工,有效约束了这一变形趋势。

(4)利用有限元数值,模拟对边坡现状先行分

析,能够精准获得边坡未支护时的不利点,其模拟结

果与监测数据较为一致。 对该不利点进行针对性设

计,能够较精确地把握项目要点, 指导施工, 节约

成本。

参 考 文 献

[1] 张慧丽. 边坡支护技术在土木工程施工中的具体应用

[J]. 工业建筑,2021,51(9):271 - 272.

[2] 马锋,黄鹤,马璐珂,等. 多震地区公路边坡支护方案及

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2021,52(2):322 - 327.

[3] 白晓宇,井德胜,王海刚,等. 玄武岩纤维增强聚合物锚

杆用于边坡支护工程之研究现状[J]. 科学技术与工程,

2020,20(31):12702 - 12710.

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[5] 陈友东,周昌,张凯恒. 韧性锚杆对边坡支护作用的模型

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[6] 李中元,吴坤,魏成策. 贵州高速公路挖方边坡设计变更

管理研究[J]. 交通建设与管理,2020(2):72 - 73.

[7] 高文工. 山地建筑与建筑结构相结合的边坡支护设计优

化[J]. 福建建筑,2021(1):66 - 69.

2023 年第 12 期

总第 306 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 12·2023

Vol·306

城市轨道交通与市政道路工程交叉建设的

变形控制关键技术研究

刘干典

(福州轨道交通设计院有限公司 福建福州 350009)

摘 要:城市轨道交通与市政道路工程会不可避免地产生交叉重合。 如何在交叉建设中有效统筹协调以及相关系统

设施的安全问题,亟待研究。 以福州市帝封江片区路网一期工程与福州轨道交通 5 号线工程交叉施工为案例,分析探

讨城市轨道交通和道路工程交叉建设的变形控制关键技术,评估道路施工对地铁结构的安全影响,为后续进一步研究

外部项目施工对轨道交通设施的影响提供参考与指导。

关键词: 地铁隧道;市政道路;交叉建设;变形控制;经验

中图分类号:TU997 文献标识码:A 文章编号:1004 - 6135(2023)12 - 0108 - 06

Key Technologies and Experience Summary of the Cross - Construction of Urban Rail Transit

and Municipal Road Engineering

LIU Gandian

(Fuzhou Rail transit Design Institute Co,Ltd, Fuzhou 350009)

Abstract:It is inevitable that the lines planned by rail transit and municipal roads may overlap. It needs to be studied that how to balance

the rationality of transportation system design and the safety of surrounding building structures in cross construction. Based on Difengjiang

road network and Fuzhou metro line 5,this paper analyzes the key technologies of the intersection construction of subway structure and road

engineering,evaluates the safety impact of road construction on subway structure,summarizes the relevant design experience of road engineering and subway structure cross construction,and provides reference and guidance for further research on the impact of external project

construction on rail transit structure.

Keywords:Subway tunnel; Municipal road; Cross construction; Experience

作者简介:刘干典(1984. 01— ),男,高级工程师。

E-mail:673108500@ qq. com

收稿日期:2023 - 05 - 29

0 引言

近年来,随着城市化进程的不断加快,我国城市

交通路网建设处于飞速发展的时期,轨道交通已逐渐

成为城市公共交通系统的骨干与核心。 市政道路作

为交通路网的基础,也正在不断拓展优化。 福州市当

前已建成并投入运营 4 条地铁线路,运营线路总长约

112 . 0 km,在建线路总长约 116. 0 km。 2022 年,福州

市行政区道路网密度已达 7. 6 km / km

2

。

随着城市的不断发展迭代,国土空间利用越来越

集约,轨道交通与市政道路工程不可避免会产生交叉

重合,盾构隧道下穿新建道路,市政桥上跨地铁区间

等交叉施工的情况时有发生。 如何在交叉建设中,有

效地统筹协调并考虑相关系统设施的安全问题,已成

为当前城市规划与设计研究的重难点[1 - 3]

。

本文以福州市帝封江片区路网一期工程与福州

轨道交通 5 号线工程交叉施工设计为案例,分析探讨

城市轨道交通和市政道路交叉建设的变形控制关键

技术。 通过数值模拟与监测数据,评估市政道路施工

对轨道交通结构的安全影响,总结建设经验,并提出

研究展望。

1 工程概况

1. 1 轨道交通工程

福州轨道交通 5 号线与帝封江片区路网一期工

程交叉范围,包括当铺路站(不含) - 欢乐谷站 - 帝

封江站,总平面如图 1 所示。

欢乐谷站为地下三层岛式车站,双柱三跨箱形框

架结构,顶板覆土平均厚约 2. 65 m,采用明挖顺作法

2023 年 12 期 总第 306 期 刘干典·城市轨道交通与市政道路工程交叉建设的变形控制关键技术研究 ·109·

施工。 车站主体所处地层,为(含泥) 中砂和淤泥夹

砂。 帝封江站为地下两层双岛四线平行换乘车站,四

柱五跨箱型框架,顶板覆土平均厚约 3. 85 m,采用明

挖顺作法施工。 车站主体所处地层,为(含泥) 中砂

和淤泥质土。

当铺路站 - 欢乐谷站区间采用盾构法施工。 相

对原状地面,隧道覆土厚度约 5. 13 m ~ 15. 61 m,隧道

洞身穿越地层主要为中细砂和淤泥夹砂。 欢乐谷站 -帝

封江站区间采用盾构法施工。 相对原状地面,隧道覆

土厚度约 9. 32 m ~ 21. 99 m,隧道洞身穿越地层主要

为(含泥)中砂和淤泥夹砂。

图 1 总平面图

1. 2 道路工程

帝封江片区路网一期工程与福州轨道交通 5 号

线交叉范围,包括帝封江路、竹榄路南段和规划纵三

路,原状地面 H1 与规划路面 H2 的高差 ΔH 如表 1

所示。

表 1 帝封江路网道路标高

路段 L / m H1

/ m H2

/ m ΔH/ m

帝封江路 1426 4. 20 ~ 6. 99 6. 32 ~ 7. 18 0. 42 ~ 2. 90

竹榄路南段 689 4. 33 ~ 9. 17 6. 26 ~ 8. 82 0. 46 ~ 4. 33

规划纵三路 365 2. 50 ~ 7. 62 6. 20 ~ 7. 76 0. 14 ~ 3. 58

2 设计要点及技术方案

为确保轨道交通及道路工程二者安全,有效控制

项目交叉建设的工程风险,应着重在设计理念、技术

方案、施工时序等方面统筹优化。 本工程遵守的主要

设计理念包括以下两方面:

在轨道交通地下车站设计中,自身应优先采用

“补偿基础” 的设计理念,通过选择合理的车站埋深

和覆土厚度,降低道路覆土后的附加荷载。 若车站埋

深及覆土无法满足要求,亦可通过在车站底板设置桩

基,将附加荷载传递至深层土体。

在市政道路设计中,应优先考虑在轨道交通地下

车站,或盾构施工前将路基回填至规划标高,并预留

足够的路基及路床固结时间,保证变形值和变形速率

在轨道交通设施容许范围内。 如无法满足上述条件,

道路工程晚于轨道交通建设时,应结合地质条件和现

场实际情况,考虑采用“零荷载” 的设计理念。 也即

通过轻质材料换填等措施[4]

,在确保安全的前提下,

减小或不增加区间隧道的附加荷载。

在上述设计理念的指导下,项目双方本着互相促

进的协同原则,经多轮研究后,从技术、投资、建设时

序等多角度分析论证,确定了主要技术方案:欢乐谷

站与帝封江站围护结构投影区上方路基,采用普通砂

性土回填至规划道路标高(不含路面结构)后移交至

道路工程;车站投影区外、相关盾构区间以及轨道交

通影响范围内的路基,原则上均要求采用轻质泡沫混

凝土换填。

2. 1 轨道交通工程方案

欢乐谷站、帝封江站、当铺路站 - 欢乐谷站区间

(以下简称当欢区间) 及欢乐谷站 - 帝封江站区间

(以下简称欢帝区间)设计方案如下:

欢乐谷站围护结构采用厚 1000 mm、长 53 m 的

地下连续墙,基底采用 ϕ850 mm@ 600 mm 裙边 + 抽

条三轴搅拌桩加固,内支撑的立柱桩兼做永久立

柱桩。

帝封江站围护结构采用厚 800 mm、长 51. 8 m 的

地下连续墙,基底采用 ϕ700 mm@ 500 mm 裙边 + 抽

条双轴搅拌桩加固,内支撑的立柱桩兼做永久立

柱桩。

上述两座车站均采用了超深地下连续墙,将围护

结构内外的土体应力有效分离,显著减少车站投影区

以外路基附加荷载对车站产生的影响。 此外,还对车

站基底下方土体进行加固,并永久保留内支撑的立柱

桩,进一步加强了自身的抗变形能力。

当欢区间与欢帝区间两座盾构隧道采用的衬砌

管片,内径为 ϕ5500 mm,外径为 ϕ6200 mm,厚度为

350 mm,环宽为 1200 mm。 衬砌环由钢筋混凝土管片

构成,采用抗渗等级为 P10 的 C50 高强混凝土。 每环

管片纵缝采用 12 根 M30 螺栓,每个环缝采用 16 根

M30 螺栓。 衬砌环全环由 1 块小封顶、两块邻接块以

及 3 块标准块构成。 该类型管片自身能较好地适应

区间隧道差异沉降产生的病害。

此外,由于盾构隧道自身刚度较弱,难以通过加

强刚度,抵抗后期超载对隧道结构的不利影响。 因

此,明确要求盾构施工前一年内,道路工程须完成规

·110· 福 建 建 筑 2023 年

划路面标高1. 5 m 以下的路基回填。 1. 5 m 以内的路

基和路面结构后期采用“零荷载” 设计,采用轻质材

料换填,并回筑至规划路面标高。

2. 2 道路工程方案

项目建设期间,帝封江片区尚处于大规模开发阶

段,周边地块施工情况十分复杂。 根据 2022 年 9 月

对场地标高的确认,仅帝封江 C 段的路面标高与 2. 1

节中要求预留的 1. 5 m 路基回填高度基本吻合,道路

设计文件也明确了该段路面遵循“零荷载” 设计原

则,故文中不再赘述。 而帝封江路 A 段、竹榄路南段、

帝封江路 B 段及规划纵三路的填土高度,与原设计规

划高度存在明显差异,因此,后续将着重分析上述路

段的路基处理方案。 各区域路面实际高差见表 2 ~

表 3,填土区域分块如图 2 所示。 基于实际填土高差

以及道路工程投资成本的限制,在充分考虑道路施工

对轨道交通设施安全影响的前提下,采取了尽可能接

近“零荷载” 的有限荷载设计方案,各区域的路基处

理方案及产生的附加恒载 P 见表 2 ~ 表 3,路基及土

层容重取值如表 4 所示。

表 2 帝封江路 A 段、竹榄路南段设计方案

区域 ΔH/ m 路基处理方案 P / kPa

A 0. 36

挖除 1. 5 m 现状土,换填 0. 3 m 碎石灌

砂 + 1. 2 m 轻质混凝土

0. 33

B 0. 36 挖除 1. 5 m 现状土,换填 1. 5 m 砂性土 20. 19

C 2. 66

挖除 4 m 现状土,换填 0. 15 m 碎石灌砂

+ 3. 85 m 轻质混凝土 + 回填 2. 3 m 轻

质混凝土

0. 63

D1 1. 16

挖除 3. 65 m 现状土,换填 0. 15 m 碎石

灌砂 + 3. 50 m 轻质混凝土 + 回填 0. 8 m

轻质混凝土

- 10. 25

D2 1. 16

挖除 2. 65 m 现状土,换填 0. 15 m 碎石

灌砂 + 2. 50 m 轻质混凝土 + 回填 0. 8 m

轻质混凝土

- 2. 75

E 0. 53

挖除 1. 05 m 地铁回填土,换填 0. 8 m 砂

性土

13. 44

F 1. 98

挖除 0. 8 m 杂填土,换填 0. 8 m 砂性土

+ 回填 1. 2 m 砂性土

39. 54

表 3 帝封江路 B 段、规划纵三路设计方案

区域 ΔH/ m 路基处理方案 P / kPa

A 0. 48

挖除 1. 1m 地铁回填土,换填 0. 8m 砂

性土

12. 54

B 2. 36

挖除 1m 杂填土,换填 1m 砂性土 + 回填

0. 5m 砂性土 + 1. 5m 轻质混凝土

30. 78

C 0. 36

挖除 3. 3m 杂填土,换填 0. 8m 碎石灌砂

+ 1. 5m 砂性土 + 1m 轻质混凝土

0. 88

D 0. 48

挖除 3. 3m 杂填土,换填 0. 8m 碎石灌砂

+ 2. 5m 砂性土

13. 54

E 2. 78

挖除 1m 杂填土,换填 1m 砂性土 + 回填

2m 砂性土

53. 94

(a)帝封江路 A 段、竹榄路

(b)帝封江路 B 段、规划纵三路

图 2 路基处理范围

表 4 路基材料容重 kN/ m

3

原状土 地铁回填土 碎石灌砂 砂性土 轻质混凝土 路面层

16. 5 18 20 18 9 23

根据《建筑地基基础规范》(GB 50007—2011) 式

5. 3. 5 分层总和法计算[5]

,本项目中道路工程的最终

沉降量可按式(1) 计算。 帝封江路 A 段、竹榄路南

段、帝封江路 B 段及规划纵三路下方各土层的压缩沉

降量计算结果,见表 5 ~ 表 7。

s = ψs∑

n

i = 1

p0

zi αi - zi - 1αi - 1

( )

Esi

(1)

表 5 帝封江路 A 段压缩沉降量

层号 土层 层厚(m)

压缩模量

(MPa)

压缩量

(mm)

< 2 - 5 > 中细砂 16 24 ~ 27 0. 39

< 2 - 4 - 4 > 淤泥夹砂 10 2. 59 16. 79

< 3 - 1 - 1 > 粉质粘土 3. 5 5. 52 2. 27

< 3 - 2 > 泥质粉砂 3 25 ~ 31 0. 050

表 6 竹榄路南段压缩沉降量

层号 土层 层厚(m)

压缩模量

(MPa)

压缩量

(mm)

< 2 - 5 > 含泥中砂 15. 5 15 ~ 20∗ 12. 98

< 2 - 4 - 4 > 淤泥夹砂 12. 6 2. 52 45. 42

< 3 - 8 > 卵石 22 54 ~ 65∗ 0. 115

表 7 帝封江路 B 段、规划纵三路压缩沉降量

层号 土层 层厚(m)

压缩模量

(MPa)

压缩量

(mm)

