·90· 福 建 建 筑 2023 年

表 2 修正剑桥本构基本物理力学参数

参数 淤泥 粉质黏土

厚度 H (m) 5. 8 14. 9

重度 γ (kN/ m

3

) 15. 99 18. 5

黏聚力 c (kPa) 10. 95 25. 8

内摩擦角 φ (°) 11. 87 23. 58

泊松比 μ 0. 42 0. 33

回弹曲线斜率 k 0. 033 0. 016

加载曲线斜率 λ 0. 301 0. 076

起始参考点 v0 2. 614 1. 9

2. 3 结构单元本构参数

抗拔桩采用 pile 单元模拟,既有线衬砌和抗浮板

采用 shell 单元模拟,新建盾构隧道采用 liner 单元模

拟,其基本物理力学参数间,如表 3 所示。

表 3 结构体基本物理力学参数

参数 既有线 新建隧道 抗浮板 抗拔桩

重度 γ (kN/ m

3

) 25 25 25 25

弹性模量 E (Gpa) 25 26 31. 5 28

泊松比 μ 0. 25 0. 25 0. 25 0. 25

2. 4 开挖工况与监测点布置

新建盾构隧道近接段长约 188 m,自南向北左线

先行,开挖完成后,进行右线施工,分为 12 个施工步

(每段约 30 m),如图 4 所示。

新建隧道斜上跨既有线的掘进过程中,重点关注

新建隧道上方地表沉降及既有线拱顶位移,其测点布

置图如图 5 所示。 选取里程 DK3 + 116. 8 ~ DK3 +

314. 4,沿新建隧道掘进轴线,间隔 10 m 布置地表沉

降测点,上跨段进行测点加密间隔 5 m。 沿既有线间

隔 10 m 左右布置拱顶位移测点,上跨段进行测点加

密,间隔 5 m。 本工程地表沉降控制值为 30 mm,既有

线拱顶位移控制值为 20 mm。

图 5 既有线拱顶位移、新建隧道地表沉降的测点布置图

3 新建隧道上跨既有线的保护方案比选

3. 1 上跨既有线的施工力学特性(方案 A)

新建隧道推进过程中,左线的地表变形随施工步变

化规律,如图6 所示。 左线推进阶段掌子面附近地表显

著隆起,并随掌子面远去左线地表逐渐沉降。 地表变形

在施工步6 时达到最大,最大沉降量为 31. 6 mm,ZDK3

+ 216(左线与既有下行线交叉) 处变形最大值为 -

7. 1 mm,ZDK3 + 182. 1 (与既有上行线交叉) 处变形

最大值为 - 1. 8 mm。 右线推进阶段,对左线地表几

乎没有影响,施工步 12 时地表变形最大,最大沉降量

为 31. 9 mm,超过工程地表沉降控制值。

新建隧道推进过程中,右线的地表变形随施工步

变化规律,如图 7 所示。 左线推进阶段对右线地表几

乎没有影响,在施工步 6 时地表变形最大,最大沉降

量为 3. 7 mm。 右线推进阶段,掌子面附近地表显著

隆起,并随掌子面远去右线地表逐渐沉降。 在施工步

12 时地表变形最大,最大沉降量为 15. 7 mm,YDK3 +

266. 7(右线与既有下行线交叉) 处变形最大值为 -

12. 9 mm,YDK3 + 242. 9(与既有下行线交叉)处变形

最大值为 - 6. 4 mm。

图 6 新建隧道左线地表沉降

图 7 新建隧道右线地表沉降

新建隧道推进过程中,既有上行线的拱顶位移随

施工步变化规律,如图 8 所示。 既有上行线隧道拱顶

位移以隆起变形为主,随着左线推进,既有上行线拱

顶隆起变形逐渐增大,拱顶最大竖向变形出现在施工

步 5(左线到达既有上行线正上方),最大变形量为

9. 1 mm,掌子面远离脱出后拱顶隆起回落。 右线推进

时,右线与既有上行线相交处拱顶隆起随施工逐渐增

大,其他地方保持不变。 既有上行线拱顶最大竖向变

2023 年 10 期 总第 304 期 胡玉柳·新建隧道上跨既有线的保护方案比选研究 ·91·

形出现在施工步 9(右线到达既有上行线正上方),最

大变形量为 7. 0 mm。 掌子面脱出后,拱顶隆起回落。

图 8 既有上行线拱顶位移

新建隧道推进过程中,既有下行线的拱顶位移随

施工步变化规律,如图 9 所示。 既有下行线隧道拱顶

位移以隆起变形为主。 随着左线推进,既有下行线拱

顶隆起变形逐渐增大,拱顶最大竖向变形出现在施工

步 4(左线达到既有下行线正上方),最大变形量为

6. 7 mm,掌子面远离脱出后拱顶隆起回落。 右线推进

时,右线与既有线下行线相交处拱顶隆起随施工逐渐

增大,其他地方保持不变,既有下行线拱顶最大竖向变

形出现在施工步 9 时(右线到达既有下行线正上方),

最大变形量为 4. 9 mm。 掌子面脱出后拱顶隆起回落。

图 9 既有下行线拱顶位移

3. 2 不同保护方案的施工力学特性对比

选取关键施工阶段,对比新建隧道推进过程中采用

不同保护方案的地表变形结果,如图10 ~图11 所示。

三种保护方案的地表变形,随施工步变化的规律

大致相同,但变形数值有差异。 方案 A 左线最大沉降

量为 31. 9 mm,方案 B 为最大沉降量为 22. 5 mm,方

案 C 为最大沉降量为 4. 3 mm。 方案 A 最大右线沉降

量为 15. 7 mm,方案 B 为最大沉降量为 15. 1 mm,方

案 C 为最大沉降量为 3. 9 mm。

由结果可知,方案 B 和 C 均能减小新建隧道施工

时的地表变形,满足本工程沉降控制的要求,但方案

C 的效果更显著。

图 10 新建隧道左线地表沉降对比(不同保护方案)

图 11 新建隧道右线地表沉降对比(不同保护方案)

选取关键施工阶段,对比新建隧道推进过程中,

采用不同保护方案的既有线隧道拱顶沉降变形结果,

如图 12 ~ 图 13 所示。

图 12 既有上行线隧道拱顶沉降对比(不同保护方案)

图 13 既有下行线隧道拱顶沉对比(不同保护方案)

三种保护方案的既有线隧道拱顶位移,随施工步

的变化其规律大致相同:与新建隧道平面相交部分,其

拱顶位移以隆起为主;脱出平面交叠区外,其拱顶位移

则呈现少 s 量沉降。 既有上行线的拱顶位移方案 A 最

·92· 福 建 建 筑 2023 年

大隆起量 7. 0 mm,方案 B 最大隆起量为 5. 5 mm,方案

C 最大隆起量为 6 mm。 既有下行线的拱顶位移方案 A

最大隆起量为 6. 7 mm,方案 B 最大隆起量为 5. 3 mm,

方案 C 最大隆起量为 5. 2 mm。

由结果可知,方案 B 和 C 均能减小既有线拱顶位

移,满足本工程沉降控制的要求,且两者的效果大致

相同。

4 结论

以滨海快线为工程背景,拟定三种滨海复合地层

地形条件下,上跨既有线盾构推进的保护方案,并在

FLAC3D 数值平台上对三种方案全过程展开数值模

拟,重点关注地表变形及紧邻既有线隧道拱顶位移的

变化规律,得出以下主要结论:

(1)三种方案引起的既有隧道拱顶位移变化规

律大致相同,均以隆起变形为主,随着新建隧道推进

既有线拱顶隆起随掌子面靠近逐渐增大,掌子面远离

脱出后拱顶隆起回落;方案 B 既有线拱顶最大位移为

5. 5 mm,方案 C 既有线拱顶最大位移为6 mm,均小于

方案 A。 两种保护方案均能减少既有线拱顶位移。

(2)三种方案引起的地表沉降变化规律大致相

同,均在新建隧道推进过程中的掌子面附近地表隆

起,并随掌子面远去逐渐沉降。 对比三种保护方案,

方案 C 的最大位移最小,左线最大沉降量为 4. 3 mm,

右线最大沉降量为 3. 9 mm,保护效果最佳。 综合考

虑三种方案,建议采用方案 C。

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2023 年第 10 期

总第 304 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 10·2023

Vol·304

邻近营业线多吊机协同拆除简支梁施工技术研究

张健鹏

(中铁二十四局集团福建铁路建设有限公司 福建福州 350000)

摘 要:以昌赣铁路客运专线中的动走 B 线简支梁拆除施工为实例,对邻近营业线简支梁吊落拆除技术进行研究,分

别提出双吊机协同拆除简支梁及三吊机协同拆除简支梁施工技术,并重点分析梁片吊落工艺流程及关键施工参数。

通过在工程中的成功应用,验证了该施工技术的合理性及可靠性,可为类似吊梁施工提供借鉴。

关键词: 邻近营业线;简支梁;多吊机协同;拆除

中图分类号:U44 文献标识码:A 文章编号:1004 - 6135(2023)10 - 0093 - 04

Research on the construction technology of multi - crane collaborative removal of simple

supported beams in the adjacent operating railway

ZHANG Jianpeng

(China Railway 24th Bureau Group Fujian Railway Construction Co. ,Ltd,Fuzhou 350000)

Abstract:The removal of simple supported beams of the operating railway line B of Chang - gan Railway passenger special line is taken as

an example in this paper,and the removal technology of simple supported beams of adjacent operating railways is studied,The construction

technology of collaborative removal of simple supported beams by double crane and collaborative removal of simple supported beams by

three cranes is proposed respectively,and the process flow and key construction parameters of beam sheet lifting are analyzed. Through the

successful application in the project,the rationality and reliability of the construction technology are verified,which can provide reference for

similar hanging beam construction.

Keywords:Adjacent operating railway; Simple supported beams; Multi - crane collaborative; Demolition

作者简介:张健鹏(1989 - ),男,工程师。

E-mail:story0926@ 163. com

收稿日期:2023 - 03 - 12

0 引言

随着我国高速铁路的不断发展,有些既有铁路已

无法满足当今城市发展需求,邻近营业线线路改线及

拆除将难以避免。 目前针对邻近营业线吊机拆除简

支梁施工,相关方面鲜有报导。 常规桥梁拆除施工多

采用搭设支架分段拆除法[1]

、爆破拆除法[2]等施工方

法,但对于邻近营业线桥的拆除,上述方法往往作业

空间受限、工期长、安全难以控制、施工难度大。

基于上述情况,本文结合实例工程,提出多吊机

协同拆除简支梁施工技术,在保证邻近营业线的运

营、结构和设备安全的前提下对既有线简支梁进行远

距离、大高度吊落拆除施工,并对吊梁过程及主要施

工参数进行研究。

1 工程概况与施工难点分析

1. 1 工程概况

动走 B 线为昌赣客运专线 CGZQ - 1 标的改线工

程。 因设计线路改线需要,动走 B 线需在南昌西站场

改造大封锁后停用,将动走 B 线 0 号台至 9 号墩之间

的桥墩及简支梁进行拆除,为新建动走三线大桥让出

桥位。 线路布置概况如图 1 所示。 动走 B 线拆除路

段左侧邻近营业线动走二线,最小净距为 11. 6 m,右

侧邻近动走 D 线,最小净距为 0. 05 m。 动走 B 线桥

宽 4. 9 m,每跨由 2 片 T 梁组成,单片梁重量为 103 t,

宽度为 2. 3 m,梁长最长为 24. 759 m,最大桥墩高度

为 12. 67 m,桥型布置如图 2 所示。

图 1 线路布置概况示意

图 2 桥型布置图(单位:cm)

1. 2 施工难点分析

(1)吊机性能要求高

吊机拆除简支梁施工,受吊装吨位大、边跨吊装

距离远等因素影响,对吊机性能要求高[3]

,吊机起重

能力及稳定性应进行准确验算。

·94· 福 建 建 筑 2023 年

(2)吊梁场地受限技术要求高

0 号台台前锥坡,吊机站位受到限制,采用 3 台

吊机协同吊梁需要空中换钩,转换梁体吊点工位等一

系列作业环节,协同作业技术要求高。

(3)邻近营业线施工安全风险高

邻近营业线场地狭小,吊梁过程容易碰撞既有设备

或桥墩,将对营业线产生重大影响,施工安全风险高。

2 施工方案研究

(1)中跨吊梁拆除方案研究

中跨吊梁,前后桥墩无锥坡影响,吊机纵向站位

不受限。 经研究,决定采用 2 台汽车吊机协同一次就

位法,将 2 台吊机并排架设在待拆梁片同侧的两端,

且在不影响吊臂旋转的前提下,尽量靠近待拆梁侧以

减少吊装半径。 双机同步提梁,将梁片下放至摆放区

域(营业线与待拆除桥墩之间),梁片摆放平稳后用

炮头机将梁片进行破碎拆除。

(2)边跨吊梁拆除方案研究

边跨吊梁受桥头锥坡制约,吊机站位受限。 边跨

桥台左右侧均邻近营业线,为避免对营业线运行及结

构安全造成影响,不宜对锥坡进行大面积挖填。 如采

用两台汽车吊机协同一次就位法,吊机作业幅度至少

要达到 22 m,吊装高度 22. 1 m,梁片单头吊重 69. 5 t,

须选用 QAY800 t 以上的大型吊机方能满足吊梁要

求。 但本项目邻近营业线,行走及摆放区域受限,无

法使用大型吊机进行一次性吊装。

考虑施工成本及吊机适用性,经研究,决定采用

3 台汽车吊机协同作业的方法,通过在空中换钩、转

换梁体吊点工位等作业环节,将梁片平移至锥坡坡脚

以外后垂直下落至地面。 梁片摆放平稳后用炮头机

将梁片进行破碎拆除。

3 吊梁拆除工艺流程

(1)中跨吊梁拆除施工工艺流程

中跨吊梁采用 2 台汽车吊机抬吊配合作业,其工

艺流程如图 3 所示。

图 3 中跨吊梁拆除施工工艺流程图

其工艺原理为:根据吊机不同工况确定吊机站

位,将吊机进行试运行。 试运行满足要求后,分别在

距梁两端 1 m 处用环状钢丝绳以单绳双兜的方式将

梁片进行捆绑,并将钢丝绳与吊钩挂牢。 吊车挂好钩

后,进行试吊。 所有作业人员一律听从吊机指挥员统

一指令。 指挥员发出起吊指令,2 台吊机同时起吊,

起吊时应遵循慢、平、稳的原则,将梁缓慢吊起 10 cm

高,并静置 3 min。 在试吊期间,桥上司索员应观察重

物是否已挂牢,吊钩及钢丝绳有无旋转、破损现象,桥

下技术人员观测吊机支腿处地面有无开裂、下沉现

象,一旦发现异常立刻汇报吊机指挥员,吊机指挥员

指挥吊机将梁体缓慢放回原位,及时进行隐患排除。

若未发现异常,则继续起吊作业。 吊梁起升速度应控

制在 0. 5 m / min 以下,梁片提升至梁底越过周边梁

0. 5 m 后,进行平移。 平移过程要保持梁体平衡,横

向倾斜不超过 2% ,纵向倾斜不大于 30 cm。 梁片平

移到摆放区上方后,进行落梁。

梁体落梁应进行垂直下落,速度控制在 0. 5 m/ min

以下,慢速轻放,禁止忽快忽慢或突然制动。 直至将

梁缓慢平稳地放在地面预先铺好的枕木上,并安装支

撑架固定。 中跨吊梁过程如图 4 所示。

(a)两台吊车配合抬吊

(b)梁片提升越过周边梁 50 cm

(c)垂直下落至吊放区

图 4 中跨梁片下放示意图

(2)边跨吊梁施工工艺流程

边跨吊梁采用 3 台汽车吊机配合抬吊作业,其工

艺流程如图 5 所示。

2023 年 10 期 总第 304 期 张健鹏·邻近营业线多吊机协同拆除简支梁施工技术研究 ·95·

图 5 边跨吊梁拆除施工工艺流程图

其工艺原理为:用钢丝绳分别在距梁两端 1 m 处

进行捆绑,桥台侧梁端应设置两处吊点,内测吊点供

后续空中换钩时吊机 C 使用。 钢丝绳捆绑完成后进

行吊机试运行及试吊。 边跨吊机试运行及梁片试吊

与跨中相同。 试吊完成且未发现异常,则继续起吊作

业。 由吊机 A 与吊机 B 对梁片进行起升,起升速度

应控制在 0. 5 m / min 以下,梁片提升至梁底越过周边

梁 0. 5 m 高后,进行平移。 平移过程要保持梁体平

衡,横向倾斜不超过 2% ,纵向倾斜不大于 30 cm。 梁

片平移至吊机 A 吊幅为 11. 5 m 处停下,吊机 C 伸至

第二处吊点位置进行空中换钩。 空中换钩由人工上

梁进行转换,吊机 C 挂好吊钩后缓慢收绳,直至吊机

A 吊量为零后,人工解除吊机 A 吊钩,吊机 A 撤离。

由吊机 B 与吊机 C 将梁片继续平移至梁片存放点正

上方进行落梁,并安装支撑架固定。

边跨落梁及梁体摆放方式与跨中相同。 边跨吊

梁过程如图 6 所示。

(a)三台吊车配合抬吊 (b)空中换钩、吊点转换 (c)横移到位后垂直下落至吊放区

图 6 边跨梁片下放示意图

吊拆在邻近营业线范围内施工。 吊拆作业时,严

禁任何无关人员靠近[4]

,整个吊梁过程严格实行“一

机一人”防护。 作业期间,现场防护与驻站防护要保

持联系通畅[5]

。 吊机与营业线接触网供电部分向外

5 m 为安全禁区,吊机试吊、作业时,现场防护人员跟

随吊车机械手移动,随时监控机械手位置,严禁机械

手侵入禁区。 切实把控好各项安全措施,保障吊梁施

工的安全有效进行。

(3)梁片破碎及弃置

采用炮头机将梁片进行凿除,凿除顺序自上而

下,由一端向另外一端依次进行。 破除的混凝土用土

方车运出现场。 炮头机施工利用列车运行间隔时间,

列车通过时禁止作业。

4 施工参数研究

邻近营业线吊梁拆除施工,应对吊梁过程中各项施

工参数进行分析验算,使整个施工过程各项参数满足工

况要求,确保邻近营业线的结构、设备及运营安全。

(1)吊机选型

吊机选型的目的是根据吊装任务确定吊机具体

型号,使待拆梁片的计算荷载 Gj、吊机臂杆伸出长度

L、作业幅度 R 等参数均满足作业工况要求。 吊机应

尽量选择相同型号,若 2 台吊机型号不同,则应尽可

能选择相近的工作速度,便于协同操作[6]

。

梁片的计算荷载为[7]

:

Gj = K1K2 G0 (1)

式中,K1为动荷载系数,取 1. 1;K2为抬吊不均衡

系数 1. 2;G0为吊机分担的单侧吊物重量及索具重量

之和,其中单侧梁重量 m = 103 / 2 = 51. 5( t),索具的

重量为1. 1 t,G0 = 51. 5 + 1. 1 = 52. 6(t);则 Gj = 1. 1 ×

1. 2 × 52. 6 = 69. 4(t)。

根据中跨、边跨不同工况分别计算吊机的作业幅

度、吊装高度如表 1 所示。

表 1 吊机不同工况吊装参数

工况

中跨吊装

/ m

边跨吊装

第一步/ m

边跨吊装

第二步/ m

工况示意图 图 4a 图 6a 图 6b

吊机 A

作业幅度 9. 5 6. 5 11. 5

吊装高度 22. 1 16. 7 16. 7

吊机 B

作业幅度 9. 5 15. 2 10. 1

吊装高度 22. 1 22. 1 22. 1

吊机 C

作业幅度 / / 15. 2

吊装高度 / / 22. 1

·96· 福 建 建 筑 2023 年

根据上述吊机不同工况吊装参数,查阅吊机起升

高度曲线及性能表,边跨吊梁:吊机 A 选用 QAY300

型,适用于起重重量 75 t、作业幅度 12 m、臂长 25. 7 m

的工况。 吊机 B 及吊机 C 选用 XCA450 型,适用于起

重重量 76. 5 t、作业幅度 16 m、臂长 30. 2 m 的工况,

满足边跨吊装要求。 中跨吊梁:考虑吊机使用的经济

性,将吊机 A、B 分别延用边跨吊装中的 QAY300 及

XCA450 各 1 台,既可减少吊机进出场的费用,富余的

吊机性能也可作为安全储备,满足中跨吊装要求。

(2)钢丝绳选型

选择和确定钢丝绳时,应先根据待拆除梁片重量

及钢丝绳与梁片的水平夹角计算出钢丝绳所承受的

荷载,并对比钢丝绳的容许拉力进行选型。

钢丝绳采用在梁每端布置 1 根环状吊索,单绳双

兜的方式作业,钢丝绳与梁片的水平夹角 α≥60°,吊

索受力:

S =

mg

2nsinα

(2)

式中,m 为梁片的计算荷载,取 69. 4 t;n 为钢丝

绳分支数,取 n = 2。 计算可得 S = 196. 33 kN。

选用的钢丝绳容许拉力 Sp应大于钢丝绳受力 S,

钢丝容许拉力计算[8]

:

SP =

φ∑Si

K

(3)

式中,φ 为钢丝捻制不均匀折减系数,6 × 37 绳取

0. 82;ΣSi 为钢丝破断拉力值;K 为钢丝绳使用安全系

数取 8

[9]

。

选用公称直径为 62 mm、抗拉强度为 1870 MPa

的 6 × 37S + FC 型纤维芯起重钢丝绳,其最小破断拉

力为 2370 kN,代入上式计算得 Sp = 242. 925 kN,大于

吊索受力 196. 33 kN。 故该钢丝绳满足吊装安全

要求。

(3)所需地基承载力计算

为保证施工安全,取吊机支腿最大受压极限值进

行计算,即车重和吊重集中于一个支腿受力。

QAY300 吊机自重 Q1 =79. 65 t;配重 Q2 =98. 2 t;极

限重量:Q1 + Q2 + Gj = 247. 3 t。 支腿下码枕木,下垫钢

板,使支腿在钢板上平均受力,作用面积 3 ×3 =9 (m

2

),

则需地面抗压 P = (247. 3 ×9. 8) / 9 =269. 3 (kPa)。

XCA450 吊机自重 Q1 =84 t;配重 Q2 =140 t;极限重

量:Q1 +Q2 + Gj = 293. 4 t。 支腿下码枕木,下垫钢板,使

支腿在钢板上平均受力,作用面积 3 × 3 = 9 (m

2

),则需

地面抗压 P = (293. 4 ×9. 8) / 9 =319. 5 (kPa)。

地基周边应做好排水措施,对于地基承载力不符

合要求的地方,增加钢板面积或浇筑一定厚度的混凝

土,必须确保承载力满足吊装要求。

5 结论

本文采用多吊机协同的方法对邻近营业线的简

支梁进行拆除施工,针对工程实例对应的实施效果,

获得以下结论:

(1)多吊机协同拆除简支梁施工协调性较强,技

术要求高,施工之前现场应做好充足的准备与沟通,

并对主要施工参数进行准确验算,确保梁片拆除的顺

利进行。

(2)使用双吊机协同起吊,可解决简支梁片拆除

吊装吨位大,邻近营业线单台大型吊机吊装场地受限

等难题。 使用三吊机协同起吊,通过空中接力的方

式,可解决吊机站位受限、吊装距离远,双吊机无法对

梁体进行起吊拆装的难题。

(3)多吊机协同拆除法施工作业量小,速度快,

梁片与桥墩拆除平行作业,缩短工期。 将梁片吊至地

面后破除对邻近营业性影响小,营业线设备及结构的

安全能够得到保障。

(4)实践证明邻近营业线多吊机协同拆除简支

梁施工技术施工方法简单、可操作性强,运用于工程

实践是可行的。

参 考 文 献

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2023 年第 10 期

总第 304 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 10·2023

Vol·304

柘荣县污水管网外水来源排查及整治策略研究

贺剑波

(福建省建筑科学研究院 福建福州 350108)

摘 要:污水处理提质增效工作中,识别外水来源,并以清污分流为目标,进行管网改造工作,可经济高效提升污水处

理厂的进水浓度。 基于此,探讨在柘荣县污水处理厂“一厂一策”编制工作中,针对外水来源排查部分采取的策略。 通

过定量分析,利用对排放口晴天排放的水量水质进行调查、污水处理厂进水量的平衡分析、污水主干管关键节点的外

水溯源等手段,发现排水管网中存在的错接混接问题,并针对问题点,提出整治方案,此外,旧合流渠的分流改造是山

区城市雨污分流工作的一大难点,可作为山区提质增效改造工作中的突破方向。

关键词: 提质增效;一厂一策;管网排查;外水

中图分类号:TU992 文献标识码:A 文章编号:1004 - 6135(2023)10 - 0097 - 04

Research on the Investigation and Treatment Strategy of External Water Sources

in the Sewage Pipeline Network of Zherong County

HE Jianbo

(Fujian Academy of Building Research,Fuzhou 350108)

Abstract:In the work of improving the quality and efficiency of sewage treatment, identifying external water sources and carrying out pipeline network transformation with the goal of separating clean and dirty water can more economically and efficiently increase the inlet concentration of sewage treatment plants. Based on this, this paper discusses the strategies adopted in the preparation of \" one plant, one policy\"

for Zherong County Sewage Treatment Plant for the investigation of external water sources. By conducting quantitative analysis, investigating

the quantity and quality of water discharged from the discharge outlet on sunny days, balancing the inflow of sewage treatment plants, and

tracing the external water at key nodes of the sewage main pipeline, we have identified the problems of mismatched and mixed connections

in the drainage network. We have proposed remediation plans for these problems one by one, and finally pointed out that the diversion and

renovation of the old confluence channel is a major difficulty in the rainwater and sewage diversion work in mountainous cities, It can serve

as a breakthrough direction in the improvement of quality and efficiency in mountainous areas.

