·90· 福 建 建 筑 2023 年

體搭設由內(nèi)圓形向外搭設,通過承插型盤扣式鋼管支

架搭設圓形、三角形、異形等架體組合而成。 承插型

盤扣式鋼管架存在未正交布設的架體,優(yōu)先設計圓形

梁、懸挑梁和斜梁下架體,然后設計樓板下不規(guī)則架

體,根據(jù)支架構件的尺寸和間距,計算確定模數(shù)的數(shù)量

和位置。 當架體不滿足模數(shù)時,通過增設扣件式腳手架,

滿足連接的牢固性和穩(wěn)定性要求。 盤扣鋼管支架系統(tǒng),

支撐在地下室頂板,后澆帶處支架不能拆除,板跨中應采

取回頂措施。 高支模搭設平面圖,如圖1 所示。

圖 1 高支模搭設平面圖

高支模架體搭設參數(shù)如表 1 所示。 盤扣式鋼管

支架立桿鋼管強度為 300 N/ mm

2

,水平桿鋼管強度為

205. 0 N/ mm

2

,鋼管強度折減系數(shù)取 1. 00。 模板支架

搭設高度為 21. 4 m,立桿的縱距 b = 1. 20 m,立桿的橫

距 l =1. 20 m,腳手架步距 h =1. 50 m,頂層水平桿步距

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

2

,

抗彎強度17. 0 N/ mm

2

,彈性模量6000. 0 N/ mm

2

。 內(nèi)龍

骨采用方鋼管 50 mm ×50 mm ×3 mm,間距300 mm,梁

頂托采用方鋼管 100 mm × 50 mm × 3 mm。 模板自重

0. 30 kN/ m

2

,混凝土鋼筋自重 25. 10 kN/ m

3

。 立桿鋼

管類型選擇:B - LG - 3000(Φ48 × 3. 2 × 3000);橫向

水平桿鋼管類型選擇:B - SG - 1200 ( Φ42 × 2. 5 ×

1140);縱向水平桿鋼管類型選擇: B - SG - 1200

(Φ42 × 2. 5 × 1140);橫向跨間水平桿鋼管類型選擇:

B - SG - 1200(Φ42 × 2. 5 × 1140)。 經(jīng)驗算模板面板、

支撐次龍骨、托梁、立桿等力學性能滿足要求,增加支

架與已澆筑的框架柱連接,各樓層每兩跨設置連墻

件,連墻件數(shù)量加密,每 3 m 一個,增加超高架體側向

穩(wěn)定。 架體由下至上,每隔 2 步設置整體水平剪刀

撐,增加抗傾覆力。

本工程架體支設最大高度達到21. 4 m,屬于超危

項目[6]

。 針對圓形采光井高支模體系,在施工作業(yè)

前,利用 BIM 技術優(yōu)化架體定位方案,模擬腳手架模

板搭設,結合進度計劃生成材料明細表,保證構件有

序分批進場,提高狹小場地內(nèi)堆場空間的利用率。

表 1 高支模架體搭設參數(shù) mm

序號

梁、板

截面

板/ 梁底

龍骨布置

橫距 縱距 步距 剪刀撐

1 150 板

方鋼管

50 × 50 × 3

間距 300

1200 1200

2 梁

4 根方鋼管

50 × 50 × 3

600 1200

1500

(支架頂

層兩步

距 1000)

水平剪刀撐

每 3 個步距一

道,豎向剪刀

撐滿布

注:模板支架坐落樓板上,立桿底部均鋪墊兩跨木墊板。

2 建立數(shù)字化圓形采光井高支模體系模型

根據(jù)圓形采光井高支模體系相關的圖紙、設計方

案、施工方案等資料,以及測量現(xiàn)場環(huán)境和基礎設施

的相關參數(shù),如空間尺寸、立柱高度等情況,使用 revit

軟件進行圓形采光井高支模體系模型的繪制。 按照

建筑設計和施工方案,細化數(shù)字化建模的結構框架,

包括支撐鋼管、高支模板、混凝土、脫模劑、模板安裝、

固定材料等模型構件。 對圓形采光井高支模體系中

的承插型盤扣鋼管支架進行三維建模,創(chuàng)建準確精度

的支架模型,以保證支架的強度和穩(wěn)定性。 各構件之

間要準確連接,并保持空間幾何關系的正確性。 為數(shù)

字化模型添加合適的材質和紋理,以準確反映支撐鋼

管、高支模板和混凝土等材料的特點和質感。 在建立

數(shù)字化圓形采光井高支模體系模型時,可以添加關于

盤扣鋼管支架的相關工程數(shù)據(jù)和屬性,例如材料、構

件數(shù)量、進度信息和預算等,以便與其他 BIM 模型或

施工管理系統(tǒng)進行集成,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無縫轉移,高支

模體系模型部分材料屬性,如圖 2 所示。 通過 BIM 模

型檢查和審核建立的模型,以確保其符合標準和規(guī)

范,如是否有重疊、是否符合建筑規(guī)劃法規(guī)等。

(a)盤扣式橫桿 (b)水平斜杠 (c)模板

圖 2 盤扣鋼管支架材料屬性

數(shù)字化圓形采光井高支模體系模型俯視圖、正視

圖,如圖 3 ~ 圖 4 所示。 圓形采光井高支模體系為雙

向對稱平面,1 / 4 的高支模體系模型,如圖5 所示。 圓

形高支模體系模型圖,如圖 6 所示。

2023 年 12 期 總第 306 期 張 亮·BIM 技術在圓形采光井高支模體系中的應用研究 ·91·

圖 3 數(shù)字化圓形采光井高支模體系模型俯視圖

圖 4 數(shù)字化圓形采光井高支模體系模型正視圖

圖 5 數(shù)字化圓形采光井高支模體系模型剖面圖

圖 6 圓形高支模體系模型圖

3 數(shù)字化模型在施工中的應用

3. 1 BIM 技術對材料的控制

BIM 技術對材料的控制流程:收集設計信息→創(chuàng)

建幾何模型→確定材料和屬性→構建數(shù)字化圓形采

光井高支模體系模型→生成施工圖和詳細信息→

EBIM 平臺管理→材料數(shù)量和清單管理→材料供應和

采購→施工階段的材料控制。

高大模板支撐體系施工中,材料質量管理存在以

下問題:所使用的鋼管、方木、扣件、膠合板等材料質量

差;在施工中所應用的鋼管、扣件、支架等材料,缺乏質

量合格證及檢測證明;采購后的各項材料沒有及時進

行抽樣檢查,無法及時的發(fā)現(xiàn)材料質量問題所在;針對

鋼管及扣件等材料,在多次使用后會出現(xiàn)嚴重的磨損

現(xiàn)象,如維護不及時,會導致鋼管出現(xiàn)彎曲、銹蝕、變形

甚至開裂等現(xiàn)象。 這些問題將降低高大模板支架的承

載性能,進而引發(fā)質量問題及安全隱患問題。

通過 EBIM 平臺的材料管理,解決材料質量管理

問題。 材料通過平臺生成材料匯總表,便于采購及現(xiàn)

場領料把控,有效降低施工造價成本。 施工現(xiàn)場通過

應用平臺管理所有的資料文件檔案,包括圖紙,安全

整改單,工程量結算等,確保所有文件都進行存檔保

管,便于查找,避免造成文件資料丟失。 質量問題應

形成閉環(huán),實時監(jiān)控質量問題處理進度,方便現(xiàn)場進

行問題臺賬收集及會議分析,利用 EBIM 平臺,項目

質量問題按時整改率增長 15% 。

3. 2 BIM 技術可視化交底

利用 BIM 技術,結合 3D 建模和虛擬現(xiàn)實技術,

將設計方案、施工方案、工藝流程等各方面的信息進

行整合,以數(shù)字化圓形采光井高支模體系模型為基

礎,設定角度和覆蓋范圍并進行可視化交底。 在可視

化交底中,可以對模型進行動態(tài)演示、剖面分析、空間

漫游等操作,以便于工程師、施工人員、監(jiān)理等各方面

進行溝通和協(xié)調,并幫助他們更好地理解和展示設計

方案和施工方案。

在 BIM 模型中進行碰撞檢測,確保圓形采光井與

其他構件(如梁、柱等) 之間沒有沖突或干涉。 利用

BIM 可視化,碰撞檢查提前優(yōu)化錯、漏、碰、缺,減少變

更,有效解決圓形采光井高支模模板之間碰撞的問題。

通過模型檢查和模擬,避免在建設現(xiàn)場出現(xiàn)在構件之間

的碰撞,減少設計方案和施工計劃方案之間的沖突和誤

差,有效降低建筑工程的風險和成本。 數(shù)字化圓形采光

井高支模體系模型細部節(jié)點,如圖7 所示。

圖 7 數(shù)字化圓形采光井高支模體系模型細部節(jié)點

·92· 福 建 建 筑 2023 年

3. 3 BIM 技術輔助測量定位

在數(shù)字化圓形采光井高支模體系 BIM 模型中,

使用幾何模型來確定承插型盤扣式鋼管支架的準確

位置,包括支架的平面位置和高度。 在 BIM 模型

中,可以進行空間協(xié)調,確保承插型盤扣式鋼管支架

與其他構件(如墻體、梁等) 之間的協(xié)調性。 通過模

型中的空間視圖,可以檢查支架的位置是否與其他

構件相符,評估承插型盤扣式鋼管支架與其他構件

之間的間隙和距離是否符合設計要求,并進行必要

的調整。 在 BIM 模型中,可以添加標記和標識來指

示承插型盤扣式鋼管支架的位置,在模型中添加文

字、注釋或者使用特定的圖形符號,來標記支架的位

置,以便現(xiàn)場人員能夠清楚地識別和定位支架。 利

用 BIM 軟件進行輔助施工現(xiàn)場測量定位,確定圓形

采光井高支模體系的立桿位置、架體尺寸和架體垂

直度等信息,并與設計要求進行比較,以確保定位的

準確性。

數(shù)字化圓形采光井高支模體系 BIM 模型,可以提

供準確的位置指引,幫助現(xiàn)場人員正確定位支架,并

確保與其他構件的協(xié)調性和施工質量。

3. 4 BIM 技術對搭設階段的管理

通過虛擬建模,可以清晰地測試施工方法,模型

中包括模板的位置、模板的轉角、鋼管的支撐方法和

混凝土澆筑過程中的各項細節(jié),施工者可以清晰地了

解必須采取的措施,把控圓形采光井高支模體系支撐

搭設的每個要點問題。 BIM 模型包含建筑的詳細結

構和尺寸,施工機械的安排和物流方案可以提前進行

施工規(guī)劃,以保證工程的質量和安全,同時減少施工

人員的工作量。 利用 BIM 技術的數(shù)字化協(xié)作平臺,各

方可以進行實時的通信和文件共享,方便各方之間的

合作和溝通,解決施工中出現(xiàn)的問題,提高圓形采光

井高支模搭設的施工效率和準確性。

地基基礎驗收合格,基礎排水狀況良好,且模板

支撐支承面(結構梁板面)混凝土強度應符合規(guī)范要

求,才能進行支架搭設,立桿的垂直度滿足要求。 通

過 BIM 技術指導搭設階段的施工:水平桿扣接頭、斜

桿扣接頭與連接盤的連接插銷宜用不小于 0. 5 kg 的

手錘,連續(xù)敲擊插銷 2 次以上,插銷楔緊后,扣接頭端

部弧面與外立桿表面貼合,且應保證再次敲擊時,插

銷下沉降量不大于 3 mm;可調頂托座和可調底托座

安裝完后,保證立桿外表面與臺階式可調螺母吻合,

立桿外徑與螺母臺階內(nèi)徑間隙小于 2 mm;梁板支撐

水平拉桿應有效拉結,當梁板支架立桿步距一致時,

梁支撐橫向水平桿應與板支撐水平桿通長設置,當梁

板支架立桿步距不一致時,在梁支架第一道水平桿上

部、最后一道為頂部水平桿上部及中間位置應用水平

桿與板支架拉結,應至少連接兩根立桿。

3. 5 BIM 技術對驗收階段的管理

通過 BIM 技術,將施工現(xiàn)場和設計模型的三維圖

形進行對比,這個過程可以幫助檢驗員和業(yè)主更清

晰、全面地了解工程的進展情況,同時也發(fā)現(xiàn)設計與

施工之間的差異,并進行操作和解決。

BIM 技術可以對施工過程和施工成果進行記錄

和分類,形成圖文檔案,實現(xiàn)對各項檢驗工作的記錄,

方便業(yè)主或監(jiān)理進行最終的驗收。 數(shù)據(jù)信息的準確

和完整性,有助于施工方和驗收者共同理解工程實際

狀態(tài)和驗收要求,保證驗收工作有效開展。

BIM 技術在圓形采光井高支模驗收階段的應用,

可以為業(yè)主、施工方和監(jiān)理方提供工程進度和質量信

息的準確性和可視化程度,幫助他們進行協(xié)同合作,

提高工程的質量和安全性,同時也能夠減少驗收中的

人為誤差,提高驗收的效率和準確性。

4 結論

圓形采光井高支模體系工程滿足對建筑大空間、

大跨度的構造需求,滿足建筑多樣化的需求,可以有

效地提升施工效率,同時高大模板支撐體系工程,屬

于超過一定規(guī)模的危險性較大的分部分項工程。

為管控好高大模板支撐體系工施工過程的整體

施工質量和安全,應采取有效的安全管理措施。 通過

數(shù)字化模型加強進場材料的質量管理;進行可視化交

底,搭設施工嚴格按照專項施工方案。 采用 BIM 技術

來優(yōu)化施工流程和效率,提高高支模體系施工的質量

和效益。 實踐證明了 BIM 技術在高支模體系施工中

的應用,有助于優(yōu)化施工流程和提高質量,同時也為

建筑行業(yè)的數(shù)字化轉型提供了新的思路和方法。

參 考 文 獻

[1] 黃奇榮,武俊,劉曦,等. BIM 技術在高大模板施工中的

應用[J]. 施工技術,2017,46(S2):621 - 624.

[2] 趙惠惠,徐兵武. BIM 技術在建筑高支模體系施工中的

應用[J]. 四川水泥,2023,318(02):160 - 162.

[3] 宋淳. 基于 BIM 技術的工程弧形高大模板支撐體系分析

[J]. 中國建設信息化,2023,176(01):76 - 78.

[4] 劉旭冉,戴超,王丹,等. 基于 BIM 技術的模板工程精細

化智能施工[J]. 四川建筑,2022,42(S1):163 - 165.

[5] 蔡家齊. BIM 技術在高大模板工程施工管理中的應用研

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

(04):82 - 85.

[6] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部. 建筑施工承插型盤

扣式鋼管腳手架安全技術標準:JGJ/ T 231—2021 [ S].

北京:中國建筑工業(yè)出版社,2021.

2023 年第 12 期

總第 306 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 12·2023

Vol·306

墻地面的二次排版探析

高振謙

(廈門輝煌裝修工程有限公司 福建廈門 361000)

摘 要:在精裝修施工過程中,有必要對墻面和地面進行二次的深化排版。 二次深化排版與傳統(tǒng)的一次排版相比,更

加注重細節(jié)和效果的呈現(xiàn),通過對墻面和地面尺寸的精細化控制,能使空間變的更加美觀、實用和舒適,同時也能提升

現(xiàn)場的生產(chǎn)效率,提高工程質量,縮短工期,從而降低施工成本。

關鍵詞: 墻地面;二次排版;基本方法;技術要點

中圖分類號:TU767 文獻標識碼:A 文章編號: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

作者簡介:高振謙(1971. 7— ),男,工程師。

E-mail:405925282@ qq. com

收稿日期:2023 - 06 - 03

0 引言

近年來,越來越多的項目采用 EPC 總承包的方式,

工期任務緊,設計時間短,有些圖紙還沒有全部設計完

成就開始施工,有可能造成設計圖紙的深度不夠[1]

,有

些可能只有效果圖,也沒有提供詳細的物料表及可參

考的材料實樣,有些圖中可能只標出材料名稱而未索

引具體的節(jié)點做法。 在實際施工中,施工單位有時為

了減少人員成本的開支,對圖紙深化的工作不夠重視,

又缺乏相關專業(yè)性的人才;另外由于受現(xiàn)場施工人員

的技術水平和經(jīng)驗的影響[2]

,對哪些需要深化設計的

內(nèi)容了解不夠,不能結合現(xiàn)場的實際施工要求,增加了

一些不必要的施工成本,同時也影響了工程的整體觀

感及施工質量,無法真正貫徹落實建筑師的設計理念,

難以達到預期的效果[2]

。 因此,進場施工后圖紙深化

的工作十分重要。

墻地面的二次深化排版,是以原有設計的施工圖

紙為基礎,涉及排版的飾面材料已封樣完成,結合施

工項目現(xiàn)場的樓地面定位軸線、地面完成面線、墻柱

面裝飾完成面線,對原有施工圖紙的細節(jié)進行更詳細

的補充。 在滿足原有設計的基礎上,進一步優(yōu)化和完

善圖紙,也是工程實施過程中不可忽視的重要環(huán)節(jié)。

本文主要從墻地面二次排版的基本原則、基本方法、

技術要點、注意事項,四個細節(jié)方面進行研究,對墻地

面的二次排版具有技術性的指導意義。

1 工程項目概述

凱傲(濟南)叉車有限公司 C2H 項目一期綜合樓

室內(nèi)裝修工程,位于濟南市萊蕪區(qū)珠海路以東、萊城

大道以西、龍馬河西路以北,山東重工綠色智造產(chǎn)業(yè)

城內(nèi),總建筑面積 14 430 m

2

,地上三層,施工工期

80 d。工程項目的難點及重點主要是在一層的大廳、

吊頂高度 15 m 的 CEC 智慧展廳、吊頂高度 9 m 的黨

建中心。 設計裝修的亮點,是結合凱傲集團 logo 的

灰、白、玫紅三種顏色,含軟裝家具的配置,色彩均是

采用白色、灰色為主,局部點綴玫紅,整體裝修風格一

致,簡潔、樸實、大方、觀感好。

·94· 福 建 建 筑 2023 年

2 墻地面二次排版的基本原則

借助三維建模軟件,可以更清晰地呈現(xiàn)出排版的

效果,使客戶能夠更好地理解和接受二次排版的方

案。 在這個過程中,根據(jù)客戶的需求和建筑的特點,

對墻地面進行虛擬的嘗試和調整,以達到最佳的排版

效果。 同時,結合應用虛擬現(xiàn)實技術,使客戶能夠身

臨其境地感受排版效果,提前感知并解決潛在的問

題,使墻地面的排版與整個建筑更加協(xié)調統(tǒng)一[3]