< 2 - 5 > 含泥中砂 15. 6 15 ~ 20∗ 12. 18

< 2 - 4 - 5 > 淤泥质土 9. 8 9 ~ 14∗ 9. 30

< 3 - 1 - 2 > 粉质粘土 2. 7 5. 12 3. 13

< 4 - 8 > 卵石 20. 2 54 ~ 65∗ 0. 065

当铺路站 - 欢乐谷站区间隧道位于帝封江路 A

段下方 < 2 - 4 - 4 > 淤泥夹砂层,则隧道结构的总沉

降量为隧底以下 < 2 - 4 - 4 > 淤泥夹砂、 < 3 - 1 - 1 >

粉质粘土、 < 3 - 2 > 泥质粉砂 3 个地层压缩量的累加

值,最终总沉降量 S1 = 5. 58 + 2. 27 + 0. 05 = 7. 90 mm。

2023 年 12 期 总第 306 期 刘干典·城市轨道交通与市政道路工程交叉建设的变形控制关键技术研究 ·111·

欢乐谷站位于竹榄路南段下方 < 2 - 4 - 4 > 淤泥

夹砂层,则车站结构的总沉降量为隧底以下 < 2 - 4 -

4 > 淤泥夹砂、 < 3 - 8 > 卵石两个地层压缩量的累加

值,最终总沉降量 S2 = 5. 35 + 0. 115 = 5. 47 mm。

帝封江站位于帝封江路 B 段、规划纵三路下方 <

2 - 4 - 5 > 淤泥质土层,则车站结构的总沉降量为隧

底以下 < 2 - 4 - 5 > 淤泥质土、 < 3 - 1 - 2 > 粉质粘

土、 < 4 - 8 > 卵石 3 个地层压缩量的累加值,最终总

沉降量 S3 = 2. 99 + 3. 13 + 0. 065 = 6. 19 mm。

3 数值模拟计算

为进一步复核分层总和法计算变形的可靠性,本

工程采用有限元软件 midas GTS NX 进行数值分析进

行互校。 根据道路工程与轨道交通工程的交叉情况,

分为 3 个节点进行模拟分析:当铺路站 - 欢乐谷站区

间、欢乐谷站和帝封江站。 根据规范[6]要求并考虑结

构既有变形后,地铁结构变形控制指标如表 8 所示。

表 8 变形控制指标 mm

车站/ 区间 位置 竖向位移 水平位移 净空收敛

当欢区间 — 10 8 8

欢乐谷站

车站主体 19 19 —

附属结构 38 —

欢帝区间 — 10 8 8

帝封江站

车站主体 17 17 —

附属结构 38 — —

3. 1 节点 1:当铺路站 - 欢乐谷站区间

节点 1 的有限元模型如图 3 所示,模型范围包含

当铺路站 - 欢乐谷站区间、帝封江路 A 段及周围土体。

区间隧道模型变形如图 4 所示,道路完工及运营后区

间结构最大变形(水平变形 H,竖向变形 V,总位移 Total)见表 9,均小于控制值故影响可控。 模拟施工过程

中,C 区域道路一次性开挖后,区间最大隆起量达

12. 85 mm。 道路完工后,隧道受上部卸载影响,整体上

浮。 道路运营后,隧道变形受道路超载影响,隧道整体

下沉,隧道拱腰两侧收窄,隧顶拱起变形。 基坑覆土回

填阶段,隧道整体下沉,隧顶下沉,拱腰两侧压宽。

图 3 节点 1 有限元模型

图 4 节点 1 结构变形

表 9 节点 1 最大变形

施工阶段 H/ mm V/ mm Total / mm

完工后 2. 12 3. 89 3. 95

运营后 1. 93 - 7. 31 7. 31

3. 2 节点 2:欢乐谷站

节点 2 的有限元模型如图 5 所示,模型范围包含

欢乐谷站、帝封江路 A 段、竹榄路及周围土体。 地铁结

构模型变形如图 6 所示,车站主体、B 号口和 C 号口最

大变形如表 10 所示,均小于控制值,故影响可控。

图 5 节点 2 有限元模型

图 6 节点 2 结构变形

·112· 福 建 建 筑 2023 年

表 10 节点 2 最大变形

结构 H/ mm V/ mm Total / mm

车站主体 3. 16 - 4. 31 4. 97

B 号口 5. 01 - 24. 46 25. 16

C 号口 13. 56 - 17. 09 21. 70

3. 3 节点 3:帝封江站

节点 3 的有限元模型如图 7 所示,模型范围包含

帝封江站、欢乐谷站 - 帝封江站、帝封江路 B 段、规划

纵三路及周围土体。 地铁结构模型变形如图 8 所示,

车站主体、1 号、H 号口、4 号风亭和隧道的最大变形

如表 11 所示,均小于控制值,故影响可控。

图 7 节点 3 有限元模型

图 8 节点 3 结构变形

表 11 帝封江站工后最大变形

结构 H/ mm V/ mm Total / mm

车站主体 1. 29 - 5. 64 5. 72

1 号口 2. 95 - 9. 27 9. 54

H 号口 - 1. 42 - 3. 85 4. 10

4 号风亭 2. 16 - 5. 74 5. 92

隧道 0. 41 - 0. 58 0. 70

数值模拟分析结果表明,铺路站 - 欢乐谷站区间

沉降计算结果与前文的分层总和法计算结果 S1的差

值△1 = 7. 90 - 7. 31 = 0. 59,偏差约 7. 46% 。

欢乐谷站沉降计算结果与前文的分层总和法计

算结果 S2 的 差 值 △2 = 5. 47 - 4. 97 = 0. 50, 偏 差

约 9. 14% 。

帝封江站沉降计算结果与前文的分层总和法计

算结果 S3 的 差 值 △3 = 6. 19 - 5. 72 = 0. 47, 偏 差

约 7. 59% 。

通过以上分析可知,两者计算结果偏差较小,且

均能满足结构安全控制值的要求。

4 施工监测情况

截至 2023 年 3 月,帝封江片区路网一期工程已

完成路基施工。 根据相关监测保护规范[6 - 7]

,区间内

每 5 环布设 1 个断面,车站内每 5 m 布设 1 个断面,

车站与隧道交界处加密布设 1 个断面,站厅层及附属

结构每10 m 布设1 个断面;对于区间变形的监测频率,

施工期间应1 次/ 1 d。 施工完成 7 d 后。 1 次/ 2 d,30 d

后1 次/ 7 d。 截至 2023 年 3 月 5 日,地铁结构变形监

测结果如表 12 所示。

表 12 最大变形监测数据 mm

监测项目 左线最大值 右线最大值 控制值

X 方向 3. 5 2. 4 [ - 20,20]

Y 方向 - 3. 2 - 3. 6 [ - 20,20]

Z 方向 5. 8 - 8. 1 [ - 14,14]

收敛值 2. 7 - 4. 7 [ - 20. 20]

X 方向 - 1. 8 0. 7 [ - 19,19]

Y 方向 - 3. 4 6. 8 [ - 19. 19]

Z 方向 - 8. 2 - 3. 4 [ - 19,19]

X 方向 - 1. 6 - 1. 5 [ - 8,8]

Y 方向 - 4. 4 2. 4 [ - 8,8]

Z 方向 3. 7 2. 1 [ - 10,10]

收敛值 - 2. 4 - 2. 1 [ - 8. 8]

X 方向 2. 7 3. 4 [ - 17,17]

Y 方向 - 2. 9 - 0. 9 [ - 17,17]

Z 方向 - 5. 5 3. 2 [ - 17,17]

根据监测数据可知,各监测项目变化速率和累计

变化量,均在控制值范围内。 结合数值模拟的计算结

果,可得帝封江片区路网一期工程施工对福州轨道交

通 5 号线的安全影响如下:

当铺路站 - 欢乐谷站区间及帝封江站上方道路

填土部分,采用轻质混凝土换填。 道路完工并运营

后,车站与区间结构位移变形均小于限制值,满足地

铁保护要求。

欢乐谷站 - 帝封江站区间受上方道路施工影响,

欢乐谷站采用附属外轮廓设置隔离桩的方案。 考虑

结构既有变形后,车站主体、附属结构及区间的变形

值均小于控制值,满足地铁保护要求。

(下转第 116 页)

2023 年第 12 期

总第 306 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 12·2023

Vol·306

海绵设施调蓄容积计算公式的研究

洪 涛

(福建省建筑设计研究院有限公司 福建福州 350001)

摘 要:根据年径流总量控制率定义,指出年径流总量控制率不仅与设计降雨量相关,也与雨量径流系数相关连。 通

过分析推导,得出年径流总量控制率、设计降雨量和雨量径流系数三者之间的内在关系;指出容积法计算海绵设施调

蓄容积的公式应加以修正,并可根据场地实际设置的调蓄容积,计算出场地实际年径流总量控制率。

关键词: 年径流总量控制率; 设计降雨量;雨量径流系数

中图分类号:TU99 文献标识码:A 文章编号:1004 - 6135(2023)12 - 0113 - 04

Research on the Formula for Calculating the Storage Capacity of Sponge Facilities

HONG Tao

(Fujian Provincial Institutle of Architectural Design and Research Co. ,Ltd. ,Fuzhou 350001)

Abstract:Based on the definition of annual runoff total control rate,this article points out that the annual runoff total control rate is not only

related to the design rainfall,but also to the rainfall runoff coefficient. Through analysis,the internal relationship between the annual runoff

total control rate,design rainfall,and rainfall runoff coefficient is derived. It is pointed out that the formula for calculating the storage capacity of sponge facilities using the volumetric method should be revised,and the actual annual runoff control rate of the site can be calculated

based on the actual storage capacity set on the site.

Keywords:Annual total runoff control rate; Design rainfall; Rainfall runoff coefficient

作者简介:洪涛(1972— ),男,高级工程师。

E-mail:ht@ fjadi. com. cn

收稿日期:2023 - 06 - 26

0 引言

年径流总量控制率是海绵城市建设中首要的规

划控制目标。 要实现这一目标,主要通过在场地内设

置一定规模的低影响开发设施(以下简称“海绵设

施”),控制频率较高的中、小降雨事件来实现[1]

。 实

际工程设计中,通常将需要设计的场地划分为若干分

区,分别计算各分区所需要设置的调蓄容积。 当分区

内实际设置的调蓄容积与需要设置的容积不符时,则

需要根据实际设置的调蓄容积,计算出该分区的实际

年径流总量控制率。 最后加权计算整个场地的年径流

总量控制率,其值大于规定的年径流总量控制率,即满

足设计要求。 《海绵城市建设技术指南(试行)》(以下

简称《海绵指南》)给出容积法计算公式 V = 10HψF 公

式(1),式中:V 为设计调蓄容积(m

3

);H 为设计降雨

量(mm);ψ 为雨量径流系数; F 为汇水面积( hm

2

)。

通过该公式,即可计算场地调蓄设施所需的容积。 反

之,当场地设置一定的调蓄容积后,亦可根据公式计

算出设计降雨量,再根据设计降雨量,查出对应的年

径流总量控制率。

1 雨量径流系数计算年径流总量控制率

《建筑与小区雨水控制及利用工程技术规范》

(以下简称《雨水控制规范》) 的雨量径流系数定义

为:在设定时间内,降雨产生的径流总量与总雨量之

比,即为雨量径流系数[2]

。 《海绵指南》 同样也有相

关论述:当自然地貌按绿地考虑时,绿地年径流总量

外排率为 15% ~ 20% (相当于年雨量径流系数 ψ 为

0. 15 ~ 0. 20),则年径流总量控制率最佳为 80% ~

85% ,即年径流总量控制率为 1 - ψ(通常年径流系数

小于日径流系数。 工程实际中,常以日径流系数为计

算依据,以下所述径流系数均为日径流系数)。 根据

《雨水控制规范》定义及《海绵指南》相关内容叙述可

知,年径流总量控制率与雨量径流系数关系为 P = 1

- ψ 公式(2),式中 P 为年径流总量控制率。

·114· 福 建 建 筑 2023 年

2 容积法与采用雨量径流系数计算年径流总

量控制率的矛盾

以福州市某项目为例,进行海绵设施的调节容积

及年径流总量控制率计算。 场地总面积 10 000 m

2

,

绿地率为 30% ,建筑密度 30% ,年径流总量控制率要

求为 75% 。 据《福建省海绵城市建设技术导则》,福

州市年径流总量控制率对应降雨量如图 1 与表 1 所

示,下垫面雨量径流系数取值如表 2 所示。图 1 福州市径流总量控制率曲线图

表 1 福州市年径流总量控制率与设计降雨量对应表

城市

不同年径流总量控制率对应的设计降雨量(mm)

40% 45% 50% 55% 60% 65% 70% 75% 80% 85% 90%

福州市 7. 7 9. 2 11 12. 9 14. 8 17. 2 20. 4 24. 1 28. 9 35. 7 47. 2

表 2 雨量径流系数

场地类型 硬屋面 道路及广场 绿地 绿化屋面 透水铺装

径流系数 0. 85 0. 85 0. 15 0. 3 0. 3

根据场地条件,设置不同的海绵设施,如表3 所示。

设计年径流总量控制率采用 75% ,对应设计降

雨量采用 24. 1 mm,计算结果如表 4 所示。

表 3 项目场地海绵设施设置情况表 m

2

分类计算 总面积 硬屋面 绿色屋面 透水铺装路面 不透水应道路面积 下凹式绿地

绿地面积(含下

凹绿地)

海绵设施一 10000 3000 0 0 4000 1550 3000

海绵设施二 10000 2000 1000 2000 2000 500 3000

海绵设施三 10000 2000 1000 2000 2000 0 3000

表 4 项目场地不同海绵设施下的年径流总量控制率计算表

项目场地

设施分类

总面积

(m

2

)

下凹式绿地

(m

2

)

计算综合雨

量径流系数

年降雨总量控制

率(75% )对应的

设计降雨量(mm)

所需控制体积

(m

3

)

下凹式绿地调

蓄容积(m

3

)

LID 设施控制

雨量(mm)

项目年径流总

量控制率(% )

海绵设施一 10000 1550 0. 64 24. 1 154. 2 155 24. 2 75. 1

海绵设施二 10000 500 0. 475 24. 1 114. 5 50 10. 5 48. 6

海绵设施三 10000 0 0. 475 24. 1 114. 5 0 0 0

表 4 显示,当采用海绵设施二时,依据容积法公

式(1)计算,得出海绵设施实际年径流总量控制率为

48. 6% 。 当采用海绵设施三时,依据容积法公式(1)

计算,得出海绵设施实际年径流总量控制率为 0。 根

据上文所述年径流总量控制率与雨量径流系数的关

系,当场地雨量径流系数为 0. 475 时,即使不设任何

调蓄设施,场地的实际年径流总量控制率按公式(2)

计算,为 P = 1 - 0. 475 = 52. 5% 。 从计算结果看,采

用容积法计算得出的年径流总量控制率,与根据场地

雨量径流系数计算得出的年径流总量控制率存在

矛盾。

3 问题分析及推导公式

根据《海绵指南》 关于年径流总量控制率的定

义,年径流总量控制率与设计降雨量之间的关系可解

释为:假设场地年径流总量控制率为 P 时,对应设计

降雨量为 HS mm,则设计降雨量 HS下方雨量之和(以

∑HS表示)为场地全年累计得到控制的雨量,设计降

雨量上方雨量之和为场地全年外排总降雨量(以∑Hi

表示),如图 2 所示。

图 2 年径流总量控制率对应的降雨量控制图

2023 年 12 期 总第 306 期 洪 涛·海绵设施调蓄容积计算公式的研究 ·115·

当场地内设置的海绵设施调蓄容积为 V = HSψF m

3

时,分析场地逐日实际外排径流量:当某日降雨量 H

小于 HS mm 时,径流量 W = HψF 小于海绵设施规模

调蓄容积 V(HSψF),所有径流均被拦截进入海绵设

施内,无外排径流。 也即所有降雨均被拦截,符合年

径流总量控制率所定义的内容。 当某日降雨量 H 大

于 HS mm 时,其降雨量可表示为:

H =HS +Hi(Hi为当天降雨量超出 HS mm 的部分);

则场地径流量 W = (HS + Hi ) ψF = HS ψF + Hi

ψF = V + HiψF;