Keywords:Quality and efficiency improvement; One plant one policy; Check the pipe network; Extraneous water

作者简介:贺剑波(1985. 11 - ),男,工程师。

E-mail:17070790@ qq. com

收稿日期:2023 - 03 - 29

0 引言

推进污水处理提质增效 ,本质上是要提升污水

处理厂进厂水质浓度。 要解决其末端问题,核心是进

行源头和过程的排查整治。 完善排水户接驳和消除

管网空白区,是提升水质浓度的重要措施。 但实践表

明,这部分的改造投资大,且受下游管网等因素制约,

往往无法达到预期效果。 为此,科学地识别外水来

源,以清污分流为目标进行管网系统的改造,能更经

济高效地完成污水处理厂的提质增效工作[1]

。

针对污水处理系统,“外水” 主要指的是入侵污

水收集系统的外来水,它主要包含山水、灌溉水、河

水、雨水、地下水、渗入的自来水和工地的低浓度基坑

排水等[2]

,只有查清外水的成因和来源,才能有针对

性地制定相应的治理对策。 本文着重讨论在柘荣县

污水处理厂水质提质增效一厂一策编制过程中采取

的外水排查策略,定量分析系统中的外水来水量,并

制定改造方案。

1 研究区域分析

1. 1 排水系统概况

柘荣县地处福建北部山区,主城区面积约4. 93 km

2

。

东、西、北三面环山,南面与新城区衔接,龙溪自北向

南穿城而过。 整体地势为北面高南面低,东西两侧山

高,中间沿溪低。

主城区建设较早,老旧小区内部和城中村多采用

合流制排水体制,占比约 88. 1% 。

市政道路排水管网为雨污分流,道路污水支管均

汇集至龙溪两岸的污水主干管。 龙溪西岸沿六一五

路、柳城路、仙屿路、荣华路、屿东路等敷设 DN300 ~

DN500 污水次干管,汇入西岸沿溪 DN600 截污干管,末

端通过 2 根 DN300 倒虹管汇入东岸 DN1000 主干管。

龙溪东岸沿上桥路、柳城东路、后门溪、东城路等敷设

·98· 福 建 建 筑 2023 年

DN300 - DN600 污水次干管汇入沿溪 DN1000 截污干

管,最终在广福桥处通过倒虹管接至第一污水厂。

第一污水厂调节池前已建有 DN800 转输管,与

下游第二污水厂联通,超出第一污水厂处理规模的污

水将转输至第二污水厂处理。 柘荣县现状排水系统

如图 1 所示。

图 1 现状排水系统示意图

1. 2 污水处理厂运行现状

第一污水厂现状规模 1. 0 万 m

3

/ d,于 2009 年建

成投入使用,2018 年 6 月完成提标改造,出厂水质达

到《城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级 A 类的

排放标准。

分析第一污水厂 2019 年 1 月至 2022 年 9 月的

运行报表,进厂水量自 2021 年 8 月起有显著提高,并

趋于满负荷,日均进水量 0. 99 万 m

3

/ d;进水 BOD5浓

度总体偏低,波动较小,平均 BOD5浓度 42. 6 mg / L。

2 排查策略及问题分析

2. 1 排查路线制定

首先,需对现状排水管网进行探查,形成雨污水

系统网络图,并与地形、河流等进行结合。 排查污水

管网系统中的外水来源,应充分理解水量和物质浓度

守恒的原理[3]

,进行上下游水质水量比对。 在现状管

网合流制与分流制并存,雨污水存在混接错接的情况

下,雨水系统和污水系统应当区分排查方式,但又必

须统筹分析。 污水混入雨水系统,并通过雨水排放口

直排,或通过污水管道的破损点外渗,将降低污水收

集率,使污水系统中的上下游水量无法平衡。 雨水或

其他外水进入污水系统,将导致污水处理厂的进厂水

量增加,且水质浓度突降。

根据上述原则,制定排水系统排查路线如下:

雨水系统:排口晴天流水→进行水质检测→确认

为有污水混入(以地表 V 类水为标准,COD > 40 mg / L

或 NH3 - N > 2 mg / L 时认为有污水混入)→排口上游

管网进行溯源。

污水系统:按排水户性质以及排水体制、泵站及

主管网节点等,进行排水区域划分→片区水量平衡分

析→区域干管末端水质检测→分片区排查外水来源

并进行定量分析。

有条件时,在排水管网重要节点处、复杂区域处

布设水量和水质在线监测系统,动态感知管网运行规

律,精确检测不同时段的水量和水质,进行水量水质

平衡分析。

2. 2 混流排放口调查分析

由于柘荣县地处山区,主河道龙溪坡度较大,河

水水位较低,沿河排放口基本可见。 调查时,结合城

区现状管网图,先对管网系统图中的排放口逐一进行

核实、编号、拍照,进行基本信息的记录。 记录的基本

信息,包括排放口的尺寸、标高、晴天是否有排水,并

对晴天有排水的排放口进行水量的粗略测定,以及水

质取样检测。

沿溪排口普查成果中,共有 8 处排放口晴天有水

流出。 但根据水质检测结果,有 4 处水质浓度较低,

对另 4 处 COD 及 NH3 - N 浓度超出限定标准值的排

口进行全管段上游逐个开井溯源,并将混接处的详细

位置、水量水质、排水来源等进行登记。

2. 3 污水水量平衡分析

柘荣县主城区常住人口约为 4. 18 万人,采用人均

综合用水指标法计算,理论污水量为 0. 83 万 m

3

/ d。

采用污染物特征因子法[4]估算所有外水入渗量,

考虑污水厂进水 BOD5浓度与出户 BOD5浓度之差主

要由外水入侵污水系统导致,由以下公式得到:

Q外水 = [1 - (C污水厂 / C出户量 ) ] × Q污水厂

式中:C污水厂———污水处理厂进水 BOD5浓度(mg / L);

Q污水厂———污水处理厂进水量(m

3

/ d);

C出户量———化粪池出口 BOD5浓度(mg / L)。

根据《第二次全国污染源普查—生活污染源产排

系数手册》

[5]

,福建化粪池出口平均值 118mg / L;考虑

闽西闽北地区实际生活污染源浓度普遍低于平均值,

本项目取平均值下浮 20% ,计算得第一污水厂的外

水水量约为 0. 55 万 m

3

/ d。 另通过管网节点监测发

现,转输至第二污水厂的污水量为 0. 2 万 m

3

/ d。

2023 年 10 期 总第 304 期 贺剑波·柘荣县污水管网外水来源排查及整治策略研究 ·99·

柘荣县主城区水量平衡分析如图 2 所示。

图 2 柘荣县主城区水量平衡分析图

2. 4 污水管网节点水质水量分析

对污水管网关键节点进行水质取样检测分析,选

取的点位,主要包括沿河主干管上合流制管渠接入

点、收水范围较大的次干管接入点、过河倒虹管前后

井,以及沿河主干管上间隔一定距离的井位[6]

。

节点的水质检测指标为 COD。 通过检测指标数

据对比,缩小排查范围,准确找到外水侵入的点位。

柘荣县主城区污水管网外水水量较大的来源有

3 处,如图 3 所示。

图 3 柘荣县主城区外水来源分析图

(1)仙屿公园雨水排口截流山泉水进入污水系

统。 仙屿公园排口为雨洪排口,起端为城区北侧山

角,末端涵洞接至龙溪,平时有山水和沿途污水接入,

入溪前设置有截流措施,截留到大量山水。

(2)金山花园南侧截流井截流山泉水进入污水

系统。 西山岗部分山水和周边居住区的生活污水均

排入金山花园南侧雨水明渠,明渠末端设有截流堰,

截流的污水接入沿溪污水主管。

(3)污水主管在龙溪与支流后门溪交汇处采用

倒虹管,井壁渗漏,溪水入渗。

3 提质增效方案

3. 1 技术路线

柘荣县提质增效工程,在现状城市基础特征分析

与污水系统调查的基础上,明确排水系统主要存在问

题,同时结合各级政策及目标要求,制定“一厂一策”

方案技术路线。

(1)鉴于当前第一污水处理厂已达满负荷运行,

但因截流大量山,水导致进水浓度较低。 故减少外水

水量,是柘荣县提质增效工作的首要任务。 减少老城

区的外水水量腾出处理规模后,才能接纳漏接的污

水,避免雨天污水溢流。

(2)收集漏接污水。 对已溯源清楚的沿河混流

排口、市政道路污水断头管进行整改,消除混错接点,

消除空白区。

(3)根据修复指数,评估进行主城区污水管网病

害和缺陷修复,提高污水输送效能。 分阶段分区域进

行沿街商铺出户管雨污分流改造、城中村内部雨污分

流改造,逐步降低合流制区域占比。

3. 2 实施措施

柘荣县污水处理提质增效,从挤外水、收污水、管

网效能提升、长效管理 4 个方面,提出工程措施和管

理措施,如表 1 所示。 工程措施根据城市总体建设计

划和资金情况分年度逐步实施,先挤外水再收污水,

分片分缓急进行污水管网输水效能提升[7]

。 通过建

立常态化管养机制,建立本地化专业化养护队伍,积

极推进“厂网”一体化专业化运维,保障污水收集处

理设施系统性和完整性。

表 1 柘荣县污水处理提质增效年度措施计划表

工程类型 项目名称 实施年度

挤外水

仙屿公园截流式合流排口改造工程 2023

西山岗截流式合流排口改造工程 2023

后门溪污水倒虹井修复工程 2023

收污水

东狮桥北片空白区管网工程 2023

柳城桥混流排口雨污分流整改工程 2024

兴业路混流排口雨污分流整改工程 2024

第三小学混流排口雨污分流整改工程 2025

管网效能

提升

市政排水管网缺陷修复工程 2023 ~ 2025

老旧小区雨污分流改造项目 2024 ~ 2025

长效管理 长效运维管理方案、设施养护方案 2023 ~ 2025

·100· 福 建 建 筑 2023 年

3. 3 可达性分析

通过在建及新增项目等措施,预计可以减外水量

3300 m

3

,新增污水量 1500 m

3

。 预估至 2025 年年底,

第一污水厂进水水量约 0. 95 万 m

3

/ d,进厂 BOD5 浓

度 62. 3 mg / L,污水集中收集率 43% ,达到柘荣县“十

四五”时期污水处理提质增效工作目标[8]

。

4 结语

水质浓度低的地区进行污水系统提质增效工作

时,优先进行清污分流,是一种快速有效且经济效益

高的措施。 挤外水腾出管网过流能力及污水厂处理

能力,接纳从后续源头雨污分流、消除空白区、补短板

等措施新收集的污水量。

山区城市多沿河两岸建设,随着城市发展和防洪

标准提高,逐步抬高沿岸地坪。 原较大的合流渠极易

演变成埋深大的暗涵暗渠,其连接的污水管渠错综复

杂改造难度大,此类渠道是山区城市雨污分流工作的

一大难点。

参 考 文 献

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(上接第 86 页)

(1)低点泵房可以取消泵后管入泵房的设置,可

以有效减小泵房的开挖尺寸,减小开挖风险。

(2)泵房开挖,采取非整环同时破除的分步施工

的原则,采用“钢环梁 + 平面闭合钢支撑” 的支撑形

式,可以充分发挥空间效应,保障泵房施工过程中隧

道的安全。

(3)泵房开挖过程中,与平面闭合钢支撑相比,

钢环梁承担了更多的荷载,设计施工中应重视该结构

的功能需求。

参 考 文 献

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2023 年第 10 期

总第 304 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 10·2023

Vol·304

泉州市城市内涝治理系统化实施方案探索与实践

吴友恒

(泉州市城市管理局技术中心 福建泉州 362200)

摘 要:结合《泉州市城市内涝治理系统化实施方案》编制实践,从区域流域、城市、设施、管理等层面分析城市内涝成

因和方案实施范围、期限及主要目标,从“区域流域 - 城市 - 设施 - 管理”四个层面,重点探讨泉州内涝系统治理方案。

此外,还对城市内涝治理系统化实施方案编制提出了几点思考,以供借鉴。

关键词: 内涝治理;实施方案;内涝成因;建设时序;山洪防治;非工程措施

中图分类号:TU992. 4 文献标识码:A 文章编号:1004 - 6135(2023)10 - 0101 - 05

Exploration and Practice of Systematic Implementation Plan for

Urban Waterlogging Control in Quanzhou City

WU Youheng

(Technical Center of Quanzhou Urban Management Bureau,Quanzhou 362200)

Abstract:Based on the compilation practice of the \" Systematic Implementation Plan for Urban Waterlogging Control in Quanzhou City\" ,

this paper analyzes the causes of urban waterlogging, the implementation scope, duration and main objectives of the plan from the 4 aspects

of region and basin, city, facilities, and management, discuss the plan from the four levels of \" region and basin - city - facilities -

management\" . This article also proposes several considerations of the complilation of a systematic implementation plan for urban waterlogging control for reference.

Keywords:Waterlogging control; Implementation plan; Causes of waterlogging; Construction sequence; Urban flash flood prevention and

control; Non - engineering measures

作者简介:吴友恒(1989. 1 - ),男,工程师。

E-mail:huashao20120801@ 163. com

收稿日期:2023 - 04 - 20

0 引言

为加快推进城市内涝治理,国务院办公厅印发了

《国务院办公厅关于加强城市内涝治理的实施意见》

(国办发〔2021〕11 号),明确了城市内涝治理工作的

指导思想、工作原则、工作目标,从系统建设城市排水

防涝工程体系、提升城市排水防涝工作管理水平、统

筹推进城市内涝治理工作、保障措施等方面提出了实

施意见。 《意见》 还明确要求,各级有关城市行业主

管部牵头编制本城市内涝治理系统化实施方案。 泉

州市按照《意见》和城市内涝治理系统化实施方案编

制大纲的要求,认真组织开展了《泉州市城市内涝治

理系统化实施方案》的编制工作。

1 城市概况

泉州市地处福建省东南部,是福建省三大中心城

市之一,北承福州、莆田,南接厦门,东望宝岛台湾,西

毗漳州、龙岩、三明;现辖鲤城、丰泽、洛江、泉港 4 个

区,晋江、石狮、南安 3 个县级市,惠安、安溪、永春、德

化、金门(待统一)5 个县和泉州经济技术开发区、泉

州台商投资区。 全市土地面积 11 015 km

2

(含金门

县),2022 年末常住人口 887. 9 万人(不含金门县)。

本次方案编制范围为泉州市中心市区,主要包括鲤城

区、丰泽区、洛江区万安、双阳两个街道和南安市丰

州镇。

泉州依山面海,境内山峦起伏,丘陵、河谷、盆地

错落其间,地势西北高东南低,山地 1000 多万亩,山

地、丘陵占土地总面积的 4 / 5,俗称“八山一水一分

田”。 泉州属亚热带海洋性季风气候,年平均气温

19. 5℃ ~ 22℃ ,常年雨量充沛、温暖湿润,四季如春。

古诗称泉州“四季有花常见雨,一冬无雪却闻雷”,故

泉州有“温陵”之雅称。

2 内涝成因分析

2. 1 区域流域层面

泉州市中心市区背山滨江面海,遇到强降雨时,

山洪入城、外江(潮) 顶托成为导致内涝的主要原因

之一。 中心市区 40 个积水节点中,有 13 个积水主因

·102· 福 建 建 筑 2023 年

为山洪直排[1]

。 如北峰片区的东西大道软件园路口

动车站枢纽路段积水节点、江南片区的江南大街(县

道 301 线)高速桥下积水节点、中心片区的刺桐路与

东湖街交叉口积水节点,以及东海片区的东海隧道宝

秀小区入口积水节点等。

2. 2 城市层面

城市建设中对区域及地块的竖向控制不够重视,

导致一些城中村、工业区及路段地势低洼,形成积水

节点,如普明社区、火炬街、成洲工业园等。 此外,城

市建设中地面大量硬化,河湖等雨水调蓄空间被侵

占、多处河道束窄或淤堵,也是导致城区内涝的一个

重要原因。

2. 3 设施层面

(1)早期城市排水系统设计标准偏低。 如古城

原有大多为排水边(暗)沟,设计标准也偏低,有的设

计暴雨重现期仅为 0. 3 年,排水能力不足[2]

。

(2)雨水管道普遍存在缺陷,影响排水能力。

如在对城东片区安吉路、普济路、体育街等 12 条市

管道路的雨水管道普查中发现,每条市管道路的雨

水管道均存在结构性缺陷和功能性缺陷。 其中,结

构性缺陷以破裂为主,功能性缺陷以树根长入管道

为主[3]

。

(3)排水设施不完善,排水系统薄弱。 如江南片

区的建发珑璟湾、珑玥湾周边道路积水点形成的一个

原因,为配套雨水管网未建设。

2. 4 管理层面

(1)排涝与治污缺乏统筹,因水质保护封堵排

口。 如东海大街与东宏路交叉口积水节点、浔美工

业区内部道路积水节点、南环路雷克萨斯段等均存

在出水口处设置截污墙,导致雨天雨水无法排出的

问题。

(2)排水设施日常清疏养护不到位。 如江南大

街(县道 301 线)高速桥下积水点、少林路齐云路交叉

口积水节点等均存在雨水口被垃圾、泥土堵塞的问

题,朵莲寺下穿通道积水节点则存在雨水管道淤积严

重的问题。

3 实施范围、期限及主要目标

3. 1 实施范围和期限

本次方案主要针对近期城市建设强度比较大、人

口比较密集、洪涝灾害影响严重的泉州市中心市区,

包括中心组团、东海组团、城东万安双阳组团、北峰丰

州组团、江南组团,具体范围如图 1 所示。 实施期限:

2021 ~ 2025 年。

图 1 中心市区防洪排涝分区图

3. 2 主要目标

至 2025 年,力图使泉州市中心市区内涝积水情

况全面好转,内涝防治水平明显提高,做到中小雨不

积水,大雨暴雨不发生严重内涝,特大暴雨城市运转

基本正常。

4 系统治理方案

从“区域流域 - 城市 - 设施 - 管理”4 个层面着手,

含项目44 个,总投资约79. 1815 亿元。

4. 1 区域流域层面

从 3 个方面提升防洪能力,包括山体管控与保

护、提升沿江闸泵排涝能力和改造晋江河道防洪堤旱

闸等,含 4 个项目,总投资 5. 767 亿元。 其中,山体管

控与保护、提升沿江闸泵排涝能力两个方面重点

介绍。

4. 1. 1 持续开展城区面城一重山的山体管控、水土

保持

强化山区森林植被保护,强化工程措施治理,强

化规划审批把控,强化“两违”清理巡查,强化道路建

设管理。 通过工程和管理措施,增加植被覆盖率,保

土蓄水,改良土壤。

4. 1. 2 进一步提升沿江闸泵排涝能力

扩建 2 座沿江泵站、2 座沿江水闸,分别为:①扩

建金浦排涝泵站(由现状 48 m

3

/ s 扩建至 130 m

3

/ s)、

东浦排涝泵站(由现状 40 m

3

/ s 扩建至 80 m

3

/ s);②

扩建金浦水闸(净宽由 12 m 扩建至 30 m)、东浦水闸

(净宽由 12 m 扩建至 18 m)。

4. 2 城市层面

从 3 个方面提升防内涝水平,包括加强竖向管

2023 年 10 期 总第 304 期 吴友恒·泉州市城市内涝治理系统化实施方案探索与实践 ·103·

控、完善河网水系及增加蓄滞空间,含 29 个项目,总

投资 68. 8295 亿元。 其中完善河网水系、增加蓄滞空

间两个方面重点介绍如下。

4. 2. 1 进一步完善和治理城区河网水系

市区现状内沟河共 53 条,总长度约 131 km。 依

据《泉州市城区水系联排联调规划总体方案》 《泉州

市“十四五”城乡基础设施建设与管理专项规划》 等

相关规划,“十四五” 期间将推进潭美渠、三堡沟、八

卦沟、彩虹沟、玉田渠、法华美排洪渠等内沟河渠的治

理完善工作。

4. 2. 2 进一步增加城区蓄滞空间

(1)推进西华洋滞洪区、乌石山滞洪区建设,增

加滞洪区面积 76. 7 hm

2

。

(2)开展常态化河道清淤疏浚。 根据《泉州市市

区内沟河保护管理条例》要求,内沟河实行定期清淤

疏浚,每五年全面清淤疏浚。 对易淤积河段,适时清

淤,保障河道充足的过水断面和蓄滞空间。

(3)持续推进海绵城市建设。 按照“ 小雨不积

水、大雨不内涝、水体不黑臭、热岛有缓解”的目标成

效,结合新建住宅项目、公共建筑、市政道路、公园建

设、河湖治理及老旧小区改造等,扎实推进城区海绵

城市建设,显著改善城市生态环境与人居环境。

4. 3 设施层面

从 5 个方面提升排水能力。 包括新建改造雨水

管网、完善排口末端防倒灌工程、完善下穿通道安全

警示和防范措施、雨水收水口加密扩大改造、积水点

专项整治等,含 5 个项目,总投资 4. 5 亿元。 其中重

点介绍完善下穿通道安全警示和防范措施、雨水收水

口加密扩大改造、积水点专项整治 3 个方面。

4. 3. 1 完善下穿通道安全警示和防范措施

下穿通道要设置水位警戒标识线、迎车面警示

屏或者声光报警装置、高音喇叭等提醒涉水人员、车

辆,配备警戒隔离带用于临时封闭通道,有条件的可

以布设液位计、流量计、视频监控等在线监测设备。

下穿通道的排涝泵站配电设施应设置在地面上,排

水设施必须配备双电源,不具备条件的应设置移动

发电机组。

4. 3. 2 雨水口加密、扩大改造

每年在公交站台、坡道交界处等积水低点开展雨

水收水口加密、扩大或“平侧结合”改造,提高雨水口

快速收水能力。

4. 3. 3 城市积水点专项整治

开展东西大道软件园动车站枢纽路段、软件园

路口、少林路齐云路交叉口、刺桐路与东湖街交叉

口、江南大街高速桥下路段、江南大街中骏四季康城

路段、建发珑璟湾、珑玥湾周边道路、国道 324 华大

铁路桥下道路段等 23 处积水点专项整治。 定期排

查内涝积水点,及时更新积水点清单,区分轻重缓

急、影响程度,分类予以消除。 中心组团易涝点分布

情况如图 2 所示。

图 2 中心组团易涝点调查分布图

4. 4 管理层面

从 6 个方面提升完善排水防涝管理能力,包括生

命线保障机制、建立健全中心市区水系联排联调机

制、加强排水设施日常管理维护、提高抢险保障能力、

落实防汛演练、堤防水闸信息自动化升级改造等方

面。 含 6 个项目,总投资 850 万元。 其中重点介绍建

立健全中心市区水系联排联调机制、提高抢险保障能

力、堤防水闸信息自动化升级改造 3 个方面。

4. 4. 1 建立健全中心市区水系联排联调机制

建立健全中心市区水系行洪排涝和生态补水联

排联调机制,按照工作场景,明确部门职责,固化联络

协调协同制度,无缝衔接,高效运作。

4. 4. 2 进一步提高抢险保障能力

区级配备足量的中小型抽排车,及动力站等应急

抢险设施。

4. 4. 3 晋江河道堤防水闸信息自动化升级改造工程

在现有工程的基础上,更新改造自动化系统,增

加堤身和河道视频监控点。

5 方案编制的几点思考

5. 1 处理好内涝治理近期和远期、短期和长期的关系

此次编制的内涝治理系统化实施方案,实施期

限为 2021 ~ 2025 年,与近期建设规划类似。 而排水

防涝体系的建设和完善,是一项长期任务。 因此,要

·104· 福 建 建 筑 2023 年

统筹处理好城市内涝治理中的近期和远期、短期和

长期的关系。

实施方案应与防洪排涝、海绵城市、联排联调等

长期规划进行衔接和反馈,既要立足当前,又要着眼

长远,才能制定出合理可行的五年治理任务和项目。

如位于江南组团金浦片区的仙塘滞洪区规划面积为

130 hm

2

,涉及大量农田及房屋征迁,近期实施难度

大,故本次内涝治理系统化实施方案未将此项目

列入。

5. 2 合理安排五年实施项目的建设时序

此次城市内涝治理系统化实施方案应明确时间

表和路线图,并制作五年建设项目一览表,作为实施

方案的附件。 东海组团实施方案五年建设项目如图

3 和表 1 所示。

图 3 东海组团实施方案五年建设项目分布图

表 1 东海组团实施方案五年建设项目表

序号 项目名称 项目类型 项目内容 总投资(万元)

1 彩虹沟整治工程 城市内河水系治理

郭山支流汇入口 ~ 晋江河口,整治河长 1. 10 km,宽度 20 m;

东海立交 ~ 东坑支流汇入口,整治河长 1. 0 km,宽度 4 m

15700

2 东坑水库泄洪渠整治工程 城市内河水系治理 治理河长 0. 45 km,宽度 5 m 2601

3 郭山水库泄洪渠整治工程 城市内河水系治理 治理河长 0. 49 km,宽度 4 m 2832

4

东梅泄洪渠(滨城明珠园

~ 晋江)整治工程

城市内河水系治理 治理河长 1. 5 km,宽度 9 m 8670

5

东梅泄洪渠(东梅水库 ~

滨城明珠)整治工程

城市内河水系治理 治理河长 0. 72 km,宽度 3 m 4161

6

柯石排洪渠(柯石水库 ~

师院)整治工程

城市内河水系治理 治理河长 1. 66 km,宽度 5 m 9594

7 师院支流整治工程 城市内河水系治理 治理河长 0. 27 km,宽度 5 m 1230

8 雨水管网新建改造工程 排水管渠及附属设施工程

“十四五”期间,城区新建雨水管网约 8. 2 km(随道路新建),

雨水管网改建约 9. 9 km。

7410

(1) 五年建设项目的时序安排,应坚持系统理

念,整体考虑排水出路的上下游实际情况,合理确定

同一排水分区及排水出路内项目的建设时序。 如江

南片区的东浦排涝泵站、东浦水闸扩建工程位于排水

出路的下游,由于上游渠道南低干渠、东浦引港尚未

进行整治,过水能力不足,导致现状东浦泵站不能满

负荷运行。 因此,将南低干渠整治工程、东浦引港整

治工程建设时间安排在前,东浦泵站、东浦水闸扩建

工程安排在后期实施。

(2)五年建设项目的建设时序,还应结合城市更

新、片区改造、市政建设等进行合理安排,避免反复开

挖、“马路拉链”。 如东海组团的东梅泄洪渠(滨城明

珠园 ~ 晋江)整治工程,位于规划建设的东海中央活

力区内,故将此项目建设时序往后推移至 2025 年,以

结合中央活力区建设同步整治;玉兰渠整治工程位于

城东南滨江片区,用地涉及海岸线修测等相关工作,

因此,项目建设计划安排在相关手续完成后。

5. 3 重视城市山洪防治工程规划设计

当城市地区上游发生山洪时,会将大量碎片带入

城市地区,并放大内涝的负面影响[4]

。 泉州市中心市

区依山傍水,自然地理条件优越,但暴雨时也受到山洪

入城导致内涝灾害加重的影响。 如前所述,中心市区

40 个积水节点中,有 13 个积水主因为山洪直排[1]

。 因

此,内涝治理中应重视城市山洪防治工程规划设计。

5. 3. 1 运用海绵城市理念进行山洪防治

此次编制的内涝治理系统化实施方案中,在区域

流域层面提出“持续开展城区面城 - 重山的山体管

控、水土保持” 的措施,重点在强化山区森林植被保

护,增加植被覆盖率,保土蓄水,这是海绵城市“保护

优先、生态为主”等理念的体现。 在洪水流域的上游

2023 年 10 期 总第 304 期 吴友恒·泉州市城市内涝治理系统化实施方案探索与实践 ·105·

山体采取水土保持措施,可以增加雨水渗透,削减或

阻滞地表径流,从源头减少洪水对城镇的威胁[5]

。

5. 3. 2 合理规划建设截洪沟

山洪防治,应在山洪沟上游采用水土保持和截流

沟及调洪水库等措施,在下游采用疏浚排泄措施[6]

。

《泉州市中心城区防洪排涝工程专项规划修编》

(2013 年)和《泉州市城区水系联排联调规划总体方

案》中均规划建设截洪沟,如中心组团的国公爷山截

洪沟,东海组团的东海截洪沟、柯石截洪沟,江南组团

的紫帽山截洪渠Ⅰ、Ⅱ等。 “高水高排”,是山洪防治

的规划的重要原则。 采用截洪沟、撇洪沟将山洪从城

市上游引流直排城市下游河道,因势利导,不但可降

低下游片区的防洪压力,提高城市防洪排洪体系的安

全性,更减少了整个防洪排洪工程的投资[5]

。

5. 4 内涝治理应重视加强非工程措施

内涝治理系统化实施方案中,除了制定排水管渠

建设、河道整治、滞洪区建设等工程措施外,也要制定

城市竖向管控、设施日常管理与维护、加强应急管理

能力等非工程措施。

(1)实行洪涝“联排联调”。 建立健全城区水系、

排水管网与周边江河湖海、水库等“联排联调” 运行

管理模式[7]

。 泉州中心市区内沟河管理实行统一领

导、分级管理、以块为主、条块结合的原则,目前有市

直 7 个单位和鲤城、丰泽、洛江区政府及其部门共同

管理,存在“九龙治水” 局面,缺乏统一的联排联调。

因此,建立健全中心市区水系联排联调机制,可以有

效提高城市排水防涝系统调度水平和效率。 如福州

健全部门协调联动工作机制,当遭遇汛期突发积水事

件时,纵向联合建设管理部门,横向联合气象、公安等

部门及新闻媒体,共同实现信息共享、业务协同、应急

处置,支撑城市内涝防治应急管理[8]

。

(2)在针对超标准洪水和内涝的应急管理体系

建设中,还应重视加大培训宣传教育力度。 如日本政

府相关部门会把洪水泛滥内涝风险图发放到每家每

户,图上标有避难场所和相关说明,居民确认各自住

所位置的淹水深度,最近的避难场所和路径,做到平

时有准备,灾难时不慌乱。 通过各种学习训练,掌握

自救、互救的避险减灾知识[9]

。

6 结语

城市内涝治理是一项长期工作,需要久久为功,

同时又要处理好近远期、长短期的关系。 城市内涝治

理系统化实施方案的编制,应围绕“系统” 两个字开

展,改变过去“打补丁” “碎片化” 建设排水防涝设施

的做法,系统建设“源头减排、管网排放、蓄排并举、超

标应急”的城市排水防涝工程体系和管理体系。 实施

方案中,还应加强对工作机制、资金、用地等保障措施

的研究,确保方案能够落地实施。

参 考 文 献

[1] 福建省水利水电勘测设计研究院. 泉州市城区水系联排

联调规划总体方案[Z]. 2022:86 - 88.

[2] 泉州市城市规划设计研究院,福州市规划设计研究院.

泉州市城市排水(雨水)防涝综合规划[Z]. 2018:7.

[3] 福州城建设计研究院有限公司. 市管城东片区雨水管道

普查缺陷修复工程方案设计(送审稿) [ Z]. 2022:13

- 25.

[4] Meihong M,Haijun Y,Huixiao W,et al. Characteristics of

Urban Waterlogging and Flash Flood Hazards and Their Integrated Preventive Measures:Case Study in Fuzhou,China

[ J]. Journal of Sustainable Water in the Built Environment,

2018,4(1).

[5] 叶振华. 基于海绵城市理念的山洪防治工程规划设计

[J]. 福建建筑,2018(10):1 - 4.

[6] 湖北省城市规划设计研究院. 城市防洪规划规范[ S].

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,2016.

[7] 国务院办公厅关于加强城市内涝治理的实施意见[ J].

中华人民共和国国务院公报,2021(13):9 - 13.

[8] 高尚. 城市排水防涝系统科学调度管理方法探索与实践

[J]. 福建建筑,2022(06):119 - 121.

[9] 于月增. 从中日治水经验谈未来城市型洪涝灾害的应对

策略[J]. 中国防汛抗旱,2021,31(09):30 - 36.

2023 年第 10 期

总第 304 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 10·2023

Vol·304

新冠疫情后的医院感染楼给排水设计

洪 涛

(福建省建筑设计研究院有限公司 福建福州 350001)

摘 要:新冠病毒疫情发生以来,国内医院在筛查人员、救治病人方面暴露出了许多不足,亟需及时总结经验教训,为

防治将来可能出现新的疫情,满足传染病筛查诊断需要。 同时,防止筛查诊治场所人群因聚集而发生交叉感染。 国内

规范已对医院感染楼建设从场地规划、功能分区、治疗流程等多个方面进行了优化调整。 为此,结合院感防控要求,并

根据给排水专业特点,通过实际项目的设计过程,分析医院感染楼各类区域的污染程度差异,结合本专业防控污染的

技术措施,探讨医院感染楼给排水专业设计中给水、排水及热水系统设计要点及需注意的关键问题,以达到提升工程

项目设计质量的目的。

关键词: 污染区; 半污染区; 清洁区; 分区供水; 消毒设施

中图分类号:TU992 文献标识码:A 文章编号:1004 - 6135(2023)10 - 0106 - 05

Water Supply and Drainage Design of Hospital Infection Building after COVID - 19 Epidemic

HONG Tao

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

Abstract:Since the outbreak of the COVID - 19 epidemic, domestic hospitals have exposed many shortcomings in screening personnel and

treating patients. It is urgent to sum up experiences and lessons in time to prevent possible new outbreaks in the future and meet the needs of

infectious disease screening and diagnosis. At the same time, it is necessary to prevent cross infection among populations in screening and diagnosis venues due to clustering. Domestic regulations have optimized and adjusted the construction of hospital infection buildings from multiple aspects such as site planning, functional zoning, and treatment processes. Therefore, based on the requirements for hospital infection prevention and control, and based on the characteristics of the water supply and drainage profession, through the actual project design process,

the differences in pollution levels in various areas of the hospital infection building are analyzed. Combined with the technical measures for

pollution prevention and control in this profession, the design points and key issues that need to be paid attention to in the water supply and

drainage system design of the hospital infection building are discussed, in order to improve the quality of engineering project design.

Keywords:Contaminated zone; Semi polluted area; Clean area; Partitioned water supply; Disinfection facilities

作者简介:洪涛(1972 - ),男,高级工程师。

E-mail:ht@ fjadi. com. cn

收稿日期:2023 - 03 - 12

0 引言

感染楼作为医院独立诊断治疗感染性疾病场所,

一般设置有发热、肠道感染门诊;大型医院的感染楼

还设有结核、艾滋门诊等。 传统医院的感染楼,虽有

呼吸道与非呼吸道传染病分诊设置,但在 2020 年新

冠肺炎疫情中,仍暴露出了许多不足。 为了更好地满

足疫情防控需要,加强各级医院感染性疾病的预检、

分诊能力,提前发现和阻断可能大规模流行的传染

病,国家相关部门相继颁布了《综合医院感染性疾病

门诊设计指南》 (以下简称《指南》)、《新型冠状病毒

肺炎传染病应急医疗设施设计标准》 (T / CECS 661 -

2020,以下简称《标准》)、《应急发热门诊设计实例》

(以下简称《实例》)等指导性标准及文件,用于加强

医院感染性疾病门诊楼建设,规范感染楼建筑的设计

布局,并严格按照各类疾病分类设置门诊科室。 各科

内部按照卫生安全等级要求,又分隔为污染区、半污

染区和清洁区[1]

,各区人流、物流采取严格卫生通行

路线,防止发生交叉污染和感染。 给排水专业作为建

筑设计的组成部分,各个系统设置也应根据建筑布局

要求的变化,分析不同区域污染程度的差别,采取应

对各类污染等级的不同措施,从而防止通过给排水管

道和设施发生交叉感染的可能。 污染区为建筑中被

2023 年 10 期 总第 304 期 洪 涛·新冠疫情后的医院感染楼给排水设计 ·107·

致病因子污染风险最高的区域,回流污染危害程度

高。 根据回流产生原因(背压或虹吸),可采用空气

隔断[2]

、减压型倒流防止器,或压力型真空破坏器等

防倒流设施;半污染区为建筑中可能被致病因子污染

的区域,一旦发生污染,也会迅速造成大面积传播。

因此,对于半污染区,其回流危害等同于污染区,所采

用防倒流设施与污染区相同,不应选用防倒流能力低

的如低阻力倒流防止器、双止回阀倒流防止器及大气

型真空破坏器等。 清洁区为建筑中没有被致病因子

污染的区域,是医护人员可在此正常居住停留的场

所。 清洁区供水当由内部二次加压供水时,给水管道

不设防回流设施,当由市政管网直接供水时,可加设

低阻力倒流防止器以降低回流污染市政管网的可能。

本文通过某医院新建感染楼的设计实例,研究讨论医

院感染楼给排水各系统设计的要点。

1 工程概况

项目为某医院独立感染楼,建筑面积 20 285 m

2

,

地下一层建筑面积 5984 m

2

,为汽车库,生活、消防泵

房水池等设备房及一个人防单元。 上部主楼共 6 层,

裙房 1 ~ 3 层,其中一层设置有发热门诊、结核门诊、

肠道门诊、关爱门诊、影像科及医护值班休息室、后勤

等;二层主楼部分为病房及 ICU。 裙房为检验科和

PCR 实验室、医护值班休息室;三层主楼部分为病房,

裙房为医护值班休息室;四至六层为病房。 按照《指

南》中的定义,门诊各部分用房分为清洁区、半污染区

及污染区,各区之间设缓冲及卫生通过。 其中,清洁

区包括更衣、淋浴、办公、值班、库房、会诊;半污染区

包括收费、挂号、药房;污染区包括筛查、候诊、诊室、

隔离观察室、标本收集、采集室、CT / DR、检验、超声、

输液、病人卫生间、污洗间、污物间、治疗室、处置室、

抢救间;跨区缓冲及卫生通过包括缓冲间、卫生通过

(穿衣、脱衣、淋浴、缓冲)。

根据上述定义及建筑布置、平面功能分区,本工

程一层共划分为 10 个不同卫生等级区域:发热门诊

污染区、半污染区及清洁区;结核门诊污染区;肠道门

诊污染区;关爱门诊污染区;影像科污染区;结核、肠

道、关爱门诊和影像科共用半污染区、共用医护清洁

区,后勤清洁区。 二到六层病房部分每层均分为污染

区、半污染区及清洁区三个区。 本工程所有给排水系

统设计,均以上述划定的分区为基础。 图 1 为一层发

热门诊平面图,图 2 为上部标准病房区(裙房部分 2

- 3 层图示略)。

图 1 一层发热门诊平面图

图 2 病房层局部平面图

2 系统设计

2. 1 给水系统

考虑门诊及病房用水对水量、水压及安全供水的

要求,同时本工程设有集中热水供应系统,为保证冷热

水供水压力平衡,一到六层冷热水设置为同一套变频

加压设备供水,且给水泵房及热水机房均设于清洁区

内。 给水系统管网设计与传统感染楼设计不同,不但

不同类型门诊给水管网分开设置,同一门诊内不同卫生

等级区域管网亦需要分开设置,以避免不同区域之间因

为管道回流(背压或虹吸)而发生交叉感染。一层给水

由地下室引进3 根给水立管,分设于发热门诊清洁区、共

用医护清洁区及后勤清洁区内。 发热门诊清洁区给水立

管后,分设3 路供水干管供发热门诊的清洁区、半污染区

及污染区,污染区与半污染区供水干管上设减压型倒流

防止器,防止管道回流污染。 共用医护清洁区内给水立

管后分设6 路供水干管供结核、肠道、关爱、影像科等污

染区,共用半污染区及共用清洁区,污染区及半污染区供

·108· 福 建 建 筑 2023 年

水干管上亦设减压型倒流防止器防止管道回流污染。 后

勤清洁区独立设置给水立管。 各区供水管道上设置的检

修阀、水表及倒流防止器等均设在便于人员操作的清洁

区内。一层供水系统如图3 所示。

图 3 一层给水系统

二到六层主楼部分病房每层为一个科室,供发热、

结核、肠道、关爱住院病人使用,每层平面按卫生污染等

级分为污染区:含病房及病人走道;半污染区:医护护理

单元及医护走道,缓冲间;清洁区:医护办公休息区。 给

水系统的设计需要保证不同病种之间不发生交叉感染,

因此,不可采用管井内设置立管直接供应相应卫生间给

水的方式,而应采用在清洁区内设置给水总立管,每层 3

个分区均由水平干管供水方式,如图4 所示。

图 4 二 ~ 六层给水系统

在给水系统设计中,需要特别注意的是,一层由

于存在多个不同科室、不同污染等级区域,所设置的

卫生通过及缓冲室数量众多且毗邻设置,判断各区临

界之间的缓冲室归属于哪个分区,应根据医疗工艺流

程准确划分,否则易导致其中的给水管网接入错误,

引发不同区域、不同科室之间的交叉感染。 如由清洁

区进入半污染区的穿衣缓冲室,此时医护人员尚未受

污染,此缓冲室应归属于清洁区,此处设置的洗手盆

2023 年 10 期 总第 304 期 洪 涛·新冠疫情后的医院感染楼给排水设计 ·109·

给水应从清洁区管网接入。 而从半污染区回到清洁

区或从污染区回到清洁区的脱衣缓冲室,因外防护服

均已受污染,则应归属于半污染区或污染区,此处设

置的洗手盆给水应从半污染区管网接入。 对于发热

或呼吸道感染门诊来说,由于其半污染区与清洁区之

间的卫生通过不但设有缓冲室,还设有淋浴及穿衣

间,其缓冲室为脱衣设置,因此缓冲室为半污染区,给

水应由半污染区管网接入。 而淋浴及穿衣为清洁区,

给水应当从清洁区管网内接入。

2. 2 热水系统设计

热水系统采用何种形式,各类标准、规范规定颇

有不同。 《指南》《标准》要求生活热水系统宜采用集

中供应系统[1 - 2]

,而《应急发热及肠道门诊建筑设计

标准》(征求意见稿》 《实例》 (一)中要求生活热水系

统分 区 设 置, 污 染 及 半 污 染 区 宜 采 用 分 散 式 系

统[3 - 4]