。

(1)合理確定起鋪點。 主要是為了減少磚材的

浪費,讓效果更美觀。 以裁切瓷磚數(shù)量最少的方案,

作為第一方案;一般從墻面最長那一面開始鋪,可以

最大程度減少材料的浪費。

(2)墻磚排版,原則上除不規(guī)則部位,盡量用整

磚,減少裁磚。 如無法避免時,應將非整磚放在非主

要部位,可以是門后或后期會擺放家具的位置。 每面

墻不宜有兩列非整磚,且非整磚寬度不宜小于整磚的

1 / 3,最小不得小于 100 mm。

(3)墻面遇陽角由陽角起磚。 遇門窗洞口,應避

免出現(xiàn)刀把磚,應由洞口雙向起整磚,以洞口兩側為

基準點上下拉通,高度方向盡可能與排版橫縫一致。

出現(xiàn) 1 / 2 塊的小條磚時,應將一塊小條磚加一塊整磚

的尺寸,平均后切成兩塊大于 1 / 2 的非整磚,排列在

門及窗側兩邊的部位,位置要對稱。

(4)墻面橫向排磚的高度應與吊頂標高相結合,

墻面的尺寸高度應盡量與規(guī)格磚的高度一致,以免出

現(xiàn)小條磚。 窗戶、門框處盡量用整磚,如無法整磚,采

用居中對稱式鋪貼,較為美觀。

(5)根據(jù)墻地磚的不同特點及使用的部位,墻磚

的磚縫控制在 0. 5 mm ~ 1 mm,地磚的磚縫控制在

1 mm ~ 1. 5 mm

[4]

。

(6)墻面?；u,宜采用海棠角 2 mm 雙邊收口

的工藝。

(7)地面宜由門口中位起整磚。 過道應以過道

的中心線為基準,向兩邊開始鋪貼。 衛(wèi)生間的地面鋪

貼時,應按規(guī)范要求坡向地漏。 地漏 200 mm × 200 mm

的匯水區(qū),應在整磚排版中套割,周圍要四面找坡,將

方型地漏處的地板磚一分為四,對角線切開,找坡鋪

貼。 相同規(guī)格的墻、地磚,墻地的磚縫應一致,不應

錯縫。

(8)面積較大的區(qū)域,以柱的軸線為基準點,但

須保證主入口的位置應為整磚。

(9)電梯間地磚兩空間無獨立門檻石,應通縫排

版,坡打線與外圍地磚通縫排版,空間尺寸較小,盡量

取消坡打線。 過窄小條磚不出現(xiàn)在電梯主入口等明

顯位置。

(10)衛(wèi)生間干濕分區(qū)處,如用整磚順次鋪貼,應

從門口就開始放坡。 如中間有門檻石,應從門檻石的

位置開始放坡。 門檻石的起始位置及尺寸,要在圖紙

中標注詳細。

(11)墻磚要壓地磚。 如果柱子轉角較多,墻磚鋪

設的時候,由陽角開始用整磚鋪貼較美觀。

3 墻地面二次排版的基本方法

排版時,應確認基層地面的十字控制線和分格線

已完成。 此外,還應注意以下幾點:

(1)從中心開始排版時,可以從房間的中心點開

始,逐漸向四周鋪貼。 應保證靠近入口處的區(qū)域為整

磚,避免小磚的出現(xiàn)。 這種方法可以確保整個房間的

瓷磚排版更加均勻、平衡,視覺效果更美觀。

(2)以門口線為基準排版時,可以以門口線為基

準線,從門口開始向內(nèi)鋪貼。 這樣,可以讓瓷磚鋪貼

的線條更加整齊,視覺效果更加協(xié)調。

(3)以地面排水口為基準排版時,在衛(wèi)生間等容

易積水的場所,可以以地面排水口為基準點,向四周

鋪貼瓷磚。 這種方法可以確保排水暢通,避免水流不

暢的情況發(fā)生。

(4)交錯排版時,每一行瓷磚的中心點應與上一

行瓷磚的中心點錯開一半瓷磚寬度的距離。 這種方

式可以讓方格瓷磚的線條更加整齊、美觀。

(5)制定排版方案時,應考慮瓷磚的尺寸、數(shù)量、

花色、排版方法等,以確保整個鋪貼過程有條不紊,避

免出現(xiàn)錯誤或浪費。

4 墻面二次排版的技術要點

4. 1 基本思路

(1)確定實際裝飾面層尺寸,排版原則:總尺寸

→分段尺寸→面層尺寸;

(2)注意門窗洞口、裝飾暗門、消火栓、設備的

尺寸。

4. 2 圖紙準備及測量

(1)圖紙編號

將需要排版的墻面在平面圖紙中依次編號,對于

多層建筑的裝修工程要按“樓層 + 編號”的方式進行

2023 年 12 期 總第 306 期 高振謙·墻地面的二次排版探析 ·95·

編號,一個墻面一個編號;相對應的立面圖編號應與

平面圖的編號一致。

(2)尺寸標注

圖中詳細標注“總尺寸、分段尺寸、洞口尺寸、暗

門尺寸、消火栓尺寸、設備尺寸”的長度及相關高度。

(3)墻體現(xiàn)場編號

根據(jù)已確認的立面圖編號,對應現(xiàn)場墻體進行編

號,用記號筆記錄在墻體明顯位置。

(4)測量、記錄數(shù)值

測量墻體、洞口等長度、鋪裝高度的相關尺寸,將

測量值標注到圖紙中,同時還要將測量起始位置、數(shù)

值用記號筆記錄在墻體相應位置。

(5)核對末端點位

對各專業(yè)末端點位、消火栓、設備等的位置及數(shù)

量現(xiàn)場核對,標注在圖紙中。

4. 3 墻面排版深化的具體方法

(1)調整立面圖各尺寸

在 CAD 圖中,根據(jù)現(xiàn)場勘測情況、實際尺寸,對

圖紙尺寸,按照先后排版的順序進行調整。

(2)各專業(yè)末端點位上墻

現(xiàn)場勘測的末端點位,根據(jù)實際測量尺寸繪制到

立面排版圖中。

(3)排版尺寸調整

綜合考慮常用的規(guī)格、加工損耗、安裝誤差、運輸

條件等因素,對原設計方案的排版進行調整。

(4)排版圖綜合調整

結合末端點位、排版尺寸,綜合調整立面圖,確定

末端點位具體定位尺寸,最終達到排版效果最佳,完

成墻面深化排版圖。

4. 4 墻面排版深化的主要控制點

(1)注意起始點的控制,尤其涉及有門窗洞口的

地方。

(2)總尺寸和分段尺寸控制,注意測量累積誤

差,實際施工安裝累積誤差。

(3)標準規(guī)格的飾面板,邊角小條磚最小尺寸,

應控制在不小于飾面板尺寸的 1 / 3。

(4)定尺加工類飾面板要避免出現(xiàn)小條,可把邊

角小尺寸均勻地勻給每一個單塊。

(5)落地暗門下端在排版時,應與地面留 5 mm ~

10 mm 縫隙,避免門下端蹭地。

(6)墻面排版中涉及到梁的部位,應盡量保持與

墻面排版協(xié)調統(tǒng)一。

(7)衛(wèi)生間的墻面,門、窗洞口處豎縫,一般以洞

口兩側為起鋪點,整磚向兩邊進行排版;橫縫以洞口

上口為起鋪點,整磚上下進行排版。

(8)對小便斗、坐便器等潔具與墻磚有位置要求

的,應以潔具中心線為起鋪點。

(9)有腰線的,以腰線上、下為起鋪點,整磚進行

排版。

5 地面二次排版的技術要點

5. 1 基本思路

確定實際地面鋪裝完成面尺寸,在原設計排版圖

上進行調整,重點注意衛(wèi)生間等功能區(qū)的末端點位。

5. 2 圖紙準備及測量

各部位地面鋪裝圖單獨打印,各銜接部位要去現(xiàn)

場測量,復核校對尺寸,結構柱的位置應定位準確。

5. 3 地面排版深化的具體方法

(1)調整尺寸:根據(jù)現(xiàn)場復核的尺寸,調整地面

排版。

(2)地面末端點位布置:如地面涉及有專業(yè)末端

點位,如地插、安全疏散指示等,要把這些點位引到地

鋪圖中進行布置,點位不跨縫,建議在單塊地材的

中間。

(3)綜合整理圖紙,進行尺寸標注及材料索引。

(4)標注起鋪點和找坡要求,完成地面深化排

版圖。

5. 4 地面排版深化的主要控制點

(1)起鋪點控制,重點保證主要空間的鋪裝效

果,小規(guī)格尺寸應排版至非主要空間邊角。

(2)對于大面積異形拼裝的,要先進行單元塊分

解,從單元塊進行深化,由小及大,也可以結構軸線為

劃分基準。

(3)電梯廳等重點空間,地材排版分縫應結合電

梯門洞的尺寸。

(4)條形地面,由門口中線為起鋪點進行排版;

方形、矩形、大面積地面以進門主視線陰角或陽角為

起鋪點。

(5)狹長過道,應以過道寬度中線為起鋪點向兩

邊排版。

(6)衛(wèi)生間應注意墻地的對縫,同時也應注意末

端點位與墻、地磚的精準定位。

(7)住宅、酒店類,以戶門的中心為起鋪點向兩

邊排版。

·96· 福 建 建 筑 2023 年

(8)標準規(guī)格的地材,邊角小條磚最小尺寸,應

控制在不小于飾面板尺寸的 1 / 3。

(9)定尺加工類地材要避免出現(xiàn)小條,可把邊角

小尺寸均勻地勻給每一個單塊。

(10)獨立柱、固定服務臺、柜體等,應綜合考慮。

(11)伸縮縫應體現(xiàn)在排版深化圖中。

(12)應注意現(xiàn)場預留施工縫尺寸的誤差累積。

6 墻地面二次排版的注意事項

(1)確定鋪貼方向

在鋪貼瓷磚之前,首先要確定鋪貼方向。 瓷磚的

鋪貼方向應該與房間的長寬方向保持一致,這樣可以

使房間看起來更加整潔、舒適。 如果房間的長寬比例

不協(xié)調,可以采用斜鋪或者交錯鋪貼的方式,這樣可

以增加房間的視覺效果。

(2)確定瓷磚尺寸

在確定鋪貼方向之后,就需要確定瓷磚的尺寸。

瓷磚的尺寸應該與房間的大小相適應,不要選擇過大

或者過小的瓷磚。 同時,還要注意瓷磚的厚度,不同

厚度的瓷磚適用于不同的場合。

(3)確定瓷磚顏色

瓷磚的顏色直接影響到整個房間的氛圍。 淺色

系的瓷磚可以使房間看起來更加明亮、寬敞,而深色

系的瓷磚則可以營造出溫馨、舒適的氛圍。 在選擇瓷

磚顏色時,還要考慮與房間內(nèi)其他裝飾材料的搭配,

以達到整體協(xié)調的效果。

(4)確定瓷磚鋪貼方式

瓷磚的鋪貼方式直接影響到整個房間的視覺效

果。 瓷磚的鋪貼方式有直鋪、斜鋪、交錯鋪等多種方

式。 在選擇鋪貼方式時,要根據(jù)房間的大小、形狀、

裝修風格等因素進行綜合考慮,以達到最佳效果。

(5)確定瓷磚鋪貼順序

在鋪貼瓷磚時,還要注意瓷磚的鋪貼順序。 應該

先鋪貼墻面,再鋪貼地面,這樣可以避免地面瓷磚被

墻面鋪貼施工時損壞。

(6)確定使用對稱原則

在材料采購時,墻地磚應采用同型號規(guī)格的,或

者墻磚尺寸是地磚的整數(shù)倍的,鋪貼時盡可能對縫,

使空間感更整體。

(7)確定細節(jié)處理方面

在細節(jié)處理時,應注意顏色搭配、邊角處理等。

在顏色搭配上,可以選擇相近或對比明顯的顏色,以

創(chuàng)造出不同的空間氛圍。 在邊角處理上,可以使用木

質或金屬邊角線條,以增加空間的層次感和美觀性。

(8)確定整體一致性原則

在整體排版時,不同元素之間應該保持一致的比

例、風格和顏色等要素,以營造出協(xié)調統(tǒng)一的整體效

果。 在選擇墻面材料時,可以選擇與地面材料相匹配

的顏色和質感,保持一致的整體風格。

7 結語

在墻地面的二次排版時,如能遵循一定的基本原

則和技術要點,并能注意相關事項,就可以解決現(xiàn)場

尺寸與位置控制的精度問題;也可以有效地指導現(xiàn)場

的施工,降低施工難度,降低材料的損耗,方便提料、

加工及采購。 同時,也能提高施工的效率,減少現(xiàn)場

的二次搬運。 減少人工及材料的成本開支,有利于保

障施工的工期及經(jīng)濟效益[5]

。

凱傲(濟南) 叉車綜合樓室內(nèi)裝修工程,通過二

次排版的優(yōu)化,墻地面鋪貼完成后,磚縫橫平豎直、大

小統(tǒng)一,美觀大方,施工觀感效果好,整體更協(xié)調、更

加美觀,達到了建設單位預期的裝飾效果[6]

。

參 考 文 獻

[1] 王淼,何雨昂. 淺談如何做好建設項目現(xiàn)場設計工作

[J]. 治淮,2023(05):68 - 69.

[2] 朱莎莎. 建筑裝飾深化設計要點分析及工程應用分析

[J]. 中國建筑金屬結構,2020(10):44 - 45.

[3] 劉文杰,劉尚元,李永康. 屋面面磚及二次結構排版中 BIM

技術的應用[J]. 建材發(fā)展導向,2023,21(12):145 -147.

[4] 盧琦淮. 屋面飾面磚 CAD 輔助設計排版鋪貼施工[ J].

工程質量,2018,36(03):40 - 44.

[5] 陳俊. 淺談建筑裝飾工程中深化設計的作用[J]. 江西建

材,2021(07):64 - 65.

[6] 楊云云. 深化設計在建筑裝飾施工與設計中的作用[ J].

科技創(chuàng)新與應用,2021(05):81 - 83.

2023 年第 12 期

總第 306 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 12·2023

Vol·306

不同纖維對高液限土無側限抗壓強度影響的研究

葉新陽

(福建省海峽交通勘察研究院有限責任公司 福建福州 350017)

摘 要:高液限土因強度低等問題,常被認為是路基工程中的頑疾。 為此,以棕櫚絲纖維、玄武巖纖維和聚丙烯纖維作

為改良材料,通過無側限抗壓強度試驗,研究纖維摻量和纖維長度對高液限土無側限抗壓強度的影響。 試驗結果表

明:棕櫚絲纖維高液限土的無側限抗壓強度,隨著棕櫚絲纖維摻量的增大而增大,但存在一個最優(yōu)棕櫚絲纖維長度。

當棕櫚絲纖維長度為 15 mm 時,改良后高液限土的無側限抗壓強度最大;玄武巖纖維高液限土的無側限抗壓強度,隨

著玄武巖纖維摻量和長度的增大而增大;聚丙烯纖維高液限土的無側限抗壓強度,隨著聚丙烯纖維摻量和長度的增大

而增大。 研究對纖維改良后,高液限土應用于路基工程,提供了可行性依據(jù)。

關鍵詞: 棕櫚絲纖維;玄武巖纖維;聚丙烯纖維;高液限土;無側限抗壓強度

中圖分類號:TU5 文獻標識碼:A 文章編號: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

作者簡介:葉新陽(1990. 07— ),男,工程師。

E-mail:yexinyang2023@ 126. com

收稿日期:2023 - 05 - 28

0 引言

高液限土作為一類高液限(wL > 50% )、高塑性

指數(shù)(IP > 26)的特殊土類,廣泛分布于中國的南方地

區(qū)[1]

。 隨著我國道路基建事業(yè)的蓬勃發(fā)展,在高液限

土區(qū)域修建道路工程,已經(jīng)無法規(guī)避。 但液限、水敏

性都極高的高液限土在實際施工中,難以被充分壓

實,且在水環(huán)境下強度劣化迅速等問題[2]

,常常被廣

大工程師所詬病。 但如果對高液限土進行棄置處理,

挖土以及棄土過程中,將會存在占用土地,增加額外

施工成本等問題。

為了提高高液限土的力學性能,使處理后的高液

限土可作為路基填筑材料使用,許多學者采用物理方

法對高液限土進行改良[3]

,其中纖維是較為常見的一

種物理改良方法。 任寶行[3] 采用玄武巖纖維對高液

限紅黏土進行改良,通過無側限抗壓強度試驗,發(fā)現(xiàn)

玄武巖纖維存在最優(yōu)摻量,最優(yōu)摻量為占干土質量的

0. 4% 。 在最優(yōu)摻量下,紅黏土的無側限抗壓強度達

到最大值,相較未改良土無側限抗壓強度,增長了

36. 7% ;莊心善[4] 等通過無側限抗壓強度試驗,研究

了玄武巖纖維摻量和養(yǎng)護時間對高液限膨脹土力學

性能的影響,發(fā)現(xiàn)無論是玄武巖纖維摻量還是養(yǎng)護時

間,均存在一個最優(yōu)值。 當玄武巖纖維摻量為0. 3% 、

養(yǎng)護時間為 14 d 時,高液限膨脹土的無側限抗壓強

度達到最大值;譚穎慧[5]等通過在高液限紅黏土中加

·98· 福 建 建 筑 2023 年

入棕櫚絲纖維,開展了棕櫚絲纖維對高液限紅黏土無

側限抗壓強度的影響研究,得出高液限紅黏土的強變

形和低強度等缺點,可被棕櫚絲纖維有效改善;粟

梅[6 - 7]等在高液限紅黏土加入玄武巖纖維后,發(fā)現(xiàn)隨

著玄武巖纖維的加入,紅黏土的工程特性有所改善,

主要表現(xiàn)在紅黏土的壓縮系數(shù)和壓縮模量,在玄武巖

纖維加入后有明顯提高;曾軍[8]等在高液限紅黏土中

加入聚丙烯纖維,發(fā)現(xiàn)纖維的成網(wǎng)約束作用,可以有效

提高高液限紅黏土的力學性能和韌性,使高液限紅黏

土在強度提升的同時,具有更加明顯的破壞預兆。

綜上所述,纖維作為一種造價便宜、強度高和延

性好的材料,可以有效提高高液限土類的力學性能。

但是纖維的種類較多,很少有學者研究不同纖維類型

對同一區(qū)域高液限土的力學性能的影響。 基于此,本

文以無側限抗壓強度 qu作為評價高液限力學性能的

研究參數(shù),選擇棕櫚絲纖維、玄武巖纖維和聚丙烯纖

維作為纖維改良材料,選擇廣西桂林某高速公路旁高

液限紅黏土作為研究對象。 通過無側限抗壓強度試

驗,將高液限紅黏土與經(jīng)過不同纖維類型改良后的無

側限抗壓強度進行比較,研究不同纖維類型對高液限

土的力學性能是否起到提高效果,為纖維改良高液限

土用作路基填料提高可行性依據(jù)。

1 試驗簡介

1. 1 試驗材料

本論文高液限土取自廣西桂林某高速公路旁地

表 1. 5 m 左右深度的紅黏土,該紅黏土呈棕紅色,其

物理性質指標,如表 1 所示。 本試驗改良材料采用棕

櫚絲纖維、玄武巖纖維和聚丙烯纖維,其中棕櫚絲纖

維摻量采用占干土質量的 0. 1% 、0. 2% 和 0. 3% ,棕

櫚絲纖維長度選擇 10 mm、15 mm 和 20 mm;玄武巖

纖維摻量采用占干土質量的 0. 1% 、0. 2% 和 0. 3% ,

玄武巖纖維長度取 3 mm、6 mm 和 9 mm;聚丙烯纖維

摻量采用占干土質量的 0. 1% 、0. 2% 和 0. 3% ,聚丙

烯纖維長度取 3 mm、6 mm 和 9 mm。 三類纖維物理

摻量,如表 2 所示。

表 1 高液限土物理性質指標

天然含水率/ % 液限/ % 塑限/ % 塑性指數(shù) 最大干密度/ g·cm

- 3 最優(yōu)含水率/ % 比重

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

表 2 三類纖維物理參數(shù)