根据上式,当降雨量 H 大于 HS mm 时,海绵设施

截留体积为 V 部分的雨水径流,外排径流量则为 Hi

ψF,即相当于外排降雨量为 Hiψ mm。 而按年径流总量

控制率定义,当降雨量 H 大于 HS时,外排降雨量应为

Hi mm,而不仅是 Hiψ mm,两者之差为 Hi(1 - ψ)mm。

即 Hi(1 - ψ)mm 的降雨量其实并未外排,也为场地所

截留。 上述分析结果如图 3 所示。

图 3 设计场地的降雨量分布示意图

对比图 2 与图 3,可以很明显地看出其中的区别,

即按照《海绵指南》中给出的公式计算海绵设施调节容

积时,理论上的全年外排总量应为图 2 中的∑Hi,而当

设置了调蓄容积为 HSψF 时,实际全年外排总量仅为最

上方区域四,即∑Hiψ,理论外排总量与实际外排总量

之间的差值为∑Hi(1 - ψ)。 也就是说,场地全年控制

雨水总量,除了年径流总量,控制率为 P 对应部分。

∑HS外,还包含超额控制雨量部分∑Hi(1 - ψ)。

此时,实际的全年径流控制总量应为:W控 = ∑HS

+ ∑Hi(1 - ψ);

式中:∑HS = ∑H∗P,∑Hi = ∑H × (1 - P)

实际年径流总量控制率(用 PS表示)应为:

PS = 全年实际控制总降雨量/ 全年总降雨量

= [∑HS + ∑Hi(1 - ψ)] / ∑H

= [∑H × P + ∑H × (1 - P)∗(1 - ψ)] / ∑H

= P + (1 - P)(1 - ψ)

= 1 + Pψ - ψ (3)

式(3)整理后得:P = (PS + ψ - 1) / ψ (4)

式中:P———场地设置调蓄容积 V 时所控制雨量

对应的年径流总量控制率;

PS———场地实际的年径流总量控制率,即符合当

地规划条件的场地年径流总量控制率;

ψ———流量径流系数。

实际工程设计中,根据当地规划要求,即可确定

目标场地需要达到的年径流总量控制率 PS ,在此基

础上计算场地需要的调蓄容积。 但是,此时根据公

式(1)计算所需要的设计降雨量,并不是 PS所对应

的设计降雨量。 应先根据公式(4)计算得出 P,再根

据计算结果 P 查出其对应的设计降雨量。 例如,当

项目场地需要达到的年径流总量控制率目标为 75% ,

场地径流系数为 0. 5,则 P 值应为(0. 75 + 0. 5 - 1) /

0. 5 =0. 5 =50% 。 当场地径流系数为 0. 6,则 P 值应

为(0. 75 + 0. 6 - 1) / 0. 6 = 0. 583 = 58. 3% ,并分别

以 50% 和 58. 3% 所对应的设计降雨量代入公式

(1)计算出调蓄容积,场地设置调蓄容积不小于该

值时,项目场地需要达到的年径流总量控制率即不

小于 75% 。

4 推导公式验证及应用

仍以上述福州市某项目为例, 采用公式 ( 1 )、

(3)、(4)组合计算后,计算结果如表 5 所示。

表 5 按推导公式计算项目场地不同海绵设施下的年径流总量控制率计算表

项目场地

设施分类

总面积

(m

2

)

下凹绿地面积

(水深按 100mm 计)

(m

2

)

计算综合雨量

径流系数

P 值

P 值对应的设计

降雨量(mm)

下凹式绿地调

蓄容积(m

3

)

LID 设施控制

雨量(mm)

项目实际年径流

总量控制率 PS

海绵设施一 10000 980 0. 64 61. 0 15. 3 98. 0 15. 3 75. 0

海绵设施二 10000 366 0. 475 40 7. 7 36. 6 7. 7 71. 5

海绵设施三 10000 0 0. 475 0 0 0 0 52. 5

注:表中 P 值系根据场地实际设置调蓄容积后计算出的控制雨量查表 1 得出,海绵设施一控制雨量 15. 3 mm,对应 P 值 61. 0% ,海绵设施二控制

雨量 7. 7 mm,对应 P 值 40% ,海绵设施三控制雨量 0 mm,对应 P 值为 0,并根据公式 3 计算实际年径流总量控制率。

海绵设施一实际年径流总量控制率 = (1 + 0. 610 × 0. 64 - 0. 64) = 0. 750 = 75. 0%

海绵设施二实际年径流总量控制率 = (1 + 0. 4 × 0. 475 - 0. 475) = 0. 715 = 71. 5%

海绵设施三实际年径流总量控制率 = (1 + 0 × 0. 475 - 0. 475) = 0. 525 = 52. 5%

·116· 福 建 建 筑 2023 年

从表 5 可以看出,采取海绵设施二、三时,实际年

径流总量控制率未达标,说明调蓄设施容积不足,需

加大下凹绿地面积或增加雨水收集池等。 从设施二

计算结果看,当设置有下凹绿地时,虽然绿地面积不

足,年径流总量控制率不达标,但是计算得出的实际

年径流总量控制率大于(1 - ψ);从设施三计算结果

看,当未设置下凹绿地时,计算得出的实际年径流总

量控制率,即为场地雨量径流系数所对应的年径流总

量控制率(1 - ψ),并未出现设置调蓄设施的场地实

际年径流总量控制率反而比不设调蓄设施更小的矛

盾结论,从而表明计算结果是有效的,能准确反映出

实际年径流总量控制率。

5 结语

综上所述,降雨量与径流量并不是同一个概念。

降雨量依据的是统计结果,而径流量是降雨至下垫面

后根据下垫面的径流系数计算出的结果。 《海绵指

南》给出的各地年径流总量控制率与设计降雨量表,

是依据多年降雨量统计分析的结果,对应的是某个雨

量值下的总降雨量,并不是实际的控制量。 因此,从

定义出发,采用降雨总量百分率与设计降雨量对应关

系,更为合适。

从海绵城市建设来说,准确计算出需要控制的降

雨量,既能满足设计区域对年径流总量控制率的要

求,同时也能做到不过度控制降雨量,维持控制区域

下游的径流量,对于保护下游地区的水生态平衡,同

样具有重要意义。 另外,从上述两次按不同方法计算

结果看,采用公式(1)、(3)、(4)组合计算的海绵设施

规模,均比按《海绵指南》给出的计算公式有所缩小。

虽然单个工程节约工程量有限,但是从全国整体来

看,节约的工程造价,也是相当可观的。

参 考 文 献

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部,中华人民共和国国

家质量监督检验检疫局. 海绵城市建设技术指南———低

影响开发雨水系统构建(试行) [ S]. 北京:住房城乡建

设部,2014.

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 建筑与小区雨水控

制及利用工程技术规范:GB50400—2016 [ S]. 北京:中

国建筑工业出版社,2016.

(上接第 112 页)

5 结语

本文以福州市帝封江片区路网一期工程与福州

轨道交通 5 号线工程交叉施工项目为案例,从轨道交

通和道路工程两方面入手,分析了轨道交通与道路工

程交叉建设的变形控制关键技术,主要如下:

(1)轨道交通地下结构,自身应优先采用“补偿

基础”,合理选择车站埋深和覆土厚度,降低道路覆土

后的附加荷载。

(2)轨道交通地下结构埋深及覆土无法满足要

求,可通过在车站底板设置桩基,将附加荷载传递至

深层土体。

(3)市政道路设计,应优先考虑在轨道交通地下

车站或盾构施工前,将路基回填至规划标高,并预留

足够的路基及路床固结时间。

(4)道路工程晚于轨道交通建设,应结合地质条

件和现场实际情况,考虑采用“零荷载”设计,通过轻

质材料换填等措施,减小或不增加区间隧道的附加

荷载。

本次研究,在设计方案上,对路基换填深度、材料

和实施必要性等进行优化,并对专项监测方案、监测

项目与监测频率做出要求,保证了福州市帝封江片区

路网一期工程的安全实施,同时对福州轨道交通 5 号

线工程结构的影响可控。 本文为未来城市轨道交通

与市政道路工程交叉建设积累了经验,并为后续进一

步研究外部项目施工对轨道交通结构的影响,提供了

参考与指导。

参 考 文 献

[1] 武科,张文,吴昊天,等. 上软下硬地层地铁隧道下穿既

有城市道路的变形规律及控制措施研究[ J]. 现代隧道

技术,2017,54(06):126 - 135.

[2] 任艳超. 地铁大跨隧道下穿既有城市道路隧道施工风险

评估及控制[J]. 建筑结构,2021,51(S2):1741 - 1747.

[3] 乔丹,任其亮. 地铁隧道施工对既有城市道路的影响研

究[J]. 公路工程,2019,44(04):158 - 162.

[4] 董帅. 地铁区间段上方后建道路路基设计方案[ J]. 公

路,2021,66(12):82 - 86.

[5] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 建筑地基基础设计

规范:GB5007—2011[S]. 中国北京. 中国建筑工业出版

社,2011

[6] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 城市轨道交通结构

安全保护技术规范:CJJ/ T 202—2013[ S]. 北京:中国建

筑工业出版社,2013.

[7] 中华人民共和国住房和城乡建设部,中华人民共和国国

家质量监督检验检疫总局. 城市轨道交通工程监测技术

规范:GB 50911—2013 [ S]. 北京:中国建筑工业出版

社,2013.

2023 年第 12 期

总第 306 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 12·2023

Vol·306

从感染概率探析传染病房通风系统改造设计方法研究

林 峰

(福建省建筑设计研究院有限公司 福建福州 350001)

摘 要:在突发公共卫生事件时,针对传染病房改造的特殊性,从控制感染概率角度上,对其通风系统的设计要求进行

探讨。 为此,从理论分析传染病房通风量、过滤效率等因素与感染概率的关系,同时考虑病房改造的实际特点;采用

CFD 仿真模拟的方法对室内污染物浓度分布进行模拟,从降低感染风险方面得出适合病房改造的通风气流组织,为传

染病房通风系统的改造提供设计方法。

关键词: 传染病房;感染概率;改造;通风系统;气流组织

中图分类号:TU83 文献标识码:A 文章编号:1004 - 6135(2023)12 - 0117 - 05

Research on design methods of ventilation system reform in infectious

ward from infection probability

LIN Feng

(Fujian Province Architectural Design and Research Institute Co. ,Ltd ,Fuzhou 350001)

Abstract:In the case of public health emergencies,according to the particularity of the transformation of infectious ward,the design requirements of ventilation system were discussed from the Angle of infection probability control. Therefore,the relationship between the ventilation

volume and filtration efficiency of infectious ward and the infection probability was analyzed theoretically. At the same time,considering the

actual characteristics of the ward transformation,the CFD simulation method was adopted to simulate the distribution of indoor pollutant concentration. From the aspect of reducing the infection probability,the ventilation airflow organization suitable for the ward transformation was

obtained,the design method is provided for the transformation of the ventilation system of the infectious ward.

Keywords:Infectious ward; Infection probability; Reconstruction; Ventilation system; Air distribution

作者简介:林峰(1973. 4— ),男,高级工程师。

E-mail:863707046@ qq. com

收稿日期:2023 - 05 - 29

0 引言

近年来,全世界各地区均大规模爆发了呼吸道传

染病疫情。 在面对突发强传染性疫情,我国各地均出

现了公共卫生医疗资源准备的不足,有些地方甚至出

现了医疗资源挤兑的状况。 2020 年 5 月,国家发布了

《公共卫生防控救治能力建设方案》,提出要调整优

化医疗资源布局,提高平战结合能力,人口较少的地

级市,原则上不鼓励新建独立的传染病医院,按照“平

战结合”要求,改造现有病区[1]

。

传染病区的改造应符合传染病病区的使用要求。

除了建筑平面应满足按“三区两通道” 设计外,尤其

是需满足对呼吸道传染疾病的医疗救治条件,控制呼

吸道疾病的感染和传播。 呼吸道传染病病毒附着在

人体呼出的颗粒物上,在室内会有不同的传播方式,

而呼吸道传染病疫情的主要传播途径之一,即为飞沫

传播,当室内通风不畅时,容易造成呼吸道传染病传

播和交叉感染。 人体呼出颗粒物的传播,不仅受室内

通风换气量、气流组织形式等因素影响,同时也与送、

排风口的位置有关[2]

。 因此,通风系统作为营造室内

舒适、健康卫生居住环境的技术手段,其卫生目标之

一,就是降低室内人员交叉感染的概率。 各种呼吸道

传染病有不同的致病性,而在《传染病医院建筑设计

规范》

[3]中仅简单提出最小新风量要求,对通风量大

小及送排风口具体的位置均未明确。 而普通病房按

传染病房改造的建设空间有限,为了有效地控制传染

病的感染概率,本文通过感染概率模型理论分析和

CFD 仿真软件模拟,研究讨论传染病房通风系统合适

的改造设计措施。

1 感染概率模型理论分析

1. 1 空气传播疾病感染概率模型

空气传播疾病感染率与病毒种类和数量、人群的

易感性有关。 而病菌或病毒种类及人群易感性无法

预判,同时,空气病菌或病毒则是由感染源产生带入

·118· 福 建 建 筑 2023 年

房间的,其数量也很难完全精确确定,因此无法精确

确定空气传播疾病的感染率。

对于在某个存在病原体的房间内健康人受到感

染的情况,Wells 在 1955 年提出一个概念“ quanta”,

quanta 定义为使一个人达到致病量所需最少病原体

的数目,利用这个概率发展方法确定空气传染病的感

染概率[4]

。 根据这个理论,由 Riley 等在 1978 年提出

了 Wells—Riley 方程[5]

,其公式为:

P = 1 - exp( -

Iqpt

Q

) (1)

式(1)中,P 为感染概率,其值在 0 ~ 1 之间;I 为

感染者人数;q 为一个感染者的 quanta 产生率;p 为单

个感染者呼吸通风量,为常数;Q 为房间通风量,m

3

/ h;

t 为健康人群在污染空气中的暴露时间,h。

本公式是一种理想状态的假设,未考虑实际工程

中房间内尘埃颗粒泄漏或沉降效果,并且未考虑房间

内感染空气分布浓度的不均及人员着装的防护等。

为了方便讨论,以上因素暂时忽略不计。

公式(1)中,Q 实际上是对病房内污染空气进行

稀释的清洁空气,而在病房的空调通风系统中,空调

送风一般是由新风和回风一起构成的。 新风为清洁

空气,回风属于受到污染的空气,当对空调回风进行

净化消毒过滤处理后,Wells—Riley 模型修正为:

P = 1 - exp( -

Iqpt

Q2 + ηQ2

) (2)

Q1 = rQ (3)

Q = Q1 + Q2 (4)

式(2)、(3)、(4) 中,Q1 为新风量,m

3

/ h;Q2 为回

风量, m

3

/ h; η 为 回 风 过 滤 效 率,% ; r 为 新 风 百

分比,% 。

将式(3)、(4)代入式(2),可得:

P = 1 - exp{ -

Iqpt

(r + η - ηr)Q

} (5)