。 热水系统的选择,应综合考虑防止污染与节

能等因素,并优先考虑防止污染因素。 从防止污染角

度来说,分散式系统仅在系统用水终端处设置小型加

热设备,各用水点之间热水管道不连通,对防止交叉

感染更有利。 而集中热水系统不仅需要考虑管道的

回流污染,同时还需要加强对系统温度的控制,避免

热水系统内滋生军团菌。 从节能角度出发,分散式系

统一般采用的是容积式电热水器,制热效率低;而采

用可再生能源为热源的集中热水系统,显然更具优

势。 例如热源采用空气源热泵加热,二级能效下其

COP 值标准工况要求不低于 4. 4。 综合防止污染及

节能考虑,对于单层应急医疗门诊,由于规模较小,可

采用分散式系统;但对于永久性医院感染楼,应根据

感染楼用水规模,采用集中式或集中式与分散式相结

合的方式。 本工程系统设置如图 5 所示。

图 5 热水系统

图 5 所示集中热水系统设计,一层热水仅供发热

门诊,其余位置用水点分散,且用水量在本工程中所

占比例较小,采用分散式系统,可避免系统由于回水

需要既分科室又分污染等级进行消毒,过于复杂。 二

~ 六层病房区由于暂时无法确定各层的具体用途,所

有楼层回水管按污染、半污染和清洁区分别连接后,

再做消毒处理。 当各楼层确定用途且分别为不同病

种科室时,这样的连接有可能导致不同传染病源之间

的交叉感染。 此时,消毒器应在每层污染、半污染区

回水管末端分区设置,然后回水管才能串联在一起。

2. 3 排水系统

由于《标准》 发布时间较早,对于排水系统是否

需要分区设置方面未做规定。 《实例》仅针对发热门

诊,其明确要求污染、半污染及清洁区分开设置。 《指

南》则要求污染区与非污染区污废水分开排放;呼吸

道与非呼吸道感染区域排水管、通气管独立设置。 对

于半污染区是否需要独立设置,或与污染区合并还是

与清洁区合并,《指南》 未给出明确规定。 从防止交

叉感染要求出发,排水系统最佳的做法,是既分科室

又按污染等级分区设置。 以本工程为例,一层排水按

·110· 福 建 建 筑 2023 年

照结核区、肠道区、关爱区、非发热缓冲区、非发热清

洁区、发热污染区、发热半污染区、发热清洁区及后勤

清洁区,分别设置出户管。 而在上部病房卫生间管井

内,不可能完全按不同病种设置数量众多的排水立

管。 因此,仅区分设置呼吸道污染区排水立管和非呼

吸道污染区排水立管;缓冲间同样设置供呼吸道和非

呼吸道使用的两根立管,如图 6 所示。 对于医护办公

休息的清洁区内,排水立管则不需要区分不同病种,

卫生间可共用排水立管。

图 6 二 ~ 六层病房卫生间污染区及缓冲区平面污水立管设置

2. 4 雨水及空调冷凝水系统

为了避免致病因子通过雨水管道及空调冷凝水

管道传播,屋面雨水排水系统应采用外排水系统,空

调冷凝水管道也应设置于室外,冷凝水支管不应伸入

室内任何区域。 雨水立管不应采用地面散流或排入

室外明沟方式,而应直接接入室外雨水检查井;空调

冷凝水立管也不应排入室外明沟,应采用接入室外水

封井的方式间接排入室外雨水管道。 室外雨水应单

独收集并在管网末端预留接触消毒池,平时可直接排

出;疫情期间,场地雨水应通过接触消毒池杀菌灭毒

后,方可排出。

3 存在问题

新建医院感染楼,除需满足医院平时对感染性疾

病患者的筛查、鉴别及诊治功能外,还应能满足公共

突发卫生医疗事故时的救治需求。 本工程一层门诊

区域,给排水系统,均做到按不同科室及不同污染等

级分区,疫情时不同科室间可形成快速相互转换。 但

对于上部病房层,由于非呼吸道区不同科室只能共用

排水立管,如仅将非呼吸道区某层改为呼吸道病房,

由于排水管道的贯通,其余非呼吸道区病房可能因水

封不严而受到污染,将无法继续为其余科室提供服

务。 因此,在排水系统设计时,应考虑加大所有水封

装置的水封高度,水封深度应不小于 100 mm。 在室

外排水管道设计上,由于受场地所限,在进入消毒设

施前,各区域排水管道无法按照呼吸道污染区、呼吸

道半污染区、非呼吸道污染区、非呼吸道半污染区、清

洁区五种分区设置,只能按污染,半污染及清洁区分

设;污染区、半污染区的室外排水,采用无检查井的管

道连接方式,并设置通气管道。 通气管口应消毒,并

采用高空排放方式。

4 结语

医院感染楼给排水系统设计,重点在于以院感管

理为导向,以不同病种不同卫生等级分区为基础,既

能满足医院平时运行的需要,也能在疫情初起时快速

转换,满足疫情期间安全防控要求。 本文针对给排水

系统设置方式进行探讨,目的在于对感染楼设计时有

总体框架性把控。 对感染楼设计时需注意的常规防

止交叉污染的措施,仍需按照一般医院设计时需遵守

的如《传染病医院设计规范》《综合医院设计规范》相

关规定执行。

参 考 文 献

[1] T/ CECS1317 - 2023 综合医院感染性疾病门诊设计标准

[S]. 北京:中国工程建设标准化协会,2023.

[2] T/ CECS 661 - 2020 新型冠状病毒感染的肺炎传染病应

急医疗设施设计标准[ S]. 北京:中国工程建设标准化

协会,2020.

[3] CECS XXX:2020 应急发热及肠道门诊建筑设计标准

(征求意 见 稿) [ S]. 北 京: 中 国 工 程 建 设 标 准 化 协

会,2020.

[4] 20Z001 - 1 应急发热门诊设计示例(一)[S]. 北京:中国

计划出版社,2020.

2023 年第 10 期

总第 304 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 10·2023

Vol·304

复杂平面类多(高)层建筑室内消火栓系统

竖向环状管网设计

刘江凌

(福建省建科院施工图审查有限公司 福建厦门 361000)

摘 要:水平环网系统难以满足建筑室内消火栓环状管网的性能化要求。 但由于现行规范没有明文禁止,且竖向环网

系统在平面复杂的多(高)层建筑中,设计难度较大,因此,水平环网系统在该类建筑设计中仍有应用,不利于系统供水

的可靠性。 基于某工程实例,总结探讨了复杂平面类多(高)层建筑室内消火栓系统竖向环网的一般设计思路。 提倡

工程设计中应采用性能安全可靠的环状管网系统,并为该类建筑室内消火栓系统设计提供借鉴。

关键词: 复杂平面类;多(高)层建筑;室内消火栓系统;竖向环状管网

中图分类号:TU998. 1 文献标识码:A 文章编号:1004 - 6135(2023)10 - 0111 - 04

Design of the hydrant vertical ringed network for complex planar multi (high) storied buildings

LIU Jiangling

(FujianAcademy of Building Research Co. ,Ltd. ,Xiamen 361000)

Abstract:The horizontal ringed network system does not meet the performance requirements of the pipe network. However, it is still used

because the current codes do not explicitly prohibit, moreover, the design of the vertical ringed network system in such buildings is difficult. This is detrimental to system reliability. Based on a real project, I summarize the general design idea for the vertical ringed network

of the indoor hydrant system in complex planar multi - storied buildings. Promote a pipe network system with safe and reliable performance.

Provide reference for the design of indoor fire hydrant system in such buildings.

Keywords:Complex plane; Multi - storied (high - rise) buildings; Indoor hydrant systems; Vertical ringed network

作者简介:刘江凌(1982. 12 - ),男,高级工程师。

E-mail:liujiangCH@ foxmail. com

收稿日期:2023 - 05 - 12

0 引言

室内消火栓是建筑火灾控制和扑救的基础设施,

其供水管网关乎整个系统的安全可靠性。 供水管网

可以分为枝状和环状两大类,环状管网比枝状管网供

水可靠性高。 现行规范、标准虽未对环状管网进行术

语定义,但其性能化要求,应满足当其中某段管道损

坏时,仍能通过其他管段供应消防用水[1]

。 建筑设计

中常见的室内消火栓环网形式有:水平环网、竖直环

网、立体环网。 竖直环网和立体环网的共同点是均设

置有穿越楼层的竖向主立管,区别在于底部( 或顶

部)的横向管道是否水平成环。 为便于论述,下文将

二者统称为“竖向环网”。 水平环网因故障检修时关

停的相邻室内消火栓数量过多,难以满足上述性能化

要求,不宜将其认定为严格意义上的环状管网[2 - 3]

,

仅宜应用于单层建筑。 在多(高) 层建筑中,竖向环

网的消火栓立管跨越楼层,所串接的均是在行走路径

上不“相邻” 的消火栓,而水平环网所串接的大多是

同一防护区的“相邻”消火栓,这是二者的本质区别,

也是水平环网系统可靠性较差的核心因素。 “相邻”

消火栓不应同时停用,早在《高层民用建筑设计防火

规范》历次修订中,(GBJ 45 - 82)

[4]

(第 6. 4. 4 条)修

编为(GB 50045 - 95)

[5]

(第 7. 4. 4 条),已作出明确

要求,并一直沿用至今[1,6]

。 目前实际工程中,不少多

层、乃至高层的复杂平面类建筑,也采用水平环网式

的室内消火栓系统,此做法值得商榷。 究其原因,是

此类建筑平面复杂,竖向主立管难以对位,设计工作

量大,采用水平环网系统,可回避大量主立管上下层

之间的管位联系,各层室内消火栓支管由本层横干管

按需就近引出,设计难度大幅减轻;加上现行规范没

有明文禁止,致使这类不可取的做法仍屡见不鲜。 复

杂平面类建筑在室内消火栓系统竖向环网———尤其

是竖向主立管设计方面存在一定的难度,但也有其内

在规律。 本文尝试对此进行探讨、总结和归纳,希望

对实际工程中此类系统的设计有所借鉴。

1 设计难点

复杂平面类多(高) 层建筑一般没有标准层,平

面复杂各层异化,此类建筑的典型代表,是综合医院

医技楼。 因其专业性强,各楼层一般分配给不同的医

疗科室使用,各科室在仪器设备、医疗工艺、交通流线

·112· 福 建 建 筑 2023 年

等方面的要求各不相同,致使各层建筑平面布置差异

很大。 同时,各楼层均可能设置有严格限制水管穿越

且上下层不对位的功能用房,如放射科用房、手术室、

无菌室(库)等,能满足竖向对齐的立管位稀少,通常

需要进行大量楼层间管位转换。 下文工程实例中,笔

者将以某医技楼为例展开论述。

2 应对策略

针对上述难点,需改变室内消火栓系统环状管网

设计过程中的某些思维惯性,同时紧扣环状管网的性

能化的要求。 为此笔者提出以下四点应对策略。

2. 1 管栓分离

“管”指室内消火栓竖向主立管,“栓”指设置在室

内消火栓箱中的栓口。 栓口由立管接驳供水,通常情

况下二者并列设置、就近接驳。 “分离”的关键是改变

管、栓并列设置的思维惯性。 消火栓箱根据平面保护

需求布置,立管则以锚定竖向对齐部件为原则布置,

管、栓之间经由本层顶板下引出横支管就近接驳。

此处所称竖向对齐部件可以包括:剪力墙、柱等结构

竖向构件,水管井、外墙、楼梯间、前室、以及其他设

备井道的建筑隔墙等。 其共同特点是,各楼层间上

下对齐,且满足建筑主体结构安全、消防安全和基本

使用需求的基础部件。 即使从建筑全生命周期的全

局视角来看,这些部位调整变化的概率也较小。 立

管依此布置,可以大量减少楼层间转换,有助于理

顺、简化设计思路。 同时管、栓之间采用当层顶板下

引出横支管就近接驳的方式,无需穿越楼板,减少了

建筑平面布局变化时的主立管转换设计修改工作

量、现场拆改工程量,也避免了施工时影响相邻楼层

的正常使用。

2. 2 允许立管空置

主立管在某一层接入消火栓口的数量,通常情况

下是一层一栓。 空置,即立管在某层放空不接入栓口。

因复杂平面类建筑很可能各层布置的室内消火栓箱数

量不一致,一层一栓的常规思路与此实际情况不相符。

立管空置的直观体现,就是立管的设置数量大于消火

栓箱的设置数量。 立管空置会带来一定的浪费,但为

修改设计乃至后期建筑改造预留了灵活应对的空间,

因此,适量的空置切实可行。 另外,《建筑给水排水设

计统一技术措施 2021 年版》第 10. 3. 3 条提出,立管在

某层可以接出不多于 2 个消火栓[2]

,即允许一层二栓,

笔者对此观点持保留意见。 图纸设计阶段,宜按一层

一栓、允许空置的原则进行,一层二栓可作为后期改造

条件受限时的备选做法,并宜接入两个在行走路径上

不相邻的消火栓(如分属不同防火分区)。

2. 3 立管布置考虑中间楼层优先

建筑室内消火栓系统竖向环网,通常由底层横向

管道、顶层横向管道和竖向立管构成,此处“中间楼

层”就是指除底层和顶层以外的楼层。 底层和顶层因

设置有横向管道,主立管在该层接入横向管道的路径

上,均可引出三通支管就近接驳本层消火栓,而且确

有困难时,也可由横向管道就近引出支管,接入单个

消火栓。 反观中间楼层的消火栓,则只能由就近主立

管接入,接驳方式单一相对弱势。 因此,主立管的接

驳服务半径,宜优先考虑中间楼层。

2. 4 单栓支管错位接驳

此处所指单栓支管,即上一条讨论的由横向管道

就近引出接入单个消火栓的支管。 前文提到,横向管

道所在楼层的消火栓接驳相比中间楼层,有更多的选

择性,但在诸多选项中,也应以环状管网性能化要求

为核心,区分优先级高低。 首先,底层和顶层的消火

栓均应优先考虑接入主立管,原则是让当层消火栓接

受主立管检修阀的控制,这样横向管道的检修不会影

响该栓的供水。 因立管检修关停时,相邻消火栓仍可

提供一股水柱。 其次,当出现有多个单栓支管时,各

支管于横向管道上的接入点应尽量分散,可结合检修

阀设置,使每个横向环段上接出的单支管不多于 1

个。 确有困难时,可将在行走路径上不相邻的 2 个消

火栓接入同一横向环段。 最后,当受条件限制在横向

管道上连续接出 2 个相邻单栓支管时,可优先考虑在

其接入点之间设置检修阀,避免检修时此相邻的 2 个

消火栓同时关停。

3 工程实例

3. 1 工程概况

某医院四层医技楼,建筑高度19. 50 m,总建筑面

积约 6900 m

2

。一层为影像科、消毒供应中心,二层为

检验科,三层为超声科、内镜中心,四层为手术中心、

病理科。 根据建筑平面布置室内消火栓箱,数量分别

为一层 13 个,二层 8 个,三层 11 个,四层 11 个。 横

向管道拟设置在一层和四层且水平成环。 在此基础

上展开室内消火栓系统立体环网设计。

3. 2 立管位规划

为帮助理顺设计思路,获得可视化的直观感受,

立管位规划可采用竖向叠图的方法进行。 本楼叠图

成果如图 1 所示。

2023 年 10 期 总第 304 期 刘江凌·复杂平面类多(高)层建筑室内消火栓系统竖向环状管网设计 ·113·

图 1 立管位规划平面图

底图仅保留轴线、轴号及竖向对齐部件。 本楼竖

向对齐部件包括:结构柱、建筑外墙(4 ~ 6 交 A ~ B 轴

处退层部分除外)、楼梯间及其前室、电梯井及其前

室、水管井、电气管井、暖通管井、1 ~ 2 交 B ~ C 轴处

公共卫生间风机房(基本对齐)。

图中,立管禁止区指各层竖向对齐且不得立管的

区域。 本楼包括:楼梯梯段、电气管井、风井。 立管限

制区,指建筑退层区和分布于各层的严格控制水管穿

越的功能用房;本楼包括:4 ~ 6 交 A ~ B 轴处建筑退

层、电气用房、放射科用房、洁净用房(含手术室、ICU

病房、无菌室等)。 此处禁止区上下对齐,取各层交

集,立管位应严格避让该区域;限制区上下不对齐,取

各层并集,立管位宜优先选择避让该区域;当必须落

位该区域时,应进行楼层间转换。 由图 1 可见,复杂

平面类建筑中,能满足竖向对齐的立管位稀少。

最后,将布置好的各层消火栓箱就近标注所在楼

层号并叠合。

3. 3 立管位设计

在竖向叠图的基础上,结合上文四点应对策略

进行立管位设计。 中间楼层(二、三层) 消火栓箱设

置数量最多为 11 个,拟规划主立管 12 根,图 1 中每

处闭合云线,表示该主立管拟就近接驳的各层消火

栓箱。 同一云线内的消火栓箱楼层编号不应重复,

确保最多一层一栓;楼层编号可以轮空,允许立管空

置;规划立管位避开禁止区和限制区,就近锚定竖向

对齐部件,并优先考虑靠近二、三层消火栓箱,初步

选定主立管位;消火栓箱设置数量最多的为一层 13

个,其中 12 个均优先考虑采用主立管接驳,剩余单

栓支管 1 个。

管位规划方案并不唯一,只要满足环状管网性能

化要求,管道路径便捷合理即可。

3. 4 平面图、系统图设计

将规划后的主立管位落入各层平面进行深化设

计,最终平面图成果如图 2 所示。 竖向主立管 XHL -

1 ~ 12 共计 12 根,一层单栓支管 XHL - A1 ~ A3 共计

3 根,可将其归纳为如下四类。

(1) 主立管竖向对齐且管栓并列设置 XHL - 1,

8。 分别位于消防电梯前室和电梯厅水管井侧墙,虽

然管位稀少,但大部分建筑均有类似部位,可作为设

计切入点优先布置。

(2) 主立管锚定竖向对齐部件管栓分离设置

XHL - 2,3,6,7,9,10,11,12。 其中,部分立管在规划

管位的基础上,根据平面实际情况进行了转换,但立

管锚固的理念没有变,管位转换只是按需微调(如在

同一个柱子的不同柱面转管)。

(3) 主立管逐层按需转换且管栓并列设置 XHL

- 4,5。 这两根立管所在区域由于各层平面相差太

大,且三、四层靠近 A 轴外墙设置有污物通道,规划阶

段选定的立管位影响通道宽度,无法利用,通道以外

则为大面积的立管限制区,故采用常规逐层按需转换

的方式。 此类立管也建议锚定就近区域,避免长距离

转换,有利于理清设计思路。

(4) 单栓支管 XHL - A1,A2,A3。 均位于一层,

上一节管位规划中仅考虑 1 个单栓支管。 但由于一

层 4 ~ 8 交 B、D 轴处设置有大面积的放射科用房,管

线无法穿越,故 XHL - A2,A3 消火栓改为单栓支管,

一层 5 交 A 轴处消火栓由原规划 XHL - 7 接驳改为

由 XHL - 5 接驳。 3 个单栓支管在行走路径上均互不

相邻,同时结合一层水平环网检修阀门的设置,将其

各自分散在不同的环段上接入。

平面图设计确定后,根据管道布置绘制系统展开

原理图成果如图 3 所示。

·114· 福 建 建 筑 2023 年

图 2 某医技楼室内消火栓平面图

图 3 某医技楼室内消火栓给水系统展开原理图

4 结论

复杂平面类多(高) 层建筑室内消火栓系统,应

采用竖向环网的形式,以确保供水可靠性,其设计过

程建议可遵循管栓分离、允许立管空置、中间楼层优

先、单栓支管错位的思路。 近年来,建筑行业增速整

体放缓,建筑设计工期短、修改频繁常态化。 如何把

握好设计质量与劳动强度之间的平衡点,已成为摆在

从业者面前日趋紧迫的现实课题。 笔者希望能借助

此文,总结该类建筑室内消火栓给水系统竖向环状管

网的一般设计思路,让看似繁复的设计过程有迹可

循,兼顾设计质量与效率。 谨以此文供业内同仁参

考,不当之处还望指正。

参 考 文 献

[1] GB 50974 - 2014 消防给水及消火栓系统技术规范[ S].

北京:中国计划出版社,2014:55,181 - 182.

[2] 建筑给水排水设计统一技术措施 2021[M]. 北京:中国

建筑工业出版社,2021:152 - 153.

[3] 赵锂,陈怀德,姜文源. 《消防给水及消火栓系统技术规

范》GB 50974 - 2014 实施指南[M]. 北京:中国建筑工

业出版社,2016:164.

[4] GBJ 45 - 82 高层民用建筑设计防火规范[ S]. 北京:中

国计划出版社,1982:20 - 22.

[5] GB 50045 - 95 高层民用建筑设计防火规范[ S]. 北京:

中国计划出版社,1995:30 - 32.

[6] 杨丙杰,倪照鹏,黄晓家,等. 《消防设施通用规范》 GB

55036 - 2022 实施指南[ M]. 北京:中国计划出版社,

2022:49 - 51.

2023 年第 10 期

总第 304 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 10·2023

Vol·304

基于运行速度的城市快速路限速值评估优化方法

李 希

(厦门市市政工程设计院有限公司 福建厦门 361001)

摘 要:城市快速路是城市跨区域出行的主要通道。 对已建成城市快速路的限速值进行重新评估优化,以期提高道路

的通行效率。 针对当前快速路限速值评估优化过于依赖管理者主观经验,缺乏系统性和理论性的问题,基于运行速度

理论,结合道路技术指标、交通安全环境和过渡段等因素,提出一种城市快速路的限速值评估优化方法。 以厦门市仙

岳路主线限速值评估优化项目为例,验证了限速值评估优化方法的可行性,为同类项目提供借鉴。

关键词: 市政工程;城市快速路;运行速度;限速值;评估优化方法

中图分类号:TU997 文献标识码:A 文章编号:1004 - 6135(2023)10 - 0115 - 05

Evaluation and optimization method of urban expressway limit speed based on operating speed

LI Xi

(Xiamen Municipal Engineering Design Institute Co. ,Ltd. ,Xiamen 361001)

Abstract:Urban expressway is the main channel for urban cross - regional travel. Reassess and optimizes the speed limit values of existing

urban expressways in order to improve the traffic efficiency of the roads. In view of the current problem that the evaluation and optimization

of the speed limit value of the expressway is dependent on the subjective experience of the managers too much and lacks of systematicness

and theorization, Based on operating speed theory, in combination with the road technical indicators, traffic safety environment and transition section, author proposes a systematic evaluation and optimization method for speed limit of urban expressway. Taking main line of

Xianyue Road in Xiamen as the evaluation object, the feasibility of the evaluation and optimization method is verified, and it provides reference for the similar projects.