纖維類型 抗拉強度/ MPa 直徑/ μm 密度/ g. cm

- 3 彈性模量/ GPa

棕櫚絲纖維 ≥200 30 1. 32 1. 77

玄武巖纖維 ≥350 42 3. 13 ≥100

聚丙烯纖維 ≥350 35 0. 94 ≥4. 0

1. 2 試驗方案

試驗采用單摻棕櫚絲纖維、玄武巖纖維和聚丙烯

纖維至高液限土。 根據(jù)前期文獻調研,本次試驗三類

纖維摻量均設置 3 個水平;考慮到纖維長度對高液限

土強度的影響,故本次試驗也對三類纖維的長度設置

了 3 個水平,具體試驗方案,如表 3 所示。

表 3 三類纖維物理參數(shù)

纖維類型 摻量/ % 長度/ mm

棕櫚絲纖維

0

0. 1

0. 2

0. 3

10

15

20

玄武巖纖維

0

0. 1

0. 2

0. 3

3

6

9

聚丙烯纖維

0

0. 1

0. 2

0. 3

3

6

9

1. 3 試驗方法

將相應摻量以及長度的纖維分 3 次與風干碾碎

后,通過與 2 mm 篩的紅黏土均勻拌合,并稱取最優(yōu)含

水率 20. 1% 的水,裝入噴壺中,用逐步噴灑的方式,將

水與帶有纖維的紅黏土均勻拌合。 為保證水分均勻

分布,需將拌合完成后的紅黏土裝入塑料袋中靜置

24 h。 靜置完成后,采用三軸擊實器,按 93% 壓實度,

稱取高液限土的質量,將土分成 4 份,分別 4 次放入

擊實儀中進行擊實,最后制得高 8 cm × 直徑 3. 91 mm

的無側 限 樣。 最 后, 根 據(jù) 《 土 工 試 驗 方 法 標 準》

(GBT50123—2019)

[9] 中的試驗步驟,進行無側限抗

壓強度試驗,得到無側限抗壓強度記作 qu 。

2 試驗結果與分析

2. 1 棕櫚絲纖維對高液限土無側限抗壓強度的影響

分析

棕櫚絲纖維改良高液限土在不同摻量和長度下

的無側限抗壓強度,如表 4 所示。

由表 4 可知:①棕櫚絲纖維的加入,可以提高高

液限土的無側限抗壓強度;②隨著棕櫚絲纖維摻量的

增加,改良后高液限土的無側限抗壓強度,呈現(xiàn)持續(xù)

遞增態(tài)勢;③當棕櫚絲纖維摻量相同時,隨著棕櫚絲

2023 年 12 期 總第 306 期 葉新陽·不同纖維對高液限土無側限抗壓強度影響的研究 ·99·

纖維長度的增加,改良后高液限土的無側限抗壓強度

呈現(xiàn)先增大后減小的態(tài)勢。

表 4 棕櫚絲纖維改良高液限土無側限抗壓強度匯總表

纖維摻量% 纖維長度/ mm 無側限抗壓強度/ 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

為能更直觀看出棕櫚絲纖維摻量和長度對高液

限土無側限抗壓強度的影響,將表 4 轉化為坐標圖,

如圖 1 ~ 圖 2 所示。

圖 1 棕櫚絲纖維摻量與無側限抗壓強度的關系

圖 2 棕櫚絲纖維長度與無側限抗壓強度的關系

由圖 1 可知:①高液限土的無側限抗壓強度與棕

櫚絲纖維摻量呈正比。 主要原因,是由于棕櫚絲纖維

表面具有蜂窩狀和孔狀結構,這些結構特征,使得棕

櫚絲纖維能夠以機械咬合力的方式,將土顆粒較好地

膠結在一起,使得棕櫚絲纖維改良后的高液限土具有

更好的力學性能;②當棕櫚絲纖維摻量達到 0. 3% ,

10 mm、15 mm 和 20 mm 的棕櫚絲纖維改良高液限土

的無側限抗壓強度均達到最大值,相較于素土,分別

提高了 52. 9% 、98. 1% 和 71. 6% 。

由圖 2 可知:①當棕櫚絲纖維摻量不變時,隨著

棕櫚絲纖維長度的增加,也會提高高液限土的無側限

抗壓強度;②棕櫚絲纖維長度的增加,不會給改良后

高液限土無側限抗壓強度的增長起到正面作用。 當

長度超過 15 mm 之后,改良后高液限土的無側限抗壓

強度不升反降。 主要原因,是由于過長的纖維會纏繞

抱團,在土體內(nèi)部形成較大的纖維團聚體,從而在相

鄰土顆粒間形成阻隔斷面,影響相鄰土體之間膠結成

團作用,最終導致高液限土的強度降低;③當棕櫚絲

纖維長度為 15 mm 時,棕櫚絲纖維對高液限土無側限

抗壓強度的改良效果最佳。

2. 2 玄武巖纖維對高液限土無側限抗壓強度的影響

分析

玄武巖纖維改良高液限土在不同摻量和長度下

的無側限抗壓強度,如表 5 所示。

表 5 玄武巖纖維改良高液限土無側限抗壓強度匯總表

纖維摻量% 纖維長度/ mm 無側限抗壓強度/ 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玄武巖纖維的加入,可以提高高

液限土的無側限抗壓強度;②改良后,高液限土的無

側限抗壓強度,與玄武巖纖維摻量呈正相關關系;③

當玄武巖纖維摻量相同時,隨著玄武巖纖維長度的增

加,改良后高液限土的無側限抗壓強度,呈現(xiàn)出與棕

櫚絲纖維不同的持續(xù)增長態(tài)勢。

·100· 福 建 建 筑 2023 年

為能更直觀看出玄武巖纖維摻量和長度對高液

限土無側限抗壓強度的影響,將表 5 轉化為坐標圖,

如圖 3 ~ 圖 4 所示。

圖 3 玄武巖纖維摻量與無側限抗壓強度的關系

圖 4 玄武巖纖維長度與無側限抗壓強度的關系

由圖 3 可知:①高液限土的無側限抗壓強度,與

玄武巖纖維摻量呈正比;②當玄武巖纖維摻量達到

0. 3% ,3 mm、6 mm 和 9 mm 時,玄武巖纖維改良高

液限土的無側限抗壓強度均達到最大值,相較于素

土,分別提高了 76. 4% 、89. 5% 和 121. 2% 。 較棕櫚

絲纖維改良高液限土,玄武巖纖維改良高液限土表

現(xiàn)出更加優(yōu)越的改良效果。 主要原因是由于玄武巖

纖維較棕櫚絲纖維具有更高的強度,因此,玄武巖纖

維的加入,可以更好地幫助高液限土一起承受荷載

的作用。

由圖 4 可知:①當玄武巖纖維摻量不變時,隨

著玄武巖纖維長度的增加,也會提高高液限土的

無側限抗壓強度;②在玄武巖纖維設置的三個水

平長度下,改良后高液限土的無側限抗壓強度持

續(xù)增加,沒有出現(xiàn)轉折點;③各個摻量下玄武巖纖

維對高液限土無側限抗壓強度的改良效果,在玄

武巖 纖 維 長 度 達 到 9 mm 時 最 佳, 分 別 增 加 了

78. 7% 、95. 6% 和 121. 2% 。

2. 3 聚丙烯纖維對高液限土無側限抗壓強度的影響

分析

聚丙烯纖維改良高液限土在不同摻量和長度下

的無側限抗壓強度,如表 6 所示。

表 6 聚丙烯纖維改良高液限土無側限抗壓強度匯總表

纖維摻量% 纖維長度/ mm 無側限抗壓強度/ 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聚丙烯纖維的加入可以大大提高

高液限土的無側限抗壓強度。 ②改良后高液限土的

無側限抗壓強度與聚丙烯纖維摻量呈正相關關系。

③當聚丙烯纖維摻量相同時,隨著聚丙烯纖維長度的

增加,改良后高液限土的無側限抗壓強度呈現(xiàn)出極強

的持續(xù)增長態(tài)勢。

為能更直觀看出玄武巖纖維摻量和長度對高液

限土無側限抗壓強度的影響,將表 6 轉化為坐標圖,

如圖 5 ~ 圖 6 所示。

圖 5 聚丙烯纖維摻量與無側限抗壓強度的關系

2023 年 12 期 總第 306 期 葉新陽·不同纖維對高液限土無側限抗壓強度影響的研究 ·101·

圖 6 聚丙烯纖維長度與無側限抗壓強度的關系

由圖 5 可知:①高液限土的無側限抗壓強度,與

聚丙烯纖維摻量呈正比;②當聚丙烯纖維摻量達到

0. 3% ,3 mm、6 mm 和 9 mm 時,聚丙烯纖維改良高液

限土的無側限抗壓強度均達到最大值,相較于素土分

別提高了 210. 3% 、280. 4% 和 414. 8% ;③相較于棕

櫚絲纖維和玄武巖纖維改良高液限土,經(jīng)聚丙烯纖維

改良后的高液限土,無側限抗壓強度更大。 當棕櫚絲

纖維摻量為0. 3%、長度為 15 mm,棕櫚絲纖維改良高液

限土的無側限抗壓強度最大,達到 310. 41 kPa;當玄武巖

纖維摻量為0. 3%、長度為9 mm,玄武巖纖維改良高液限

土的無側限抗壓強度最大,達到346. 71 kPa;當聚丙烯纖

維摻量為 0. 3% 、長度為 9 mm,聚丙烯纖維改良高液

限土的無側限抗壓強度最大,達到 806. 85 kPa,相較

于棕櫚絲纖維改良土和玄武巖纖維改良土提高了

159. 9% 和 132. 7% 。

由圖 6 可知:①當聚丙烯纖維摻量不變時,隨著聚

丙烯纖維長度的增加,也會大大提高高液限土的無側

限抗壓強度;②在聚丙烯纖維設置的 3 個水平長度下,

改良后高液限土的無側限抗壓強度持續(xù)增加,沒有出

現(xiàn)轉折點;③各個摻量下,聚丙烯纖維對高液限土無側

限抗壓強度的改良效果,在聚丙烯纖維長度達到 9 mm

時最佳,分別增加了 280. 7% 、338. 0% 和 414. 8% 。

綜上所述,雖然纖維的種類有 3 種,但纖維的加

入,均能對高液限土的無側限抗壓強度產(chǎn)生改良效

果。 其中改良效果排序:聚丙烯纖維 > 玄武巖纖維 >

棕櫚絲纖維。

3 結論

通過三種纖維類型對高液限土的無側限抗壓強

度試驗的影響分析,得到以下結論:

(1)在高液限土中分別摻量棕櫚絲纖維、玄武巖

纖維和聚丙烯纖維,均能有效提高高液限土的無側限

抗壓強度,其中聚丙烯纖維的改良效果最好。

(2)當纖維長度相同時,高液限土的無側限抗壓

強度,均隨 3 種纖維摻量的增大而增大。

(3)當纖維摻量相同時,高液限土的無側限抗壓

強度,隨棕櫚絲纖維長度的增加,呈現(xiàn)先增大后減少

的趨勢。

(4)當纖維摻量相同時,高液限土的無側限抗壓

強度,均隨玄武巖纖維長度和聚丙烯纖維長度的增加

而增加。

參 考 文 獻

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2023 年第 12 期

總第 306 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 12·2023

Vol·306

山區(qū)城市道路拓寬“橋路結合結構”方法及實踐

劉 堯

(福州市規(guī)劃設計研究院集團有限公司 福建福州 350108)

摘 要:山區(qū)城市建設道路拓寬項目,常受山地等復雜地形或周邊已建建筑限制,沒有充分的空間拓寬、完善功能帶。

文章主要對山區(qū)用地受限段落道路拓寬建設方式進行探討,綜合分析受限地形條件下的幾種常規(guī)思路方案,并對其各

自優(yōu)缺點進行分析。 重點針對類似一側臨水系、一側臨山的狹小道路地形條件下,且河道斷面不允許被侵占,山體也

較為陡斜的情況,提出一種特殊的拓寬思路———“橋路結合結構”方案。 通過實際工程案例的情況,重點對橋路結合方

式進行道路拓寬建設的方法進行分析介紹,并對該法的一般適用條件以及采用該法需要注意的關鍵點進行分析。 通

過對采用該法的實際工程案例的情況跟蹤,驗證了該法可行、可靠,可作為類似條件下道路擴建項目的建設方案。

關鍵詞: 道路拓寬;空間受限;橋路結合

中圖分類號:TU997 文獻標識碼:A 文章編號: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

作者簡介:劉堯(1980— ),男,高級工程師。

E-mail:camelzju@ foxmail. com

收稿日期:2023 - 06 - 05

0 引言

隨著我國經(jīng)濟發(fā)展,城市規(guī)模逐步擴大,區(qū)域交

通運輸需求以及各類交通出行需求的增加,一些穿越

山區(qū)城市的公路也逐漸需要進行改擴建、市政道路

化,增加車道規(guī)模和完善非機動車道等功能帶,以滿

足城市發(fā)展和日益增加的居民出行的需求。 但由于

位于山地,大多山區(qū)城市本身的建設用地就較為局

促,多數(shù)位于盆地平原范圍或者沿江、溪、河等水系帶

狀布置。 再加上歷史建設區(qū)域堆疊的沿革,城市主要

干路也多依著水岸沿著街區(qū)布設,用地頗為緊張,導

致缺乏拓寬空間。 因此,山區(qū)城市道路尤其是干路,

若需改擴建,往往會受到此種地形條件或周邊已建區(qū)

域的限制。 在拓寬時,或需開挖山體并增加高邊坡防

護措施,以開辟滿足新增路基寬度所需要的用地;或

需向路側低處大量填方,并設置防護以填筑新增路基

斷面寬度;或需進行大量的拆遷騰出空間。 無論采用

以上何種方式,或由于復雜的工程措施,導致建設的

成本增高,或由于大規(guī)模的拆遷增加社會影響風險,

或由于開挖山體、填塞河道斷面影響生態(tài)環(huán)境,都會

增加地方建設的壓力。

因此,本文主要結合某山區(qū)城市江濱路擴寬改造

項目的實例,探討一種適用于山區(qū)城市,在用地狹窄

地帶受上述不利影響的情況下,可以盡可能減少投資

2023 年 12 期 總第 306 期 劉 堯·山區(qū)城市道路拓寬“橋路結合結構”方法及實踐 ·103·

和降低由于拓寬改建所帶來風險的方法及其主要注

意事項。

1 基本概況

山區(qū)城市的形態(tài)各有區(qū)別,其中當城市為沿水系

呈帶狀布局時,常有一種比較普遍的情況,即沿江道

路受到外側山體及城區(qū)的限制,拓寬用地缺乏或狹小

且不規(guī)則。 本文所引用案例項目位于福建省中部山

區(qū)城市,為沿江濱的穿城干道,面對的即為這種情況。

主城區(qū)呈帶狀沿江設置,周邊屬多山地區(qū),主干山脈

的走向與主構造線走向一致,市內(nèi)溪河甚多。 項目主

要與其中一條閩江支流相關,該溪為閩江主要支流,

全年不發(fā)生河干、斷流和冰封現(xiàn)象,洪峰持續(xù)期短,枯

水期長。 兩岸在本項目建設前已建有防洪堤,擬改造

道路一側為防洪堤及堤岸公園,另一側為山體或已建

城區(qū)。

1. 1 改造前情況

道路的建設空間狹長,改造前為國道公路兼城市

主干道,但橫斷面布置情況為公路斷面。 具體布置

為:機動車道規(guī)模為雙向六車道,機動車道總寬 21 m,

最外側車道實際使用中為機非混行。 同時,機動車道

兩側各存在寬度不等的設施帶,總寬約為 24 m,具體

斷面布置如圖 1 所示。

圖 1 改造前道路標準斷面

1. 2 道路改擴建方案

擬建拓寬后的道路,機動車道由雙向六車道規(guī)模

拓寬為雙向八車道規(guī)模,其中最外側車道為機非混行

車道,并在機動車道兩側拓寬增設人行道。 擴展后的

具體斷面布置(為參照項目設計當年即 2009 年執(zhí)行

的規(guī)范進行布置)為:3 m 人行道 + 3. 75 m 機非混行

車道 + 10. 25 m 三車道機動車道 + 0. 5 m 中央隔離護

欄 + 10. 25 m 三車道機動車道 + 3. 75 m 機非混行車

道 + 4 m 人行道,總寬為 35. 5 m,如圖 2 所示。

圖 2 改造后道路標準斷面

由圖 2 可見,道路擴建后,總寬需比原來增加至

少約11. 5 m。 考慮到道路兩側現(xiàn)狀情況:臨江側為現(xiàn)

狀溪岸及沿岸公園和堤防結構,臨山側為現(xiàn)狀山體或

已建城區(qū)范圍。 因此,要實現(xiàn)道路擴建,則需拓展出

相應的新增用地范圍。 以何種方式拓展用地,就是該

項目是否可以實施及所造成影響大小的關鍵問題。

2 改造實施常規(guī)思路

拓展道路改造所需新增用地,常規(guī)思路主要有以

下幾種:

2. 1 向江河側方向拓展全寬

具體方案為向江、河側填方,將部分河道填筑為

路堤以拓寬路基寬度,并增強河道邊坡防護措施,或

改建河堤。 該方案的優(yōu)點是可以提供較為穩(wěn)定、充足

的空間,并可使改造后的道路線性等指標最優(yōu)化,同

時可避免對已建區(qū)域進行拆遷或大開挖山體。 缺點

是需要投入較大資金進行填方,還需進行河堤改建,

甚至還需為對岸的駁岸建筑進行相應改造。 由于該

方案或多或少會減少江河的行洪寬度,改變河道線

形,會對行洪產(chǎn)生一定影響。 因此,必須要進行防洪

·104· 福 建 建 筑 2023 年

影響論證等工作,并得到水利等相關部門的審批和許

可。 導致項目的建設、審批周期加長,投資加大。

該方案較適用于既有河道同期準備進行疏浚整

治的情況,可以結合河道的改建工作,一并實施以提

高建設效率和避免重復建設造成投資浪費。

2. 2 向山側/ 已建城區(qū)側拓展全寬

具體方案為對已建城區(qū)進行拆遷,或對涉及的山

體進行開挖并進行山體修整、防護,必要時還需進行

高邊坡支護,以騰出足夠的道路拓寬空間。 上述情

況,需投入較大量的資金,所得用地代價較高。 而且

開挖山體對生態(tài)環(huán)境破壞較大,建成后的城市景觀也

會受到較大影響;對已建區(qū)域大面積的遷改,也會造

成較大的社會影響。

該方案適用于周邊山體不高、或計劃整體挖除

(用于新增城市區(qū)域開發(fā)用地或作為建設土石方來源

等)或是已建成區(qū)域為老舊城區(qū)需翻新重建時。 此

時,社會影響較小,同時開挖出的土石方還可用于項

目建設或外售補貼項目資金,也提供了更加穩(wěn)定、富

裕的拓寬空間,一舉多得。

2. 3 上述兩者結合盡量降低影響

根據(jù)項目的實際情況,結合河道及地形特點調整

道路的線形。 在山體陡斜處、開挖影響較大的路段,

應盡量向河道側拓寬;在山體平緩處、開挖影響較小

的路段,應盡量在山體側進行拓寬。 在河道狹窄、水

流較急處,則盡量向山體或城區(qū)側拓寬;在河道寬闊、

水流較緩處,盡量考慮報批占用河道進行拓寬。 通過

合理地調整道路線形,可減少部分投資和風險,但仍

無法完全避免上述兩種方案的缺點。 特別是在段落

轉換的銜接段。

綜上,在情況較好的區(qū)域,使用常規(guī)思路方案可

能適用。 但當碰到條件較為困難的情況時,如:河道

與山體之間空間狹小,河道斷面不能被填筑侵占,且

山體較為陡斜,如果開挖,將產(chǎn)生較大的社會影響和

資金投入。 該種情況采用常規(guī)思路方案,就無法解

決。 因此,本文擬介紹一種適用于此種條件情況下的

擴建方案———橋路結合結構方案。

3 橋路結合結構方案

該方案的具體做法是在原需填方側,用橋梁結構

代替部分路基區(qū)域增補空間,作為道路拓寬的部分。

這樣,可以避免對山體的開挖或者對已建城區(qū)的拆

遷,同時由于采用了橋梁結構,也可避免或減少對河

道排洪斷面的侵占及拆除現(xiàn)狀駁岸擋墻所增加的投

資。 以本項目為例,則是利用臨溪側的空間建造橋梁

結構,并采用結構與道路拼接,以形成足夠的道路斷

面改擴建空間。 同時,還可根據(jù)具體段落情況的不

同,選擇不同的橋梁寬度形式和結構尺寸,具有一定

的情況變化適應性。 如:在山體離道路距離較近,且

原道路空間狹窄段,可采用較寬的箱梁結構,如圖 3

所示。

圖 3 空間較狹窄段采用寬箱梁拼寬斷面示意

在相對空間較富裕的段落,可采用較窄的箱梁結

構,如圖 4 所示。

圖 4 空間較寬裕段采用窄箱梁拼寬斷面示意

4 橋路結合方案的關鍵注意事項

4. 1 橋梁結構與現(xiàn)狀地形、構筑物的相互影響

在擬建橋位處,可能存在一些陡坡、泥灘或者擋

墻等構筑物。 應做好相應的防護措施,特別是存在現(xiàn)

狀擋墻等構筑物的,應注意橋梁結構的下部結構、基

礎與現(xiàn)狀擋墻等之間的相互位置關系,避免施工期間

的打樁、承臺開挖等作業(yè)造成現(xiàn)狀構筑物受損,或造

成安全隱患。 如:現(xiàn)狀擋墻墻趾埋深較深,并有可能

伸出墻面之外,橋墩基礎承臺設計時若間距較近,開

挖時若不注意,則容易損傷擋墻結構,造成擋墻承載

力下降產(chǎn)生安全隱患。

4. 2 橋梁結構與道路銜接處的處理

由于橋梁結構為剛性結構一般不發(fā)生沉降,而道

路部分路基,在完工后運營期間必然存在沉降。 因

此,在兩者銜接處將產(chǎn)生沉降差,而導致路面結構產(chǎn)

生縱向裂縫。 如果該裂縫位于機動車道范圍內(nèi),不僅

影響路容美觀,也容易產(chǎn)生交通安全隱患,影響機動

2023 年 12 期 總第 306 期 劉 堯·山區(qū)城市道路拓寬“橋路結合結構”方法及實踐 ·105·

車行駛的安全性和舒適性。 如何合理處理該銜接處,

是該方案的關鍵點。一般處理此種情況,主要有 3 種

方案。

4. 2. 1 混凝土板塊接縫處的處理方式

在斷縫處灌填彈性材料,如瀝青瑪蹄脂等。 并在

縫上黏貼應力吸收材料,以避免產(chǎn)生反射裂縫。 但對

于本項目及類似的情況,由于路、橋的沉降差易形成

錯臺,長期使用后仍無法避免路面結構開裂。

4. 2. 2 采用拼寬橋梁常用的拼縫處理方式———設置

伸縮縫

采用該法可以較好的解決少量的路、橋相對變形

差,特別是在道路部分天然地基地質情況較好及路基

施工較好的情況下。 但是,對于大的變形差也會造成

伸縮縫的破壞,需要修復或更換,后期管養(yǎng)成本較多。

同時,在機動車道中存在一道斷縫,整體觀感也不佳。

4. 2. 3 采用橋、路之間設置搭板過渡的方案

利用橋梁結構設置搭板支撐點,通過配筋搭板,

形成橋梁結構與路基部分之間的過渡,以減少沉降差

造成的影響。 特別是對于采用水泥混凝土路面結構

的舊路,改造時可在搭板與舊路面水泥板間采取措施

進行聯(lián)系,可進一步消弭結構與路基的沉降差,以達

到良好的變形過渡。 減少對新建瀝青路面結構的影

響。 在搭板搭接位,對現(xiàn)澆預應力鋼筋混凝土箱梁結

構斷面進行了適當調整,以適應結構受力需要,如圖

5 所示。

圖 5 橋路結合搭板銜接方案示意

綜上,對于銜接位置的處理,可根據(jù)具體銜接位

置不同采取不同的方式。 如銜接位于功能帶分界處

時,產(chǎn)生沉降差影響較小,則可根據(jù)路基部分天然地

基優(yōu)良與否,分別采用第一種措施或第二種措施。 而

當銜接位于機動車道中時,沉降差影響較大,則應選

擇第三種措施。 在案例項目中,由于接縫位置正位于

機動車道中間,即采用了搭板銜接過渡的方式進行。

4. 3 對于駁岸擋墻結構安全的措施

對于現(xiàn)狀路基側已存在擋墻結構的,若拆除并重

新建造適合新荷載下的支擋結構,對整體的安全、觀

感一致是有利的。 但需進行較大范圍的開挖,會影響

到現(xiàn)狀道路的路基及路面的利用,同時挖除重建影響

范圍較大、周期長,對施工期間的交通組織也較為不

利,無法利舊,也會造成建設投資的浪費。 因此,如舊

擋墻等構造物的條件良好,應盡量考慮保留現(xiàn)狀支擋

結構并合理布置,使其受載不增加。 照此思路,可以

采用結構跨越現(xiàn)狀支擋結構或在其上設置緩沖材料,

減少跨越結構傳遞下來的荷載作用。 同時,采取措

施,盡量減少現(xiàn)狀支擋結構后側土壓荷載。 如案例項

目中采用的是如下方案:利用橋側鋼筋混凝土搭板跨

越擋墻,并在結構與擋墻頂間留置 10 cm 間隙,同時

在支擋結構后頂部路基填土進行更換。 在不引起擋

墻位移的情況下,對剩余填土進行適當壓實,之后在

其上鋪設混凝土枕梁,以減少新增荷載對擋墻的作

用,并可對枕梁受拉區(qū)進行適當配筋,以防止開裂。

最后,再將橋側搭板搭置在枕梁上(圖 6)。 經(jīng)此處

理,擋墻沒有受到上部結構傳來的直接荷載,墻后荷

載也通過搭板及枕梁擴散傳遞至路基土范圍,減少了

對舊擋墻的影響。 其他項目如有條件,也可以使用輕

質混凝土等材料來進行臺后土的置換,進一步減少舊

擋墻后土壓的作用。

圖 6 擋墻及墻后構造處理示意圖

4. 4 對于銜接道路路面的措施[1]

搭板與路面銜接位置的處理,也是關系到建成后

路面結構使用舒適性及耐久性的重要環(huán)節(jié)。 若不妥

善處理,不均勻沉降將會導致路面產(chǎn)生反射裂縫,甚

至縱向的長裂縫,不僅影響路容美觀,也會影響行駛

舒適及安全。

參考案例項目中,可采取如下措施進行處理:

·106· 福 建 建 筑 2023 年

(1)在搭板與舊路基搭接位置下,設置足夠寬度

的鋼筋混凝土枕梁結構,以均勻擴散搭板傳遞過來的

荷載作用,同時使該處兩側沉降一致,不產(chǎn)生沉降差。

(2)在搭板與舊路路基接縫處,在對應位置的瀝

青面層的層間加鋪經(jīng)編復合增強防裂布(亦可采用其

他適用于瀝青的彈性材料),以增加該處整體路面結

構的韌性,防止裂縫產(chǎn)生。

4. 5 橋梁結構驗算要點[2]

采用橋路結合結構,對于橋梁結構構造也有特殊

要求。 為了加強對橋側搭板的承受力,普通箱梁的懸

臂板的尺寸顯然無法直接作為支承結構。 因此,可將

懸臂縮減或取消,增設牛腿并加強該側腹板,以作為

支承搭板所用。 箱梁結構本身成為非常規(guī)的不對稱

結構(參見圖 5 中箱梁形式),如不采取措施,其所受

的恒載也可能不平衡,受力驗算也有別于常規(guī)橋梁結

構。 由于橋梁計算內(nèi)容較多,且并不具備一般通用

性,需根據(jù)每個項目的實際情況進行針對性的計算分

析及結構調整。 因此,本文對常規(guī)的強度、應力等計

算內(nèi)容不做贅述,僅針對所引用案例橋梁結構區(qū)別于

常規(guī)的特殊注意點及其解決思路進行說明介紹。

4. 5. 1 不對稱的主梁截面

由于主梁在臨山側需設置牛腿,導致其截面不對

稱,因此,主梁所受荷載可能產(chǎn)生較嚴重的偏載,從而

有可能導致主梁側翻。 要解決此問題,就需要找出其

受力偏重的關鍵點。 如在本案例中,牛腿上所承擔的

恒載、活載作用大小,與搭板在道路側支撐位置相關,

如圖 7 所示。

圖 7 主梁、搭板相對位置關系示意圖

因此,可以通過調整搭板跨越段的長度 L,增大

或減少牛腿所承擔荷載的大小,以使主梁兩側受力基

本平衡,從而消除或降低偏載作用的影響。 應通過主

梁計算中支座反力的數(shù)值來校驗受力情況是否平衡

(即各種工況下特別是未加載活載時,支座 1 及支座

2 的支反力數(shù)值是否接近),并可以進一步調整迭代

以達到滿意的平衡度,最終確定 L 的合理取值。

4. 5. 2 牛腿的結構分析[3]

主梁牛腿處需承受較大的豎向作用,同時又是截

面高度的突變處,使其成為薄弱部位,也是易產(chǎn)生應

力集中現(xiàn)象的部位。 因此,需對其進行結構分析,并

對相應部位進行加強。 由于牛腿位于橋側隨搭板沿

橋梁縱向設置,計算分析時,可取單位長度的范圍單

獨計算,取 1 m 范圍或取車輪荷載影響范圍進行分

析。 關鍵計算內(nèi)容為:

(1)驗算最薄弱截面:求得最薄弱斜截面位置,

根據(jù)相關文獻,確定最薄弱斜截面傾角的正切表達式

如下:

tan2θ =

2Rh

3Re + 3Hε + 2Hh

式中:R———支承處豎向力,kN; H———支承處水

平力,kN;θ———最薄弱斜截面傾角;h———牛腿端部

高度。

其余各參數(shù)如圖 8 所示。

圖 8 牛腿薄弱截面參數(shù)示意圖

在確定最薄弱截面位置后,按偏心受拉構件,對

該截面進行承載能力驗算。

(2)45°斜截面抗拉驗算:為了確保在假設混凝土

沿 45°斜截面開裂后,承受全部拉力的鋼筋具有足夠

的抗拉強度,還需近似按軸心受拉構件,驗算該情況

下鋼筋的抗拉強度。

兩者都驗算后,根據(jù)驗算的結果調整牛腿尺寸、

配置斜截面抗拉鋼筋,以滿足結構受力的要求。

5 案例項目建成后運營情況

本文所述,山區(qū)城市江濱路案例項目采用了橋路

結合方案進行拓寬,項目設計時間為 2009 年,全線建

成時間為 2011 年,至今已運營十多年。 根據(jù)現(xiàn)場照

片(圖 9),銜接位置情況良好,路面暫未發(fā)現(xiàn)較明顯

的錯位、開裂、沉陷或影響行車舒適的情況。 日常的

養(yǎng)護主要是針對瀝青層及鋪裝層磨耗所進行的。

2023 年 12 期 總第 306 期 劉 堯·山區(qū)城市道路拓寬“橋路結合結構”方法及實踐 ·107·

圖 9 運營期情況

6 結論

本文主要對山區(qū)道路改擴建時可能碰到的情況

及常規(guī)思路進行了闡述,并對條件較差、受限較多情

況下采用“橋路結合結構”方式進行拓寬道路建設空

間的方案進行了探討,主要內(nèi)容及結論如下:

(1)橋路結合結構方案的主要特點,是利用橋梁

結構代替部分路基區(qū)域,以減少項目的填、挖方量及

范圍以及減少對周邊環(huán)境的影響。 特別是在條件較

差的情況下,如:陸側拆遷量較大或山勢陡峭。 某山

區(qū)江濱路拓寬改造采用了該法,經(jīng)十年運營,情況良

好,亦驗證了該法的可行及安全可靠。

(2)該法主要注意事項

①橋梁構造的總體布置,要綜合考慮結合周邊地

形及現(xiàn)狀構筑物的位置及構造大小,避免相互干擾,

影響結構安全。

②橋路等結構的銜接部分應采取適當?shù)拇胧?以

避免路面裂縫、擋墻結構安全受影響等不良情況,也

保證項目建成后的耐久性和使用舒適性。

③橋梁構件尺寸設置合理,并注意特殊局部受力

驗算。 如:選擇合適的橫向搭板支承距離,以保證橋

梁主梁受力均衡,搭接牛腿處應單獨分析、配筋以保

證結構安全。

(3)本文結合某山區(qū)城市江濱路實例,對采用橋

路結合結構方法實施十年后的情況進行跟蹤,驗證了

該法的可行、可靠。

綜上,本文探討的方法,在受地形條件限制、無直

接可用拓寬空間的道路改造項目,尤其是道路兩側一

側地勢較低、一側較高或者兩側均較現(xiàn)狀道路低的情

況下適用。 可作為同類改造項目的建設方案使用。

參 考 文 獻

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

社,2019.

[2] 范立礎. 橋梁工程[M]. 北京:人民交通出版社,2017.

[3] 彭榮. 牛腿的構造與計算[ J]. 鐵道勘測與設計,2008

(4):104 - 109.

(上接第 72 頁)

(2)有限元模擬計算結果及邊坡監(jiān)測數(shù)據(jù)表明:

邊坡最不利位置位于場地西側,隨著場地切坡及支護

結構施工,在 T13 時位移邊坡達到最大值,但仍在邊

坡預警值范圍內(nèi)。

(3)針對西側邊坡位移的監(jiān)測結果,揭示該側邊

坡在切坡工況下,產(chǎn)生了最大的側向位移變形,而后

續(xù)的支護措施施工,有效約束了這一變形趨勢。

(4)利用有限元數(shù)值,模擬對邊坡現(xiàn)狀先行分

析,能夠精準獲得邊坡未支護時的不利點,其模擬結

果與監(jiān)測數(shù)據(jù)較為一致。 對該不利點進行針對性設

計,能夠較精確地把握項目要點, 指導施工, 節(jié)約

成本。

參 考 文 獻

[1] 張慧麗. 邊坡支護技術在土木工程施工中的具體應用

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化[J]. 福建建筑,2021(1):66 - 69.