根据式(5) 可以得出:感染概率与感染人呼吸

量、quanta 产生率、暴露时间、通风量、新风百分比、回

风过滤效率均有关。 其中感染人呼吸量为病人总呼

吸量,quanta 产生率仅与病原体种类、污染物产生浓

度有关,暴露时间为健康医护人员在病房内对病人的

治疗时间,这几项因素是客观存在的,与空调通风系

统的设计无关。 因此,理论上空调通风系统设计对感

染概率的影响仅取决于通风量、新风百分比、回风过

滤效率这些因素。

1. 2 通风量对感染概率的影响

从式(5) 中可以得出:当其他因素不变时,通风

量越小,感染概率越大。 假设医护人员在病房治疗所

需的时间不变,对于病人数一定的病房来说,通风量

对感染概率的影响仅与 quanta 值有关系。 当保持感

染概率不变时,通风量与 quanta 值两者为正比关系。

为了方便计算讨论 quanta 值、通风量与感染概率的相

互关系,本文引入通风当量的概念。 当空调通风系统

为全新风系统,暴露时间和病人数一定时,以感染概

率为 10% ,quanta 值为 100 产生率时所需求的通风量

定义为 1 个通风当量。 将通风当量及 quanta 值逐步

加大,根据公式(5),各感染概率变化如图 1 和表 1

所示。

图 1 感染概率随 quanta 值及通风量变化的关系

表 1 各 quanta 值及通风量对应的感染概率 %

quanta

通风当量

1 3 6 9 15 18

100 10 3. 5 1. 7 1. 2 0. 7 0. 6

500 41 16. 1 8. 4 5. 7 3. 5 2. 9

1000 65. 1 29. 6 16. 1 11 6. 8 5. 7

2000 87. 8 50. 5 29. 6 20. 9 13. 1 11

从表 1 可知:在 quanta 值为 100 产生率的条件

下,当通风当量从 1 增加到 9 时,感染概率降低了

8. 8% ,而通风当量从 9 增加到 18 时,感染概率仅降

低了 0. 6% ,在图 2 中,也看出感染概率曲线在通风当

量达到一定数值后趋向平缓,说明在一定条件下加大

通风量到一定数值后,再提高通风量,对降低感染风

险的作用不大。 但是从图 2 中也可看出:随着 quanta

值的增大,感染概率曲线曲率随之减小,曲线趋向平

缓时达到的风量数值随着 quanta 值的增大而增大。

根据以上结果分析表明,为了维持一定的感染概

率,传染病房设计的通风量应随着疾病的传染性及产

生率的增强而增大。 但对于某种传染性疾病来说,传

染及产生率特性不变,虽然加大通风量可持续降低感

染概率,但是通风量达到一定数值后,其降低感染概

2023 年 12 期 总第 306 期 林 峰·从感染概率探析传染病房通风系统改造设计方法研究 ·119·

率的效果将减弱。 而且,不断加大通风量,也会引起

空调通风设备及风管尺寸增大,通风系统能耗的增

加,从而带来投资与运行成本的增加。 尤其对改造项

目来说,可利用空间有限,对设计及施工安装均造成

一定的困难。

1. 3 新风百分比与回风过滤效率对感染概率的影响

在空调通风系统中,送风是由新风和回风一起构

成的,当送风量保持恒定时,清洁的新风量占比越高,

送风量对病房内污染物浓度的稀释能力越强,从而有

效降低了感染概率。 为了保证室内人员的舒适性和

空气的清洁性,在《传染病医院建筑设计规范》中,也

对传染病房的新风最小换气次数做了明确规定。 另

外,从公式(2) 得出,在空调通风系统中对回风进行

消毒过滤,利用过滤后的回风降低室内污染物浓度,

也可达到降低感染概率的作用。 文献[6]也指出:在

实际工程中,如果空气从这些房间再循环到全面通风

系统中是不可避免的(例如某些改造工程),且先期

通过各种装置去除了有毒有害污染物,不排除使用循

环空气的可能性。 为了比较新风百分比、回风过滤效

率和感染概率的相互关系,仍然以上述定义通风当量

的条件作为计算参数,根据公式(5)计算感染概率随

新风百分比及回风过滤效率的变化,结果如图 2 和表

2 所示。

图 2 感染概率与新风百分比及回风过滤效率的关系

表 2 各新风百分比及回风过滤效率对应的感染概率

过滤效率

新风百分比(% )

10 20 40 60 80 100

0 65 41 23 16 12 10

20 31 25 18 14 12 10

40 20 18 15 13 11 10

60 15 14 13 12 11 10

80 12 12 11 11 10 10

从表 2 中可知,感染概率随着新风百分比和回

风过滤效率的增大而减小。 当新风百分比为 10%

时,回风过滤效率从 0% 增大到 80% ,感染概率从

65% 降 到 12% , 减 少 了 53% 。 当 新 风 百 分 比 为

80% 时,回风过滤效率同样从 0% 增大到 80% ,感

染概率从 12% 降到 10% ,仅减少了 2% 。 这说明

当新风百分比越大时,回风过滤效率对感染概率

的影响越小。 从图 2 中也可看出,随着回风过滤效

率增大,感染概率的曲线越平缓,说明当回风过滤

效果越好时,新风百分比对感染概率的影响越小。

理论上,改变新风百分比或回风过滤效率,降低感

染风险的效果都一样。

对于一般普通病房来说,受已建建筑的空间及

层高所限,病房改造对于改造新风系统、增大新风

量的能力比较有限。 同时,过多地加大新风量也

将大量增加空调系统能耗。 故在保证舒适性等最

低要求的新风量前提下,当空调通风系统允许使

用回风时,采用在空调回风口处增设空气过滤设

备,或提高过滤设备的过滤效率,是一种简便有

效、务实可行的技术措施。

2 CFD 气流组织模拟

以上分析都是建立在 Wells—Riley 模型理想假

设的基础上,该假设认定病原体飞沫核均匀散布在

整个病房的空气中,房间各处空气的病原体浓度相

等,即房间内任何一处被感染的概率相等。 而实际

上,在负压病房内,由于受到室内通风气流组织、温

湿度、物品摆设等方面的影响,病原体浓度在病房内

的空气中分布并不均匀,人员在房间的不同位置受

到感染的概率也不一样。 因此,需通过 CFD 软件对

病房气流组织进行仿真模拟,判断医护人员实际的

感染风险。 通过合适的室内通风气流组织设计,提

高病菌或病毒排除效率,使医护人员所在区域的病

原体浓度减少,是降低人员感染概率的有效措施

之一。

2. 1 气流组织形式

空调通风房间有多种气流组织形式,对于采用下

送上回等置换送风形式的房间内,会出现污染物“自

锁现象”,医院病房内不建议采用该种送风方式[2]

,

《传染病医院建筑设计规范》

[3] 也明确了采用上送下

排的方式。 由于一般普通病房空调系统大多数为新

风加风机盘管系统,其气流组织形式为侧上送上回,

因此,病房的全新风工况下,气流组织可以改造为二

种方式:侧上送下排,顶上送下排。 下文通过 CFD 模

·120· 福 建 建 筑 2023 年

拟软件,分别对以上通风方式模拟,对病房内人体呼

出污染物浓度的分布情况进行分析,以得出在改造条

件下,相对合理的气流组织形式。

2. 2 物理模型和边界条件

以双人病房为研究对象,利用 CFD 软件建立

物理模型。 该病房尺寸为 5 m × 3. 8 m × 3 m(长 ×

宽 × 高) ,房间净面积约为 19 m

2

,层高 3 m。 送风

量根据规范规定呼吸道传染病房的最小换气次数

(新风 量 ) 为 6 次 / h

[3] 进 行 计 算, 送 风 温 度 为

20℃ ,所采 用 的 送 风 口 和 排 风 口 均 为 百 叶 风 口。

风口尺寸如表 3 所示。

表 3 病房各风口参数及风速

顶上送风口 侧上送风口 单侧下排风口 双侧下排风口

规格(mm) 250 × 200 500 × 200 200 × 500 200 × 250

数量(个) 2 1 1 2

风速(m/ s) 0. 95 0. 95 0. 95 0. 95

污染源为病人口鼻处,尺寸为 40 mm × 40 mm。

病人呼 吸 通 风 量 按 0. 36 m

3

/ h

[7] 计, 呼 出 温 度 为

37℃ 。 由于人体呼出污染物通过飞沫核传播的浓度

无法精确确定,因此,利用示踪气体模拟飞沫核的传

播。 病人呼吸出来的气体大部分为二氧化碳气体,故

采用二氧化碳代替病人呼出的气体,作为示踪气体。

送、排风口设置方案采用 4 种方式:方案一为顶

上送双侧下排,方案二为侧上送双侧下排,方案三为

侧上送异侧下排,方案四为侧上送同侧下排,各方案

风口设置示意图如图 3 所示。

(a)方案一 (b)方案二

(c)方案三 (d)方案四

图 3 送排风口设置方案

2. 3 模拟结果及分析

考虑到医护人员站立时,平均呼吸高度为 1. 5 m,因

此,分别对这 4 种方案病房内距地 1. 5 m 高处的 CO2

浓度和气流组织进行模拟评价,结果如图 4 ~ 图 5

所示。

(a)方案一 (b)方案二

(c)方案三 (d)方案四

图 4 不同方案 1. 5 m 高度截面 CO2 浓度分布

(a)方案一 (b)方案二

(c)方案三 (d)方案四

图 5 不同方案 1. 5 m 高度截面风速场分布

从图 4 中可以直观地看出,方案一和方案二在医

护人员呼吸区的 CO2 浓度分布较好,方案三最差,方

2023 年 12 期 总第 306 期 林 峰·从感染概率探析传染病房通风系统改造设计方法研究 ·121·

案四最好。 各方案 1. 5 m 高度截面处的 CO2 浓度结

果如图 6 所示。

图 6 不同方案 1. 5 m 高度截面处的 CO2 浓度

从图 4 ~ 图 5 中看出,方案一清洁空气气流受到

床和地面的影响,在床侧易形成涡流,同时图中右侧

床排风口气流被床头柜阻碍,造成右侧床上部的污染

物浓度局部较高。 方案二虽然主导气流流经污染源

处,但是有一部分清洁空气未经过污染源,直接被排

风口带走,造成送、排风短路,稀释作用下降。 方案三

主导气流未全部流经污染源处,在图中左侧床的污染

源处形成涡流,极大影响了污染物的排除。 方案四主

导气流流型最好,侧送的清洁空气受对侧墙壁的影响

回流,流经病人口鼻处的风速最大,气流流向排风口,

污染物被直接带走,污染物浓度最低。

前述分析表明,在病房内形成主导气流,减少涡

流的产生,使主导气流流经污染源,可有效降低污染

物浓度,从而对控制感染概率起着关键作用。 虽然在

各风口位置固定的情况下,回排风口附近的气流轨迹

主要受送风气流影响决定[8]

,但是对于普通病房的改

造来说,改造的平面空间不大,不论采用侧上送还是

顶上送百叶风口,均可在室内形成主导气流。 而排风

口的设置位置对气流流线及涡流的形成影响较大,故

对排(回) 风口进行的合适改造,对降低感染概率具

有明显的效果。

普通病房采用侧上送上回的通风系统时,设计宜

对排风口的位置进行改造,采用如图 3 方案四的侧上

送同侧下排方式,使病人呼出的污染物位于通风主导

气流的空气流场内,可使其快速被通风系统排除到室

外,降低健康人员的感染概率。

3 结语

综上所述,改造传染病房通风系统应结合实际情

况,确定合理的设计改造策略。 首先根据传染病的致

病性合理确定通风量,有条件时尽量利用新风对传染

病房污染物进行稀释。 当病房的空调采用回风系统

时,可在室内设置空气净化设备,对污染空气进行消

毒杀菌。 对于普通病房侧上送上回的通风系统,优先

对排风口的位置进行改造,在病房内形成主导气流,

使主导气流流经污染源,迅速带走污染物。

参 考 文 献

[1] 国家发展改革委,国家卫生健康委,国象中医药局. 公共

卫生防控救治能力建设方案[ EB/ OL]. 2020. http: / /

www. gov. cn / zhengce / zhengceku / 2020 - 05 / 21 / content_

5513538. htm.

[2] 李瑞彬,吴妍,牛建磊,等. 人体呼出颗粒物的传播特性

及呼吸道传染病感染概率预测方法[ J]. 暖通空调,

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[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部,中华人民共和国国

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室内定向气流的影响[ J]. 建筑热能通风空调,2005,24

(4):11 - 18.

2023 年第 12 期

总第 306 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 12·2023

Vol·306

建筑物分布式光伏发电系统设计探析

陈国顺

(福建省建筑科学研究院有限责任公司 福建福州 350108)

摘 要:主要分析探讨建筑物分布式光伏系统工作原理、分类及其特点,并结合工程设计实践,探讨并总结建筑物分布

式光伏发电系统设计方法及设计中应注意的问题,以供设计参考。

关键词: 分布式;光伏系统;光伏组件;安装倾角;并网逆变器;装机容量;年发电量;电势诱导效应

中图分类号:TU855 文献标识码:A 文章编号:1004 - 6135(2023)12 - 0122 - 05

Explore and analysis on design of building distributed photovoltaic power generation system

CHEN Goushun

(Fujian Academy of Building Science Co. ,LTD,Fuzhou 350108)

Abstract:This paper mainly analyzes and explores the working principle,classification and characteristics of the distributed opticarapid system in buildings. Combined with engineering design practice,this paper expounds and summarizes the design methods and problems that

should be paid attention to in the design of the distributed charging and volt power generation system in buildings.

Keywords:Distributed; Photovoltaic system; Photovoltaic module; Installation angle; Grid - connected inverter; Installed capacity; Annual generation; Potential induction effect

作者简介:陈国顺(1970. 08— ),男,高级工程师。

E-mail:531054692@ qq. com

收稿日期:2023 - 05 - 03

0 引言

太阳能既是清洁环保能源,又是可再生能源,利

用太阳能,是节能减排的一个重要途径。 《建筑节能

与可再生能源利用通用规范》 (GB 55015—2021) 第

5. 2. 1 条[1]规定,对于新建建筑物需要设置太阳能系

统,而分布式光伏太阳能系统,是建筑充分利用太阳

能一种合适有效的方法。 本文结合工程设计实践,分

析探讨并总结建筑物分布式光伏发电系统设计方法

及设计中应注意的问题。

1 建筑物分布式光伏系统工作原理、分类及

特点

1. 1 建筑物分布式光伏系统工作原理

建筑物分布式光伏系统是通过在建筑物立面

墙、采光窗、遮阳板或屋面等处设置太阳能光伏板,

并利用太阳能光伏板的光生伏特效应,将太阳能转

化为直流电,再通过逆变器将直流电转换成与电网

电压同频、同相的交流电,供用电设备使用或上传

电网。

1. 2 建筑物分布式光伏系统分类

从与电网关系角度,建筑物分布式光伏系统分

为:离网光伏发电系统和并网光伏发电系统;离网光

伏发电系统需带储能装置,自发自用,余量储存;并网

光伏发电系统可不设置储能装置,自发自用,余量上

传电网。

从与建筑本身关系看,建筑物分布式光伏系统分

为:BAPV(太阳能光伏板等设备附设在建筑上,是后

置式的)和 BIPV(光伏建筑一体化,是与建筑物同时

设计、同时施工和安装,并与建筑物形成完美结合

的)。 对于已建建筑,通常采用 BAPV;对于新建建

筑,则采用 BAPV 和 BIPV 均可;从发展趋势看,BIPV

将成为主流。

1. 3 建筑物分布式光伏系统特点

建筑物分布式光伏系统的太阳能光伏板,通常设

置在建筑物立面墙、采光窗、遮阳板或屋面等处。 作

为电源,它是靠近负荷侧的,从而减少输电线路长度,

降低了线路损耗,具有“就近发电,就近并网,就近转

换,就近使用”的特点,同时还具有施工方便及运维简

单等特点。

建筑物分布式光伏系统通常采用并网光伏发电

系统,自发自用,余量上传电网。

2 建筑物分布式光伏系统设计

2. 1 建筑物分布式光伏系统组成

建筑物分布式光伏系统主要有太阳能光伏板、光

伏汇流设备(汇流箱)、逆变器、交流配电(并网) 柜、

布线系统等组成[2]

,本文以并网光伏系统为例,进行

分析,如图 1 所示。

2023 年 12 期 总第 306 期 陈国顺·建筑物分布式光伏发电系统设计探析 ·123·

图 1 建筑物分布式并网光伏系统接线示意图

2. 2 建筑物分布式光伏系统设置

2. 2. 1 光伏组件(太阳能光伏板)串并联设计

光伏组件一般采用先串联后并联设置,这样,可

以得到相应的电压和电流;要求串并联光伏组件各性

能参数基本相同。

光伏组件串联设计时,光伏组串最大开路电压不

应超过逆变器允许的最大直流输入电压,即满足:

NS≤Vdcmax

/ Voc × [1 + (t - 25) × Kv]

[2]

(1)

式(1)中:Kv———光伏组件的开路电压温度系数;

NS———光伏组件的串联数(取整);

Voc———光伏组件的开路电压(V);

t———光伏组件工作条件下的极限低温(℃ )。

将图 1 有关参数代入式 (1 ), 得到 NS ≤900 /

37. 34 × [1 + ( - 13. 1 - 25) × ( - 0. 25% )] = 22,即

光伏组件的串联数要小于等于 22。

光伏组件串联设计时,光伏组串的工作电压还应

处于逆变器 MPPT 电压中间范围内,即满足:

Vmpptmin

/ Vpm × [ 1 + ( t′ - 25 ) × K′v ] ≤ NS ≤

Vmpptmax

/ Vpm × [1 + (t - 25) × K’v]

[2]

(2)

式(2) 中:K’v———光伏组件的工作电压温度系

数,如厂商无数据,可用 Kv代替;

NS———光伏组件的串联数(取整);

t———光伏组件工作条件下的极限低温(℃ );

t′———光伏组件工作条件下的极限高温(℃ );

Vmpptmax———逆变器 MPPT 电压最大值(V);

Vmpptmin———逆变器 MPPT 电压最小值(V);

Vpm———光伏组件的工作电压(V)。

将图 1 有关参数代入式(2),得到 460 / 29. 88 ×

[1 + (60 - 25) × ( - 0. 0025)]≤NS≤800 / 29. 88 ×

[1 + (60 - 25) × ( - 0. 0025)],17≤NS≤29,即光伏

组件的串联数要在 17 与 29 之间选取。

综合以上式(1) (2) 计算结果,得到:17≤NS ≤

22,因此该项目设计取 20 块光伏组件组成 1 串。

光伏组件并联设计时,可按照光伏组串的功率和

逆变器额定容量计算光伏组串的并联数,即满足:

Np≤Pn

/ Pm × NS

[2]

(3)

式(3)中:Np———光伏组件的并联数(取整);

Pn———逆变器额定功率(kW);

Pm———单块光伏组件峰值功率(kWp);

NS———光伏组件的串联数。

将图 1 有关参数代入式(3),得到 Np ≤22000 /

(29. 88 × 8. 2 × 20) = 4. 49。 因此,该项目的光伏组串

并联数设计取 4。

2. 2. 2 光伏组件(太阳能光伏板)安装倾角及安装距离

光伏组件安装倾角,主要与建筑物所在地的日照

条件以及地理位置有关。 光伏组件最佳安装倾角一

般与建筑物所在地的纬度相近,各地光伏组件最佳安

装倾角可参见《光伏发电站设计规范》 (GB50797—

2012)

[3]

;对于自发自用,余量上网的建筑物光伏发电

系统,还要考虑负载特性和发电时段关系。 也即系统

·124· 福 建 建 筑 2023 年

要使光伏组件安装倾角最大发电量与建筑物用电最

高峰尽量一致,系统发电量尽量就地消纳。

图 2 平屋面固定安装的光伏方阵示意图

注:Z 为组件安装倾角

在确定建筑物光伏组件安装倾角后,如图 2 所示,

按以下步骤计算前后排组件之间无遮挡最小间距[2]

:

(1)计算太阳高度角 α,按式(4)计算:

α = arcsin(sinφsinδ + cosφcosδcosω) (4)

(2)计算太阳方位角 β,按式(5)计算:

β = arcsin(cosδsinω/ cosα) (5)

(3)计算光伏方阵投影长度 L,按式(6)计算:

L = H/ tanα (6)

(4)计算光伏方阵之间不遮挡的最小间距 D,按

式(7)计算:

D = Lcosβ (7)

式中:φ———所在地纬度;

δ———赤纬角(冬至上午 9∶ 00 时为 - 23. 45°);

ω———时角(冬至上午 9∶ 00 时为 45°)。

光伏组件安装最小间距计算较为繁琐,工程设计

中,一般通过软件计算求得。

光伏组件通常优先设置在太阳光充足的建筑物南

向,也可将光伏组件设置在建筑物东、西方向,尽量不要

在建筑物北向设置。 光伏组件布置还应注意不要影响建

筑物本身日照需求,也不能影响周边建筑物日照需求。

在工程实际项目中,光伏组件若按最佳安装倾角安装,将

增加占地面积,因此往往是牺牲最佳安装倾角安装,合理

适当增加光伏组件,从而到达更大的发电量。

2. 2. 3 逆变器设置

逆变器是并网光伏发电系统中的极其重要设备,

它最主要的功能,是将光伏系统的直流电转化换成与

电网电压同频、同相的交流电。 按照光伏组件接入的

不同方式,光伏逆变器有 3 种型式:集散式、集中式和

组串式;组串式逆变器是建筑物分布式光伏系统主要

选择。

并网逆变器选择主要从以下几个方面考虑[4 - 5]

:

(1)并网逆变器额定功率要与光伏系统安装容

量相匹配,也即并网逆变器允许的最大输入功率要大

于等于光伏系统最大输出功率。 工程设计中通常还

要考虑容配比要求,避免光伏组件长时间输出功率达

不到其标称功率,导致逆变器长期不能满载运行,造

成了逆变器的容量浪费。

(2)光伏组件的输出电流和电压遵循 I - V 曲线,

而这个曲线随着光照强度、温度和遮挡的不同在变化

着,最大功率点也就随之变化着,逆变器需要不断地

寻找这个最大功率点,也即最大功率点跟踪,如此方

能保证光伏组件都能最大化地输出功率。 接在同一

个逆变器的光伏组串,其规格、朝向、安装倾角需相

同;不同规格、不同朝向的光伏组串,需接在逆变器的

不同 MPPT 输入回路或不同逆变器上。

(3)并网逆变器输出交流电的电压、相位、相数、

频率等要与电网一致,同时并网逆变器并网保护功能

应达到并网技术相关要求。

(4) 并网逆变器需具备防止孤岛效应的功能。

当孤岛现象出现时,能够迅速断开并网点,从而使得

光伏发电系统迅速脱离电网。

(5)各种型号的逆变器可配对的组件数量是一

定的,因此,选用的逆变器可配对的组件数量要与光

伏组串并联数相对应。

2. 2. 4 光伏汇流设备设置

光伏汇流设备一般分为直流汇流箱和直流配电

柜。 各相同光伏组串的输出直流电源,需要设置直流

汇流箱进行就近汇流,然后再接入逆变器;当光伏组

串数量较多时,可以设置两级直流汇流箱或多级直流

汇流箱进行汇流;多个直流汇流箱的输出,则由直流

配电柜进行总汇流后,接入逆变器。

直流汇流箱输出需设置具有隔离功能的保护电

器,可为具有隔离功能的断路器,以便维护检修。 直

流配电柜的每个配电单元的输入,应经隔离电器接入

汇流母排,隔离电器选用直流断路器时,可取代过电

流保护电器,直流配电柜的输出应设置隔离开关或具

有隔离功能的断路器。 直流汇流箱和直流配电柜主

要元器件有熔断器、断路器、防反二极管等,熔断器、

断路器的额定电压应不小于光伏方阵最大电压,分断

能力应大于可能的最大反向故障电流;防反二极管用

2023 年 12 期 总第 306 期 陈国顺·建筑物分布式光伏发电系统设计探析 ·125·

于防止故障时的反向电流,其额定电压应高于 2 倍光

优方阵最大电压,额定电流应大于 1. 4 倍,保护光伏

组串标准测试条件下的短路电流。 对于设在室外的

光伏汇流设备,要有防紫外线、防腐、防水等措施,其

外壳防护等级不应低于 IP54。

在工程设计中,光伏汇流箱通常要明确给其输

出电流峰值、输出电压峰值、输出功率峰值等参数。

根据图一中有关参数,则有汇流箱输出电流峰值 =

光伏组串工作电流 × 光伏组件并联数 = 8. 2 × 4 =

32. 8 A,输出电压峰值 = 光伏组件的工作电压 × 光

伏组件串联数 = 29. 88 × 20 = 597. 6 V,输出功率峰

值 = 输出电压峰值 × 输出电流峰值 = 597. 6 × 8. 2 =

19601. 28 Wp。

这些参数,可作为直流汇流箱和直流配电柜元器

件选择依据。

2. 2. 5 交流配电(并网)柜设置

并网逆变器的输出的交流电不应直接接入电网,

需经交流配电(并网) 柜后再并入电网;分布式光伏

系统通常按照就近分散接入,就地消纳,余量上网的

原则设置并网点,单个低压并网点的装机容量一般不

大于 400 kW;工程设计中,可根据变电所或公共配电

间位置设置多个并网点;对于建筑物分布式光伏系

统,交流配电(并网) 柜通常设置变电所或公共配电

间内。

2. 2. 6 布线系统设计

光伏发电系统的直流部分采用直流电缆,其交流

部分则采用交流电缆。 直流电缆额定电压应高于光

伏组串开路电压,即光伏组串最大输出电压;室外部

分需采取措施防止受紫外线、室外高低温的影响或者

采用抗紫外线辐射的直流电缆。 对于建筑物分布式

光伏系统,直流电缆和交流电缆的阻燃特性,应根据

建筑物性质来确定。 线路敷设路径尽量短,减少工程

造价,同时还要注意日后管线维修方便,尤其是在建

筑物立面敷设线路时,应尽量集中敷设。

2. 2. 7 防雷接地设计

建筑物分布式光伏系统的防雷,是其所在建筑物

本身防雷的一部分,其防雷分类按照建筑物本身防雷

类别;建筑物分布式光伏系统的防雷,可利用光伏组

件的金属边框做屋面接闪器,并将光伏组件金属支承

结构和金属外壳等,就近与建筑物屋面接闪器可靠连

接;当光伏组件无金属边框时,在光伏组件上沿易受

雷击部位敷设 ϕ12 热镀锌圆钢做接闪带,并与金属支

架电气连接,然后就近与建筑物屋面接闪器可靠连

接;为防感应雷,光伏设备应采取等电位连接措施;由

于建筑物分布式光伏系统特殊性,要注意,防雷接闪

器设置要避免遮挡光伏组件,从而引起热斑效应[6]

。

建筑物分布式光伏系统的低压配电系统接地型

式,要与所在建筑物低压配电系统接地型式保持一

致;对需要接地的光伏设备,需保持接地的可靠性和

连续性。 当任一光伏组件被移除时,不能影响其他光

伏组件及其金属结构的接地[6]

。

2. 2. 8 系统装机容量及年发电量计算

装机容量及年发电量是分布式光伏系统的两个

重要指标。 《建筑节能与可再生能源利用通用规范》

(GB 55015—2021)第 5. 2. 11 条规定,在系统设计时,

需要提供这两个指标。

按照图一中有关参数,该项目系统装机容量 = 单

块光伏组件最大功率 × 光伏组件数量 = 245 × 240 =

58 800 Wp = 58. 8 kWp;该项目系统年发电量 = 光伏

方阵总面积 × 年均水平面太阳总辐照量 × 组件转换

效率 × 光伏系统综合效率系数 = 389. 5 × 1360 × 0. 151

×0. 8 = 63 990 kWh。

3 建筑物分布式光伏设计尚应注意的其它

问题

3. 1 建筑物分布式光伏系统防火问题

光伏系统设置需满足防火安全要求。 光伏系统

投入使用后,光伏组件会被灰尘、边框泥带、鸟粪等遮

挡,从而产生热斑效应,尤其在发电量最高的春夏之

交季节,热斑会导致光伏组件局部温度急剧上升,造

成安全隐患,甚至引起火灾。 因此,光伏系统要加强

平时维护管理,及时清除光伏组件上的遮挡物,避免

产生热斑效应。 而对于泥带遮挡,在平时维护中,比

较难以根除。 目前在工程设计中,可通过设置排水除

泥器,来达到消除泥带遮挡目的,从而降低火灾事故

发生的概率。

由于建筑物分布式光伏系统的光伏组件有时安

装于不上人的屋面,或者设于建筑物立面等处,平时

维护检修人员全面排查出光伏组件隐患和故障点比

较困难,从而留下火灾隐患;虽然可通过安装摄像机

等,采用现代技术来发现显现的火灾,但无法发现早

期隐现光伏板的火灾。 因此,光伏设备自身防火性显

得尤为重要,其性能要能满足防火安全要求。

3. 2 建筑物分布式光伏系统结构安全设计

光伏系统设置需满足结构安全要求,不仅要考虑

结构屋面荷载,还应注意风荷载影响;同时,还应有措

施防止光伏设备损坏后,掉落伤人。

(下转第 143 页)

2023 年第 12 期

总第 306 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 12·2023

Vol·306

EPC 项目全过程数字化管控的实现探究

谢梦宇1 陈 哲1 刘 林1 陈 群1,2

(1. 福建理工大学管理学院 福建福州 350118; 2. 宁德职业技术学院 福建宁德 355099)

摘 要:EPC 总承包项目涉及设计、采购、施工等多方面复杂问题。 通过分析 EPC 模式全过程管控难点问题,结合数字

化平台技术的优势,探索数字化平台在 EPC 建设项目全过程管控的应用。 将数字化技术与 EPC 项目全过程结合,有

利于解决 EPC 项目管控中的各种问题,集成交互各阶段、各专业的信息,提升 EPC 项目各参与方的工作效率,促进 EPC

模式在我国的推广应用。

关键词: EPC 模式;全过程管控;数字化

中图分类号:TU723 文献标识码:A 文章编号:1004 - 6135(2023)12 - 0126 - 07

Exploration on theRealization of Digital Management and Control of

the Whole Process of EPC Project

XIE Mengyu

1 CHEN Zhe

1

LIU Lin

1 CHEN Qun

1,2

(1. School of Management,Fujian University of Technology,Fuzhou 350118;2. Ningde Vocational and Technical College,Ningde 355099)

Abstract:EPC general contracting projects involve complex issues such as design,procurement,and construction. This paper analyzes the

difficulties of the whole process control of the EPC mode,combines the advantages of digital platform technology,and explores the application of digital platform in the whole process control of EPC construction projects. The combination of digital technology and the whole

process of EPC project is conducive to solving various problems in the control of EPC projects,integrating information of various stages and

specialties of interaction,improving the work efficiency of all participants in EPC projects,and promoting the promotion and application of

EPC models in China.