Keywords:Municipal engineering; Urban expressway; Operating speed; Limit speed; Evaluation and optimization method

作者简介:李希(1989 - ),男,工程师。

E-mail:lixihc@ 163. com

收稿日期:2023 - 02 - 28

0 引言

随着我国城市的扩张,机动车保有量不断增长。

城市快速路作为跨区域出行的主要通道,交通压力持

续增大。 近年来成都、重庆等城市对已建成城市快速

路限速值进行重新评估,并通过提高城市快速路的限

速值的方法,提升通行效率。

当前,国内对城市快速路限速值的评估优化,主

要基于管理者的主观经验,采用“先实施,后调整”的

方式。 以成都二环高架桥提速工程为例,管理者根据

实际交通需求和现场经验,将主线高架、匝道和底层

道路的限速值提高 10 ~ 20 km / h。 经过试运行,发现

驾驶舒适度增强,高峰期内外侧车道提速均为 20%

左右,超速违法行为数量较低,且无超速 50% 以上的

违法行为。 因此,判定限速值的调整较为合理。

以上方法,对限速值的合理性判定过于主观,缺

乏系统性和理论性。 同时,先实施后调整,不断“试

错”的优化方法,无法较好地挖掘出道路的交通潜能,

且容易在试运行阶段产生不必要的事故。 因此,本次

研究基于运行速度理论,结合道路技术指标、交通安

全环境和过渡段等因素,建立了一套相对系统的城市

快速路的限速值评估优化方法。

1 评估优化方法概述

本次研究提出的城市快速路限速值评估优化方

法,分为技术指标符合性评价、基于运行速度的安全

性评价、交通安全环境评估与整改、过渡段设置共 4

个步骤。 如图 1 所示,每个步骤的评估结果,均作为

下一阶段的初始条件,直至得到最终的限速方案。

·116· 福 建 建 筑 2023 年

图 1 评估优化技术路线

1. 1 道路技术指标符合性评估

道路技术指标符合性评价,是对现状道路的平、纵、

横等设计指标进行评价,从而得出满足规范要求的最大

设计速度。 设计速度在一定程度上,反映了道路线形的

安全性,可作为后续运行速度安全性评估的初始参数。

1. 2 基于运行速度的安全性评估

运行速度,是指中等技术水平的驾驶人员根据实

际道路条件、交通条件、良好气候条件等能保持的安

全速度。 它反映了大多数驾驶人的驾驶期望,比设计

速度更加接近实际运行情况。 《道路交通标志标线第

五部分:限制速度》(GB 5768. 5 - 2017)

[1] 中,将运行

速度作为确定道路限速值的重要指标。

道路的运行速度通常采用实测的方法得到[2]

,但

存在工作量大,精度低的问题。 2015 年,我国交通运输

部基于山西太旧高速等道路的实测数据,采用回归分

析的方法,建立了高速公路的运行速度的计算模型,发

布了《公路项目安全性评价规范》(JTG B05 -2015)

[3]

。

我国目前暂无较为系统合理的城市快速路的运

行速度计算模型。 但根据相关研究,城市快速路与高

速公路的交通流特性差异并不是很大。 虽然城市快

速路的自由流速度要小于高速公路,但其通行能力基

本与高速公路理想条件下的通行能力相持平,尤其是

最内侧车道的通行能力[4]

。 同时,二者在规范[5 - 6] 中

的线形设计参数也较为相近,设计速度和限制速度区

间均在 60 - 120 km / h。 因此,本次研究参考规范[3]

中高速公路的运行速度模型进行安全性评估。 评估

步骤分为:确定相关速度的初始值、运行速度计算、安

全性评估三个阶段。

(1)确定相关速度初始值

相关速度包括初始运行速度、期望速度、最低运行

速度。 初始运行速度,指车辆刚进入待评价路段的运行

速度,在未做安全性评估的情况下,可取设计速度作为初

始值。 期望运行速度和最低运行速度为路段运行速度的

上限和下限,通常由司机或交通管理者的期望决定。 规

范[3]中给出了各类速度的参考值,如表1 所示。

表 1 各类速度的参考值

设计速度 120 100 80 60

初始运行速度 v0 120 100 80 60

期望速度 ve 120 120 110 90

最低运行速度 50

(2)运行速度计算

规范[3]中的运行速度模型根据道路线形,将其分

为 4 种不同的路段,如表 2 ~ 表 6 所示。

表 2 运行速度模型分段

纵断面

平面

圆曲线半径 > 1000m 圆曲线半径≤1000m

坡度 < 3% 平直路段 平曲线路段

坡度≥3% 纵坡路段 弯坡组合路段

表 3 平直路段运行速度计算模型

平直路段长度 预测模型

长度 > 200m

平直路段

vout = 3. 6

vin

3. 6

( )

2

+ 2as

a = amin

+ amax - amin

( ) 1 -

vin

ve

( )

长度≤200m

短平直路段

vin = vout

分段后,各路段的运行速度预测计算模型如下:

vout———平直路段终点速度;

vin———平直路段起点速度;

s———平直路段长度;

a———车辆加速度(m / s

2

);

amin———车辆最小加速度,小型车取 0. 15 m / s

2

;

amax———车辆最大加速度,小型车取 0. 50 m / s

2

。

表 4 平曲线路段运行速度计算模型

连接形式 预测模型

入口直线 - 曲线 vmiddle = - 24. 212 + 0. 834vin + 5. 729lnRnow

入口曲线 - 曲线 vmiddle = 1. 277 + 0. 942vin + 6. 19lnRnow - 5. 959lnRback

出口曲线 - 直线 vout = 11. 946 + 0. 908vmiddle

出口曲线 - 曲线

vout = - 11. 299 + 0. 936vmiddle - 2. 060lnRnow

+ 5. 203lnRfront

2023 年 10 期 总第 304 期 李 希·基于运行速度的城市快速路限速值评估优化方法 ·117·

vmiddle———曲线中点运行速度(km / h);

vout———曲线出口运行速度(km / h);

Rfront———即将驶入的曲线半径(m);

Rnow———车辆所在曲线半径(m);

Rback———驶入所在曲线前的曲线半径(m)。

表 5 纵坡路段运行速度计算模型

纵坡 运行速度调整

上

坡

坡度≥3% 且≤4% 每 1000m 降低 5km/ h,直至最低运行速度

坡度 > 4% 每 1000m 降低 8km/ h,直至最低运行速度

下

坡

坡度≥3% 且≤4% 每 500m 增加 10km/ h,直至期望速度

坡度 > 4% 每 500m 增加 20km/ h,直至期望速度

表 6 弯坡组合路段运行速度预测计算模型

弯坡组合形式 预测模型

入口直线 - 曲线 vmiddle = - 31. 67 + 0. 547vin + 11. 71lnRnow - 0. 176Inow1

入口曲线 - 曲线 vmiddle = 0. 750 + 0. 802vin + 2. 717lnRnow - 0. 281Inow1

出口曲线 - 直线 vout = 27. 294 + 0. 720vmiddle - 1. 444Inow2

出口曲线 - 曲线

vout = 1. 819 + 0. 839vmiddle + 1. 427lnRnow

+ 0. 782lnRfront - 0. 48Inow2

Inow1 、Inow2———曲线前、后两段的不同坡度。

另外,互通式立体交叉处主线运行速度需折减 8

km/ h。

(3)安全性评估

基于运行速度的协调性进行安全性评估,主要采

用相邻路段运行速度差值的绝对值 △v85 和运行速度

梯度的绝对值 △Iv 两个指标。 计算及评估方法见公

式和表 7。

△Iv = △v85

/ L ×100

式中:

△Iv ———运行速度梯度绝对值,km/ (h·m);

△v85 ———路段起、终点运行速度差值的绝对值,

km/ h;

L———分析单元路段长度,m。

表 7 安全性评估指标和结论

评估指标 评估结论

△v85 < 10km/ h

且 △Iv ≤10km/ (h·m)

道路协调性好,可采用计算的 v85作为

路段的限速值

10km/ h≤ △v85 < 20km/ h

且 △Iv ≤10km/ (h·m)

道路协调性较好,改善道路安全环境

的情况下,可采用计算的 v85作为路段

的限速值

△v85 ≥20km/ h

或 △Iv > 10km/ (h·m)

道路协调性较差,不建议采用计算的

v85作为路段的限速值

1. 3 交通安全环境评估与整治

对道路的安全环境进行评估,对可整改的安全因

素进行整改优化,同步优化调整限速值方案。 交通安

全环境状况评估,主要基于现场调查和管理者的经验,

相对较为主观。 本次研究需评估的交通安全环境因素

如表 8 所示。

表 8 交通安全环境评估要点

项目分类 评估整治要点

交通运行状况

①交通流量饱和度分布情况;

②有无分时段限速的需求。

交通事故

①交通事故参与的主体;

②与车速相关的事故率;

③交通事故多发路段。

路面状况 车辙、坑槽、沉降等病害情况。

路侧干扰因素

①绿植侵入道路界限情况;

②标志牌对视距的干扰;

③非机动车干扰;

④主线变窄干扰;

⑤路侧不规范开口;

⑥主辅道不规范进出口。

标志、标线安全设施

①交通标志是否合规,有无被遮挡;

②标线是否清晰;

③标线的夜间反光性能;

④路侧防撞护栏的设置;

⑤分流鼻位置的防撞设施;

⑥重要路段的路侧轮廓标;

⑦进出口位置的反光凸起标志。

1. 4 过渡段设置

以上评估流程得到的限速值方案,并没有考虑车

辆在两个限速值不同路段之间的缓冲需求。 因此,本

次研究认为,需在限速值较高的路段内设置过渡段。

(1)过渡段长度

赵利苹、贺玉龙、孙小端[7 - 8]等学者对限速区过渡

段进行研究,并给出了计算值,但仍存在限速区限速范

围偏小、限速区过渡段长度过于保守、参数取值具有局

限性、没有计算限速区加速段等问题。 本次研究认为,

《城市道路交叉口设计规程》 (CJJ152 - 2010)

[9] 对于

加、减速车道长度的规定,经过多年运营实践检验,经

济合理,较符合我国道路运营实际,如表 9 所示。

表 9 过渡段长度

主线设计速度(km/ h) 120 100 90 80 60 50

减速车道过渡段长度(m) 170 150 140 130 115 90

加速车道过渡段长度(m) 270 240 225 210 165 130

(2)坡段修正

城市道路下坡路段的减速过渡段和上坡路段的加

速过渡段,在纵坡大于 2% 时,其长度可以参考规范[9]

中的修正系数予以修正,如表 10 所示。

·118· 福 建 建 筑 2023 年

表 10 坡段修正系数

主线坡度(% ) 0 < i≤2 2 < i≤3 3 < i≤4 4 < i≤6

下坡减速过渡段

修正系数

1. 0 1. 1 1. 2 1. 3

上坡加速过渡段

修正系数

1. 0 1. 2 1. 3 1. 4

为保守起见,过渡段和限速标志牌应设置在限速

值较高的路段内,如图 2 所示。

图 2 过渡段设置

2 案例应用

2. 1 项目概况

仙岳路是厦门本岛的重要东西向进出岛快速通

道,主线道路等级为城市快速路,双向六车道,全长约

9. 76 km。 因跨岛交通需求不断增大,高峰时段通行低

效。 近年仙岳路的道路状况、交通安全设施、监控设施

等不断改善。 厦门市于 2019 年 1 月,对仙岳路主线的

限速方案进行了重新评估和优化,拟增加其通行效率。

本次研究仅对仙岳路主线西往东方向,小型车的

限速值方案的评估优化过程进行案例应用展示。

2. 2 限速值评估优化

(1)道路技术指标符合性评估

根据仙岳路主线西往东方向的平、纵、横等指标

(图 3),结合规范[6]

,得到表 11 的评估结果,道路的设

计速度在 60 ~ 80 km/ h 之间。 根据规范[1]

,其在交通

工程论证下的限速值参考上限为 80 ~100 km/ h。

图 3 道路平纵缩图

表 11 技术指标符合性评价结果

分段里程

设计速度

km/ h

限速值参考

上限 km/ h

长度

km

K0 + 000 - K1 + 340 60 70 - 80 1. 34

K1 + 340 - K3 + 340 80 90 - 100 2

K3 + 340 - K7 + 340 60 70 - 80 4

K7 + 340 - K9 + 080 80 90 - 100 1. 74

K9 + 080 - K9 + 323. 5 60 70 - 80 0. 68

(2)基于运行速度的安全性评估

将道路技术指标符合性评估中得到的设计速度和

限速值参考上限作为初始运行速度,结合表 1 的期望

车速,输入上文的运行速度计算模型,得出运行速度,

如图 4 ~ 图 6 所示。

图 4 运行速度计算结果 - 初始速度 80km/ h,

期望速度 110km/ h

图 5 运行速度计算结果 - 初始速度 90km/ h,

期望速度 115km/ h

图 6 运行速度计算结果 - 始速度 100km/ h,

期望速度 120km/ h

根据图 4 ~ 图 6 的运行速度计算结果,结合表 7

的评估指标,运行速度安全性评估结论如下:

①根据模型计算结果,主线运行速度的整体协调

性较好,绝大部分路段的 △Iv < 5 km / ( h · m),

△v85 < 10 km / h。

②不同初始运行速度下,K0 + 000 - K1 + 340 段

均存在 △Iv ≥10 km / ( h·m) 的情况,考虑维持现

状限速值;

2023 年 10 期 总第 304 期 李 希·基于运行速度的城市快速路限速值评估优化方法 ·119·

③不同初始运行速度下,K3 + 700 - K5 + 600 的

部分路段,存在 △v85 接近 10km / h 的情况,在后续

的交通工程论证中应予以重视。

(3)交通安全环境评估与整治

基于现场调查结果和交通管理者的经验,交通安

全环境评估和整治结果如表 12 所示。

表 12 交通安全环境评估与整治结果

评估项目 存在问题 评估结果/ 整改措施

交通

运行状况

现状主线起点路段 60km/

h,其余限速值为 80km/ h。

高峰期调查运行速度较

低,在 50km/ h 以下,平峰

期运行速度接近 80km/ h。

平峰期现有限速值方案无

法满足居民的出行需求,尤

其是 K1 + 340 - K5 + 880 主

线长高架路段。

交通事故

近年事故年均 32. 6 起,与

运行速度变化和限速值无

明显相关性。

加强监控和数据统计。

路面状况

无 车 辙、 坑 槽、 沉 降 等

病害。

定期保养维护。

路侧

干扰因素

存在绿植和标志牌侵入道

路限界。 K3 + 580 - K9 +

353. 5 段,地面集散段较

多,辅道汇入车辆对主线

交通干扰较大。

对侵入限界的绿植和标志

牌进行整改。

主辅道相互干扰情况有待

通过工程方案解决。

标志

标线

安全设施

标志标线及安全设施设置

整体相对完善,但存在部

分标志版面被遮挡、标线

模糊、出入口三角区域未

设置反光凸起路标及防撞

垫等现象。

规范被遮挡的标志牌,完善

反光凸起标志和防撞设施。

(4)限速方案评估优化

综上,对道路全线的限速方案进行综合评估优

化,结果如表 13 所示。

表 13 限速方案评估优化结果

路段范围 重要评估结论 优化方案

K0 + 000 - K1

+ 340

①设计速度 60km/ h;

②运行速度梯度值

△Iv ≥10km/ (h·m);

维持现状 60km/ h

K1 + 340 - K3

+ 580

①设计速度 80km/ h;

②运行速度协调性较好,

模型计算运行速度可取

100km/ h。

近期: 限 速 值 调 整 至

90km/ h;

远期:试运行后调整至

100km/ h;

K3 + 580 - K9

+ 080

①设计速度 80km/ h

②部分路段 △v85 接近

10km/ h;

③辅道进出车流对主线交

通干扰极大。

近 期: 维 持 现 状

80km/ h;

远期:主辅进出口优化

后后调整为 90km/ h;

K9 + 080 - K9 +

323. 5

①设计速度 60km/ h

②辅道进出车流对主线交

通干扰极大。

维持现状 80km/ h

(5)过渡段设置

结合表 13 和图 2,对优化后的限速方案设置过渡

段,设置结果如表 14 所示。

表 14 过渡段设置结果

过渡段范围

过渡段

性质

限速标志

牌位置

长度

(m)

实施

时间

K1 + 340 - K1 + 565 加速 K1 + 340 225 近期

K3 + 440 - K3 + 580 减速 K3 + 440 140 远期

K8 + 940 - K9 + 080 减速 K8 + 940 140 近期

(6)效果评价

后续的调查研究显示,仙岳路限速值调整一年后,

早高峰时期道路全线平均运行速度提高约 7 km/ h,且

与速度相关的事故率无显著增加。 道路整体通行效

率提升,民众满意度高。

3 结语

本文基于运行速度理论,提出了一种基于运行速

度的城市快速路限速值的评估优化方法,包括技术指

标符合性评价、基于运行速度的安全性评价、交通安

全环境评估与整改、过渡段设置,共四个步骤。 该方

法可对现有城市快速路的限速值进行重新的评估和

调整,进而提高交通效率,为同类项目提供积极的借

鉴和指导意义。

参 考 文 献

[1] GB 5768. 5 - 2017 道路交通标志和标线,限制速度

[S]. 2017.

[2] 虞振清,姚逸行. 基于实测运行速度的城市快速路限速

方案研究[J]. 中国市政工程,2022(04):1 - 3,117.

[3] JTG B05 - 2015 公路项目安全性评价规范[ S]. 北京:人

民交通出版社,2015.

[4] 钟连德,荣建,周荣贵,等. 城市快速路与高速公路交通

流特性的对比分析[J]. 公路交通科技,2005,22(1):48

- 51.

[5] CJJ 193 - 2012 城市道路路线设计规范[S]. 2012.

[6] CJJ129 - 2009 城市快速路设计规程[M]. 北京:中国建

筑工业出版社,2009.

[7] 赵利苹. 城镇化公路合理限速方法及措施研究[D]. 西

安:长安大学,2010.

[8] 贺玉龙,孙小端. 公路速度限制与速度控制技术[M]. 北

京:人民交通出版社,2011.

[9] CJJ 152 - 2010 城市道路交叉口设计规程[S]. 2010.

2023 年第 10 期

总第 304 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 10·2023

Vol·304

BIM 技术在岩土工程勘察中的应用研究

郑自斌

(福建省建筑设计研究院有限公司 福建福州 350001)

摘 要:岩土工程勘察是工程建设项目全生命周期中不可或缺的一个阶段。 将 BIM 技术运用到勘察工程中,可打破勘

察专业与其它各专业之间的技术交流和信息传输壁垒,提升勘察工作的效率和信息化程度。 以福州某大学新建校区

项目为例,运用 BIM 技术、自研的数据采集系统和数据提取整理软件,利用克里金插值法,对采集数据进行插值拟合,

实现了勘察全流程的数字化建模,以及 BIM 模型为载体的勘察信息的有效传递和共享。 文章分析了目前 BIM 技术在

岩土工程勘察行业的成果运用,并提出仍需进一步研究的相关 BIM 技术和标准。

关键词: 岩土工程勘察;BIM;三维地质信息模型;克里金插值法

中图分类号:TU473 文献标识码:A 文章编号:1004 - 6135(2023)10 - 0120 - 05

Research on the application of BIM technology in geotechnical engineering survey

ZHENG Zibin

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

Abstract:Geotechnical engineering survey is an indispensable stage in the entire life cycle of engineering construction projects. Applying

BIM technology to survey engineering can break down the barriers of technical exchange and information transmission between the survey

profession and other professions,and improve the efficiency and informatization level of survey work. Taking the new campus project of a

certain university in Fuzhou as an example,using BIM technology,self - developed data collection system,and data extraction and organization software,the Kriging interpolation method was used to interpolate and fit the collected data,achieving digital modeling of the entire survey process and effective transmission and sharing of survey information using BIM models as carriers. The article briefly analyzes the current achievements and applications of BIM technology in the geotechnical engineering survey industry,and proposes relevant BIM technologies and standards that still need further research.