2023 年第 12 期

總第 306 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 12·2023

Vol·306

城市軌道交通與市政道路工程交叉建設的

變形控制關鍵技術研究

劉干典

(福州軌道交通設計院有限公司 福建福州 350009)

摘 要:城市軌道交通與市政道路工程會不可避免地產(chǎn)生交叉重合。 如何在交叉建設中有效統(tǒng)籌協(xié)調以及相關系統(tǒng)

設施的安全問題,亟待研究。 以福州市帝封江片區(qū)路網(wǎng)一期工程與福州軌道交通 5 號線工程交叉施工為案例,分析探

討城市軌道交通和道路工程交叉建設的變形控制關鍵技術,評估道路施工對地鐵結構的安全影響,為后續(xù)進一步研究

外部項目施工對軌道交通設施的影響提供參考與指導。

關鍵詞: 地鐵隧道;市政道路;交叉建設;變形控制;經(jīng)驗

中圖分類號:TU997 文獻標識碼:A 文章編號: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

作者簡介:劉干典(1984. 01— ),男,高級工程師。

E-mail:673108500@ qq. com

收稿日期:2023 - 05 - 29

0 引言

近年來,隨著城市化進程的不斷加快,我國城市

交通路網(wǎng)建設處于飛速發(fā)展的時期,軌道交通已逐漸

成為城市公共交通系統(tǒng)的骨干與核心。 市政道路作

為交通路網(wǎng)的基礎,也正在不斷拓展優(yōu)化。 福州市當

前已建成并投入運營 4 條地鐵線路,運營線路總長約

112 . 0 km,在建線路總長約 116. 0 km。 2022 年,福州

市行政區(qū)道路網(wǎng)密度已達 7. 6 km / km

2

。

隨著城市的不斷發(fā)展迭代,國土空間利用越來越

集約,軌道交通與市政道路工程不可避免會產(chǎn)生交叉

重合,盾構隧道下穿新建道路,市政橋上跨地鐵區(qū)間

等交叉施工的情況時有發(fā)生。 如何在交叉建設中,有

效地統(tǒng)籌協(xié)調并考慮相關系統(tǒng)設施的安全問題,已成

為當前城市規(guī)劃與設計研究的重難點[1 - 3]

。

本文以福州市帝封江片區(qū)路網(wǎng)一期工程與福州

軌道交通 5 號線工程交叉施工設計為案例,分析探討

城市軌道交通和市政道路交叉建設的變形控制關鍵

技術。 通過數(shù)值模擬與監(jiān)測數(shù)據(jù),評估市政道路施工

對軌道交通結構的安全影響,總結建設經(jīng)驗,并提出

研究展望。

1 工程概況

1. 1 軌道交通工程

福州軌道交通 5 號線與帝封江片區(qū)路網(wǎng)一期工

程交叉范圍,包括當鋪路站(不含) - 歡樂谷站 - 帝

封江站,總平面如圖 1 所示。

歡樂谷站為地下三層島式車站,雙柱三跨箱形框

架結構,頂板覆土平均厚約 2. 65 m,采用明挖順作法

2023 年 12 期 總第 306 期 劉干典·城市軌道交通與市政道路工程交叉建設的變形控制關鍵技術研究 ·109·

施工。 車站主體所處地層,為(含泥) 中砂和淤泥夾

砂。 帝封江站為地下兩層雙島四線平行換乘車站,四

柱五跨箱型框架,頂板覆土平均厚約 3. 85 m,采用明

挖順作法施工。 車站主體所處地層,為(含泥) 中砂

和淤泥質土。

當鋪路站 - 歡樂谷站區(qū)間采用盾構法施工。 相

對原狀地面,隧道覆土厚度約 5. 13 m ~ 15. 61 m,隧道

洞身穿越地層主要為中細砂和淤泥夾砂。 歡樂谷站 -帝

封江站區(qū)間采用盾構法施工。 相對原狀地面,隧道覆

土厚度約 9. 32 m ~ 21. 99 m,隧道洞身穿越地層主要

為(含泥)中砂和淤泥夾砂。

圖 1 總平面圖

1. 2 道路工程

帝封江片區(qū)路網(wǎng)一期工程與福州軌道交通 5 號

線交叉范圍,包括帝封江路、竹欖路南段和規(guī)劃縱三

路,原狀地面 H1 與規(guī)劃路面 H2 的高差 ΔH 如表 1

所示。

表 1 帝封江路網(wǎng)道路標高

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

竹欖路南段 689 4. 33 ~ 9. 17 6. 26 ~ 8. 82 0. 46 ~ 4. 33

規(guī)劃縱三路 365 2. 50 ~ 7. 62 6. 20 ~ 7. 76 0. 14 ~ 3. 58

2 設計要點及技術方案

為確保軌道交通及道路工程二者安全,有效控制

項目交叉建設的工程風險,應著重在設計理念、技術

方案、施工時序等方面統(tǒng)籌優(yōu)化。 本工程遵守的主要

設計理念包括以下兩方面:

在軌道交通地下車站設計中,自身應優(yōu)先采用

“補償基礎” 的設計理念,通過選擇合理的車站埋深

和覆土厚度,降低道路覆土后的附加荷載。 若車站埋

深及覆土無法滿足要求,亦可通過在車站底板設置樁

基,將附加荷載傳遞至深層土體。

在市政道路設計中,應優(yōu)先考慮在軌道交通地下

車站,或盾構施工前將路基回填至規(guī)劃標高,并預留

足夠的路基及路床固結時間,保證變形值和變形速率

在軌道交通設施容許范圍內(nèi)。 如無法滿足上述條件,

道路工程晚于軌道交通建設時,應結合地質條件和現(xiàn)

場實際情況,考慮采用“零荷載” 的設計理念。 也即

通過輕質材料換填等措施[4]

,在確保安全的前提下,

減小或不增加區(qū)間隧道的附加荷載。

在上述設計理念的指導下,項目雙方本著互相促

進的協(xié)同原則,經(jīng)多輪研究后,從技術、投資、建設時

序等多角度分析論證,確定了主要技術方案:歡樂谷

站與帝封江站圍護結構投影區(qū)上方路基,采用普通砂

性土回填至規(guī)劃道路標高(不含路面結構)后移交至

道路工程;車站投影區(qū)外、相關盾構區(qū)間以及軌道交

通影響范圍內(nèi)的路基,原則上均要求采用輕質泡沫混

凝土換填。

2. 1 軌道交通工程方案

歡樂谷站、帝封江站、當鋪路站 - 歡樂谷站區(qū)間

(以下簡稱當歡區(qū)間) 及歡樂谷站 - 帝封江站區(qū)間

(以下簡稱歡帝區(qū)間)設計方案如下:

歡樂谷站圍護結構采用厚 1000 mm、長 53 m 的

地下連續(xù)墻,基底采用 ?850 mm@ 600 mm 裙邊 + 抽

條三軸攪拌樁加固,內(nèi)支撐的立柱樁兼做永久立

柱樁。

帝封江站圍護結構采用厚 800 mm、長 51. 8 m 的

地下連續(xù)墻,基底采用 ?700 mm@ 500 mm 裙邊 + 抽

條雙軸攪拌樁加固,內(nèi)支撐的立柱樁兼做永久立

柱樁。

上述兩座車站均采用了超深地下連續(xù)墻,將圍護

結構內(nèi)外的土體應力有效分離,顯著減少車站投影區(qū)

以外路基附加荷載對車站產(chǎn)生的影響。 此外,還對車

站基底下方土體進行加固,并永久保留內(nèi)支撐的立柱

樁,進一步加強了自身的抗變形能力。

當歡區(qū)間與歡帝區(qū)間兩座盾構隧道采用的襯砌

管片,內(nèi)徑為 ?5500 mm,外徑為 ?6200 mm,厚度為

350 mm,環(huán)寬為 1200 mm。 襯砌環(huán)由鋼筋混凝土管片

構成,采用抗?jié)B等級為 P10 的 C50 高強混凝土。 每環(huán)

管片縱縫采用 12 根 M30 螺栓,每個環(huán)縫采用 16 根

M30 螺栓。 襯砌環(huán)全環(huán)由 1 塊小封頂、兩塊鄰接塊以

及 3 塊標準塊構成。 該類型管片自身能較好地適應

區(qū)間隧道差異沉降產(chǎn)生的病害。

此外,由于盾構隧道自身剛度較弱,難以通過加

強剛度,抵抗后期超載對隧道結構的不利影響。 因

此,明確要求盾構施工前一年內(nèi),道路工程須完成規(guī)

·110· 福 建 建 筑 2023 年

劃路面標高1. 5 m 以下的路基回填。 1. 5 m 以內(nèi)的路

基和路面結構后期采用“零荷載” 設計,采用輕質材

料換填,并回筑至規(guī)劃路面標高。

2. 2 道路工程方案

項目建設期間,帝封江片區(qū)尚處于大規(guī)模開發(fā)階

段,周邊地塊施工情況十分復雜。 根據(jù) 2022 年 9 月

對場地標高的確認,僅帝封江 C 段的路面標高與 2. 1

節(jié)中要求預留的 1. 5 m 路基回填高度基本吻合,道路

設計文件也明確了該段路面遵循“零荷載” 設計原

則,故文中不再贅述。 而帝封江路 A 段、竹欖路南段、

帝封江路 B 段及規(guī)劃縱三路的填土高度,與原設計規(guī)

劃高度存在明顯差異,因此,后續(xù)將著重分析上述路

段的路基處理方案。 各區(qū)域路面實際高差見表 2 ~

表 3,填土區(qū)域分塊如圖 2 所示。 基于實際填土高差

以及道路工程投資成本的限制,在充分考慮道路施工

對軌道交通設施安全影響的前提下,采取了盡可能接

近“零荷載” 的有限荷載設計方案,各區(qū)域的路基處

理方案及產(chǎn)生的附加恒載 P 見表 2 ~ 表 3,路基及土

層容重取值如表 4 所示。

表 2 帝封江路 A 段、竹欖路南段設計方案

區(qū)域 ΔH/ m 路基處理方案 P / kPa

A 0. 36

挖除 1. 5 m 現(xiàn)狀土,換填 0. 3 m 碎石灌

砂 + 1. 2 m 輕質混凝土

0. 33

B 0. 36 挖除 1. 5 m 現(xiàn)狀土,換填 1. 5 m 砂性土 20. 19

C 2. 66

挖除 4 m 現(xiàn)狀土,換填 0. 15 m 碎石灌砂

+ 3. 85 m 輕質混凝土 + 回填 2. 3 m 輕

質混凝土

0. 63

D1 1. 16

挖除 3. 65 m 現(xiàn)狀土,換填 0. 15 m 碎石

灌砂 + 3. 50 m 輕質混凝土 + 回填 0. 8 m

輕質混凝土

- 10. 25

D2 1. 16

挖除 2. 65 m 現(xiàn)狀土,換填 0. 15 m 碎石

灌砂 + 2. 50 m 輕質混凝土 + 回填 0. 8 m

輕質混凝土

- 2. 75

E 0. 53

挖除 1. 05 m 地鐵回填土,換填 0. 8 m 砂

性土

13. 44

F 1. 98

挖除 0. 8 m 雜填土,換填 0. 8 m 砂性土

+ 回填 1. 2 m 砂性土

39. 54

表 3 帝封江路 B 段、規(guī)劃縱三路設計方案

區(qū)域 ΔH/ m 路基處理方案 P / kPa

A 0. 48

挖除 1. 1m 地鐵回填土,換填 0. 8m 砂

性土

12. 54

B 2. 36

挖除 1m 雜填土,換填 1m 砂性土 + 回填

0. 5m 砂性土 + 1. 5m 輕質混凝土

30. 78

C 0. 36

挖除 3. 3m 雜填土,換填 0. 8m 碎石灌砂

+ 1. 5m 砂性土 + 1m 輕質混凝土

0. 88

D 0. 48

挖除 3. 3m 雜填土,換填 0. 8m 碎石灌砂

+ 2. 5m 砂性土

13. 54

E 2. 78

挖除 1m 雜填土,換填 1m 砂性土 + 回填

2m 砂性土

53. 94

(a)帝封江路 A 段、竹欖路

(b)帝封江路 B 段、規(guī)劃縱三路

圖 2 路基處理范圍

表 4 路基材料容重 kN/ m

3

原狀土 地鐵回填土 碎石灌砂 砂性土 輕質混凝土 路面層

16. 5 18 20 18 9 23

根據(jù)《建筑地基基礎規(guī)范》(GB 50007—2011) 式

5. 3. 5 分層總和法計算[5]

,本項目中道路工程的最終

沉降量可按式(1) 計算。 帝封江路 A 段、竹欖路南

段、帝封江路 B 段及規(guī)劃縱三路下方各土層的壓縮沉

降量計算結果,見表 5 ~ 表 7。

s = ψs∑

n

i = 1

p0

zi αi - zi - 1αi - 1

( )

Esi

(1)

表 5 帝封江路 A 段壓縮沉降量

層號 土層 層厚(m)

壓縮模量

(MPa)

壓縮量

(mm)

< 2 - 5 > 中細砂 16 24 ~ 27 0. 39

< 2 - 4 - 4 > 淤泥夾砂 10 2. 59 16. 79

< 3 - 1 - 1 > 粉質粘土 3. 5 5. 52 2. 27

< 3 - 2 > 泥質粉砂 3 25 ~ 31 0. 050

表 6 竹欖路南段壓縮沉降量

層號 土層 層厚(m)

壓縮模量

(MPa)

壓縮量

(mm)

< 2 - 5 > 含泥中砂 15. 5 15 ~ 20? 12. 98

< 2 - 4 - 4 > 淤泥夾砂 12. 6 2. 52 45. 42

< 3 - 8 > 卵石 22 54 ~ 65? 0. 115

表 7 帝封江路 B 段、規(guī)劃縱三路壓縮沉降量

層號 土層 層厚(m)

壓縮模量

(MPa)

壓縮量

(mm)

< 2 - 5 > 含泥中砂 15. 6 15 ~ 20? 12. 18

< 2 - 4 - 5 > 淤泥質土 9. 8 9 ~ 14? 9. 30

< 3 - 1 - 2 > 粉質粘土 2. 7 5. 12 3. 13

< 4 - 8 > 卵石 20. 2 54 ~ 65? 0. 065

當鋪路站 - 歡樂谷站區(qū)間隧道位于帝封江路 A

段下方 < 2 - 4 - 4 > 淤泥夾砂層,則隧道結構的總沉

降量為隧底以下 < 2 - 4 - 4 > 淤泥夾砂、 < 3 - 1 - 1 >

粉質粘土、 < 3 - 2 > 泥質粉砂 3 個地層壓縮量的累加

值,最終總沉降量 S1 = 5. 58 + 2. 27 + 0. 05 = 7. 90 mm。

2023 年 12 期 總第 306 期 劉干典·城市軌道交通與市政道路工程交叉建設的變形控制關鍵技術研究 ·111·

歡樂谷站位于竹欖路南段下方 < 2 - 4 - 4 > 淤泥

夾砂層,則車站結構的總沉降量為隧底以下 < 2 - 4 -

4 > 淤泥夾砂、 < 3 - 8 > 卵石兩個地層壓縮量的累加

值,最終總沉降量 S2 = 5. 35 + 0. 115 = 5. 47 mm。

帝封江站位于帝封江路 B 段、規(guī)劃縱三路下方 <

2 - 4 - 5 > 淤泥質土層,則車站結構的總沉降量為隧

底以下 < 2 - 4 - 5 > 淤泥質土、 < 3 - 1 - 2 > 粉質粘

土、 < 4 - 8 > 卵石 3 個地層壓縮量的累加值,最終總

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

3 數(shù)值模擬計算

為進一步復核分層總和法計算變形的可靠性,本

工程采用有限元軟件 midas GTS NX 進行數(shù)值分析進

行互校。 根據(jù)道路工程與軌道交通工程的交叉情況,

分為 3 個節(jié)點進行模擬分析:當鋪路站 - 歡樂谷站區(qū)

間、歡樂谷站和帝封江站。 根據(jù)規(guī)范[6]要求并考慮結

構既有變形后,地鐵結構變形控制指標如表 8 所示。

表 8 變形控制指標 mm

車站/ 區(qū)間 位置 豎向位移 水平位移 凈空收斂

當歡區(qū)間 — 10 8 8

歡樂谷站

車站主體 19 19 —

附屬結構 38 —

歡帝區(qū)間 — 10 8 8

帝封江站

車站主體 17 17 —

附屬結構 38 — —

3. 1 節(jié)點 1:當鋪路站 - 歡樂谷站區(qū)間

節(jié)點 1 的有限元模型如圖 3 所示,模型范圍包含

當鋪路站 - 歡樂谷站區(qū)間、帝封江路 A 段及周圍土體。

區(qū)間隧道模型變形如圖 4 所示,道路完工及運營后區(qū)

間結構最大變形(水平變形 H,豎向變形 V,總位移 Total)見表 9,均小于控制值故影響可控。 模擬施工過程

中,C 區(qū)域道路一次性開挖后,區(qū)間最大隆起量達

12. 85 mm。 道路完工后,隧道受上部卸載影響,整體上

浮。 道路運營后,隧道變形受道路超載影響,隧道整體

下沉,隧道拱腰兩側收窄,隧頂拱起變形。 基坑覆土回

填階段,隧道整體下沉,隧頂下沉,拱腰兩側壓寬。

圖 3 節(jié)點 1 有限元模型

圖 4 節(jié)點 1 結構變形

表 9 節(jié)點 1 最大變形

施工階段 H/ mm V/ mm Total / mm

完工后 2. 12 3. 89 3. 95

運營后 1. 93 - 7. 31 7. 31

3. 2 節(jié)點 2:歡樂谷站

節(jié)點 2 的有限元模型如圖 5 所示,模型范圍包含

歡樂谷站、帝封江路 A 段、竹欖路及周圍土體。 地鐵結

構模型變形如圖 6 所示,車站主體、B 號口和 C 號口最

大變形如表 10 所示,均小于控制值,故影響可控。

圖 5 節(jié)點 2 有限元模型

圖 6 節(jié)點 2 結構變形

·112· 福 建 建 筑 2023 年

表 10 節(jié)點 2 最大變形

結構 H/ mm V/ mm Total / mm

車站主體 3. 16 - 4. 31 4. 97

B 號口 5. 01 - 24. 46 25. 16

C 號口 13. 56 - 17. 09 21. 70

3. 3 節(jié)點 3:帝封江站

節(jié)點 3 的有限元模型如圖 7 所示,模型范圍包含

帝封江站、歡樂谷站 - 帝封江站、帝封江路 B 段、規(guī)劃

縱三路及周圍土體。 地鐵結構模型變形如圖 8 所示,

車站主體、1 號、H 號口、4 號風亭和隧道的最大變形

如表 11 所示,均小于控制值,故影響可控。

圖 7 節(jié)點 3 有限元模型

圖 8 節(jié)點 3 結構變形

表 11 帝封江站工后最大變形

結構 H/ mm V/ mm Total / mm

車站主體 1. 29 - 5. 64 5. 72

1 號口 2. 95 - 9. 27 9. 54

H 號口 - 1. 42 - 3. 85 4. 10

4 號風亭 2. 16 - 5. 74 5. 92

隧道 0. 41 - 0. 58 0. 70

數(shù)值模擬分析結果表明,鋪路站 - 歡樂谷站區(qū)間

沉降計算結果與前文的分層總和法計算結果 S1的差

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

歡樂谷站沉降計算結果與前文的分層總和法計

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

約 9. 14% 。

帝封江站沉降計算結果與前文的分層總和法計

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

約 7. 59% 。

通過以上分析可知,兩者計算結果偏差較小,且

均能滿足結構安全控制值的要求。

4 施工監(jiān)測情況

截至 2023 年 3 月,帝封江片區(qū)路網(wǎng)一期工程已

完成路基施工。 根據(jù)相關監(jiān)測保護規(guī)范[6 - 7]

,區(qū)間內(nèi)

每 5 環(huán)布設 1 個斷面,車站內(nèi)每 5 m 布設 1 個斷面,

車站與隧道交界處加密布設 1 個斷面,站廳層及附屬

結構每10 m 布設1 個斷面;對于區(qū)間變形的監(jiān)測頻率,

施工期間應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,地鐵結構變形監(jiān)

測結果如表 12 所示。

表 12 最大變形監(jiān)測數(shù)據(jù) mm

監(jiān)測項目 左線最大值 右線最大值 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]

收斂值 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]

收斂值 - 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]

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)可知,各監(jiān)測項目變化速率和累計

變化量,均在控制值范圍內(nèi)。 結合數(shù)值模擬的計算結

果,可得帝封江片區(qū)路網(wǎng)一期工程施工對福州軌道交

通 5 號線的安全影響如下:

當鋪路站 - 歡樂谷站區(qū)間及帝封江站上方道路

填土部分,采用輕質混凝土換填。 道路完工并運營

后,車站與區(qū)間結構位移變形均小于限制值,滿足地

鐵保護要求。

歡樂谷站 - 帝封江站區(qū)間受上方道路施工影響,

歡樂谷站采用附屬外輪廓設置隔離樁的方案。 考慮

結構既有變形后,車站主體、附屬結構及區(qū)間的變形

值均小于控制值,滿足地鐵保護要求。

(下轉第 116 頁)

2023 年第 12 期

總第 306 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 12·2023

Vol·306

海綿設施調蓄容積計算公式的研究

洪 濤

(福建省建筑設計研究院有限公司 福建福州 350001)

摘 要:根據(jù)年徑流總量控制率定義,指出年徑流總量控制率不僅與設計降雨量相關,也與雨量徑流系數(shù)相關連。 通

過分析推導,得出年徑流總量控制率、設計降雨量和雨量徑流系數(shù)三者之間的內(nèi)在關系;指出容積法計算海綿設施調

蓄容積的公式應加以修正,并可根據(jù)場地實際設置的調蓄容積,計算出場地實際年徑流總量控制率。

關鍵詞: 年徑流總量控制率; 設計降雨量;雨量徑流系數(shù)

中圖分類號:TU99 文獻標識碼:A 文章編號: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

作者簡介:洪濤(1972— ),男,高級工程師。

E-mail:ht@ fjadi. com. cn

收稿日期:2023 - 06 - 26

0 引言

年徑流總量控制率是海綿城市建設中首要的規(guī)

劃控制目標。 要實現(xiàn)這一目標,主要通過在場地內(nèi)設

置一定規(guī)模的低影響開發(fā)設施(以下簡稱“海綿設

施”),控制頻率較高的中、小降雨事件來實現(xiàn)[1]

。 實

際工程設計中,通常將需要設計的場地劃分為若干分

區(qū),分別計算各分區(qū)所需要設置的調蓄容積。 當分區(qū)

內(nèi)實際設置的調蓄容積與需要設置的容積不符時,則

需要根據(jù)實際設置的調蓄容積,計算出該分區(qū)的實際

年徑流總量控制率。 最后加權計算整個場地的年徑流

總量控制率,其值大于規(guī)定的年徑流總量控制率,即滿

足設計要求。 《海綿城市建設技術指南(試行)》(以下

簡稱《海綿指南》)給出容積法計算公式 V = 10HψF 公

式(1),式中:V 為設計調蓄容積(m

3

);H 為設計降雨

量(mm);ψ 為雨量徑流系數(shù); F 為匯水面積( hm

2

)。

通過該公式,即可計算場地調蓄設施所需的容積。 反

之,當場地設置一定的調蓄容積后,亦可根據(jù)公式計

算出設計降雨量,再根據(jù)設計降雨量,查出對應的年

徑流總量控制率。

1 雨量徑流系數(shù)計算年徑流總量控制率

《建筑與小區(qū)雨水控制及利用工程技術規(guī)范》

(以下簡稱《雨水控制規(guī)范》) 的雨量徑流系數(shù)定義

為:在設定時間內(nèi),降雨產(chǎn)生的徑流總量與總雨量之

比,即為雨量徑流系數(shù)[2]

。 《海綿指南》 同樣也有相

關論述:當自然地貌按綠地考慮時,綠地年徑流總量

外排率為 15% ~ 20% (相當于年雨量徑流系數(shù) ψ 為

0. 15 ~ 0. 20),則年徑流總量控制率最佳為 80% ~

85% ,即年徑流總量控制率為 1 - ψ(通常年徑流系數(shù)

小于日徑流系數(shù)。 工程實際中,常以日徑流系數(shù)為計

算依據(jù),以下所述徑流系數(shù)均為日徑流系數(shù))。 根據(jù)

《雨水控制規(guī)范》定義及《海綿指南》相關內(nèi)容敘述可

知,年徑流總量控制率與雨量徑流系數(shù)關系為 P = 1

- ψ 公式(2),式中 P 為年徑流總量控制率。

·114· 福 建 建 筑 2023 年

2 容積法與采用雨量徑流系數(shù)計算年徑流總

量控制率的矛盾

以福州市某項目為例,進行海綿設施的調節(jié)容積

及年徑流總量控制率計算。 場地總面積 10 000 m

2

,

綠地率為 30% ,建筑密度 30% ,年徑流總量控制率要

求為 75% 。 據(jù)《福建省海綿城市建設技術導則》,福

州市年徑流總量控制率對應降雨量如圖 1 與表 1 所

示,下墊面雨量徑流系數(shù)取值如表 2 所示。圖 1 福州市徑流總量控制率曲線圖

表 1 福州市年徑流總量控制率與設計降雨量對應表

城市

不同年徑流總量控制率對應的設計降雨量(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 雨量徑流系數(shù)

場地類型 硬屋面 道路及廣場 綠地 綠化屋面 透水鋪裝

徑流系數(shù) 0. 85 0. 85 0. 15 0. 3 0. 3

根據(jù)場地條件,設置不同的海綿設施,如表3 所示。

設計年徑流總量控制率采用 75% ,對應設計降

雨量采用 24. 1 mm,計算結果如表 4 所示。

表 3 項目場地海綿設施設置情況表 m

2

分類計算 總面積 硬屋面 綠色屋面 透水鋪裝路面 不透水應道路面積 下凹式綠地

綠地面積(含下

凹綠地)

海綿設施一 10000 3000 0 0 4000 1550 3000

海綿設施二 10000 2000 1000 2000 2000 500 3000

海綿設施三 10000 2000 1000 2000 2000 0 3000

表 4 項目場地不同海綿設施下的年徑流總量控制率計算表

項目場地

設施分類

總面積

(m

2

)

下凹式綠地

(m

2

)

計算綜合雨

量徑流系數(shù)

年降雨總量控制

率(75% )對應的

設計降雨量(mm)

所需控制體積

(m

3

)

下凹式綠地調

蓄容積(m

3

)

LID 設施控制

雨量(mm)

項目年徑流總

量控制率(% )

海綿設施一 10000 1550 0. 64 24. 1 154. 2 155 24. 2 75. 1

海綿設施二 10000 500 0. 475 24. 1 114. 5 50 10. 5 48. 6

海綿設施三 10000 0 0. 475 24. 1 114. 5 0 0 0

表 4 顯示,當采用海綿設施二時,依據(jù)容積法公

式(1)計算,得出海綿設施實際年徑流總量控制率為

48. 6% 。 當采用海綿設施三時,依據(jù)容積法公式(1)

計算,得出海綿設施實際年徑流總量控制率為 0。 根

據(jù)上文所述年徑流總量控制率與雨量徑流系數(shù)的關

系,當場地雨量徑流系數(shù)為 0. 475 時,即使不設任何

調蓄設施,場地的實際年徑流總量控制率按公式(2)

計算,為 P = 1 - 0. 475 = 52. 5% 。 從計算結果看,采

用容積法計算得出的年徑流總量控制率,與根據(jù)場地

雨量徑流系數(shù)計算得出的年徑流總量控制率存在

矛盾。

3 問題分析及推導公式

根據(jù)《海綿指南》 關于年徑流總量控制率的定

義,年徑流總量控制率與設計降雨量之間的關系可解

釋為:假設場地年徑流總量控制率為 P 時,對應設計

降雨量為 HS mm,則設計降雨量 HS下方雨量之和(以

∑HS表示)為場地全年累計得到控制的雨量,設計降

雨量上方雨量之和為場地全年外排總降雨量(以∑Hi

表示),如圖 2 所示。

圖 2 年徑流總量控制率對應的降雨量控制圖

2023 年 12 期 總第 306 期 洪 濤·海綿設施調蓄容積計算公式的研究 ·115·

當場地內(nèi)設置的海綿設施調蓄容積為 V = HSψF m

3

時,分析場地逐日實際外排徑流量:當某日降雨量 H

小于 HS mm 時,徑流量 W = HψF 小于海綿設施規(guī)模

調蓄容積 V(HSψF),所有徑流均被攔截進入海綿設

施內(nèi),無外排徑流。 也即所有降雨均被攔截,符合年

徑流總量控制率所定義的內(nèi)容。 當某日降雨量 H 大

于 HS mm 時,其降雨量可表示為:

H =HS +Hi(Hi為當天降雨量超出 HS mm 的部分);

則場地徑流量 W = (HS + Hi ) ψF = HS ψF + Hi

ψF = V + HiψF;

根據(jù)上式,當降雨量 H 大于 HS mm 時,海綿設施

截留體積為 V 部分的雨水徑流,外排徑流量則為 Hi

ψF,即相當于外排降雨量為 Hiψ mm。 而按年徑流總量

控制率定義,當降雨量 H 大于 HS時,外排降雨量應為

Hi mm,而不僅是 Hiψ mm,兩者之差為 Hi(1 - ψ)mm。

即 Hi(1 - ψ)mm 的降雨量其實并未外排,也為場地所

截留。 上述分析結果如圖 3 所示。

圖 3 設計場地的降雨量分布示意圖

對比圖 2 與圖 3,可以很明顯地看出其中的區(qū)別,

即按照《海綿指南》中給出的公式計算海綿設施調節(jié)容

積時,理論上的全年外排總量應為圖 2 中的∑Hi,而當

設置了調蓄容積為 HSψF 時,實際全年外排總量僅為最

上方區(qū)域四,即∑Hiψ,理論外排總量與實際外排總量

之間的差值為∑Hi(1 - ψ)。 也就是說,場地全年控制

雨水總量,除了年徑流總量,控制率為 P 對應部分。

∑HS外,還包含超額控制雨量部分∑Hi(1 - ψ)。

此時,實際的全年徑流控制總量應為:W控 = ∑HS

+ ∑Hi(1 - ψ);

式中:∑HS = ∑H?P,∑Hi = ∑H × (1 - P)

實際年徑流總量控制率(用 PS表示)應為:

PS = 全年實際控制總降雨量/ 全年總降雨量

= [∑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———場地設置調蓄容積 V 時所控制雨量

對應的年徑流總量控制率;

PS———場地實際的年徑流總量控制率,即符合當

地規(guī)劃條件的場地年徑流總量控制率;

ψ———流量徑流系數(shù)。

實際工程設計中,根據(jù)當?shù)匾?guī)劃要求,即可確定

目標場地需要達到的年徑流總量控制率 PS ,在此基

礎上計算場地需要的調蓄容積。 但是,此時根據(jù)公

式(1)計算所需要的設計降雨量,并不是 PS所對應

的設計降雨量。 應先根據(jù)公式(4)計算得出 P,再根

據(jù)計算結果 P 查出其對應的設計降雨量。 例如,當

項目場地需要達到的年徑流總量控制率目標為 75% ,

場地徑流系數(shù)為 0. 5,則 P 值應為(0. 75 + 0. 5 - 1) /

0. 5 =0. 5 =50% 。 當場地徑流系數(shù)為 0. 6,則 P 值應

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

以 50% 和 58. 3% 所對應的設計降雨量代入公式

(1)計算出調蓄容積,場地設置調蓄容積不小于該

值時,項目場地需要達到的年徑流總量控制率即不

小于 75% 。

4 推導公式驗證及應用

仍以上述福州市某項目為例, 采用公式 ( 1 )、

(3)、(4)組合計算后,計算結果如表 5 所示。

表 5 按推導公式計算項目場地不同海綿設施下的年徑流總量控制率計算表

項目場地

設施分類

總面積

(m

2

)

下凹綠地面積

(水深按 100mm 計)

(m

2

)

計算綜合雨量

徑流系數(shù)

P 值

P 值對應的設計

降雨量(mm)

下凹式綠地調

蓄容積(m

3

)

LID 設施控制

雨量(mm)

項目實際年徑流

總量控制率 PS

海綿設施一 10000 980 0. 64 61. 0 15. 3 98. 0 15. 3 75. 0

海綿設施二 10000 366 0. 475 40 7. 7 36. 6 7. 7 71. 5

海綿設施三 10000 0 0. 475 0 0 0 0 52. 5

注:表中 P 值系根據(jù)場地實際設置調蓄容積后計算出的控制雨量查表 1 得出,海綿設施一控制雨量 15. 3 mm,對應 P 值 61. 0% ,海綿設施二控制

雨量 7. 7 mm,對應 P 值 40% ,海綿設施三控制雨量 0 mm,對應 P 值為 0,并根據(jù)公式 3 計算實際年徑流總量控制率。

海綿設施一實際年徑流總量控制率 = (1 + 0. 610 × 0. 64 - 0. 64) = 0. 750 = 75. 0%

海綿設施二實際年徑流總量控制率 = (1 + 0. 4 × 0. 475 - 0. 475) = 0. 715 = 71. 5%

海綿設施三實際年徑流總量控制率 = (1 + 0 × 0. 475 - 0. 475) = 0. 525 = 52. 5%

·116· 福 建 建 筑 2023 年

從表 5 可以看出,采取海綿設施二、三時,實際年

徑流總量控制率未達標,說明調蓄設施容積不足,需

加大下凹綠地面積或增加雨水收集池等。 從設施二

計算結果看,當設置有下凹綠地時,雖然綠地面積不

足,年徑流總量控制率不達標,但是計算得出的實際

年徑流總量控制率大于(1 - ψ);從設施三計算結果

看,當未設置下凹綠地時,計算得出的實際年徑流總

量控制率,即為場地雨量徑流系數(shù)所對應的年徑流總

量控制率(1 - ψ),并未出現(xiàn)設置調蓄設施的場地實

際年徑流總量控制率反而比不設調蓄設施更小的矛

盾結論,從而表明計算結果是有效的,能準確反映出

實際年徑流總量控制率。

5 結語

綜上所述,降雨量與徑流量并不是同一個概念。

降雨量依據(jù)的是統(tǒng)計結果,而徑流量是降雨至下墊面

后根據(jù)下墊面的徑流系數(shù)計算出的結果。 《海綿指

南》給出的各地年徑流總量控制率與設計降雨量表,

是依據(jù)多年降雨量統(tǒng)計分析的結果,對應的是某個雨

量值下的總降雨量,并不是實際的控制量。 因此,從

定義出發(fā),采用降雨總量百分率與設計降雨量對應關

系,更為合適。

從海綿城市建設來說,準確計算出需要控制的降

雨量,既能滿足設計區(qū)域對年徑流總量控制率的要

求,同時也能做到不過度控制降雨量,維持控制區(qū)域

下游的徑流量,對于保護下游地區(qū)的水生態(tài)平衡,同

樣具有重要意義。 另外,從上述兩次按不同方法計算

結果看,采用公式(1)、(3)、(4)組合計算的海綿設施

規(guī)模,均比按《海綿指南》給出的計算公式有所縮小。

雖然單個工程節(jié)約工程量有限,但是從全國整體來

看,節(jié)約的工程造價,也是相當可觀的。

參 考 文 獻

[1] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部,中華人民共和國國

家質量監(jiān)督檢驗檢疫局. 海綿城市建設技術指南———低

影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構建(試行) [ S]. 北京:住房城鄉(xiāng)建

設部,2014.

[2] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部. 建筑與小區(qū)雨水控

制及利用工程技術規(guī)范:GB50400—2016 [ S]. 北京:中

國建筑工業(yè)出版社,2016.

(上接第 112 頁)

5 結語

本文以福州市帝封江片區(qū)路網(wǎng)一期工程與福州

軌道交通 5 號線工程交叉施工項目為案例,從軌道交

通和道路工程兩方面入手,分析了軌道交通與道路工

程交叉建設的變形控制關鍵技術,主要如下:

(1)軌道交通地下結構,自身應優(yōu)先采用“補償

基礎”,合理選擇車站埋深和覆土厚度,降低道路覆土

后的附加荷載。

(2)軌道交通地下結構埋深及覆土無法滿足要

求,可通過在車站底板設置樁基,將附加荷載傳遞至

深層土體。

(3)市政道路設計,應優(yōu)先考慮在軌道交通地下

車站或盾構施工前,將路基回填至規(guī)劃標高,并預留

足夠的路基及路床固結時間。

(4)道路工程晚于軌道交通建設,應結合地質條

件和現(xiàn)場實際情況,考慮采用“零荷載”設計,通過輕

質材料換填等措施,減小或不增加區(qū)間隧道的附加

荷載。

本次研究,在設計方案上,對路基換填深度、材料

和實施必要性等進行優(yōu)化,并對專項監(jiān)測方案、監(jiān)測

項目與監(jiān)測頻率做出要求,保證了福州市帝封江片區(qū)

路網(wǎng)一期工程的安全實施,同時對福州軌道交通 5 號

線工程結構的影響可控。 本文為未來城市軌道交通

與市政道路工程交叉建設積累了經(jīng)驗,并為后續(xù)進一

步研究外部項目施工對軌道交通結構的影響,提供了

參考與指導。

參 考 文 獻

[1] 武科,張文,吳昊天,等. 上軟下硬地層地鐵隧道下穿既

有城市道路的變形規(guī)律及控制措施研究[ J]. 現(xiàn)代隧道

技術,2017,54(06):126 - 135.

[2] 任艷超. 地鐵大跨隧道下穿既有城市道路隧道施工風險

評估及控制[J]. 建筑結構,2021,51(S2):1741 - 1747.

[3] 喬丹,任其亮. 地鐵隧道施工對既有城市道路的影響研

究[J]. 公路工程,2019,44(04):158 - 162.

[4] 董帥. 地鐵區(qū)間段上方后建道路路基設計方案[ J]. 公

路,2021,66(12):82 - 86.

[5] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部. 建筑地基基礎設計

規(guī)范:GB5007—2011[S]. 中國北京. 中國建筑工業(yè)出版

社,2011

[6] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部. 城市軌道交通結構

安全保護技術規(guī)范:CJJ/ T 202—2013[ S]. 北京:中國建

筑工業(yè)出版社,2013.

[7] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部,中華人民共和國國

家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局. 城市軌道交通工程監(jiān)測技術

規(guī)范:GB 50911—2013 [ S]. 北京:中國建筑工業(yè)出版

社,2013.