Keywords:EPC mode; Whole process management and control; Digitization

基金项目:建筑施工企业工程数字化关键技术研究(GY - H - 22205);

福建省科技重大专项“装配式混凝土建筑绿色建造关键技术与产业化

示范应用研究”(2019HZ07011 - 3)。

作者简介:谢梦宇(1997— ),女。

E-mail:1305765716@ qq. com

收稿日期:2023 - 05 - 03

0 引言

随着新一轮科技革命的不断深入,数字化催生着

各行业的革新,使得云计算、大数据、人工智能等新一

代前沿技术正加速与建筑业融合。 近年来,建筑市场

趋于饱和,竞争激烈。 建筑企业只有通过提高建设项

目全过程的数字化应用水平,提升自身的核心竞争

力,才能在白热化的竞争中脱颖而出。 BIM 技术作为

建筑业数字化的核心技术,与其他数字技术如“大数

据、物联网、移动技术” 等集成应用,将会形成“数字

化 + 项目管理”的新型管理模式。 这种模式会改变各

建设项目参与方交互方式和工作方式,提高项目管理

的效率和质量,减少信息传递的误差和时间,促进项

目各方协同工作,降低项目风险。 建筑业在数字革新

的同时,也在努力提高国际竞争力,大力推行 EPC 总

承包模式与国际接轨。 EPC 模式克服了设计,采购,

施工各阶段相互脱节的矛盾,促进了设计、生产、施工

深度融合。 但实际推行的过程并不顺利,究其原因是

承包商能力欠缺,资质单一无论是 EPC 总承包企业

还是设计与施工联合体,无法真正做到设计与施工的

深度融合,惯用传统模式运营,从而导致 EPC 模式

走样[1]

。

现阶段,如何利用数字技术提高总承包模式的管

理水平实现精细化管控,如何将不限于 BIM 的数字化

平台贯穿融合应用与 EPC 项目的全过程,从而降低

设计施工的融合门槛,提升企业管理水平和能力,已

成为我国在推广 EPC 模式进程中的一个重要方向。

本文在分析 EPC 模式全过程的管控与发展难点问题

基础上,结合数字技术的优势,探索数字化平台在

EPC 建设项目全过程管控的应用,旨在运用数字化平

台打破信息壁垒,实现参与各方和资源的协同,促进

数字化与 EPC 模式发展的双赢。

1 EPC 模式管控的难点问题

1. 1 设计阶段的难点问题

(1)设计图纸施工性较差

在我国现行的 EPC 模式中,设计一般以部门或

是单位的形式独立存在,与施工、采购等都缺乏沟通

2023 年 12 期 总第 306 期 谢梦宇,陈 哲,刘 林,等·EPC 项目全过程数字化管控的实现探究 ·127·

交流,导致设计与施工脱节。 传统模式下设计方设计

的图纸可施工性差,采购成本高等问题依旧存在[2]

。

同时,设计内部各专业设计之间设计衔接不合理,缺

乏协调性,也影响了建设项目的成本、工期乃至质量。

(2)限额设计常不满足要求

限额设计,是 EPC 项目进行投资、成本、造价控

制的核心,然而目前设计限额指标已无法为 EPC 项

目提供更好的服务[3]

。 因为传统的二维设计模式效

率低下,无法准确地计算工程量,一方面,导致造价人

员对于概预算缺乏精确性,另一方面,导致设计人员

无法及时根据限额指标调整设计方案,从而影响工程

的成本控制。

1. 2 采购阶段的难点问题

(1)采购成本较高、风险较大

在 EPC 工程总承包项目中,工程设备材料费用

一般占据项目总造价的七成左右[4]

。 物资采购是施

工的根本保障,采购环节中材料与设备规格的数量及

质量是否符合要求、采购价格预测是否准确、供应商

的供货能力及人员主观行为等风险,都会直接影响采

购阶段的成本,和项目施工进度。 如何降低采购成本

是提升项目建设效益的一大重要问题[5]

。

(2)采购管理效率较低

传统工程项目的采购管理往往存在着采购效率

低、采购流程不规范等问题[6]

。 对于工程项目而言,

在物资采购环节的有效管控,能降低项目成本,提高

施工效率。 但由于传统采购模式物资信息不全面,传

递速度缓慢,导致采购人员在面临采购任务时,对工

程物资市场行情的变化信息获取不及时,也使得采购

前的市场调研和分析对比失去意义。 同时,采购人员

因素等也使采购工作陷入被动,造成物资采购管理效

率较低下。

1. 3 施工阶段的难点问题

(1)施工管理问题

施工阶段作为 EPC 工程建设最为主要的阶

段,会面各种现场管理困难,如进度、质量、成本管理,

人员管理,各种协调管理等[7]

。 施工中涉及多方主体

的工作与管理人员,如何在保证安全的情况下,协调

好各方,使项目建设高效有序进行,也是施工阶段的

一大难题。 只有通过成本、质量、进度、信息、安全、协

调等全方位的施工管理,才能确保在项目施工过程中

综合多方面的力量,实现项目施工管理目标。

(2)环境污染问题

建筑施工现场环境污染问题,是建筑行业环境治

理关注的重点,施工中能源消耗及污染物排放巨大,

扬尘和噪音环境污染严重,不仅会产生环境问题,还

会对附近居民及施工人员身体健康造成影响。

1. 4 协调与信息管理难点问题

(1)多方协调管理困难

建设项目中各参与方众多,涉及建设,监理,设

计,施工等,需要多方组织协调,共同推进项目。 各方

还需进行多方面的信息沟通与业务审批,但常常因为

缺乏统一的协作平台,便利的沟通渠道,导致项目信

息分散,信息共享传递不及时不完全,或是信息的表

达与接受有误,协作效率不高,协作困难,从而形成信

息孤岛,影响项目顺利进行。

(2)信息数据管理困难

EPC 项目工程信息量大,内容庞杂,项目的每个

阶段都会产生大量的信息数据。 因此 EPC 项目的信

息管理工作,较传统项目更复杂,难度系数更大,易导

致各阶段的信息利用率低。 目前,EPC 项目对于数字

技术的应用只服务于局部,技术碎片化严重,还未形

成整体效益。 因此,EPC 项目如何实现信息化协同管

理,将过程的大量信息、数据沉淀积累,并对大量项目

样本数据进行分析、提炼,实现精准有效的数字化管

理和数据化决策,是一个亟待解决的问题。

2 数字化平台在处理 EPC 管控难点中的技术

优势

在 EPC 管控中,运用数字技术有助于解决实际

问题,提高项目管理水平,从而赢得竞争优势。 数字

技术的必要性与日俱增,将成为企业应对 EPC 管控

难点的有效手段。

2. 1 数据应用

首先,数字化平台的核心优势,在于它能够建立

一个项目级或是企业级的大型数据库,并对大量工程

数据进行智能分析和高效处理。 它可以帮助项目各

方在平台上进行信息数据管理包括数据的处理、共享

和应用,为项目全过程管理提供数据支持,有助于解

决 EPC 项目信息数据管理困难的问题。 其次,数据

集成技术可用于解析、提取、转换和导出各种数据类

型,充分利用设计模型数据,实现高质量的数据应用。

无论是与 BIM 模型深度链接协同资源,还是实现无

BIM 模型下的信息集成,都是其强大功能的体现。 通

过提高模型数据的应用效率,从而提升设计图纸的可

施工性。 最后,数字化平台能够实现数据的多场景整

合调用,从而实现企业在不同场景下的动态数据呈

现,可用于施工与采购中的各项动态管理。 它可以在

考虑企业自有数据表达形式的基础上,融合企业数据

·128· 福 建 建 筑 2023 年

资源,以数据填充和组合的方式将数据汇聚,使得企

业能够用数据决策、用数据管理、用数据服务,从而提

升企业的数据治理能力和数据价值创造能力。

2. 2 协同工作

首先,数字化平台支持多专业协同工作、连通项

目全过程的数据、资源,实时记录过程内容数据,实现

数据深度融合和信息无损传递共享,并满足项目数据

融合、功能复杂、信息共享、业务协同等需求[8]

,有助

于解决项目建设各阶段信息断层的问题。 数字化平

台为项目建设管理信息化应用提供了重要的技术支

持,使得 BIM 及数字化技术在项目建设中,能够发挥

更大的价值。 其次,通过建立工程项目协同管理机

制,实现跨专业的数据交流和协同工作,有助于多方

协调管理,加强团队之间的沟通与协调,减少信息传

递的误差和延迟。 最后,数字化平台通过提供自主工

作流引擎,将固化流程和自定义流程相结合,实现了

规范化和流程化的信息协同应用。 通过支持多种沟

通类型和互动方式,实现即时沟通和高效协同,同时

记录和存储交流信息,形成可追溯的信息化过程资

料,有助于提高各阶段的管理效率,避免风险。 在

EPC 模式下,各方在统一平台中及时沟通共享,实时

了解进度,实现设计、采购和施工一体化,有效提高工

作效率。

2. 3 轻量化支持

轻量化支持是指在设计和开发过程中,采用精

简、简洁的方式实现功能需求。 在软件、平台或系统

等方面,追求减少冗余、降低复杂度、优化性能,并且

尽可能节约资源占用。 轻量化主要通过对大量数据

进行压缩、传输优化或者转换、相似模型合并、以及动

态加载等技术以减少模型传输量、提升模型显示效

率,减少存储空间和提高数据处理效率[9]

。 在保持功

能完整性的同时,优化数据模型的体积、性能和资源

占用,以提供更快速、高效的用户体验。 同时,可实现

PC 网页端、IPAD 端、移动端的同步,及数据压缩与加

密处理,保证数据的安全性。 总的来说,轻量化技术

通过降低计算和存储需求、优化模型性能、方便模型

传输和共享等方面,提高了设计效率与设计精度,有

助于设计与施工的高效融合。

2. 4 精细化管理

数字化平台可实现进度、质量、安全、资源以及三

维指导施工等精细化管理应用。 通过提供进度管理

功能模块,帮助管理人员跟踪和监控工程进度,及时

识别并解决潜在的延迟问题。 质量管理有助于标准

化管理各项工程质量要求,并通过检查和评估,确保

施工质量达到预期目标。 安全管理则可提供安全规

范和操作流程,并记录和分析事故和风险,以确保施

工过程中的安全性。 资源管理可以协调和优化人力、

物资和设备的利用,提高资源的有效配置和利用率。

三维指导施工模块则可以结合 BIM 技术,为施工过程

提供可视化的指导和控制,提高施工效率和准确性。

通过不同的功能模块应用,有助于解决施工各类管理

难点,对施工现场进行更为精细化的管控。 而工程量

统计管理可自动统计设计模型与施工现场工程量信

息,提供实时的数据分析和报告。 在设计阶段,有助

于限额设计,提高工程量、价的计算效率与精度。 在

施工阶段,则可进一步实现工程量统计与分析,控制

施工成本。 此外,数字化平台可以设定项目的阈限

值,建立分级预警体系;通过实时查询和周期性预警

功能,及时发现和应对潜在的问题。一旦预警机制触

发,相应信息会被推送至相关人员,要求其上传检查

与处理报告,直至问题解决,实现闭合管理。 预警体

系有助于进一步解决施工现场的安全、质量及环境污

染问题。 从精细化管理与预警体系构建出发,建立

EPC 项目管理的数字化平台,为可视化建设动态、辅

助决策、调度指挥等提供必要的技术手段,提高建设

综合管控能力[8]

。

3 数字化平台在 EPC 项目全过程管控中的

应用

数字化平台在 EPC 项目全过程管控中的必要性

不言而喻,可为 EPC 项目实施全过程管控提供全面

的支持和帮助。 平台对于组织协调、数据可视、资源

信息管理、风险识别以及进度、质量、成本、安全等目

标全方位的管控,有助于提高项目管理效率和精度,

降低风险,并促进团队协作,进而提升项目交付的质

量和客户满意度。

3. 1 设计阶段的协同设计与深化设计应用

为了确保各专业设计间的深度协调,数字化平台

可以实现多人协同参与设计过程。 团队成员实现在

同一个平台上共享设计图纸、模型,实现不同版本设

计文档的在线浏览、修改等,进行实时协作交流。 如

图 1 为某项目设计方案对比,通过以可视化的方式包

呈现设计内容,帮助设计团队和相关利益相关者更好

地理解和评审设计方案,提供反馈和意见,确保设计

的一致性和完整性,提升各设计专业之间的沟通效率

与协同效率。 同时,结合 BIM 技术对设计方案进行碰

撞检测,如图 2 所示,对碰撞检验形成问题汇总,以便

协调处理,提高设计精细化水平与设计图纸方案的可

2023 年 12 期 总第 306 期 谢梦宇,陈 哲,刘 林,等·EPC 项目全过程数字化管控的实现探究 ·129·

施工性。 设计人员可利用平台自动计算项目工程量

及造价成本,提高计算准确性,并根据限额设计的要

求对设计方案进行实时调整,以确保满足成本限制提

高整个项目的效率和质量,如图 3 ~ 图 4 所示。

图 1 设计方案对比

图 2 碰撞检测协调

图 3 工程量价管理

·130· 福 建 建 筑 2023 年

图 4 限额设计预警

3. 2 采购阶段数字化管理的应用

EPC 模式中,采购通常由项目承包商负责。 高效

的采购管理,对承包商有着重要意义。 面对传统工程

项目,采购管理效率低,风险大等问题,数据技术的发

展,为其提供了新的思路。 基于数字化平台搭建适用

于建设项目采购管理系统,如图 5 所示。 通过数字化

平台采购相关的数据,进行收集整合管理,构建如价

格数据库,需求数据库及供应商数据库等数据库,形

成完整的采购数据链,为采购决策提供数据支持。 同

时,通过对采购数据的分析处理,挖掘潜在的采购风

险和机会,形成可视化数据,为采购决策提供依据。

例如,通过数据分析预测物料价格的走势,以便制定

采购策略。 通过对建设项目采购的数字化管理,实现

采购信息的发布、供应商的筛选、价格的收集、合同的

管理等业务,加强对供应商的管理,确保供应商的质

量和服务符合项目要求。 同时,可提高采购效率和质

量,减少人工干预,降低采购成本与风险,为项目顺利

进行提供保障。

图 5 采购管理系统架构

3. 3 施工阶段数字化管理应用

随着数字化平台的发展,有助于解决施工中的

各种管理问题。 数字化平台根据施工项目的具体

需求,通过传感器、监控设备等手段,实现对施工

过程中各种数据的采集,并将这些数据整合到数

字化模型中,对施工进行 5D 动态模拟,如图 6 所

示,以便对 3D 模型、进度、成本产值进行实时监控

和分析。 同时,对模型与数据进行分析和决策,确

保施工进度,质量,成本符合预期,提高施工效率。

EPC 项目施工周期较长,现场施工与管理人员众

2023 年 12 期 总第 306 期 谢梦宇,陈 哲,刘 林,等·EPC 项目全过程数字化管控的实现探究 ·131·

多,如管理不慎,易导致安全事故与纠纷问题。 运

用数字化平台,强化施工现场的人员管理,通过实

名认证,身份识别等技术提高人员管理。 图 7 为某

项目安全、质量问题追踪管理,对于发现的质量与

安全生产问题,通过图片、语音、文字、视频等方式

上传至平台,系统将生成整改通知并发送给相关

责任单位进行处理,直至问题解决,形成闭环管

理,降低各类施工风险。

图 6 施工进度动态管理

图 7 安全、质量问题追踪管理

对于施工现场的环境管理,通过传感器、监控设

备等收集施工现场的环境数据,将分析处理后的数据

以图表、地图等形式展示在数字化平台上。 通过数据

可视化,便于管理人员实时了解施工现场环境状况。

当环境数据超过设定阈值时,系统可以自动发出预警

信息,提醒管理人员采取措施,如图 8 所示。 通过数

字化平台,管理人员可对施工现场的环境问题进行实

时监控,确保施工过程中环境得到有效控制。 还可以

向施工人员普及环保知识,提高他们的环保意识,从

而更好地配合管理工作,实现对施工现场环境状况的

实时监控、分析和优化,从而降低环境污染风险,保障

施工人员的健康和安全。

·132· 福 建 建 筑 2023 年

图 8 环境管理流程

3. 4 EPC 项目协同管理应用

在 EPC 总承包模式中,借助数字化平台,可以让

设计,采购,施工 3 个环节更顺畅地交互进行,实现各

方的数据互联互通,打通了信息沟通的桥梁。 设计方

可以及时获取采购和施工方的需求和反馈,采购方可

以及时获取设计和施工方的变更和需求,施工方可以

及时获取设计和采购方的供应和变更。 同时,可依托

于整个项目,自定义组建各个参建单位的组织结构,

在对应组织结构下面进行通过用户配置及角色管理,

进行职位创建。 不同的职位拥有不同的操作权限,图

9 所示在平台中对所能操作的内容进行配置,实现项

目管理过程中,各个参建单位管理人员对项目建设过

程中管理权限的精确控制,实现对安全质量、进度计

量、施组方案、办公收文等方面的协同管理。 在数字

化平台上,各方需要建立协同沟通机制,及时解决问

题和协同要求,确保工程顺利进行。

图 9 职位及权限创建

4 结语

本文通过分析 EPC 模式存在问题,结合数字技

术优势,将数字化平台作为系统性的工具,探索 EPC

全过程管控的数字化应用,以实现建设项目全过程的

数字化管理。 但对于 EPC 项目全过程数字化管控的

实现,不仅局限于对数字技术与数字化平台的运用,

还需要企业自身对数字化能力的强化。 EPC 模式下,

企业更有必要为项目团队成员提供相关的数字化技

能培训,包括项目管理工具的使用、数据分析和 BIM

技术等,提高团队成员的数字化能力,帮助他们更好

地适应和应用新的数字化工具和方法。 数字化平台

在 EPC 项目中的应用,能够以“数字化 + 项目管理”

这一新型管理模式提升项目管理的效率和质量。 这

对于推动建筑行业的数字化转型和提升项目建设水

平,具有重要意义,并有助于企业不断优化管理流程

和技术手段,提高企业竞争力,实现数字化与 EPC 模

式的相互促进与增强。

参 考 文 献

[1] 陈鑫范,张泽诚. 我国推行 EPC 工程总承包模式的困境

与对策[J]. 中国勘察设计,2020(11):71 - 77.