Keywords:Geotechnical investigation; BIM; 3D geological information model; Kriging interpolation method

作者简介:郑自斌(1984. 9 - ),男,高级工程师。

E-mail:154527024qq. com

收稿日期:2023 - 03 - 12

0 引言

随着工程建设的蓬勃发展和电子信息技术的迅

速进步,贯穿于建筑工程全生命周期的技术也取得了

长足的进步,并产生了新的变革,其中最为突出的,是

BIM( Building Information Modeling) 技术的出现[1]

。

当前,BIM 技术已经能够成熟的应用于建筑设计、机

电、暖通、项目管理等领域。 岩土工程勘察是城市建

设工程的重要组成部分,是工程建设中一个重要的工

作环节,在岩土工程勘察领域中,BIM 技术的应用还

不广泛[2]

。 现阶段,在岩土工程勘察项目中,还是以

传统的勘察方式为主,先通过野外钻探获得场地的地

层数据,再通过室内的土工试验获得相应地层的各种

物理、力学参数,最终以文字报告说明,结合二维地层

剖面图,汇总成为一份完整的岩土工程勘察报告。 因

此,目前勘察工作的信息化程度不高,没有将岩土工

程勘察和 BIM 技术很好地结合一起,更没有将 BIM

技术的优势在岩土勘察领域中发挥出来。

本文以实际工程应用为例,从建模软件的选择,

前期的数据收集和准备,建模的具体流程,以及模型

成果的运用等,对如何将 BIM 技术更好地运用到岩土

工程勘察,实现岩土工程勘察信息模型的快速建模,

做了初步的分析和研究。

1 建模流程

1. 1 建模软件的选用

目前,国内外研发的三维地质建模软件产品已有

数十款,大致有 Revit、3DMax、CAD、Sketchup、Bently、

Blender、Rhino、CATIA、 Tekla、ArchiCAD 等软件。 这

些软件基本都是为了满足某个专业领域应用而开发

的三维可视化建模软件,现阶段还没有基于 BIM 条件

下,针对岩土勘察专业且被广泛应用和普遍接受的三

维信息模型建模软件[3]

。

2023 年 10 期 总第 304 期 郑自斌·BIM 技术在岩土工程勘察中的应用研究 ·121·

本次建模软件的选择,是基于前期工程实践经验

的总结,采用 Rhino 软件和空间插值算法进行建模,

并结合自研的勘察外业数据采集系统和数据处理应

用程序,进行快速建模。

1. 2 建模的过程

该建模方法主要可分为四个步骤。 首先,对前期

勘察数据的采集和处理,然后将整理好的勘察数据导

入到 Rhino 建模软件,之后利用导入 Rhino 的数据生

成地层界面,最后利用建好的地层界面对实体模型进

行切割和整合,从而得到符合真实地层埋藏情况的三

维地质体模型。 本文三维地质体建模的过程如图 1

所示。

图 1 建模的一般流程图

1. 2. 1 前期数据的采集和处理

本项目工程量大,勘探孔数量多,海量的数据难

以进行快速的处理,项目前期,外业试验采用了我司

研发的基于 4G 移动、物联网、云技术的勘察现场质量

管理信息平台(以下简称:平台)。 该平台通过对我

国广泛采用的 XY 系列工程勘察钻机采用传感器技

术进行改进,实现了钻探参数实时采集、远程传输、云

存储和异地客户端查阅等功能[4]

。 同时,将采集到的

数据和现场外业的报表数据进行对比,相互印证纠

错,将采集的数据导入理正工程地质勘察软件,再利

用自研的数据处理软件,对理正工程地质勘察软件的

数据库进行分类提取,分别生成勘探点的三维坐标点

云数据、勘探点土层深度的三维坐标点云数据和勘探

孔的钻孔线数据;并选取对模型建立有参照作用的图

层备用,例如:勘探孔、勘探孔孔号、用地红线和建筑

物轮廓等。 具体过程如图 2 ~ 图 3 所示。

图 2 自动化数据采集现场图片和数据采集仪

图 3 前期数据的准备和处理流程

1. 2. 2 将准备好的数据导入 Rhino 建模软件

将第一步处理好的数据,均保存为文本格式,在

Rhino 建模软件中新建与之名字相对应的图层,并按

照相对应的图层导入对应的数据。 所需要的勘探点

平面元素也同样从 CAD 中导入 Rhino 建模软件当

中,具体过程如图 4 所示。

图 4 将数据导入 Rhino 建模软件

1. 2. 3 插值拟合生成地层界面

生成地层界面,需要在勘探点间进行地层变化趋

势的判断,采用离散数据拟合与插值的方法生成地层

界面。 本项目采用克里金方法(Kriging method)进行

数据拟合与插值。 该方法是一项实用空间估计技术,

着重于权值系数的确定,从而使内插函数处于最佳状

态,即对给定点上的变量值提供最优的线性无偏

估计[2]

。

将导入 Rhino 建模软件的数据,运用数据处理软

件,采用克里金法(Kriging method),对地层界面数据

进行插值加密,形成方格网点云数据。 将插值处理后

的地层界面数据重新导入 Rhino 建模软件中,生成拟

合后的地层界面,并参照实际的地层界面数据,对插

·122· 福 建 建 筑 2023 年

值拟合生成的地层界面进行微调,以便更接近真实的

地层情况,具体过程如图 5 所示。

图 5 插值拟合生成地层界面

1. 2. 4 对拟建模型进行切割、整合

事先在拟建模型区域,沿建模的范围建立一个能

覆盖整个场地岩土层厚度的实体模型。 用第 3 步已

调整好的地层界面,分别切割实体模型,所得即为地

层界面以下的土层模型。 重复以上步骤 3 和步骤 4,

将所得土层模型整合到一个模型文件里面,即可得到

整个场地的地质模型。 具体操作流程如图 6 所示。

图 6 对拟建模型进行切割和整合

2 应用案例

2. 1 工程概况

本文以福州市某岩土工程勘察项目为例,基于

BIM 技术,建立该项目地的工程地质模型。 该项目位

于福 州 市 高 新 区 南 屿 镇, 项 目 规 划 用 地 面 积 约

857 300 m

2

,本工程分为建筑工程和室外总体工程。

本工程总建筑面积约 845 877 m

2

,其中地上建筑面积

约 705 043 m

2

,地下建筑面积约 140 834 m

2

,建筑对沉

降敏感。 建筑工程主要包括图书馆、博物馆、明德堂、

行政楼、公共教学楼及公共实验楼、仪器科学学院、计

算与信息中心、机械学院、材料学院、校训石、经管学

院、实训中心、环境学院、东食堂、西食堂、青年教师公

寓、教师周转住房(01 ~ 04)、博士生公寓(01 ~ 02)、

学生公寓(01 ~ 09)、专家楼、校长官邸、专家接待中

心、地埋污水池、1#综合体育馆、2#幼儿园、3#国际交

流中心、纯地下室等。 室外总体工程包含场地岛内外

道路工程、桥梁工程、驳岸工程、中轴景观带、球类运

动区等。

2. 2 场地地层特征

通过对该项目约 1 600 个勘探孔,总计约 81 200 m

的进尺数据分析,在该区域地表以下 80 m 的范围内,

土层可大致分为 13 个主层,8 个亚层,共计 21 个地

层。 上部主要为 Q4地质时期人工堆填、冲积、淤积形

成的填土、粉质黏土、淤泥、中砂、淤泥质土、碎卵石

等;下部主要为燕山期( r53 ) 侵入的花岗岩类岩石和

岩石的风化物。 具体场地岩土层的分层如图 7 所示。

图 7 场地岩土层分层

2. 3 岩土工程勘察信息模型

基于 BIM 技术,结合该项目的实际情况,按照本

文 1. 2 节提供的建模流程,建立相应的三维地质信息

模型。 根据土层建模成果提取的部分代表性地层信

息图,如图 8 ~ 图 12 所示。

图 8 场地第 5 层淤泥质土层地质模型

2023 年 10 期 总第 304 期 郑自斌·BIM 技术在岩土工程勘察中的应用研究 ·123·

图 9 场地第 6 层中砂层地质模型

图 10 场地第 13 层中等风化花岗岩层地质模型

图 11 场地孤石层地质模型

图 12 场地完整的地质模型

3 BIM 信息技术在岩土工程勘察领域的成果

运用

BIM 信息技术成果主要可应用于以下几个方面:

(1)使岩土工程勘察信息在建设工程全生命得

到很好的应用,实现各参与方之间的信息交换和

共享;

(2)三维 BIM 信息模型的建立,有利于提升对整

个场地地层分布规律的宏观认识和理解;

(3)有利于其他非岩土专业人士理解本专业知

识。 三维模型是可视化的,易看懂好理解。 技术人员

在建模时,可以解决二维平面上地层的多解性问题。

在跨专业交流时,勘察技术人员与其他专业人员的交

流不再依赖于二维图件,可以通过直观的三维模型进

行,摆脱了传统只能依赖想象,了解地质在空间上变

化的情况,消除了在交流过程中存在的障碍。

(4)可对现场钻探的土层数据进行核对和校正。

例如:冲积或冲洪积成因的淤泥、粉质黏土、砂层等土

层,按照地质成因来讲,地层界面基本在一个水平面

上下小范围波动。 如果出现近距离钻孔的地层界面

差异较大,剖面图并不能展现的情况,三维地质模型

可以有效发现地层异常情况,进而对异常地层进行分

析,并进行适当的修正。

(5)桩基进入持力层的复核。 预先按照设计的

桩型、桩的数量、持力层以及进入持力层深度的要求,

并结合试打桩情况,在 BIM 勘察信息模型中建立拟施

工的桩基模型,以此来指导现场的配桩和判断已打工

程桩是否满足设计要求。 图 13 为某工程桩基进入的

地层、持力层的复核成果图。

图 13 桩基进入持力层复核

(6)任意截面的剖切分析。 有了 BIM 勘察信息

模型,不再只有二维连线的剖面数据,可以根据基坑

开挖的走向,进行任意截面的剖切,更有针对性地分

析基坑周边的地层情况,以便采取更合理的基坑支护

方式。 图 14 为某工程按基坑边界位置进行剖切后的

地层信息情况图。

图 14 任意剖切模型

·124· 福 建 建 筑 2023 年

(7)计算开挖土方量和土石分类。 可根据基底

的设计标高和基坑范围,建立相应的基坑开挖模型,

根据建立开挖模型时所剖切掉的土层信息,计算得到

需开挖不同土层的方量,而且模型越精细,计算的误

差越小。

4 BIM 信息技术在岩土工程勘察中应用存在

的不足

当前,BIM 信息技术在岩土工程勘察中的应用还

存在以下问题:

(1)模型数据的可靠性问题。 模型引用的地层

数据是以点带面,勘探孔的间距一般在 20 m ~ 30 m

不等,钻孔范围内的地层数据,是根据地层的变化趋

势,通过插值拟合出来的。 如果存在地层突变的情

况,勘探孔间推断的部分数据可能与现场实际情况存

在差异,可靠性难以保证。

(2)现有模型所包含的地质信息相对比较单一。

现阶段建立的模型还只是一个简单的三维地实体,尚

未将各个勘探孔的原位测试信息和土工试验成果等

各类地质信息展示出来。

(3)BIM 信息技术的推广和经济效益问题。 现阶

段的福建省工程建设地方标准《岩土工程勘察信息模

型技术规程》 (DBJ/ T 13 - 330 - 2020),只是对勘察

的 BIM 模型提出了一些基本的要求,但是并没有哪一

个行业协会或者主管部门规定什么类型、等级的勘察

项目必须建立勘察的 BIM 信息模型,也缺少一个明确

的收费依据,BIM 地质信息模型的建立需有较大的投

入。 若勘察单位合理的经济效益无法得到保障,大范

围推广应用有一定的难度。

(4)由于地质条件的不确定性和复杂性,目前

常用的岩土工程勘察的建模软件还不够完善,行业

认可度低。 现阶段,还没有基于 BIM 条件下针对岩

土勘察专业且被普遍接受和广泛应用的三维模型建

模软件。

5 结论

(1)本文以福州某岩土工程勘察项目为样本,基

于本单位自研的数据采集系统和数据提取整理软件,

在建模软件的选择,前期勘察数据的采集、处理,以及

建模流程的具体操作等方面都做了详细的梳理,实现

了三维地质模型的快速建模。 该建模方法,对于今后

BIM 技术在勘察领域中的广泛应用,提供了新的思路

和建模理论的参考。

(2)岩土工程勘察数据,是建筑 BIM 模型的重要

组成部分。 通过勘察 BIM 建模技术,可获得勘察范围

内地质体的三维信息,对已完成的钻探岩土层数据进

行核对和校正,优化桩基及基坑支护工程设计,指导

现场配桩及桩基施工,也便于进行桩基、土石方等工

程量统计计算。

(3)目前基于 BIM 应用条件下,适用于岩土工程

勘察行业且被普遍接受的三维地质信息模型软件还

没有,数据采集系统和数据提取整理软件的建模方

法,还不够精简和完善,BIM 技术在岩土工程勘察中

的应用在行业内也处在初步的研究发展阶段。

(4)对于更便捷和实用的三维地质模型的建模

理论和方法,复杂地质条件下模型数据的可靠性判断

及分析,以及能够在模型当中赋予更多勘察地质参数

信息的 BIM 技术,还需更进一步深入研究,以期更好

地实现勘察专业在工程建设全生命周期 BIM 平台上

的协同工作,以及信息和数据的共享。

参 考 文 献

[1] 宋金龙,朱建才,陈赟,等. BIM 技术在岩土工程勘察中

的应用研究[J]. 地基处理,2019,1(3):73 - 77.

[2] 马钰栋,唐君辉. BIM 在上海地区岩土工程勘察中的应

用[J]. 城市勘测,2021(2):196 - 199,204.

[3] 郑国栋. 基于 BIM 的岩土工程勘察信息模型快速建模方

法[J]. 福建建筑,2020(3):93 - 97.

[4] 戴一鸣,韩中阳,余昌蔚. 基于物联网技术勘察现场质量

管理信息平台的应用研究部[ J]. 勘察技术科学,2022

(2):1 - 5.

2023 年第 10 期

总第 304 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 10·2023

Vol·304

发展建筑物联网助力数字城市建设

王庭国

(福建闽冠伟业智能科技有限公司 福建福州 350001)

摘 要:通过对数字城市中建筑物联网技术的基本结构、技术方法和系统组成单元分析的研究,探讨建筑物联网技术

实现对建筑物内人、财、物的智能管理,及其综合应用中实现的主要功能,以及保障城市建筑物数据化、智能化高质量

发展的经济效益与社会效益。 通过研究,为数字城市建设提供新的思路和技术支撑,助力数字城市建设,最终建立数

字城市管理与综合应用服务为一体化的智慧城市。

关键词: 建筑物联网;数字城市;综合管理平台;感知控制;智能应用

中图分类号:TU17 文献标识码:A 文章编号:1004 - 6135(2023)10 - 0125 - 04

Develop building networking to promote digital city construction

WANG Tingguo

(Fujian Minguan Intelligent Technology Co. ,Ltd,Fuzhou 350001)

Abstract:Through the study of the basic structure, technical methods, and system composition unit analysis of building networking technology in digital cities, this paper explores the main functions of building networking technology in intelligent management of people, finance,

and things inside buildings, as well as its comprehensive application, as well as the economic and social benefits of ensuring the high -

quality development of urban building digitization and intelligence. Through research, provide new ideas and technical support for the construction of digital cities, assist in the construction of digital cities, and ultimately establish a smart city that integrates digital city management and comprehensive application services.

Keywords:Building networking; Digital city; Integrated management platform; Perceptual control; Intelligent application

作者简介:王庭国(1980. 8 - ),男,高级工程师。

E-mail:40337549@ qq. com

收稿日期:2023 - 03 - 27

0 引言

2022 年 1 月,国务院印发了《“十四五”数字经济

发展规划》,提出“统筹推动新型智慧城市和数字乡

村建设,协同优化城乡公共服务”。 2022 年 10 月,二

十大报告中提出“提高城市规划、建设、治理水平,加

快转变超大特大城市发展方式,实施城市更新行动,

加强城市基础设施建设, 打造宜居、 韧性、 智慧城

市”

[1]

。 随着智慧城市相关理念认知的演化,各地智

慧城市实践的不断发展,以及城市建筑扩张的规模

化、系统化、数字化,新型城市建筑需求不断涌现。 经

济发展推进城市化建设,城市建设的公共基础设施除

了道路、公园、湿地等,其它大部分都是建筑物。 而如

何对重峦叠嶂的建筑进行科学高效管理,成为现代城

市发展需要考虑和解决的问题。 随着城市化进程的

加速,数字城市建设已经成为城市发展的重要战略。

而建筑物联网作为数字城市建设的重要组成部分,可

以通过连接各个建筑设施、监测设备和用户终端等,

实现智慧化运营和管理,提高城市生态环境和社会经

济效益。 因此,研究建筑物联网技术在数字城市建设

中的应用,具有重要意义。 本文旨在探讨建筑物联网

如何助力数字城市建设,以及有效推动数字城市建设

的可持续发展。 在新时代社会主义现代化国家建设

形势下,亟需推进城市建筑物联网管理体系建设,以

助力数字城市建设,提升城市管理的智慧化,建成“绿

色、智慧、便捷”的宜居城市。

1 建筑物联网基本结构

1. 1 建筑物联网的概述

建筑物联网是指通过互联网技术,将建筑中的传

感器、智能设备及其他物理设备连接起来,并实现互

联互通,以实现对建筑物内各种信息的监测、控制和

数据分析等操作。 这些信息包括温度、湿度、光照强

度、能源消耗、人员活动轨迹等多种方面。 建筑物联

·126· 福 建 建 筑 2023 年

网可以帮助提高建筑的管理效率和服务质量,降低能

源消耗和维护成本,同时为用户提供更加便捷和个性

化的服务。

建筑物联网技术主要由传感器、物联网通信技

术、云计算平台等组成。 传感器可以采集建筑物的各

种数据,并将其上传至物联网通信平台进行处理,物

联网通信技术则负责建筑设施之间的信息交流和通

信。 云计算平台可以对传感器收集到的大量数据进

行存储、处理和分析,从而实现精细化的运营管理。

建筑物联网技术的应用,可以为建筑物提供更加

智能化和高效的管理和运营方式,同时也为用户提供

了更加便捷和个性化的服务。 其在未来的数字化建

设中,将会扮演越来越重要的角色。

1. 2 建筑物联网的基本结构

随着新一代信息技术、集成电路、人工智能及大

数据等相关技术蓬勃发展,各学科技术的融合发展,

催生了各类传感器、网络通信设备、大数据应用分析

软件平台,同时也产生了各类智慧管理应用服务。 在

此背景下,建筑物联网的基本结构得以形成。 建筑物

联网的基本结构主要分成 4 个部分:感知控制、网络

通信、管理中心和智能应用。 感知控制主要是检测建

筑主体、环境、能耗、机电设备和管理控制设备的运行

数据;网络通信主要是由物联网终端接入设备和物联

网终端网络通信设备组成,主要功能是通讯对接前端

感知设备和控制设备,将采集及控制的指令互通到建

筑物联网综合管理平台;管理中心主要是对采集到的

数据进行综合分析、数据处理并生成处理结果,是一个

综合应用软件平台;智能应用主要是将建筑物联网平

台中体现的管理终端数据情况,通过大屏、PC、手机和

PAD 等设备显示,是智慧管理应用服务的一个应用手

段。 四个部分形成前端感知控制,中间网络通信、核心

管理中心,用户智能应用的一体化建筑物联网智慧管

理系统。 建筑物联网基本结构示意图,如图 1 所示。

图 1 建筑物联网基本结构示意图

2 技术方法

建筑物联网的智慧管理系统,主要基于感知控制

层对建筑物内各类传感数据采集监测和设备的智能

控制,通过通信网络与建筑物联网综合管理平台互通

互联,与用户的智能应用连为一体,服务于用户智慧

管理应用。 用户可通过建筑物联网综合服务平台呈

现的智能应用数据,通过通信网络对建筑前端数据进

行监测感知,对设备进行智能控制,以此达成用户的

智能应用与建筑的感知控制互联互通目的,形成一体

化建筑物联网智慧管理系统。 建筑物联网组网结构

示意图,如图 2 所示。

图 2 建筑物联网组网结构示意图

建筑物中分布的各种各类传感器,是建筑物联网

的基础感知设备。 传感器就像人身的五官,对我们所

生活在建筑物中的数据进行“ 听 - 闻 - 观 - 测 -

感”。 同时还有控制设备、建筑物中基础层的输入感

知设备和输出控制设备,把感知与控制数据互联互通

到物联网终端,接入设备或物联网终端网络通信设

备,下达采集数据的上传和控制指令,令数据在建筑

物联网系统中传输。 数据的结果传到“建筑物联网综

合管理平台”后,进行整理、分析、告警、输出等相关处

理。 最终采用人工智能技术形成建筑物联网的智慧

管理应用服务,显现各类建筑物监测的数据和设备运

行情况,并下达对建筑物设备的运行控制与智能管理

指令,以满足建筑用户及城市管理者的需求,达到智

2023 年 10 期 总第 304 期 王庭国·发展建筑物联网助力数字城市建设 ·127·

慧管理的作用。 采用感知、控制、通信、大数据、人工

智能等综合技术应用,形成了“上传 - 处理 - 下达”

的一体化建筑物联网智慧管理系统的技术方法。

3 系统组成单元分析

3. 1 感知与控制

在建筑物联网技术应用中,要实现建筑物联网智

慧管理系统的有效运行,建筑物内分布的各类传感器

与控制器非常重要。 传感器与控制器是建筑物物联

网的输入与输出重要部分,是建筑物物联网的基础。

传感器主要是电子元件或电子设备组成,融合分布在

建筑物各部需要监测的位置,是感知建筑物内监测数

据的感知单元。 建筑物内的监测传感器,主要有建筑

主体监测传感器、建筑环境检测传感器、建筑耗能检测

传感器和设备运行监测传感器,其中建筑主体监测有

基础沉降监测、楼层振动监测、承重柱垂直监测、地板

面水平监测等;建筑环境监测包括有环境温湿度监测、

空气质量监测、烟感火灾监测、人员流动监测等;建筑

能耗监测包括有用水监测、用电监测、燃气监测、能耗

指数监测等;设备运行监测包括有空调设备监测、水泵

水阀监测、机房设备监测、消防烟感监测等。

设备控制主要是指需要通过智能控制器或控制

设备连接控制的设备,控制建筑物内设备的执行单元

对设备运行情况进行监测、管理与控制。 设备智能控

制主要有设备运行控制、设备管理控制,其中设备运

行控制包括有空调设备控制、水泵水阀控制、机房设

备控制、灯光照明控制等;设备管理控制包括有通信

网络控制、门禁控制、停车控制、景观设备控制等。

3. 2 网络通信及设备接入

建筑物中各类传感器与控制器通过有线网络方

式,与物联网终端接入设备或物联网终端网络通信设

备进行联接,传感器与控制器的接入设备是物联网终

端接入设备或物联网终端网络通信设备。 其通过有

线网络或无线网络的方式,与建筑物联网综合管理平

台进行互联互通,其中有线网络主要是以光纤、双绞

线等联接,通过以太网、总线等协议方式进行数据传

输。 无线网络主要以 3G、4G、WIFI、LORA、NB - IOT

等协议方式进行数据传输。 网络传输目前主要借助

运营商的网络,在城市中进行数据传输。

3. 3 管理中心及数据分析

建筑物联网综合管理平台,是集图型图像、大数

据、人工智能、智能分析等多种技术融合应用为一体

的计算机软件平台。 包含建筑的图形图像定位显示,

建筑传感器的数据采集、分类处理,融合多方通信协

议接口库,数据库的应用,大数据智能分析处理,多媒

体数据呈现,结合人工智能技术,实现建筑设备的智

能控制,结合应用多种技术手段对管理平台的数据信

息进行综合应用处理,最终形成“采集 - 分析 - 控

制”的循环一体化建筑物联网综合管理平台软件。

建筑物联网综合管理平台是数字城市建设和数

字建筑的重要组成部分,它是对建筑物的数据和设备

运行状态进行采集并转化为数字量的重要设备,也是

对建筑物的设备进行控制的必要应用。 建筑前端的

采集数据与控制信号通过网络通信,传输到管理中心

进行大数据管理和分析。 管理中心连接着城市中 1

到 N 幢建筑或建筑群,将每一幢建筑的数据信息报送

到建筑物联网综合管理平台进行数据分析处理,平台

将实现传感数据采集、数据分析、智能控制、告警预

警、分类展示等综合处理功能[2]