2023 年第 12 期

總第 306 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 12·2023

Vol·306

從感染概率探析傳染病房通風系統(tǒng)改造設計方法研究

林 峰

(福建省建筑設計研究院有限公司 福建福州 350001)

摘 要:在突發(fā)公共衛(wèi)生事件時,針對傳染病房改造的特殊性,從控制感染概率角度上,對其通風系統(tǒng)的設計要求進行

探討。 為此,從理論分析傳染病房通風量、過濾效率等因素與感染概率的關系,同時考慮病房改造的實際特點;采用

CFD 仿真模擬的方法對室內(nèi)污染物濃度分布進行模擬,從降低感染風險方面得出適合病房改造的通風氣流組織,為傳

染病房通風系統(tǒng)的改造提供設計方法。

關鍵詞: 傳染病房;感染概率;改造;通風系統(tǒng);氣流組織

中圖分類號:TU83 文獻標識碼:A 文章編號: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

作者簡介:林峰(1973. 4— ),男,高級工程師。

E-mail:863707046@ qq. com

收稿日期:2023 - 05 - 29

0 引言

近年來,全世界各地區(qū)均大規(guī)模爆發(fā)了呼吸道傳

染病疫情。 在面對突發(fā)強傳染性疫情,我國各地均出

現(xiàn)了公共衛(wèi)生醫(yī)療資源準備的不足,有些地方甚至出

現(xiàn)了醫(yī)療資源擠兌的狀況。 2020 年 5 月,國家發(fā)布了

《公共衛(wèi)生防控救治能力建設方案》,提出要調整優(yōu)

化醫(yī)療資源布局,提高平戰(zhàn)結合能力,人口較少的地

級市,原則上不鼓勵新建獨立的傳染病醫(yī)院,按照“平

戰(zhàn)結合”要求,改造現(xiàn)有病區(qū)[1]

。

傳染病區(qū)的改造應符合傳染病病區(qū)的使用要求。

除了建筑平面應滿足按“三區(qū)兩通道” 設計外,尤其

是需滿足對呼吸道傳染疾病的醫(yī)療救治條件,控制呼

吸道疾病的感染和傳播。 呼吸道傳染病病毒附著在

人體呼出的顆粒物上,在室內(nèi)會有不同的傳播方式,

而呼吸道傳染病疫情的主要傳播途徑之一,即為飛沫

傳播,當室內(nèi)通風不暢時,容易造成呼吸道傳染病傳

播和交叉感染。 人體呼出顆粒物的傳播,不僅受室內(nèi)

通風換氣量、氣流組織形式等因素影響,同時也與送、

排風口的位置有關[2]

。 因此,通風系統(tǒng)作為營造室內(nèi)

舒適、健康衛(wèi)生居住環(huán)境的技術手段,其衛(wèi)生目標之

一,就是降低室內(nèi)人員交叉感染的概率。 各種呼吸道

傳染病有不同的致病性,而在《傳染病醫(yī)院建筑設計

規(guī)范》

[3]中僅簡單提出最小新風量要求,對通風量大

小及送排風口具體的位置均未明確。 而普通病房按

傳染病房改造的建設空間有限,為了有效地控制傳染

病的感染概率,本文通過感染概率模型理論分析和

CFD 仿真軟件模擬,研究討論傳染病房通風系統(tǒng)合適

的改造設計措施。

1 感染概率模型理論分析

1. 1 空氣傳播疾病感染概率模型

空氣傳播疾病感染率與病毒種類和數(shù)量、人群的

易感性有關。 而病菌或病毒種類及人群易感性無法

預判,同時,空氣病菌或病毒則是由感染源產(chǎn)生帶入

·118· 福 建 建 筑 2023 年

房間的,其數(shù)量也很難完全精確確定,因此無法精確

確定空氣傳播疾病的感染率。

對于在某個存在病原體的房間內(nèi)健康人受到感

染的情況,Wells 在 1955 年提出一個概念“ quanta”,

quanta 定義為使一個人達到致病量所需最少病原體

的數(shù)目,利用這個概率發(fā)展方法確定空氣傳染病的感

染概率[4]

。 根據(jù)這個理論,由 Riley 等在 1978 年提出

了 Wells—Riley 方程[5]

,其公式為:

P = 1 - exp( -

Iqpt

Q

) (1)

式(1)中,P 為感染概率,其值在 0 ~ 1 之間;I 為

感染者人數(shù);q 為一個感染者的 quanta 產(chǎn)生率;p 為單

個感染者呼吸通風量,為常數(shù);Q 為房間通風量,m

3

/ h;

t 為健康人群在污染空氣中的暴露時間,h。

本公式是一種理想狀態(tài)的假設,未考慮實際工程

中房間內(nèi)塵埃顆粒泄漏或沉降效果,并且未考慮房間

內(nèi)感染空氣分布濃度的不均及人員著裝的防護等。

為了方便討論,以上因素暫時忽略不計。

公式(1)中,Q 實際上是對病房內(nèi)污染空氣進行

稀釋的清潔空氣,而在病房的空調通風系統(tǒng)中,空調

送風一般是由新風和回風一起構成的。 新風為清潔

空氣,回風屬于受到污染的空氣,當對空調回風進行

凈化消毒過濾處理后,Wells—Riley 模型修正為:

P = 1 - exp( -

Iqpt

Q2 + ηQ2

) (2)

Q1 = rQ (3)

Q = Q1 + Q2 (4)

式(2)、(3)、(4) 中,Q1 為新風量,m

3

/ h;Q2 為回

風量, m

3

/ h; η 為 回 風 過 濾 效 率,% ; r 為 新 風 百

分比,% 。

將式(3)、(4)代入式(2),可得:

P = 1 - exp{ -

Iqpt

(r + η - ηr)Q

} (5)

根據(jù)式(5) 可以得出:感染概率與感染人呼吸

量、quanta 產(chǎn)生率、暴露時間、通風量、新風百分比、回

風過濾效率均有關。 其中感染人呼吸量為病人總呼

吸量,quanta 產(chǎn)生率僅與病原體種類、污染物產(chǎn)生濃

度有關,暴露時間為健康醫(yī)護人員在病房內(nèi)對病人的

治療時間,這幾項因素是客觀存在的,與空調通風系

統(tǒng)的設計無關。 因此,理論上空調通風系統(tǒng)設計對感

染概率的影響僅取決于通風量、新風百分比、回風過

濾效率這些因素。

1. 2 通風量對感染概率的影響

從式(5) 中可以得出:當其他因素不變時,通風

量越小,感染概率越大。 假設醫(yī)護人員在病房治療所

需的時間不變,對于病人數(shù)一定的病房來說,通風量

對感染概率的影響僅與 quanta 值有關系。 當保持感

染概率不變時,通風量與 quanta 值兩者為正比關系。

為了方便計算討論 quanta 值、通風量與感染概率的相

互關系,本文引入通風當量的概念。 當空調通風系統(tǒng)

為全新風系統(tǒng),暴露時間和病人數(shù)一定時,以感染概

率為 10% ,quanta 值為 100 產(chǎn)生率時所需求的通風量

定義為 1 個通風當量。 將通風當量及 quanta 值逐步

加大,根據(jù)公式(5),各感染概率變化如圖 1 和表 1

所示。

圖 1 感染概率隨 quanta 值及通風量變化的關系

表 1 各 quanta 值及通風量對應的感染概率 %

quanta

通風當量

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

從表 1 可知:在 quanta 值為 100 產(chǎn)生率的條件

下,當通風當量從 1 增加到 9 時,感染概率降低了

8. 8% ,而通風當量從 9 增加到 18 時,感染概率僅降

低了 0. 6% ,在圖 2 中,也看出感染概率曲線在通風當

量達到一定數(shù)值后趨向平緩,說明在一定條件下加大

通風量到一定數(shù)值后,再提高通風量,對降低感染風

險的作用不大。 但是從圖 2 中也可看出:隨著 quanta

值的增大,感染概率曲線曲率隨之減小,曲線趨向平

緩時達到的風量數(shù)值隨著 quanta 值的增大而增大。

根據(jù)以上結果分析表明,為了維持一定的感染概

率,傳染病房設計的通風量應隨著疾病的傳染性及產(chǎn)

生率的增強而增大。 但對于某種傳染性疾病來說,傳

染及產(chǎn)生率特性不變,雖然加大通風量可持續(xù)降低感

染概率,但是通風量達到一定數(shù)值后,其降低感染概

2023 年 12 期 總第 306 期 林 峰·從感染概率探析傳染病房通風系統(tǒng)改造設計方法研究 ·119·

率的效果將減弱。 而且,不斷加大通風量,也會引起

空調通風設備及風管尺寸增大,通風系統(tǒng)能耗的增

加,從而帶來投資與運行成本的增加。 尤其對改造項

目來說,可利用空間有限,對設計及施工安裝均造成

一定的困難。

1. 3 新風百分比與回風過濾效率對感染概率的影響

在空調通風系統(tǒng)中,送風是由新風和回風一起構

成的,當送風量保持恒定時,清潔的新風量占比越高,

送風量對病房內(nèi)污染物濃度的稀釋能力越強,從而有

效降低了感染概率。 為了保證室內(nèi)人員的舒適性和

空氣的清潔性,在《傳染病醫(yī)院建筑設計規(guī)范》中,也

對傳染病房的新風最小換氣次數(shù)做了明確規(guī)定。 另

外,從公式(2) 得出,在空調通風系統(tǒng)中對回風進行

消毒過濾,利用過濾后的回風降低室內(nèi)污染物濃度,

也可達到降低感染概率的作用。 文獻[6]也指出:在

實際工程中,如果空氣從這些房間再循環(huán)到全面通風

系統(tǒng)中是不可避免的(例如某些改造工程),且先期

通過各種裝置去除了有毒有害污染物,不排除使用循

環(huán)空氣的可能性。 為了比較新風百分比、回風過濾效

率和感染概率的相互關系,仍然以上述定義通風當量

的條件作為計算參數(shù),根據(jù)公式(5)計算感染概率隨

新風百分比及回風過濾效率的變化,結果如圖 2 和表

2 所示。

圖 2 感染概率與新風百分比及回風過濾效率的關系

表 2 各新風百分比及回風過濾效率對應的感染概率

過濾效率

新風百分比(% )

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

從表 2 中可知,感染概率隨著新風百分比和回

風過濾效率的增大而減小。 當新風百分比為 10%

時,回風過濾效率從 0% 增大到 80% ,感染概率從

65% 降 到 12% , 減 少 了 53% 。 當 新 風 百 分 比 為

80% 時,回風過濾效率同樣從 0% 增大到 80% ,感

染概率從 12% 降到 10% ,僅減少了 2% 。 這說明

當新風百分比越大時,回風過濾效率對感染概率

的影響越小。 從圖 2 中也可看出,隨著回風過濾效

率增大,感染概率的曲線越平緩,說明當回風過濾

效果越好時,新風百分比對感染概率的影響越小。

理論上,改變新風百分比或回風過濾效率,降低感

染風險的效果都一樣。

對于一般普通病房來說,受已建建筑的空間及

層高所限,病房改造對于改造新風系統(tǒng)、增大新風

量的能力比較有限。 同時,過多地加大新風量也

將大量增加空調系統(tǒng)能耗。 故在保證舒適性等最

低要求的新風量前提下,當空調通風系統(tǒng)允許使

用回風時,采用在空調回風口處增設空氣過濾設

備,或提高過濾設備的過濾效率,是一種簡便有

效、務實可行的技術措施。

2 CFD 氣流組織模擬

以上分析都是建立在 Wells—Riley 模型理想假

設的基礎上,該假設認定病原體飛沫核均勻散布在

整個病房的空氣中,房間各處空氣的病原體濃度相

等,即房間內(nèi)任何一處被感染的概率相等。 而實際

上,在負壓病房內(nèi),由于受到室內(nèi)通風氣流組織、溫

濕度、物品擺設等方面的影響,病原體濃度在病房內(nèi)

的空氣中分布并不均勻,人員在房間的不同位置受

到感染的概率也不一樣。 因此,需通過 CFD 軟件對

病房氣流組織進行仿真模擬,判斷醫(yī)護人員實際的

感染風險。 通過合適的室內(nèi)通風氣流組織設計,提

高病菌或病毒排除效率,使醫(yī)護人員所在區(qū)域的病

原體濃度減少,是降低人員感染概率的有效措施

之一。

2. 1 氣流組織形式

空調通風房間有多種氣流組織形式,對于采用下

送上回等置換送風形式的房間內(nèi),會出現(xiàn)污染物“自

鎖現(xiàn)象”,醫(yī)院病房內(nèi)不建議采用該種送風方式[2]

,

《傳染病醫(yī)院建筑設計規(guī)范》

[3] 也明確了采用上送下

排的方式。 由于一般普通病房空調系統(tǒng)大多數(shù)為新

風加風機盤管系統(tǒng),其氣流組織形式為側上送上回,

因此,病房的全新風工況下,氣流組織可以改造為二

種方式:側上送下排,頂上送下排。 下文通過 CFD 模

·120· 福 建 建 筑 2023 年

擬軟件,分別對以上通風方式模擬,對病房內(nèi)人體呼

出污染物濃度的分布情況進行分析,以得出在改造條

件下,相對合理的氣流組織形式。

2. 2 物理模型和邊界條件

以雙人病房為研究對象,利用 CFD 軟件建立

物理模型。 該病房尺寸為 5 m × 3. 8 m × 3 m(長 ×

寬 × 高) ,房間凈面積約為 19 m

2

,層高 3 m。 送風

量根據(jù)規(guī)范規(guī)定呼吸道傳染病房的最小換氣次數(shù)

(新風 量 ) 為 6 次 / h

[3] 進 行 計 算, 送 風 溫 度 為

20℃ ,所采 用 的 送 風 口 和 排 風 口 均 為 百 葉 風 口。

風口尺寸如表 3 所示。

表 3 病房各風口參數(shù)及風速

頂上送風口 側上送風口 單側下排風口 雙側下排風口

規(guī)格(mm) 250 × 200 500 × 200 200 × 500 200 × 250

數(shù)量(個) 2 1 1 2

風速(m/ s) 0. 95 0. 95 0. 95 0. 95

污染源為病人口鼻處,尺寸為 40 mm × 40 mm。

病人呼 吸 通 風 量 按 0. 36 m

3

/ h

[7] 計, 呼 出 溫 度 為

37℃ 。 由于人體呼出污染物通過飛沫核傳播的濃度

無法精確確定,因此,利用示蹤氣體模擬飛沫核的傳

播。 病人呼吸出來的氣體大部分為二氧化碳氣體,故

采用二氧化碳代替病人呼出的氣體,作為示蹤氣體。

送、排風口設置方案采用 4 種方式:方案一為頂

上送雙側下排,方案二為側上送雙側下排,方案三為

側上送異側下排,方案四為側上送同側下排,各方案

風口設置示意圖如圖 3 所示。

(a)方案一 (b)方案二

(c)方案三 (d)方案四

圖 3 送排風口設置方案

2. 3 模擬結果及分析

考慮到醫(yī)護人員站立時,平均呼吸高度為 1. 5 m,因

此,分別對這 4 種方案病房內(nèi)距地 1. 5 m 高處的 CO2

濃度和氣流組織進行模擬評價,結果如圖 4 ~ 圖 5

所示。

(a)方案一 (b)方案二

(c)方案三 (d)方案四

圖 4 不同方案 1. 5 m 高度截面 CO2 濃度分布

(a)方案一 (b)方案二

(c)方案三 (d)方案四

圖 5 不同方案 1. 5 m 高度截面風速場分布

從圖 4 中可以直觀地看出,方案一和方案二在醫(yī)

護人員呼吸區(qū)的 CO2 濃度分布較好,方案三最差,方

2023 年 12 期 總第 306 期 林 峰·從感染概率探析傳染病房通風系統(tǒng)改造設計方法研究 ·121·

案四最好。 各方案 1. 5 m 高度截面處的 CO2 濃度結

果如圖 6 所示。

圖 6 不同方案 1. 5 m 高度截面處的 CO2 濃度

從圖 4 ~ 圖 5 中看出,方案一清潔空氣氣流受到

床和地面的影響,在床側易形成渦流,同時圖中右側

床排風口氣流被床頭柜阻礙,造成右側床上部的污染

物濃度局部較高。 方案二雖然主導氣流流經(jīng)污染源

處,但是有一部分清潔空氣未經(jīng)過污染源,直接被排

風口帶走,造成送、排風短路,稀釋作用下降。 方案三

主導氣流未全部流經(jīng)污染源處,在圖中左側床的污染

源處形成渦流,極大影響了污染物的排除。 方案四主

導氣流流型最好,側送的清潔空氣受對側墻壁的影響

回流,流經(jīng)病人口鼻處的風速最大,氣流流向排風口,

污染物被直接帶走,污染物濃度最低。

前述分析表明,在病房內(nèi)形成主導氣流,減少渦

流的產(chǎn)生,使主導氣流流經(jīng)污染源,可有效降低污染

物濃度,從而對控制感染概率起著關鍵作用。 雖然在

各風口位置固定的情況下,回排風口附近的氣流軌跡

主要受送風氣流影響決定[8]

,但是對于普通病房的改

造來說,改造的平面空間不大,不論采用側上送還是

頂上送百葉風口,均可在室內(nèi)形成主導氣流。 而排風

口的設置位置對氣流流線及渦流的形成影響較大,故

對排(回) 風口進行的合適改造,對降低感染概率具

有明顯的效果。

普通病房采用側上送上回的通風系統(tǒng)時,設計宜

對排風口的位置進行改造,采用如圖 3 方案四的側上

送同側下排方式,使病人呼出的污染物位于通風主導

氣流的空氣流場內(nèi),可使其快速被通風系統(tǒng)排除到室

外,降低健康人員的感染概率。

3 結語

綜上所述,改造傳染病房通風系統(tǒng)應結合實際情

況,確定合理的設計改造策略。 首先根據(jù)傳染病的致

病性合理確定通風量,有條件時盡量利用新風對傳染

病房污染物進行稀釋。 當病房的空調采用回風系統(tǒng)

時,可在室內(nèi)設置空氣凈化設備,對污染空氣進行消

毒殺菌。 對于普通病房側上送上回的通風系統(tǒng),優(yōu)先

對排風口的位置進行改造,在病房內(nèi)形成主導氣流,

使主導氣流流經(jīng)污染源,迅速帶走污染物。

參 考 文 獻

[1] 國家發(fā)展改革委,國家衛(wèi)生健康委,國象中醫(yī)藥局. 公共

衛(wèi)生防控救治能力建設方案[ EB/ OL]. 2020. http: / /

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

5513538. htm.

[2] 李瑞彬,吳妍,牛建磊,等. 人體呼出顆粒物的傳播特性

及呼吸道傳染病感染概率預測方法[ J]. 暖通空調,

2020,50(9):41 - 50.

[3] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部,中華人民共和國國

家質量監(jiān)督檢驗檢疫局. 傳染病醫(yī)院建筑設計規(guī)范:

GB50849—2014[S]. 北京:中國計劃出版社,2014.

[4] Wells W F. Airborne contagion and air hygiene:an ecological study of droplet infection[M] . Cambridge,MA,USA :

Harvard University Press,1955.

[5] Riley E C ,Murphy G,Riley R L. Airborne spread of measles in a suburban elementary school[ J]. Am J Epidemio,

1978,107 (5):421 - 432.

[6] 狄彥強,王清勤,袁東立,等. 傳染性隔離病房回風效率

實驗研究[J]. 潔凈與空調技術,2006(3):15 - 18.

[7] Qian H. Ventilation for airborne infection in hospital environment[D]. Hong Kong:The University of Hong Kong,Department of Mechanical Engineering,2007.

[8] 唐喜慶,沈晉明,鄧偉鵬,等. 送風口對傳染性隔離病房

室內(nèi)定向氣流的影響[ J]. 建筑熱能通風空調,2005,24

(4):11 - 18.