[2] 喻飞,刘海波,张涛,等. 核电工程 EPC 现场管理存在的问

题及对策研究[J]. 人民长江,2015,46(05):105 - 108.

[3] 王川,居贤春,孙新宇,等. 工程设计限额指标查询系统

在 EPC 工程数字化建设中的应用[ J]. 建筑技术,2023,

54(02):243 - 246.

[4] 高慧,王宗军. EPC 模式下总承包商风险防范研究[ J].

工程管理学报,2016,30(01):114 - 119.

[5] 万玲,白越. 基于 BIM + 物联网的建筑物资采购管理平

台构建研究[J]. 建筑经济,2021,42(03):55 - 59.

[6] 王红春,刘帅. 大数据环境下建筑供应链采购模型及仿

真研究[J]. 工程管理学报,2017,31(06):11 - 16.

[7] 陈斯. 基于 EPC 工程总承包模式的现场施工管理[ J].

建材与装饰,2019(30):163 - 164.

[8] 智鹏. 基于 BIM 的铁路建设管理平台及关键技术研究

[D]. 北京:中国铁道科学研究院,2018.

[9] 中国建设信息化编辑部. 构建数字化信息平台 引领行

业转型发展[J]. 中国建设信息化,2021(10):14 - 19.

2023 年第 12 期

总第 306 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 12·2023

Vol·306

EPC 项目设计阶段管控探析

陈癸武

(福建省建筑设计研究院有限公司 福建福州 350001)

摘 要:在现有国内大型项目中,EPC 工程总承包模式已得到广泛应用,而设计阶段是总承包项目控制的重点。 设计

单位的管理人员应对 EPC 工程各方需求、成本、工期及社会影响力具有很强的掌控能力。 同时,以一超高层办公建筑

为例,从建筑平面、基坑支护及施工工艺顺序等方面对项目设计阶段进行优化,从而达到较好的经济效益及社会效益。

关键词: EPC 工程;成本;优化

中图分类号:TU - 9 文献标识码:A 文章编号:1004 - 6135(2023)12 - 0133 - 04

Control and Analysis of EPC Project Design Phase

CHEN Guiwu

(Fujian provincial institute of architectural design and research Co . LTD, Fuzhou 350001)

Abstract:In existing domestic projects, the EPC engineering general contracting model has been widely applied, and the design phase is

the focus of general contracting project control. The management personnel of the design institute should have the ability to control over the

needs all parties involved, costs, construction period, and social influence in the EPC project. Meanwhile, taking a super high - rise office

building as an example, the project design phase is optimized from the aspects of building layout, foundation pit support, and construction

process sequence, in order to achieve good economic and social benefits.

Keywords:EPC project; Cost; Optimize

作者简介:陈癸武(1979. 10— ),男,工程师。

E-mail:20380958@ qq. com

收稿日期:2023 - 04 - 19

0 引言

工程总承包(EPC)是指工程总承包企业按照合

同约定,承担工程项目的设计、采购、施工、试运行服

务等工作,并对承包工程的质量、安全、工期、造价全

面负责。 EPC 承包模式因能深度融合设计、采购、施

工,可充分发挥工程总承包企业的技术优势和管理优

势,显著提升工程建设质量和效益,提高建筑行业竞

争力等特点,而得到建设主管部门的推广和支持[1]

。

EPC 工程总承包模式,主要以设计或施工一方牵

头,组成联合体承接项目的形式为主。 EPC 项目合同

总价固定,因此,对其总承包方和设计单位的管理水

平提出了更高的要求。 如何在合理控制成本的基础

上,满足建筑功能需求、提高建筑品质,是 EPC 参与

各方关注的重点。

目前,EPC 较常出现设计与施工融合困难,设计

单位经常因为设计周期较为紧张,只以建设单位要求

以及自己的设计理念作为唯一依据,在施工图设计过

程中过渡提高设计标准,未考虑施工工序要求及成本

节约。 过程中与施工单位、建设单位缺乏沟通,闭门

造车,导致最终图纸无法进行成本控制,施工总承包

企业亏损的情况。

不论是设计单位牵头还是施工单位牵头的 EPC

项目,设计单位的设计成果是 EPC 总承包单位的利

润源泉,也是建设单位的沟通桥梁,也是项目推进的

催化剂。 资料显示,设计阶段影响工程造价的可能性

是 35% ~ 75%

[2]

,因此设计阶段是总承包项目的龙

头,也是全过程阶段费用控制的重点。 设计单位充分

发挥设计的主导性,实现设计与经济的有机结合,使

项目整体建设方案得以不断优化。 在设计工作中开

展造价控制,非常必要的重点。

1 设计管控流程

设计单位管理人员是整个设计单位的核心团队,

不仅需要具备扎实的专业基本理论知识,还需要较强

的工程管控能力。 在施工图纸正式出图之前,设计管

理人员需充分了解 EPC 各个角色的需求(表 1),在满

足业主所要求的使用功能及自身设计追求的前提下,

实现对方案设计、施工图设计的科学控制,对原有方

案进行优化,使方案的实施成本,施工周期最优化。

同时,结合实际合理分配各单项专业的投资额度,促

进与施工单位、建设单位的融合沟通,化解项目成本

风险、实现真正的控本创效。

·134· 福 建 建 筑 2023 年

表 1 EPC 项目各方需求

建设单位 总承包单位 设计单位

EPC 项目各方

需求

使 用 功 能 较

好、 成 本 低,

“物美价廉”

建设工期短建

设 成 本 低, 利

润高

满足自身的设计

追求,带来良好

社会效益

整个管控流程简要概括如图 1 所示。 设计管理

团队在各阶段的管控要点如下:

(1)EPC 投标及中标阶段

设计管理团队在项目开始时,需统筹各专业设计

人员,在开始设计之前,尽量多收集有关项目的背景资

料,了解招标文件及总承包合同的设计及施工范围,对

扩初文件进行详细的分析和判断是否存在设计的不合

理性,分析招标文件中的模拟清单,是否存在专项工程

漏项问题,概算不合理之处,及时进行招标答疑。

(2)施工图设计阶段

设计管理团队在充分了解建设单位的使用需求

前提下,组织各专业设计人员进行各专业多方案讨论

及比较,同步开展各个方案的造价分析、施工设备及

工艺可行性、施工周期等因素,科学合理地判断方案

优劣。 要制定合理的技术优化方案,及时向建设单位

及总承包单位汇报及确认,使设计优化方案成为技术

与经济融合的最优解。 同时,设计管理人员应让工程

造价人员及总承包技术人员尽早介入,就设计优化方

案从工程造价、施工便利性等角度提出合理化建议,

从而节约资金和减少工期。

(3)施工图完成,图纸预算阶段

主体施工图绘制完成时,需及时给与总承包单位

或第三方进行图纸预算工作,并且将与方案及扩初设

计调整较大的方案及时汇总给与建设单位与总承包

单位,针对预算结果进行重新投资拼盘调整,直到整

个造价控制在扩初批复的投资概算后,再进行图审工

作。 同时,组织各方进行图纸会审,减少由设计造成

整个工程的损失。

图 1 设计管理流程

2 工程案例

本项目位于福建省泉州市,如图 2 所示。 塔楼地

下两层,地下室深度 9. 1 m,地上 28 层,建筑高度

143. 80 m。 裙房共四层,塔楼与裙房之间不设抗震

缝。 采用钢框架梁 + 圆钢管混凝土柱 + 混凝土核心

筒结构体系。 本工程为 EPC 总承包模式,并含有绿建

二星及装配式建造的招标要求,并且单方限额较低,单

方造价为 5500 元/ m

2

。 因此在施工图阶段,需要非常

重视对初步设计方案的进一步优化设计,控制工程成

本及施工周期,以满足招标文件及建设单位要求。

图 2 项目效果图

(1)建筑方案平面调整

原扩初方案中斜交轴网较多,如图 3 所示,对于

外框钢结构会产生较多斜向钢框架梁及次梁,对于钢

构件的加工、定位及钢筋桁架楼承板的铺设都有较大

的困难。 较多水平向框架梁并未正对核心筒墙体,提

供刚度的效率交底。 因此在施工图阶段,通过与建设

单位进行充分的需求沟通,对建筑平面功能调整,以

提高建筑使用效率,将柱网进行一定正交化及合理

化,方便后期施工及钢构制作定位。

图 3 标准层建筑与结构布置优化

2023 年 12 期 总第 306 期 陈癸武·EPC 项目设计阶段管控探析 ·135·

如图 4 所示,在地下室垂直布局上,原扩初设置

两层地下室 + 非机动车道夹层的布置,地下室底板标

高为 - 9. 900,开挖较深。 通过对规范理解及与当地

规划部门的沟通,将非机动车车位全部放置在室外首

层空间,取消整个夹层,将整个地下室开挖深度减少

至 - 9. 100。 抬高底板标高,减少了基坑支护成本及

土方开挖成本。

图 4 地下室层高优化

(1)基坑支护优化

原扩初方案中支护采用 SMW 工法桩 + 混凝土内

支撑方案,混凝土自重大,从钢筋绑扎、模板制作、支撑

浇筑至养护的整个施工过程需要较长的时问,不利于

加快施工进度。 此外,材料不能重复使用,拆除需要较

长工期,会产生较多建筑垃圾,不符合双碳减排的建设

理念。 施工图阶段采用 SMW 工法桩 + 一道张悬梁钢

支撑支护形式,H 型钢桩采用 HN700 ×300 ×13 ×24,间

距@ 600,三轴水泥搅拌桩为 Φ850@ 600。 表 2 为张悬

梁钢支撑与传统的钢筋混凝土支撑相比结果,可看出

相对于钢筋混凝土支撑,张悬梁钢支撑拆除方便,不

会产生建筑垃圾,可重复使用,施工噪声低,节能环

保。 其相对于钢筋混凝土支撑时间,节省施工工期约

45 d,节省造价约 18% (25 万元),经济、社会、环境效

益显著。

(2)标准层使用净高优化

原扩初方案标准层层高为 4500 mm,采用传统钢梁

下吊顶内预留机电管线方式,吊顶下净高为 3000 mm。

此方案由于为保证净高,所有钢框架梁均需控制在

650 mm 以下,而平面局部跨度接近 14 m,钢梁需使用

翼缘厚度较厚,经济性较差。 在施工图阶段,由于钢

梁腹板厚度对于构件抗剪来说较为富余,采用钢梁加

高至 700 mm,穿风管的设计构造,如图 5 所示,表 3

为前后方案的净高、吨数对比,可看出钢梁穿风管做

法,净高比扩初方案高出 250 mm。 同时,标准层相关

范围的梁由于梁高加高,翼缘厚度可进一步优化,结

构刚度也得以提高,型材吨数大约减少 15% 左右,穿

钢梁做法使得结构的安全性、经济性及使用功能同时

得到较大改善。

表 2 张悬梁钢支撑与传统砼支撑对比

序

号

项目 砼支撑方案

张弦梁钢支

撑方案(租赁

期 90 d)

张弦梁钢支撑优势

1

工程造价

(万元)

151 125 造价节省约 25 万元

2 工期 60 d 15 d

缩短工期 45 d, 节省

现场施工管理费及资

金占用成本

3 材料用量 671 m

3 475 t 可回收,循环使用

4 建筑垃圾 1610. 4 t 0 不产生建筑垃圾

5 扬尘治理 需要 不需要 绿色环保

6 噪音污染 有 无

混凝土支撑的施工工

期长且在浇筑振实过

程中会制造噪音污染

表 3 原方案与现有方案对比

方案

使用净高

(mm)

钢梁截面

标准层内

圈梁吨数

(t)

不穿梁

方案

3000

框架梁:650 × 300 × 12 × 20

次梁:H600 × 200 × 12 × 16

354. 2

穿梁方案 3250

框架梁:700 × 250 × 10 × 16

次梁:H700 × 200 × 10 × 12

3081

图 5 楼层净高示意及钢梁开孔做法

·136· 福 建 建 筑 2023 年

(3)主体结构施工方案优化

传统钢框架 - 砼核心筒的施工方案,是采用核心

筒提前施工(图 6),钢框架后施工的施工流水;主楼

核心筒采用爬模施工,爬模顶部与钢框架有 6 层高差

(爬模自身高度 4 层,爬模下方预留 2 层高度提供钢

框架作业)。 因此,对塔吊悬臂高度有非常高的要求。

并且福建沿海地区台风季塔吊悬高需要降节使用,塔

吊悬臂高度越高,塔吊的型号就越大,塔吊租赁费用

较高。 钢爬模及爬架的费用较大。 且本项目占地面

积小,离周边小区及楼栋非常近,传统钢框架 - 硷核

心筒每施工两层就要提升一次塔吊,需要 1 ~ 2 d 操

作,对工期制约较大。

图 6 塔吊悬臂高度示意

因此,尝试将内埋钢骨柱伸至顶层,并且在核心

筒内楼层出内埋型钢梁,钢框架提前 4 层安装空框

架,外框钢框架梁及次梁与内埋钢梁钢柱铰接连接

(图 7),核心筒与外框楼承板与钢骨柱同时浇捣混凝

土,钢骨柱既要满足核心筒部分设防地震下受拉性能

目标,又需保证外框空框架在施工阶段的强度及稳定

需求。

图 7 外钢框架先于核心筒施工

费用对比如表 4 所示,可看出,虽然预埋钢骨柱

及钢梁会带来工程含钢量的问题及核心筒钢筋的绑

扎问题,但可以降低塔吊型号,减少塔吊租赁费用。

将钢爬模及爬架用传统木模代替,并且提前封顶,节

省爬架费用、爬架安装工期以及塔吊租赁费用,综合

成本更低。

表 4 施工方案经济分析对比

序号 原方案 改进方案 经济分析

结构

形式

混凝土核心筒 + 钢

框架

凝土核心筒 + 钢框

架 + 内埋钢柱钢梁

方案二,钢骨增加

约 270 t,造价增加

约 300 万元

施工

部署

核心筒与外框不等

高同步施工,核心

筒采用铝膜 + 爬架

施工,核心筒领先

外框结构 6 层施工

核心筒与外框不等

高同步施工,核心

筒型钢与外框钢结

构同步施工,核心

筒混凝土滞后外框

钢结构三 ~ 四层

方案 二, 无 爬 架,

可节 约 爬 架 费 用

150 万元

工期

计划

地下 室 工 期 4 个

月;地上工期 10 个

月:标 准 层 按 7 d

一层,考虑爬架安

拆时 间 个 1 个 月

考虑

地下 室 工 期 4 个

月;地上工期 7 个

月:标 准 层 按 7 d

一层考虑

方案二,节约工期

3 个月

塔吊

选型

MC480(尾吊 3t,臂

长 80m) 和 MC200

(尾吊 1. 75 t,臂长

65 m)

MC370(尾吊 2. 7 t,

臂 长 75 m ) 和

MC200(尾吊1. 75 t,

臂长 65 m)

方案一,塔吊租赁

费约 420 万元,进

出场费用约 24 万

元; 方 案 二, 塔 吊

租赁 费 约 110 万

元,进出场费用约

16 万元;节约塔吊

租金约 318 万元

总结

方案二,可节约直

接 材 料 成 本 163

万元,节约工期 3

个月

3 结论

在设计阶段,设计单位的管理人员如何做好工程

设计管控,尤为重要。 设计管理人员不仅需要扎实的

设计功底和基础,还需提高和结合造价成本管理意识

和施工技术经验,并且发挥设计单位的技术优势,才

能从宏观角度分析各专业方案的经济指标、施工可行

性和社会效应,主动进行设计优化,合理确定限额设

计控制目标,推进项目落地。

本文通过对一超高层办公楼项目的建筑、结构、

基坑支护及施工方案等方面,综合对原扩初方案进行

经济性、功能性全方位的优化提升,真正做到了设计

与建设单位、总承包单位的融合,实现 EPC 项目化解

风险、控本创效。

参 考 文 献

[1] 张恒杰,东航,焦海东,等. EPC 项目施工过程中成本管

控的常见问题及对策研究[J]. 建筑经济,2023,44(07):

47 - 52.