,为智能应用提供综

合管理服务。

3. 4 智能应用及综合服务

建筑物联网智慧管理应用服务,是指建筑物联网

综合管理平台对智能分析处理后的数据进行分类分

项呈现与展示,形成综合智能应用系统,并将分类分

项的应用数据以人工或机器设定的方式进行应用,将

数据分类、权限管理分配,数据模型综合显示等处理

结果报送给建筑监管、城市监管和用户服务等多部门

多用户,通过大屏、PC、PAD 等方式进行多联互动操

作,并呈现最终结果。 根据建筑物的运行情况进行人

工干预控制,通过人工智能记忆控制手段等方式进行

综合管理,形成建筑物联网智慧管理应用服务。

建筑物联网智慧管理应用服务主要有建筑监管,

包括建筑设备的监测与控制、人员流动监测、物品识别

分析监测等;城市监管,包括城市管理者对本体建筑设

备、人流、物流的分析,可以对不同建筑情况进行同比、

环比、点比等综合分析;用户服务包括用户查询、建筑

安全综合指数、日常管理及通知等服务。 智能应用服

务打通了建筑本体、城市监管和用户服务的之间的数

字化的应用,也是数字城市建设的重要表现方式之一。

4 实现主要功能与效益

4. 1 建筑物联网实现主要功能

建筑物联网的建设,可实现建筑物的感知传感与

智能控制,以及对建筑物内人、财、物的智能管理与综

合分析。 建筑物联网可以通过以下主要功能助力数

字城市建设。

4. 1. 1 监测和控制

建筑物联网通过传感设备,可以实时监测建筑设

·128· 福 建 建 筑 2023 年

备运行状态(如空调机、水泵、电梯等机电设备)、能

源消耗状况(如水、电、热、气等能源)等,通过设定条

件及智能分析等方式实现智能控制,以达到降低能源

消耗和维护成本。

4. 1. 2 安全保障

建筑物联网通过防火监测、入侵监测等方式,可

以实现对建筑物内的安全监测,例如在配电房、仓库

等安装火灾报警系统、在出入口及围墙等安装有入侵

检测系统等,提高城市建筑安全防范水平。

4. 1. 3 精细化管理

建筑物联网可以通过图像分析、 人脸识别及

RFID 技术等,对建筑内各种信息进行数据分析和挖

掘,优化建筑管理流程,提高管理效率和服务质量。

4. 1. 4 提供个性化服务

建筑物联网可以通过用户服务应用,融合建筑物联

网综合管理平台的大数据分析,精准识别用户需求、关注

及热点,提供个性化服务。 例如智能家居应用、水电管理

应用、定制化推荐等,提高城市居民生活品质。

4. 1. 5 数据共享和交互

建筑物联网技术应用,将建筑的情况实现数字化

应用。 数据依托建筑物联网综合管理平台的大数据

技术、智能分析等方式,可以实现多个系统之间的数

据共享和交互,促进城市资源的整合和优化。

推动建筑的数字化转型,为数字城市的建设和数

字经济的发展提供基础数据,为智慧城市管理、指挥、

应急、调度等提供重要保障。

4. 2 建筑物联网实现主要效益

建筑物联网,实现建筑物与部品构件、人与物、物

与物之间的信息交互[3]

,通过智能传感监测与智慧控

制手段,实现精细管理、低碳节能,以此提高人们的生

活质量,保障城市建筑物的数据化、智能化的高质量

安全效益。 发展建筑物联网,助力数字城市建设的主

要效益包括以下 5 点。

4. 2. 1 提高城市资源利用效率

建筑物联网对建筑的水、电、热、气等能源消耗状

况的监测,可以通过对建筑物的能耗情况进行分析并

调试用电资源,帮助城市实现能源、水资源等方面的

有效管理,提高城市资源利用效率,降低资源浪费。

4. 2. 2 提高城市服务质量

建筑物联网技术提供个性化服务功能,可以为城

市居民提供更加便捷和个性化的服务,例如智能家居

应用等,提高城市服务质量。

4. 2. 3 促进城市经济发展

建筑物联网技术将建筑本体实现数字化,建筑物之

间也可实现数据的互动共享。 城市管理者可对单体及群

体建筑的数据进行有效智能分析,从而提高城市管理和

运营效率,降低城市成本,促进城市经济发展。

4. 2. 4 加强城市安全防范

建筑物联网通过图像分析、人脸识别及 RFID 技

术,对进出建筑的人和物进行记录并分析,可以与“平

安城市”安防系统有机融合,加强城市安全防范。 例

如人员安全检查、火灾报警系统和入侵检测系统等,

提高城市安全保障水平。

4. 2. 5 推动城市可持续发展

建筑物联网将建筑物内的设施设备进行数字化

管理。 传感器、自动控制、智能分析及大数据的应用,

提升了数字城市建设进程,同时帮助城市实现能源节

约和环境保护,推动城市可持续发展。

随着新一代信息技术及物联网技术应用,建筑物

联网产生的数字化城市安全管理水平不断提升。 城

市基础数据的监测、分析及应用,提升了城市建筑物

联网数据价值,使得数字城市经济效益得到保障。 建

筑物联网的建设,有利于形成快捷、便利、高效的数字

化城市,为管理者提供基础决策依据,为人民群众提

供高质量城市生活水平,为实现新时代现代化数字城

市及智慧城市赋能。

5 结论

本文论述了建筑物联网技术在数字城市建设中

的重要性。 建筑物联网可以通过实现智慧化运营和

管理,提高城市生态环境和社会经济效益。 具体来

说,建筑物联网可以实现监测和控制、安全保障、精细

化管理、个性化服务以及数据共享和交互等主要功

能。 大力发展城市建筑物联网,是城市数字化发展的

必然趋势,也是智慧城市建设的坚实基础。 同时,它

能提升数字化城市的经营与治理,助力数字城市建

设,建立数字管理与应用一体化的智慧城市,从而带

来资源利用效率提升、服务质量提高、经济发展促进、

安全防范加强和可持续发展推动等多方面的实际效

益。 因此,在数字城市建设过程中,建筑物联网技术

的应用将会越来越广泛,对于实现城市可持续发展目

标具有重要意义。

参 考 文 献

[1] 习近平. 高举中国特色社会主义伟大旗帜为全面建设社会

主义现代化国家而团结奋斗[C]. 中国合作经济. 2022.

[2] 发力“新城建”,助力城市数智生活[ J]. 中国建设信息

化,2023(01):22 - 25.

[3] 孟楠. 推进智能建造走向纵深[J]. 建筑,2021.

2023 年第 10 期

总第 304 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 10·2023

Vol·304

BIM 技术在大型体育场馆建造的综合应用

———以晋江市第二体育中心为例

陈丽萍1 余嘉琪1 徐媛彬1 贾光跃2

(1. 中建海峡(厦门)建设发展有限公司 福建厦门 361000; 2. 中建海峡建设发展有限公司 福建福州 350001)

摘 要:针对大型体育场馆在结构、管线、幕墙方面存在的问题,在节省工期和提高效益的基础上,通过 BIM 的可视化、

模拟性、优化性和可出图性的特点,在空间角度及逻辑思维下进行思考,提前解决空间上各专业的设计冲突、设计不合

理处、空间结构施工定位、错综复杂的管线布置、曲面幕墙参数化设计等问题,攻克高空吸音锤片施工、大跨度钢网架

支撑胎架卸载技术和 MIIA 装配式技术。 BIM 技术的应用,能有效提高前期施工的容错率,提高项目的管理能力和沟

通效率,降低施工成本、节省工期,在最大范围内实现资源合理运用。

关键词: BIM 技术;大型场馆;双曲混凝土屋面;曲面幕墙参数化设计

中图分类号:TU17 文献标识码:A 文章编号:1004 - 6135(2023)10 - 0129 - 05

The comprehensive application of BIM technology in large - scale stadiums

———Taking Jinjiang No. 2 Sports Center as an example

CHENLiping

1

YU Jiaqi

1 XU Yuanbin

1

JIA Guangyue

2

(1. CSCEC Strait (Xiamen) Construction and Development Co. ,Ltd,Xiamen 361000;

2. CSCEC Strait Construction and Development Co. ,Ltd,Fuzhou 350001)

Abstract:In view of the problems existing in the structure,pipeline and curtain wall of large stadiums,on the basis of saving construction

period and improving efficiency,through the characteristics of BIM visualization,simulation,optimization and graphability,we think under

the spatial perspective and logical thinking,and solve the problems of design conflicts,unreasonable design,spatial structure construction

positioning,intricate pipeline layout,and parametric design of curved curtain wall in space in advance,as well as overcome the construction

of high - altitude sound - absorbing hammer blades. The long - span steel grid supports the tire frame unloading technology and MIIA assembly technology. The application of BIM technology effectively improves the fault tolerance rate of early construction,improves project

management ability and communication efficiency,reduces construction costs and saves construction period,and realizes rational use of resources within the greatest range.

Keywords:BIM technology; Large venues; Hyperbolic concrete roofing; Parametric design of curved curtain wall

作者简介:陈丽萍(1994 - ),女,助理工程师。

E-mail:1025462045@ qq. com

收稿日期:2023 - 04 - 10

0 引言

BIM 即 building information modeling(建筑信息模

型)在 CAD 等技术基础上发展而来,是建筑行业由基

于二维图纸和文字转变为基于数字化模型的生产方式

革新[1]

。 随着建筑行业的发展以及社会上对美学要求

的提高,建筑外立面的造型越来越不规则,需要运用新

工艺新技术去解决这些难题。 由于新工艺新技术还不

够成熟,将给现场带来大量返工现象,形成效果差。 因

此,在建造大型体育场馆中,需要引进先进的 BIM 技

术,对整个场馆的建模、各专业碰撞检查、机电深化、幕

墙深化、复杂节点深化等各个工作进行 BIM 技术先行,

发挥出 BIM 技术所具有的直观性、可分析性、可共享性

及可管理性等特点。 使用 BIM 技术,能够在提高场馆

施工质量的同时,做出设计师所要求的建筑效果。

1 工程概况

本项目(图 1)位于福建省泉州市晋江市,总建筑

面积约为 21 万 m

2

,包括 1. 5 万座位体育馆、2000 座

游泳馆及室外水上运动中心(造浪池及漂流池)、两

个球类训练馆、运动员生活区及配套商业、停车库等。

本项目是晋江打造“体育城市” 的一项重要举措,更

是举办 2020 年世界中学生运动会的一个重要项目。

项目的建设,将有力支撑晋江体育产业的发展和体育

城市的建设,带动周边城市的发展。

图 1 晋江市第二体育中心

·130· 福 建 建 筑 2023 年

2 项目的建设难点

(1) 施工图纸数量多,高达 879 张,版本变动较

大,变更 23 次,不利于图纸管理及查阅。

(2) 管道系统多,管路密集,走廊空间小,净高要

求大。

(3)体育馆地下室底板标高多达 30 多种,高支模

识别难度大,施工易出错。

(4)场馆管沟施工工序多,游泳馆高达 82 道,工

艺复杂。

(5)训练馆屋面为双曲面混凝土,边缘还有清水

混凝土挑檐造型,曲度变化多样,无规律。

(6)机电管道非标准配件多,深化工程量大。

3 解决办法

3. 1 BIM 协同平台的应用

BIM 协同平台的应用,主要分为三个部分:第一部

分为在项目文档管理方面。 由于图纸数量多,设计变

更频繁,导致图纸管理难度大,现场施工人员易出错。

但通过二维码扫描后,可登入项目文档管理直接查看

最新资料,并进行新旧版本图纸对比,利于节约管理人

员审查时间;第二部分为轻量化模型应用。 使用时无

需下载相对应的软件,即可查看模型以及构件信息、工

程量清单,实现施工人员和管理人员对构件的三维影

像;第三部分为 PW 客户端与手机客户端的应用。 PW

客户端作为离线平台,方便现场管理人员随时整理文

档。 手机客户端方便项目参与者可随时随地查看文档

资料以及模型,现场管理人员在平台实时提交现场状

况,由负责人处理审查反馈,保证了沟通的时效性。

3. 2 管道排布应用

游泳馆地下室管线复杂,包含的系统多,有各种空

调冷热水管系统、消防及水泡系统、给排水系统,空调风

管系统、排烟排风系统等,管综排布难度大。 针对某一处

节点(图2),经过多个方案对比讨论后,最终将地下室的

净高从1. 7 m 提升到 2. 5 m。 本项目配合机电公司,对

257 处复杂节点进行优化排布,并进行技术交底出图。

图 2 复杂管综调整

3. 3 高大模板应用

大型场馆的高大空间位置相对较多,项目需要编

制高大模板方案。 据技术部人员以往经验来看,要识

别出这种大型体育馆的高大模板,需要整整半个月时

间。 而运用 BIM 软件建模,在软件中通过设置过滤器

的形式,将三个场馆内的超重梁、超重板、超高板一一

识别出来,仅花费一天时间,并且如果后期设计变更,

通过直接修改模型,就能快速再出一版图纸。 因此,

这项应用获得了项目上的高度认可。

3. 4 施工模拟动画

游泳馆及体育馆的管沟施工工序较为繁琐。 我

们通过 revit 软件建立 BIM 模型,消除碰撞后,针对具

体施工方案,采用了 3DS MAX 等软件进行施工动画

制作[2]

,进行了深入详细的动画模拟,使原本复杂的

施工工艺流程得以直观、简化地展现。

3. 5 训练馆屋面深化设计

3. 5. 1 多曲混凝土屋面三角模板

训练馆屋面为多曲面混凝土。 基于每跨板高度及

倾斜度不一样,经过多次讨论后,将曲面模板进一步优

化,通过 Rhino 模型提取出每一跨板四个点的高度,将

每一跨的板优化为两个三角板。 也将模板改为现场易

施工的三角模板,这样成型后的混凝土结构,更贴合原

设计中曲面的造型,此次优化屋面模板共 35 173 m

2

。

3. 5. 2 混凝土梁优化

训练馆屋面有多处凹陷和起拱造型。 通过梁板

模型的结合,发现在屋面凹陷和起拱的位置,梁均为

直梁(图 3),不能很好的对屋面板进行承重,为提高

净空及加强梁和板的受力,经过现场、设计、BIM 等小

组开会讨论后,决定将直梁优化为折梁。

图 3 直梁优化

2023 年 10 期 总第 304 期 陈丽萍,余嘉琪,徐媛彬,等·BIM 技术在大型体育场馆建造的综合应用 ·131·

3. 5. 3 混凝土弧梁优化

训练馆屋面有许多多曲的混凝土挑檐造型,有一

处梁与挑檐碰撞的位置。 经过设计验算,提出两种施

工方案以供选择,方案一,是将弧形梁往挑檐部分相反

方向移动 10 cm,在不影响美观的同时,保证受力;方案

二,是将弧型梁改为两段直梁。 但是经现场确认无法

搭设模板,最终决定采用方案一进行施工。

3. 5. 4 多曲混凝土挑檐数据提取

训练馆的屋面挑檐为多曲面清水混凝土形式,要

求一次性成型,施工难度极大。 但现场对多曲面的模

板把控比较差。 而利用 BIM 技术,把挑檐分成长度相

等的段数,找出每个剖切面的 5 个关键点,计算出每个

关键点的离地高度(图 4),将关键点进行水平投影,即

将空间三位转化为平面二维。 现场测控作业时,在地面

上放构件水平投影线[3 -4]

,最终挑檐优化共计397 m。

图 4 挑檐数据参数化

3. 6 机电深化设计

场馆内管线众多且构造走向复杂,在很多地方的管

线与管线之间的连接为非标准管件连接;特别是在弧形

处,由于要考虑到美观度以及走向,这个位置的排布至关

重要。 项目团队提出了三个方案(图 5),最终通过跟现

场专业的机电人员沟通,将原先管与管之前夹角的 9°改

为标准构件11. 25°,并经过 9°和 5. 625°共用支吊架的受

力分析,最终确定5. 625°共用支吊架排布,确保了改动的

安全性(图6),也保证了管件采购的方便以及成本支出。

图 5 方案对比

图 6 共架角度对比

4 创新应用

4. 1 研发高空水平移动吊篮

系统总结多年来大型场馆的施工经验,针对高空

大跨度空间吸音垂片施工开展专项技术攻关,研发出

一种可应用于大型场馆高空吸音垂片吊顶安装施工

的水平移动吊篮,取代了传统满堂支撑架搭设的操作

平台,减少了大量措施材料、机械以及劳动力的投入,

解决了高空吸音垂片施工空间占用大、施工工期长的

难题。 经科技查新检索,该技术为国内首创。

4. 2 研发钢结构复杂技术

总结探讨大型钢构件安拆施工中存在的高空组

装、焊接工作量大等问题,通过对大跨度钢结构屋盖

提升过程中存在的质量、安全风险的研究,研发出基

于数字化控制系统的钢结构超大型液压同步整体提

升技术,有效克服了场地限制及大型机械覆盖盲区等

因素制约,实现了狭小场地大吨位钢构件整体一次提

升;深入开展虚拟仿真计算、仿真数据分析和实测数

据分析的研究,研发出大跨度钢网架支撑胎架卸载技

术,实现了主动精确控制卸载量,有效避免了支撑胎

架因支座及结构力学状态变化的不确定性,以及惯性

卸载所造成的结构破坏和安全隐患。

4. 3 复杂幕墙深化

本项目幕墙附着于主体钢结构上,而主体钢结构

在卸载后所产生的扰度变型完全无法预计。 如果没

办法准确得到现场钢结构的模型,后续的骨架安装及

下料工作就无从展开。 但用传统的测量定位方法,无

法在短时间完成如此大面积的测量任务。 为此,采用

多站点交互式 3D 扫描技术,仅用一周的时间,就完成

两个场馆所有钢结构的扫描(图 7)。 扫描完成后,将

多个站点扫描到的点云数据进行拼接,得到的模型,

就可以 1 ∶ 1 反映现场实际的钢结构情况,精度达到

± 2 mm,足够幕墙深化使用。

将点云转换成 RHINO 软件能识别的曲面模型,

这个转换环节,就是逆向建模过程。 按照一定的逻辑

顺序和空间几何关系,通过 grasshopper,进行参数化

编程(图 8),建立幕墙模型。 调整相关程序参数,对

幕墙骨架进行调整,解决了碰撞问题。

·132· 福 建 建 筑 2023 年

图 7 点云模型

图 8 参数化模型

体育馆钢骨架总长度分别为 8000 m 及 6000 m,

原设计钢横梁均需要进行拉弯。 钢骨架截面尺寸大,

大截面管径需要采用热弯加工、拉弯难度大、成本高、

拉弯周期长。 为降低工程成本,缩短生产工期,依据

玻璃分格,将钢横梁骨架在两榀钢结构柱之采用以折

带弧处理,并使用参数化程序直接导出骨架料单,省

去了现场测量的时间。

由于造型的原因,立面钢网壳如果采用散装,很

难控制其安装精度,效率也很低。 通过与设计院沟

通,采用以装配式进行外立面钢网壳的安装;通过

BIM 模型对钢网壳进行对应拆分,并处理好剖口。 最

后,由工厂加工好直接运至现场,进行外立面钢网壳

现场吊装。

原设计玻璃幕墙为无规则异形空间双曲面,使用

Rhino 进行曲率分析后,发现整体曲率较大,且均为双

曲板,面板尺寸没有一块相同。 如果按双曲弧形玻璃

施工,玻璃加工成本非常高,加工周期长,无法保证工

程的进度。 通过大量参数调整,使得玻璃平板化。 平

板化处理后,由于玻璃相邻两个边倾角不同,造成玻

璃四个角无法共面,相对与原设计的弧形玻璃,平板

化后存在玻璃“翘角”情况。 通过参数化 BIM 技术深

化设计后,可以实现玻璃翘角平均值为 7 mm,最大值

30 mm,最终报设计审核,获得确认。

最后,通过程序,直接出具玻璃加工图(图 9)。

因为模型与现场是一一对应的,所以这里导出的玻

璃,无需处理直接,即进行上机加工。 这种双曲异形

板,按以往施工方案,需做完骨架在一片片测量,最后

安装效果可能还不一定能达到设计效果。 但通过参

数化程序,能在保证观感效果的同时,又快又好地下

好材料。 通过参数化,不仅提高了下料的时效性,也

提高了下料的精度。

图 9 玻璃加工图

部分幕墙及屋面采用的是铝复合板(图 10),面

积 4. 18 万 m

2

。 因其面积大,且板缝需保持顺滑,板

面需平整,不然极易造成观感事故;且铝复合板同样

为双曲面,加工周期长,费用高。 通过参数化优化,使

铝复合板均为平板,减少加工成本及时间。 按照传统

的下料方式,由项目部提供测量尺寸、给厂家画加工

图,然后项目部进行确认,厂家进一步深化成切割排

版图,再上 CNC 机器生产。 而运用参数化下料,可以

直接提供切割加工排版图,节省了大量的时间和

人力。

图 10 铝复合板

通过程序的批量处理功能,将铝复合板的板折

边、铣槽线、角码孔排布进去,形成数控雕刻机的加工

图;同时,使用相关算法,避免角码打架。 因为铝复合

板需在一块标准宽幅板上进行切割,如何在一块标准

版上排入尽可能多的版是铝复合板,减少边角废料,

是成本控制的重点。 业主给我方的损耗率 32% ,但

通过程序的循环功能,实现板之间的最优贴合,最终

得到 21. 36% 的损耗率。

本工程利用 BIM 技术,在复杂幕墙的应用中,实

现了幕墙骨架现场安装与面板工厂制作的同步进行,

无需像传统方式需等待骨架做完再测量、再出图、再

去加工面板,提高了效率、节省了工期。

2023 年 10 期 总第 304 期 陈丽萍,余嘉琪,徐媛彬,等·BIM 技术在大型体育场馆建造的综合应用 ·133·

4. 4 MIIA 制冷机房深化

制冷机房位(图 11)于体育馆南侧,共有 39 台制

冷设备,120 t 管道。 常规施工需要 5 个月。 受工期

影响,我们决定采用 MIIA 装配式技术进行设计施工。

图 11 制冷机房

MIIA 的 M 是模块化设计。 在方案深化完成后。

通过搜集各厂商图纸、实测各配件参数,完成了一套

族库的搭建,并在模型深化完成后,将水泵组合成 9

套泵组模块,然后将泵组的框架进行拆解、编号,导出

图纸与下料清单,交付预制厂进行采购加工,从而实

现了机房的快速建造。 同理,对吊装单元模块也进行

了拆解、组合管段吊装单元,导出 CAD 图纸与下料清

单,交付预制厂进行采购加工。

MIIA 的第一个 I 是工业化生产。 在机电工程装

配式预制厂里,通过 BIM 模型导出加工图纸,将细部

构件依据明细表尺寸 1∶ 1 下料,通过数控相贯线切割

机,悬臂自动焊接、卡盘式自动焊接机器人等设备进

行精加工,最后将各细部构件依据图纸于厂内完成整

体框架拼装。

MIIA 的第二个 I 是智能化建造。 首先在完成模

块设计之后,确定各支架与同步提升起吊点位置,再

通过 Solidworks 受力分析,调整最佳的预埋件样式与

布置方案;再将调整好的预埋件三维模型导入到遥控

平板中,完成坐标校准后,通过点选构件模型,自动定

位预埋件空间位置。 在设计支吊架的时候,使用分析

软件,同步设计可承受 10 t 拉力的吊装预埋件。 将预

埋件的三维坐标导入自动放样机器人中,进行智能化

精准放样。 因为只有精准放样,在后期吊装时才不会

出现偏差。 然后,通过三位激光扫描仪,扫描现场结

构完成状态,制成点云模型,并将该模型导入至 Revit

软件中,校核 BIM 模型与实际的偏差,微调数据,确保

方案可行性。

MIIA 的最后一个 A 就是组建装配,使用我司自

主研发的远程电动同步提升装置,将吊装模块整体一

次提升到位(图 12),用时仅需 20 min。 传统工期 5

个月,使用 BIM 技术实现提前 30 d 调试。

图 12 装配式机房

4. 5 无人机应用

在设计阶段,通过无人机和激光扫描或倾斜摄影

等方式,获取周边环境的图像数据,然后将数据导入

到软件中,处理后软件可以输出稠密点云,或生成三

维模型。 此时再基于高精度的实景点云模型进行

BIM 设计,便能有效减少设计预期与实际施工不符所

产生的改动成本。 在施工阶段,通过航拍把控现场外

观施工进度,并记录在管理平台中。 管理人员通过对

比平台的 BIM 进度,便可知道现场施工是否滞后;在

运维阶段,通过无人机对建筑物进行测绘,定期获取

建筑物的点云数据并进行存档。 技术人员可以通过

这些点云数据,逆向构建建筑物的 BIM 模型。 用于

对建筑物现状的监察、分析与维护修缮,也可对有一

定历史的建筑物进行结构分析或研究。

5 结语

BIM 相关技术的应用,在晋江市第二体育中心的

建造中产生了良好的效益,以 24 个月完成常规需 30

个月才能完成的项目。 因采用大量先进科学技术手

段,在 BIM 常规应用和创新应用上均有涉猎,先后攻

克“双曲面空间结构施工定位” “错综复杂的管线布

置”“无脚手架高空吸声垂片施工” “大跨度钢网架支

撑胎架卸载技术” “曲面幕墙参数化设计” “MIIA 制

冷机房装配式”等施工技术难题,创造性地形成一大

批创新成果,通过在本项目的成功实践,提高了施工

效率,实现了施工精细化管理。 因此必须提高在 BIM

技术上的应用投入,使其能够稳定向上发展。

参 考 文 献

[1] 陈远,陈治. 建筑信息模型标准开发方法和内容框架分

析———以美国国家建筑信息模型标准第三版为例[ J].

建筑经济,2016,37(8):117 - 120.

[2] 孙婷. 基于 BIM 的建筑施工方案可视化模拟优化与实践

[J]. 建筑施工,2017:5 - 6.

[3] 李文德,黄韬睿,徐辉. 三维激光扫描技术在大型复杂钢结

构高空对接中的应用[J]. 施工技术,2021,50(08):38 -42.

[4] 胡义,陈洁,柳俊俊,等. BIM 技术在大型体育场馆建设

中的综合应用———以兰州奥体中心建设为例[ J]. 土木

建筑工程信息技术,2022(14):91 - 97.

2023 年第 10 期

总第 304 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 10·2023

Vol·304

基于 IFC 和数据校验的企业级建筑信息模型

技术应用实践与研究

张宏闽

(中铁二十四局集团福建铁路建设有限公司 福建福州 350000)

摘 要:为了进一步推广建筑信息模型技术,加强企业层级对 BIM 模型的利用和数据交互,在项目部完成 BIM 成果应

用后,企业进行集中收集和管理。 在分析了项目层级 BIM 应用存在的问题和企业层级对 BIM 成果管理的必要性的基

础上,引入了 IFC 标准和建立了 BIM 企业管理体系和流程。 另外,对 BIM 成果移交标准进行了研究,研发了 IFC 自动

校验工具对 BIM 成果进行合规性检查。 最后,介绍了信息数据集成和借阅利用的相关情况。 通过企业层级对 BIM 应

用进行统筹管理,不仅可以引导项目部 BIM 应用的规范程度,还可以为企业后期数据利用提供了条件。

关键词: 行业基础类;企业层级;自动校验;建筑信息模型;数据利用

中图分类号:TU17 文献标识码:A 文章编号:1004 - 6135(2023)10 - 0134 - 06

Application Practice and Research of Enterprise Building Information Model

Based on IFC and data check Supermany Small radius Horizontal Curves

ZHANG Hongmin

(China Railway 24th Bureau Group Fujian Railway Construction Co. ,Ltd,Fuzhou 350000)

Abstract:In order to further promote building information modeling technology and strengthen the utilization and data exchange of BIM

models at the enterprise level,after the project department completes the application of BIM results,the enterprise conducts centralized collection and management. On the basis of analyzing the problems in the application of project level BIM and the necessity of enterprise level

management of BIM results,the IFC standard was introduced and a BIM enterprise management system and process were established. In addition,research has been conducted on the transfer standards of BIM results,and an IFC automatic verification tool has been developed to

conduct compliance checks on BIM results. Finally,the relevant situation of information data integration and borrowing utilization was introduced. By coordinating and managing BIM applications at the enterprise level,it not only guides the standardization level of BIM applications in the project department,but also provides conditions for the later data utilization of the enterprise.

Keywords:IFC; Enterprise level; Automatic check; BIM; Data utilization

作者简介:张宏闽(1987. 11 - ),男,工程师。

E-mail:361189752@ qq. com

收稿日期:2023 - 03 - 11

0 引言

随着建筑业的不断发展, 建筑信息模型技术

(Building Information Modeling,BIM)已经成为工程建

设施工企业进行成本管控、质量管理和合理缩短建设

周期的重要技术手段[1]

。 2020 年 7 月,国家住房和

城乡建设部等 13 部委发布了《关于推动智能建造与

建筑工业化协同发展的指导意见》,明确了 2035 年我

国迈入智能建造世界强国行列的目标[2]

,而 BIM 技

术作为智能建造应用的基础技术[3]

,其技术的发展和

模式的创新在一定程度上影响着智能建造的发展,因

此对 BIM 技术在建设领域的深入应用和研究具有重

要意义。 目前,对 BIM 技术的应用目前大多围绕工程

建设项目进行 BIM 设计[4 - 6]

、辅助施工[7 - 8]

,以及

BIM 设计成果审查[9 - 10] 等,对企业级的 BIM 技术应

用的研究相对较少,而随着施工企业的转型升级发

展,如何利用好这些数字资产,对工程项目进行全过

程管控、进度把控、维保期内的问题溯源和提高施工

质量具有重要意义。

本文对企业级建筑信息模型技术进行研究和探

索,对项目层级的建筑信息模型进行规范引导和信息

技术辅助,在规范工程项目 BIM 技术应用的同时,提

高企业管理水平和竣工后数据互联应用的程度,为企

业 BIM 技术的管理和应用提供一定的借鉴。

2023 年 10 期 总第 304 期 张宏闽·基于 IFC 和数据校验的企业级建筑信息模型技术应用实践与研究 ·135·

1 企业级 BIM 管理模式与特点

1. 1 存在的问题

(1)数字资产分散,保管意识不强

由于工程建设项目地理位置分散的原因,目前大

多数工程项目的 BIM 应用基本以项目为中心开展。

通过 BIM 技术加强对项目施工过程的质量管理、安全

管理、进度管理和成本管控等,这些应用成果基本保

存单位是集中在项目部,并且随着项目部竣工结束,

这些成果以及对应的应用文件,包括 BIM 模型、数据

量统计清单、净高分析结论报告、BIM 模型工作联系

单以及和模型关联的工程内业资料文档等都没有被

很好的保存下来。 而这些应用成果对于施工工艺的

技术总结、经验分享以及对一些质量和安全问题的溯

源具有重要意义。 项目部结束后,项目部工作人员也

存在变动的情况,等后期需要对这些文件进行查阅和

利用时,存在着较多的不确定性因素。 因此,为了方

便企业对这些 BIM 模型进行管理和后期维护,需要在

项目结束之前对这些资料进行收集和维护。

(2)建模标准水平不同,软件厂家众多

项目进行 BIM 应用的模式具有多种形式,主要有

项目部自有团队应用,企业 BIM 部门应用以及 BIM

咨询服务单位应用,不同项目存在的情况也不一致。

因此,目前对项目部的 BIM 应用深度、建模水平、应用

广度和成果效果方面,不同项目也参差不齐。

目前主流的 BIM 软件厂家众多,比较常见的有

Revit, AutoCAD, Vectorworks Architect, Tekla, BIMMAKE,Rhino 等,由于不同的软件厂家所采用的格式

也不一致,如表 1 所示。 如何能够兼容不同厂家的格

式是企业级对项目部 BIM 模型综合应用和利用的基

础。 为避免在进行企业统一管理和利用前不同项目建

模水平不一的现象,企业需建立一套基础应用管理规

范,在 BIM 技术应用的前期阶段进行规定和引导。

表 1 部分 BIM 厂家应用软件格式

序号 软件名称 软件格式

1 Revit . RVT

2 AutoCAD . DWG

3 Vectorworks Architect . VWX

4 Navisworks . NWD

5 Tekla . DB1

6 Rhino . 3DM

7 SketchUp . SKP

8 BIMMAKE . GBP

1. 2 技术支撑条件

由于项目部保管意识不强和使用软件厂家众多

的现象,在进行企业级 BIM 管理时,需重点解决不同

软件成果之间数据集成和数字资产在线化管理的问

题。 国际协作联盟(International Alliance for Interperability,IAI,现名 building SMART) 为了解决不同国家

都有制定不同的 BIM 标准和软件厂家格式不同的问

题,制定了 BIM 的国际统一开放标准,即 IFC(Industry

Foundation Classes), IFC 是 工 业 基 类 标 准 Industry

Foundation Classes 的缩写, 是在 1997 年由国际协同

工作联盟 IAI 制定的一项关于国际建筑业的工程数

据交换标准, 目前已经被认可为 ISO 国际标准。 IFC

标准通过制定统一开放标准,解决各国之间 BIM 标准

的多样化致使不同标准的数据在一个平台上数据交

互和共享困难的问题。 IFC 标准涵盖了结构、电气、

消防、建筑等建设行业重要的领域。 其核心架构主要

包含四个层次,共分为专业领域层、共享层、核心层和

资源层,如图 1 所示。 在 IFC 标准中,各实体要素及

其之间的关系采用面向对象的方式进行表述,如图 2

所示。 这也为构件和属性之间建立有效的链接提供

了条件,并且通过 IFC 的拓展属性,可根据企业管理

的需求,增加自定义的构件和项目级属性,为工程内

业资料与 BIM 构件之间建立有效的链接提供了途径。

图 1 IFC 核心架构

图 2 IFC 面向对象表述方式

·136· 福 建 建 筑 2023 年

1. 3 BIM 企业管理体系和流程

为了推动企业级 BIM 管理应用的落地和实施,需

要根据企业发展的阶段制定企业的管理体系和流程,

如图 3 所示。 企业根据自身的 BIM 建设情况,建立

BIM 接收标准,BIM 接收标准以 IFC 标准作为主要的

核验和规范对象。 项目部在进行成果移交时,需要导

出符合 IFC 标准格式的成果文件,并且根据 IFC 标准

将 IFC 模型文件与链接文件之间的关系作为模型属

性文件一起导出,方便企业后期的 BIM 管理和应用。

针对 IFC 格式具有开放性的特点,可通过信息化

手段对 IFC 文件进行计算机自动检测模型的规范性

问题,检索 BIM 模型是否符合企业 BIM 管理标准,可

以很大程度上降低人工审核的工作量。 将存在的问

题形成问题报告单,校验通过后的 BIM 模型将为后期

数据利用提供规范性文件。

图 3 BIM 企业管理体系和流程示意图

2 BIM 接收标准

为了对 BIM 成果的规范性进行约束,在项目开展

BIM 应用之前,以标准的形式确定后期 BIM 归档的技

术要求。 通过 BIM 接收标准可以在项目开展之初形

成统一的技术要点和应用导则,方便项目根据 BIM 标

准进行技术选型,并且也为后期 BIM 模型归档提供了

便利。

2. 1 建立技术应用要点

建立项目部 BIM 技术的应用要点,主要是对 BIM

的各项应用点进行深度和要求的规定,根据应用点的

价值和后期企业管理要求的不同对应用点进行必选

项和可选项的分类,项目可以根据应用的情况和工程

特点进行选择应用点,在项目应用之初对成果文件进

行规范引导。 本文节选部分应用点的要求进行说明,

如表 2 所示。

2. 2 明确 BIM 模型提交范围

由于不同项目应用的程度和阶段不同,建立

BIM 模型归档范围清单,如表 3 所示。 明确不同专

业的归档子项。 企业可以根据后期的管理需求,对

BIM 的归档范围进行新增和删除。 目前大多数施工

企业为结构实体的施工单位,BIM 应用价值一部分

仍体现在 BIM 管综综合优化上,为了最大化保存

BIM 应用的价值,将 BIM 管综应用作为企业归档收

集的必选项。

表 2 BIM 接收标准技术应用要点(节选)

序号 应用点 技术应用要点 可选项

1 施工深化设计

应依据设计模型,完善或重新创建该模型,使之符合施工阶段的特点及现场情况,完整

表示工程实体及施工作业对象和结果,并包含工程实体的基本信息。 根据深化模型,进行自

身范围内的设计冲突检测及协调:对深化模型的施工合理性、可行性进行甄别,并进行相应

的调整优化。

主要工作成果应包括:

①定期更新的施工深化模型;

②设计协调文件、整合问题管理文件等;

③施工相关文件,包括深化施工图及节点图等。

必选

2

施工模型冲突检测及

三维管线综合

整合相关专业施工模型,形成整合的 BIM 模型。 设定冲突检测及管线综合的基本原

则,使用 BIM 软件等手段,发现并调模型中的冲突和碰撞。 主要工作成果应包括:调整后的

各专业模型及冲突检测报告。

必选

3 施工虚拟仿真漫游

将整合的施工模型根据需要设定视点和漫游路径,生成漫游视频文件,应反映主要空间

布置以及设施设置,以呈现表达意图。 保存原始制作文件,以备后期的调整与修改。 主要工

作成果为动画视频文件。

必选

2023 年 10 期 总第 304 期 张宏闽·基于 IFC 和数据校验的企业级建筑信息模型技术应用实践与研究 ·137·

表 3 BIM 模型提交范围

序号 专业 子项名称 可选项

1 建筑专业 场地、墙、幕墙系统、建筑柱、门、窗、屋面、楼板、楼梯、垂直交通设备、建筑装修等 必选

2 结构专业 墙、梁、板、柱、钢结构节点及预埋件、预制构件的临时安置措施等 必选

3 暖通专业

空调设备、通风设备、风管、风管管件、风管附件、风口、热力管道、热力管道管件、热力管道附

件、水管管道、水管管道管件、水管管道附件、冷媒管、冷媒管管件、冷媒管附件、水泵、保温

层等

必选

4 给排水专业

压力管道、重力管道、管路附件、管路配件、末端、泵、水箱、水池、喷淋、消火栓、处理设备、设

备附件、沟、渠等

必选

5 电气专业

桥架(线槽)、变压器、柴油发电机、电缆沟(井)、配电箱(柜)、灯具、开关插座、母线槽、线

缆、线缆导管、防雷接地装置、火灾自动报警装置、弱电传输设备、弱电终端设备等

可选

6 装饰专业

卫生间(卫生洁具、水池、台、柜)、固定家具(主要为碰撞检查分析)、吊顶(龙骨、灯具、风口、

烟感、喷淋、广播、检修口)、电气开关插座定位、隔断、地面(示意性拼花、材料)、墙面(插座、

开关、通讯、空调控制器、消防操控按钮、安全出口指示、机电末端)、门窗精确定位、室内标

识等

可选

2. 3 规范 IFC 元数据

元数据作为描述 IFC 实体单元的重要属性数据,

在进行归档时需要重要核验。 企业管理部门主要对

几项基础数据作为必选项进行管理,并且分为项目级

元数据、文件级元数据和构件级元数据 3 个板块,如

表 4 所示。 项目在进行成果提交时,提交的元数据信

息可根据表的内容进行新增。

表 4 IFC 元数据相关明细要求

序号 类别 明细

1

项目级

元数据

项目名称、BIM 模型个数、建设单位、设计单

位、施工单位、BIM 咨询服务单位、总建筑面

积、建设投资额、工程类型、项目 X 坐标、项

目 Y 坐标、建设性质、归档单位

2

文件级

元数据

BIM 模型名称、建模软件名称、软件版本号、

建模时间、专业、模型深度、图纸类型、 IFC

版本

3

构件级

元数据

标高、属性、构件类型、专业、施工时间、电子

文档关联 URL、验收人员

2. 4 形成提交信息包

项目部在完成 BIM 模型应用后,将 BIM 模型和

应用成果文件进行集中封存,形成提交信息包。 提交

信息包主要如图 4 所示的层级方式进行存放。 由于

电子档案关联信息已经作为 IFC 的拓展属性封装在

IFC 文件中,在信息包中不再单独提取。

图 4 提交信息包管理层级

·138· 福 建 建 筑 2023 年

3 基于 BIM 接收标准的数据校验

对项目部提交的 BIM 成果进行合规性的检查,主

要检查 IFC 文件和归档信息包是否满足 BIM 模型接

收标准和后期企业数据集成和利用方面的要求。

3. 1 IFC 文件校验

为了减少对模型规范性审查的人工工作量,在

XBIM 应用开发程序的基础上开发 IFC 审查工具,如图 5

所示。 IFC 审查工具主要是检查 IFC 文件的语义信息。

当在审查过程中发现模型中有不符合接收要求的信息,

进行信息提醒,并且不满足的部分可以导出 BIM 模型整

改通知单中。 核查的重点主要基于表3 中所示的各个分

项内容,并核查项目级元数据、文件级元数据和构件级元

数据三个层级的元数据是否满足要求。

以材质检测为例,检测规则分为构件实体材质检

测规则和构件实体属性检测两种。 构件实体的材质在

表达方式上存在差异,按照构件实体赋予材质的方式,

衍生出多种不同的关联途径,材质的表达先通过关联

实体 IfcRelAssociatesMaterial 将构件实体与不同的材质

实体进行关联,按照 IFC 标准整理出通用的 4 种类型:

(1)材料成分组成集:用于构件通过不同组成部

分结合而成。

(2)材料:用于单个材料定义构件材质。

(3)属性轮廓集使用方法:用于定义材料的截面

轮廓。

(4)属性层集的使用方法:用于构件由多种材质

组合而成。 虽然获取材质实体的途径有多种方式,但

是最终都引用到一个或多个 IfcMaterial 实体。 关联

过程的示意图如图 6 所示。

图 5 IFC 自动检测工具

图 6 关联属性拓展

3. 2 电子档案与 BIM 模型关联校验

传统内业资料主要是以纸质的版本进行管理,导致

很多施工的数据不能够及时被计算机识别,从而丧失了

很多有意义的数据。 根据福建省住房和城乡建设厅发布

的《关于开展建设工程资料电子化试点的通知》文件精

神,在 BIM 模型的基础上通过对施工内业资料中部位的

智能提取并关联到 BIM 构件的实体中,作为集成和移交

的属性数据,如图 7 所示。 如表 4 中构件级元数据中重

点检测“电子文档关联 URL”字段信息。

图 7 电子档案与 BIM 模型关联

3. 3 提交信息包校验

项目部在向企业提交 BIM 模型和成果时,需要按

要求进行文件整理并通过提交整理软件进行封装成

企业信息化平台能够自动识别的提交信息包。 提交

信息包的校验主要是方便后期 BIM 应用平台的数据

提取和交互。 通过统一的规范范式检验,对数据利用

提供便利。

4 信息数据集成

施工企业在收集各个项目 BIM 模型后,为了增加

BIM 数据的应用,需要对提交的 BIM 成果进行解封和

展示。 由于 BIM 模型主要是以三维实体的方式展示,

因此在后期数据利用和集成时,应将 IFC 文件中存在

的二维和三维数据进行提取并存放到企业级 BIM 应

用收集平台中进行集中管理。

4. 1 模型轻量化应用

在对 BIM 模型进行应用和管理之前,需要对提交

的 IFC 文件进行三维实体信息的解码和二维属性信

息的提取,并通过 IFC 标准对每个建筑实体之间的独

立 ID 进行属性和构件的关联,将属性信息提取关联

到建筑结构实体 ID 中。 利用 XBIM 开发软件基础包

进行二次开发,对三维实体信息进行提取并根据

Web3D 中的三维数据要求转换成 JSON 文件数据包,

通过格式转换后的效果图如图 8 所示。

2023 年 10 期 总第 304 期 张宏闽·基于 IFC 和数据校验的企业级建筑信息模型技术应用实践与研究 ·139·

图 8 IFC 模型展示

4. 2 施工过程的信息录入

在施工过程中,BIM 模型一旦成型后项目部就可

以向所在公司申请提交模型,企业级 BIM 应用收集平

台应做好版本管理工作。 项目部在提交模型后,可在

企业级 BIM 应用收集平台中维护现场实际施工进度

情况,方便管理层了解到现场的实际进度。

4. 3 模型数据的利用和借阅

为了加强对后期 BIM 模型的利用,对于已经竣工

归档的项目,企业人员可以对归档的模型和成果进行

查阅,可通过企业级 BIM 应用收集平台的借阅功能进

行借阅,在借阅时应做好对应的网上借阅原由和借阅

时限的申报。 企业相关负责人通过后,可开放对应的

浏览权限。 不同的人员也应做好不同的权限配置

工作。

5 实际应用情况

目前,已在公司十多个 BIM 项目中成功运用,通

过 BIM 规范性校核工具可以极大地降低人工操作的

工作量。 通过 IFC 的数据集成,为后期档案和数字资

产利用提供便利。

6 结论

本文通过企业级建筑信息模型技术的应用和实

践,对 BIM 模型和对应成果数据通过 IFC 标准进行封

存和打包。 在企业层级对工程项目的 BIM 应用进行

规定和管理,在保证项目 BIM 应用深度的基础上,也

为后期 BIM 数据集成应用提供了基础条件。 通过本

文的实践和研究,得出以下几点结论:

(1)在进行建筑信息模型材料收集之前,需要与项

目部以及其他 BIM 技术咨询单位明确企业 BIM 接收

范围,应用内容的可选项和必选项的范围界限,方便项

目部在 BIM 推广过程中提前对应用点进行规范整理。

(2)项目部在提交 IFC 文件以及元数据时应能够

满足要求,企业接收部门对项目部提交的成果是否符

合要求应严格进行审查,在前段进行控制,避免后期

出现问题,弥补代价高。

(3)IFC 标准文件能够很好地满足不同软件之间

的兼容性问题,但仍存在着文件数据过大以及材质图

片无法一同导出的问题,需要进一步进行深入研究。

(4)对企业级 BIM 应用进行推广时,应加强对项

目层级以及企业层级的培训,提高数字资产的保护意

识,切实推广 IFC 数据的深度应用。

参 考 文 献

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