[2] 韩世强. 浅谈 EPC 模式下工程总承包企业的造价和成

本管控[J]. 项目管理技术,2018,16(05):90 - 95.

2023 年第 12 期

总第 306 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 12·2023

Vol·306

高校校园维修项目招投标管理的主要问题及对策

党 灏

(苏州科技大学 基建处 江苏苏州 215009)

摘 要:对高校校园维修工程招投标过程存在的主要问题进行分析探讨,有针对性地提出维修工程招投标管理对策,

为做好高校校园房屋维修项目招投标工作,提供有益的参考。

关键词: 校园房屋;维修工程;招投标管理;对策

中图分类号:TU723. 2 文献标识码:A 文章编号:1004 - 6135(2023)12 - 0137 - 03

Main problems and countermeasures of bidding management of university campus maintenance project

DANG Hao

(Infrastructure Department,Suzhou University of Science and Technology,Suzhou 215009)

Abstract:The main problems existing in the bidding process of university campus maintenance project are analyzed and discussed in this

paper, and the bidding management countermeasures of maintenance project are put forward accordingly, which can provide useful reference for the bidding work of university campus housing maintenance project.

Keywords:Campus house; Maintenance project; Bidding management; Countermeasure

基金项目:江苏省教育基本建设学会课题项目(jyjb2018D007)。

作者简介:党灏(1972. 09— ),男,助理研究员。

E-mail:1248324081@ qq. com

收稿日期:2023 - 04 - 20

0 引言

高校老校区既有房屋建设年代早、标准低、工程

质量较差,已难以满足现代化教学和科研的要求。 其

需要通过房屋的养护、修缮、维修、改造或改建等活

动,以保持、改善或提高房屋的原有完好程度、使用功

能和结构安全,延长房屋的使用寿命。 由于各高校校

园新老校区共存,需要维修改造的房屋数量、规模和

范围不断扩大,学校在房屋维修改造方面的投资规模

也逐年增加。 为了适应高校校园房屋维修项目管理

的新时代特征,迫切需要对高校校园房屋维修项目管

理进行系统研究。

此外,招投标环节是高校校园房屋维修改造不可

或缺的重要环节,必须予以高度重视。 如何通过项目

的招投标活动,选择一个符合条件的维修施工单位,

是确保校园房屋维修项目工程质量、进度和造价的前

提。 文献[1 - 4]从不同角度探讨了维修工程招投标

环节存在的主要问题,提出了相应的对策。 本文在江

苏省教育基本建设学会课题项目研究的基础上,结合

高校校园房屋维修项目管理的工程实践,梳理了校园

房屋维修项目招投标管理存在的主要问题,并针对性

地提出校园房屋维修项目招投标工作管理对策,为高

校校园房屋维修项目招投标管理提供有益的建议。

1 校园房屋维修改造工程类别

按照校园房屋的完损程度,维修改造工程可分为

重修工程、大修工程、中修工程、小修工程、综合工程

和应急工程等六类[5]

。一般情况下,在高校校园房屋

维修项目中,中修工程、小修工程和应急工程属于高

校后勤管理部门管理范畴;而对于维修改造技术要求

高、维修费用在该房屋同类结构新建造价 20% 以上

的重修工程、大修工程、综合工程,可由高校基本建设

部门管理。

2 校园维修项目招标采购管理存在主要问题

(1)维修项目招投标管理制度不健全,招投标过

程的监管不到位

鲜有高校针对维修项目制定相应的招标采购管

理实施办法。 由于对投资规模相对较小的维修项目

招投标活动的监管相对乏力,容易导致新的廉政风险

点发生

(2)存在以邀请招标、议标代替公开招标、竞标

的倾向

在维修项目招标时,各高校常采用邀请招标、议

标的方式代替公开招标、竞标的方式,确定施工单位。

出现这种倾向的主要原因:

①思想认识不到位。 由于维修项目工程量普遍

较小,单项标的较低,认为即使公开招标,也不会有多

少施工企业参与竞标。 若采用公开招标,符合投标资

·138· 福 建 建 筑 2023 年

质要求的施工企业会嫌项目的标的小,不感兴趣;而

感兴趣的施工企业又可能不符合投标资质要求。 因

此,可能会导致项目招标失败或废标。

②客观因素的影响制约。 维修管理部门专业技

术力量配置不合理,有的没有专职技术人员,有的根

本就没有专业技术人员。 若小修工程逐一公开招标,

需要委托设计、编制预算等,将增加一定的成本费用

和工程造价。 另外,小修工程具有日常性、时间性、突

发性和分散性等特征,使工程的设计、预算的编制在

客观上存在一定的难度。

(3)编制的维修工程项目招标文件质量不高

小修工程具有数量多、时间紧、不可预见性等特

征,致使小修工程项目事前招标时,其施工图纸及技

术资料等均不确定,施工之前更没有详细的维修施工

方案、施工合同等的约束,致使通过招投标活动未必

能真正选择出符合条件的施工单位。

3 校园维修项目招标采购管理对策

3. 1 建立校园维修项目招标采购分级管理机制

高校维修项目招标采购实行“分级管理” 机制,

为此,学校成立招标采购领导小组,并增设招标采购

管理部门负责学校招投标的监督管理;设立三级招标

限额标准,实行归口管理、分级负责的管理体制。 根

据学校维修项目招投标管理实践,建议一级限额标准

为《必须招标的工程项目规定》 (国函〔2018〕56 号)

规定的施工工程招标限额标准 400 万元(含),全国执

行统一的规模标准。 二级限额标准由各高校结合学

校具体情况确定的公开招标限额标准,一般可取 10

万元(含);三级限额标准由各高校相关部门根据具

体情况确定的招标限额标准,一般可取 5 万元(含)。

(1)单项经费预算在 400 万元(含) 以上的维修

项目,由各高校招投标管理部门委托社会招标代理机

构,在高校所在地的公共资源交易中心公开招标,选

择维修项目的施工单位。

(2)单项经费预算在 10 万元(含)以上、400 万元

以下的维修项目,纳入高校招标采购统一管理,直接

由各高校招投标管理部门组织,或委托社会招标代理

机构在高校内部组织公开招标,选择维修项目的施工

单位。

(3)单项经费预算在 5 万元(含)以上、10 万元以

下的维修项目,由各高校维修项目管理部门组织公开

招标,选择维修项目的施工单位。

(4)单项经费预算在 5 万元以下的维修项目,可

由各高校维修项目管理部门通过询价方式直接采购。

询价单位应具有相应的资质等级,且潜在的施工企业

不得少于 3 家。

维修项目实施时,若需同时添置固定资产,且经

费已包含在该维修项目预算范围之内的,由后勤管理

部门委托学校国有资产管理部门负责采购。

因特殊情况和突发性事件,需紧急抢修签订合同

的应急工程,可不纳入招标范围,由后勤管理部门召集

学校监察审计部门、国有资产管理部门和使用(管理)

部门现场确定抢修队伍、使用定额(含材料价格)和施

工附加费,并做好记录。 应急工程结束后,在一周内补

办相关合同审批签字手续,报学校批准实施。

涉及水、电、气、暖、通讯、邮政等特殊维修工程,

由学校管理部门与市政管理对接,行业管理方指定施

工单位施工。 学校管理部门提交立项报告,报送至学

校招投标管理部门审批后,直接委托相应的行业管理

方指定的施工单位施工。

3. 2 小修工程实施以年度为单位的多样化招标方式

方式一:“整体并包、协议招标”。 将学校年度维

修计划中同一类别招标的多个小修工程项目,适当归

并成一个标段,由学校招投标管理部门组织公开招

标,选择满足项目要求的 3 家协议维修单位。 金额在

10 万元以下(不含)的小额维修工程,学校相关职能

部门根据维修项目的实际情况,在入围的 3 家协议维

修单位中,合理选择并直接委托。 每次招标确定的协

议维修单位服务期限,不得超过 3 年。 学校要设置合

理的考核指标和权重,每年度对协议维修单位进行综

合考核,实现末位淘汰制度。

协议维修工程项目的实施,由学校相关职能部

门负责召集入围的 3 家协议维修单位,同时踏勘拟

维修工程现场,明确协议维修项目内容及质量要求,

现场确定能满足项目要求且质优价低的单位施工;

而零星维修工程项目的实施,由学校后勤管理部门

根据报修部门实际维修需求,以派工单形式,直接通

知已选定的协定维修单位派工维修,零星维修随报

随修。

方式二:“整体并包,统一招标” 方式。 将学校

年度维修计划中,同一类别招标的多个小修工程项

目“整体并包” ,适当扩大标段规模,减少标段数量,

并以年度为单位(一般不超过 3 年) ,实施“统一招

标” 。 采用这种招标方式,不仅可以吸引一些潜在

投标人参与竞争,可能选择出符合条件的施工单位;

另一方面,可以避免频繁组织招投标活动,节省工作

时间,降 低 管 理 成 本,同 时 降 低 施 工 企 业 的 投 标

成本。

2023 年 12 期 总第 306 期 党 灏·高校校园维修项目招投标管理的主要问题及对策 ·139·

3. 3 小修工程项目招投标文件编制关键组成要素

为保证招标文件的编制质量,避免招标活动的失

效和废标,应合理确定招标文件的关键组成要素:

(1)合理估算小修工程项目招标总金额

一般小修工程没有设计施工图或详细的维修方

案,在项目招标前,招标总金额无法准确地估算出来。

相关人员可以采用“类比法”,根据学校上一年度已

完成维修项目的工程量及结算金额,适当考虑建筑市

场价格行情变化以及政策性调整引起的变化,采用材

料信息价,做出学校年度小修工程项目工程费用的估

算,确定本年度小修工程项目的招标总金额。 对于小

修工程项目中,用于支付必然要发生但暂时不能确定

价格的材料、工程设备的单价及专业工程等的金额,

以暂估价的方式予以考虑。 按小修工程估算的总费

用形成维修项目招标总金额,作为小修工程项目招标

的依据。

(2)合理确定小修工程项目投标报价方式

工程项目经常采用的固定价、可调价两种投标报

价方式,都不适用于小修工程。 为此,在维修项目招

投标管理的实践中,小修工程公开招标时,采用基准

价下浮率的报价方式。 在工程完工后,投标单位结算

价格 = 审定结算价格 × 下浮率。 这种报价方式较好

地解决了小修工程投标时没有报价评审标准,工程结

算时,无结算依据的问题。

(3)投标单位关键岗位人员配备要求

由于高校维修项目大多集中在暑(寒) 假,项目

相对比较集中,若按一般招标项目要求组建一个项目

部,会造成关键岗位人员的严重不足,影响维修项目

质量、安全和进度;若要求每个不同小修工程项目都

组建相应的项目部,配备不同的人员,会加重投标人

的投标成本。 因此,建议小修工程按“整体并包,统一

招标”时,项目部关键岗位上,要求配备两名或两名以

上的人员。 这样,在小修工程密集时,可以在一定程

度上缓解关键岗位人员不足的问题;在小修工程相对

较少时,也可以机动地将关键岗位人员调配到其他项

目中,尽可能避免出现待岗和窝工情况。

(4)招标文件中技术标的编制方法

在维修项目招投标管理的实践中,小修工程按

“整体并包,统一招标”时,采用维修施工方案代替施

工组织设计。 也即不针对某一个具体维修项目情况,

仅根据小修工程的共性特征和要求,编制通用性的维

修施工方案,以此评审投标人的综合技术水平、施工

能力和现场管理水平。

(5)选取合理的维修项目评标办法

对于重修工程、大修工程、中修工程及按“整体并

包,统一招标”的小修工程,建议选择“综合评分法”;

对于具有通用技术标准或者招标人对其技术、性能没

有特殊要求的单项小修工程,建议采用“经评审的最

低投标价法”。 为了避免恶意低价竞标,设置最高限

价( Ym ),并规定投标人报价(Yi)≥90% × 最高限价

(Ym ),同时≥95% × 所有有效投标人(若超过 5 家,去

掉 1 个最高价和 1 个最低价后)的平均报价(∑

n

i = 1

Yi

/ n)

(具体数值随维修工程性质不同,n 为有效投标人数)。

若两个条件均不满足,就判断为不合理低价,取消其中标

资格。 另外,实行经评审的最低投标价法评标的项目,中

标人除需提供正常履约担保外,还需提供扣除正常履约

担保后,与招标控制价差额部分的履约担保。

3. 4 加强维修项目全过程招投标廉政风险点的管控

建立和健全高校“维修项目招投标管理实施办

法”“廉政合同”等系列管理制度,并将高校校园维修

项目的管理工作纳入到学校党风廉政建设工作中。

学校纪检监察审计部门要加强对维修项目招投标工

作的监督,积极参与,主动介入。 要全面梳理招投标

环节的廉政风险点并采取相应的防控措施,实现维修

项目招投标环节全过程监督管理,从源头上防止和避

免维修工程项目招投标管理中可能出现的廉政风险。

4 结论

除应急工程外,所有校园房屋维修改造项目均应

按公开、公平、公正、择优和诚实信用的原则,通过招

投标活动选择合适的维修项目施工单位。 本文提出

的高校校园维修项目招投标工作管理对策,可供同类

高校校园房屋维修项目招投标管理时借鉴。

参 考 文 献

[1] 《省属高校房屋维修改造现状分析及管控对策研究》课

题组. 省属高校房屋维修改造现状分析及管控对策研究

[R]. 苏州:苏州科技大学,2019.

[2] 陈刚. 浅析零星维修工程打捆招标管理模式及招标文件

编制要点[J]. 招标采购管理,2016,41(01):45 - 47.

[3] 李军毅,黄婕. 新时期高校维修工程管理问题的初步探

讨[J]. 东华理 工 大 学 学 报 ( 社 会 科 学 版), 2011, 30

(02):198 - 200.

[4] 袁俊,张松. 高校招投标存在的问题及监管对策[ J]. 成

都理工大学学报(社会科学版),2007(15):83 - 85.

[5] 廖伟翔. 高校招标采购工作中存在的问题及对策[ J]. 中

国招标,2022(02):118 - 120.