2023 年第 12 期

總第 306 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 12·2023

Vol·306

建筑物分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)設計探析

陳國順

(福建省建筑科學研究院有限責任公司 福建福州 350108)

摘 要:主要分析探討建筑物分布式光伏系統(tǒng)工作原理、分類及其特點,并結合工程設計實踐,探討并總結建筑物分布

式光伏發(fā)電系統(tǒng)設計方法及設計中應注意的問題,以供設計參考。

關鍵詞: 分布式;光伏系統(tǒng);光伏組件;安裝傾角;并網(wǎng)逆變器;裝機容量;年發(fā)電量;電勢誘導效應

中圖分類號:TU855 文獻標識碼:A 文章編號: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

作者簡介:陳國順(1970. 08— ),男,高級工程師。

E-mail:531054692@ qq. com

收稿日期:2023 - 05 - 03

0 引言

太陽能既是清潔環(huán)保能源,又是可再生能源,利

用太陽能,是節(jié)能減排的一個重要途徑。 《建筑節(jié)能

與可再生能源利用通用規(guī)范》 (GB 55015—2021) 第

5. 2. 1 條[1]規(guī)定,對于新建建筑物需要設置太陽能系

統(tǒng),而分布式光伏太陽能系統(tǒng),是建筑充分利用太陽

能一種合適有效的方法。 本文結合工程設計實踐,分

析探討并總結建筑物分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)設計方法

及設計中應注意的問題。

1 建筑物分布式光伏系統(tǒng)工作原理、分類及

特點

1. 1 建筑物分布式光伏系統(tǒng)工作原理

建筑物分布式光伏系統(tǒng)是通過在建筑物立面

墻、采光窗、遮陽板或屋面等處設置太陽能光伏板,

并利用太陽能光伏板的光生伏特效應,將太陽能轉

化為直流電,再通過逆變器將直流電轉換成與電網(wǎng)

電壓同頻、同相的交流電,供用電設備使用或上傳

電網(wǎng)。

1. 2 建筑物分布式光伏系統(tǒng)分類

從與電網(wǎng)關系角度,建筑物分布式光伏系統(tǒng)分

為:離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng);離網(wǎng)光

伏發(fā)電系統(tǒng)需帶儲能裝置,自發(fā)自用,余量儲存;并網(wǎng)

光伏發(fā)電系統(tǒng)可不設置儲能裝置,自發(fā)自用,余量上

傳電網(wǎng)。

從與建筑本身關系看,建筑物分布式光伏系統(tǒng)分

為:BAPV(太陽能光伏板等設備附設在建筑上,是后

置式的)和 BIPV(光伏建筑一體化,是與建筑物同時

設計、同時施工和安裝,并與建筑物形成完美結合

的)。 對于已建建筑,通常采用 BAPV;對于新建建

筑,則采用 BAPV 和 BIPV 均可;從發(fā)展趨勢看,BIPV

將成為主流。

1. 3 建筑物分布式光伏系統(tǒng)特點

建筑物分布式光伏系統(tǒng)的太陽能光伏板,通常設

置在建筑物立面墻、采光窗、遮陽板或屋面等處。 作

為電源,它是靠近負荷側的,從而減少輸電線路長度,

降低了線路損耗,具有“就近發(fā)電,就近并網(wǎng),就近轉

換,就近使用”的特點,同時還具有施工方便及運維簡

單等特點。

建筑物分布式光伏系統(tǒng)通常采用并網(wǎng)光伏發(fā)電

系統(tǒng),自發(fā)自用,余量上傳電網(wǎng)。

2 建筑物分布式光伏系統(tǒng)設計

2. 1 建筑物分布式光伏系統(tǒng)組成

建筑物分布式光伏系統(tǒng)主要有太陽能光伏板、光

伏匯流設備(匯流箱)、逆變器、交流配電(并網(wǎng)) 柜、

布線系統(tǒng)等組成[2]

,本文以并網(wǎng)光伏系統(tǒng)為例,進行

分析,如圖 1 所示。

2023 年 12 期 總第 306 期 陳國順·建筑物分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)設計探析 ·123·

圖 1 建筑物分布式并網(wǎng)光伏系統(tǒng)接線示意圖

2. 2 建筑物分布式光伏系統(tǒng)設置

2. 2. 1 光伏組件(太陽能光伏板)串并聯(lián)設計

光伏組件一般采用先串聯(lián)后并聯(lián)設置,這樣,可

以得到相應的電壓和電流;要求串并聯(lián)光伏組件各性

能參數(shù)基本相同。

光伏組件串聯(lián)設計時,光伏組串最大開路電壓不

應超過逆變器允許的最大直流輸入電壓,即滿足:

NS≤Vdcmax

/ Voc × [1 + (t - 25) × Kv]

[2]

(1)

式(1)中:Kv———光伏組件的開路電壓溫度系數(shù);

NS———光伏組件的串聯(lián)數(shù)(取整);

Voc———光伏組件的開路電壓(V);

t———光伏組件工作條件下的極限低溫(℃ )。

將圖 1 有關參數(shù)代入式 (1 ), 得到 NS ≤900 /

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

光伏組件的串聯(lián)數(shù)要小于等于 22。

光伏組件串聯(lián)設計時,光伏組串的工作電壓還應

處于逆變器 MPPT 電壓中間范圍內(nèi),即滿足:

Vmpptmin

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

Vmpptmax

/ Vpm × [1 + (t - 25) × K’v]

[2]

(2)

式(2) 中:K’v———光伏組件的工作電壓溫度系

數(shù),如廠商無數(shù)據(jù),可用 Kv代替;

NS———光伏組件的串聯(lián)數(shù)(取整);

t———光伏組件工作條件下的極限低溫(℃ );

t′———光伏組件工作條件下的極限高溫(℃ );

Vmpptmax———逆變器 MPPT 電壓最大值(V);

Vmpptmin———逆變器 MPPT 電壓最小值(V);

Vpm———光伏組件的工作電壓(V)。

將圖 1 有關參數(shù)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

組件的串聯(lián)數(shù)要在 17 與 29 之間選取。

綜合以上式(1) (2) 計算結果,得到:17≤NS ≤

22,因此該項目設計取 20 塊光伏組件組成 1 串。

光伏組件并聯(lián)設計時,可按照光伏組串的功率和

逆變器額定容量計算光伏組串的并聯(lián)數(shù),即滿足:

Np≤Pn

/ Pm × NS

[2]

(3)

式(3)中:Np———光伏組件的并聯(lián)數(shù)(取整);

Pn———逆變器額定功率(kW);

Pm———單塊光伏組件峰值功率(kWp);

NS———光伏組件的串聯(lián)數(shù)。

將圖 1 有關參數(shù)代入式(3),得到 Np ≤22000 /

(29. 88 × 8. 2 × 20) = 4. 49。 因此,該項目的光伏組串

并聯(lián)數(shù)設計取 4。

2. 2. 2 光伏組件(太陽能光伏板)安裝傾角及安裝距離

光伏組件安裝傾角,主要與建筑物所在地的日照

條件以及地理位置有關。 光伏組件最佳安裝傾角一

般與建筑物所在地的緯度相近,各地光伏組件最佳安

裝傾角可參見《光伏發(fā)電站設計規(guī)范》 (GB50797—

2012)

[3]

;對于自發(fā)自用,余量上網(wǎng)的建筑物光伏發(fā)電

系統(tǒng),還要考慮負載特性和發(fā)電時段關系。 也即系統(tǒng)

·124· 福 建 建 筑 2023 年

要使光伏組件安裝傾角最大發(fā)電量與建筑物用電最

高峰盡量一致,系統(tǒng)發(fā)電量盡量就地消納。

圖 2 平屋面固定安裝的光伏方陣示意圖

注:Z 為組件安裝傾角

在確定建筑物光伏組件安裝傾角后,如圖 2 所示,

按以下步驟計算前后排組件之間無遮擋最小間距[2]

:

(1)計算太陽高度角 α,按式(4)計算:

α = arcsin(sinφsinδ + cosφcosδcosω) (4)

(2)計算太陽方位角 β,按式(5)計算:

β = arcsin(cosδsinω/ cosα) (5)

(3)計算光伏方陣投影長度 L,按式(6)計算:

L = H/ tanα (6)

(4)計算光伏方陣之間不遮擋的最小間距 D,按

式(7)計算:

D = Lcosβ (7)

式中:φ———所在地緯度;

δ———赤緯角(冬至上午 9∶ 00 時為 - 23. 45°);

ω———時角(冬至上午 9∶ 00 時為 45°)。

光伏組件安裝最小間距計算較為繁瑣,工程設計

中,一般通過軟件計算求得。

光伏組件通常優(yōu)先設置在太陽光充足的建筑物南

向,也可將光伏組件設置在建筑物東、西方向,盡量不要

在建筑物北向設置。 光伏組件布置還應注意不要影響建

筑物本身日照需求,也不能影響周邊建筑物日照需求。

在工程實際項目中,光伏組件若按最佳安裝傾角安裝,將

增加占地面積,因此往往是犧牲最佳安裝傾角安裝,合理

適當增加光伏組件,從而到達更大的發(fā)電量。

2. 2. 3 逆變器設置

逆變器是并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中的極其重要設備,

它最主要的功能,是將光伏系統(tǒng)的直流電轉化換成與

電網(wǎng)電壓同頻、同相的交流電。 按照光伏組件接入的

不同方式,光伏逆變器有 3 種型式:集散式、集中式和

組串式;組串式逆變器是建筑物分布式光伏系統(tǒng)主要

選擇。

并網(wǎng)逆變器選擇主要從以下幾個方面考慮[4 - 5]

:

(1)并網(wǎng)逆變器額定功率要與光伏系統(tǒng)安裝容

量相匹配,也即并網(wǎng)逆變器允許的最大輸入功率要大

于等于光伏系統(tǒng)最大輸出功率。 工程設計中通常還

要考慮容配比要求,避免光伏組件長時間輸出功率達

不到其標稱功率,導致逆變器長期不能滿載運行,造

成了逆變器的容量浪費。

(2)光伏組件的輸出電流和電壓遵循 I - V 曲線,

而這個曲線隨著光照強度、溫度和遮擋的不同在變化

著,最大功率點也就隨之變化著,逆變器需要不斷地

尋找這個最大功率點,也即最大功率點跟蹤,如此方

能保證光伏組件都能最大化地輸出功率。 接在同一

個逆變器的光伏組串,其規(guī)格、朝向、安裝傾角需相

同;不同規(guī)格、不同朝向的光伏組串,需接在逆變器的

不同 MPPT 輸入回路或不同逆變器上。

(3)并網(wǎng)逆變器輸出交流電的電壓、相位、相數(shù)、

頻率等要與電網(wǎng)一致,同時并網(wǎng)逆變器并網(wǎng)保護功能

應達到并網(wǎng)技術相關要求。

(4) 并網(wǎng)逆變器需具備防止孤島效應的功能。

當孤島現(xiàn)象出現(xiàn)時,能夠迅速斷開并網(wǎng)點,從而使得

光伏發(fā)電系統(tǒng)迅速脫離電網(wǎng)。

(5)各種型號的逆變器可配對的組件數(shù)量是一

定的,因此,選用的逆變器可配對的組件數(shù)量要與光

伏組串并聯(lián)數(shù)相對應。

2. 2. 4 光伏匯流設備設置

光伏匯流設備一般分為直流匯流箱和直流配電

柜。 各相同光伏組串的輸出直流電源,需要設置直流

匯流箱進行就近匯流,然后再接入逆變器;當光伏組

串數(shù)量較多時,可以設置兩級直流匯流箱或多級直流

匯流箱進行匯流;多個直流匯流箱的輸出,則由直流

配電柜進行總匯流后,接入逆變器。

直流匯流箱輸出需設置具有隔離功能的保護電

器,可為具有隔離功能的斷路器,以便維護檢修。 直

流配電柜的每個配電單元的輸入,應經(jīng)隔離電器接入

匯流母排,隔離電器選用直流斷路器時,可取代過電

流保護電器,直流配電柜的輸出應設置隔離開關或具

有隔離功能的斷路器。 直流匯流箱和直流配電柜主

要元器件有熔斷器、斷路器、防反二極管等,熔斷器、

斷路器的額定電壓應不小于光伏方陣最大電壓,分斷

能力應大于可能的最大反向故障電流;防反二極管用

2023 年 12 期 總第 306 期 陳國順·建筑物分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)設計探析 ·125·

于防止故障時的反向電流,其額定電壓應高于 2 倍光

優(yōu)方陣最大電壓,額定電流應大于 1. 4 倍,保護光伏

組串標準測試條件下的短路電流。 對于設在室外的

光伏匯流設備,要有防紫外線、防腐、防水等措施,其

外殼防護等級不應低于 IP54。

在工程設計中,光伏匯流箱通常要明確給其輸

出電流峰值、輸出電壓峰值、輸出功率峰值等參數(shù)。

根據(jù)圖一中有關參數(shù),則有匯流箱輸出電流峰值 =

光伏組串工作電流 × 光伏組件并聯(lián)數(shù) = 8. 2 × 4 =

32. 8 A,輸出電壓峰值 = 光伏組件的工作電壓 × 光

伏組件串聯(lián)數(shù) = 29. 88 × 20 = 597. 6 V,輸出功率峰

值 = 輸出電壓峰值 × 輸出電流峰值 = 597. 6 × 8. 2 =

19601. 28 Wp。

這些參數(shù),可作為直流匯流箱和直流配電柜元器

件選擇依據(jù)。

2. 2. 5 交流配電(并網(wǎng))柜設置

并網(wǎng)逆變器的輸出的交流電不應直接接入電網(wǎng),

需經(jīng)交流配電(并網(wǎng)) 柜后再并入電網(wǎng);分布式光伏

系統(tǒng)通常按照就近分散接入,就地消納,余量上網(wǎng)的

原則設置并網(wǎng)點,單個低壓并網(wǎng)點的裝機容量一般不

大于 400 kW;工程設計中,可根據(jù)變電所或公共配電

間位置設置多個并網(wǎng)點;對于建筑物分布式光伏系

統(tǒng),交流配電(并網(wǎng)) 柜通常設置變電所或公共配電

間內(nèi)。

2. 2. 6 布線系統(tǒng)設計

光伏發(fā)電系統(tǒng)的直流部分采用直流電纜,其交流

部分則采用交流電纜。 直流電纜額定電壓應高于光

伏組串開路電壓,即光伏組串最大輸出電壓;室外部

分需采取措施防止受紫外線、室外高低溫的影響或者

采用抗紫外線輻射的直流電纜。 對于建筑物分布式

光伏系統(tǒng),直流電纜和交流電纜的阻燃特性,應根據(jù)

建筑物性質來確定。 線路敷設路徑盡量短,減少工程

造價,同時還要注意日后管線維修方便,尤其是在建

筑物立面敷設線路時,應盡量集中敷設。

2. 2. 7 防雷接地設計

建筑物分布式光伏系統(tǒng)的防雷,是其所在建筑物

本身防雷的一部分,其防雷分類按照建筑物本身防雷

類別;建筑物分布式光伏系統(tǒng)的防雷,可利用光伏組

件的金屬邊框做屋面接閃器,并將光伏組件金屬支承

結構和金屬外殼等,就近與建筑物屋面接閃器可靠連

接;當光伏組件無金屬邊框時,在光伏組件上沿易受

雷擊部位敷設 ?12 熱鍍鋅圓鋼做接閃帶,并與金屬支

架電氣連接,然后就近與建筑物屋面接閃器可靠連

接;為防感應雷,光伏設備應采取等電位連接措施;由

于建筑物分布式光伏系統(tǒng)特殊性,要注意,防雷接閃

器設置要避免遮擋光伏組件,從而引起熱斑效應[6]

。

建筑物分布式光伏系統(tǒng)的低壓配電系統(tǒng)接地型

式,要與所在建筑物低壓配電系統(tǒng)接地型式保持一

致;對需要接地的光伏設備,需保持接地的可靠性和

連續(xù)性。 當任一光伏組件被移除時,不能影響其他光

伏組件及其金屬結構的接地[6]

。

2. 2. 8 系統(tǒng)裝機容量及年發(fā)電量計算

裝機容量及年發(fā)電量是分布式光伏系統(tǒng)的兩個

重要指標。 《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》

(GB 55015—2021)第 5. 2. 11 條規(guī)定,在系統(tǒng)設計時,

需要提供這兩個指標。

按照圖一中有關參數(shù),該項目系統(tǒng)裝機容量 = 單

塊光伏組件最大功率 × 光伏組件數(shù)量 = 245 × 240 =

58 800 Wp = 58. 8 kWp;該項目系統(tǒng)年發(fā)電量 = 光伏

方陣總面積 × 年均水平面太陽總輻照量 × 組件轉換

效率 × 光伏系統(tǒng)綜合效率系數(shù) = 389. 5 × 1360 × 0. 151

×0. 8 = 63 990 kWh。

3 建筑物分布式光伏設計尚應注意的其它

問題

3. 1 建筑物分布式光伏系統(tǒng)防火問題

光伏系統(tǒng)設置需滿足防火安全要求。 光伏系統(tǒng)

投入使用后,光伏組件會被灰塵、邊框泥帶、鳥糞等遮

擋,從而產(chǎn)生熱斑效應,尤其在發(fā)電量最高的春夏之

交季節(jié),熱斑會導致光伏組件局部溫度急劇上升,造

成安全隱患,甚至引起火災。 因此,光伏系統(tǒng)要加強

平時維護管理,及時清除光伏組件上的遮擋物,避免

產(chǎn)生熱斑效應。 而對于泥帶遮擋,在平時維護中,比

較難以根除。 目前在工程設計中,可通過設置排水除

泥器,來達到消除泥帶遮擋目的,從而降低火災事故

發(fā)生的概率。

由于建筑物分布式光伏系統(tǒng)的光伏組件有時安

裝于不上人的屋面,或者設于建筑物立面等處,平時

維護檢修人員全面排查出光伏組件隱患和故障點比

較困難,從而留下火災隱患;雖然可通過安裝攝像機

等,采用現(xiàn)代技術來發(fā)現(xiàn)顯現(xiàn)的火災,但無法發(fā)現(xiàn)早

期隱現(xiàn)光伏板的火災。 因此,光伏設備自身防火性顯

得尤為重要,其性能要能滿足防火安全要求。

3. 2 建筑物分布式光伏系統(tǒng)結構安全設計

光伏系統(tǒng)設置需滿足結構安全要求,不僅要考慮

結構屋面荷載,還應注意風荷載影響;同時,還應有措

施防止光伏設備損壞后,掉落傷人。

(下轉第 143 頁)

2023 年第 12 期

總第 306 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 12·2023

Vol·306

EPC 項目全過程數(shù)字化管控的實現(xiàn)探究

謝夢宇1 陳 哲1 劉 林1 陳 群1,2

(1. 福建理工大學管理學院 福建福州 350118; 2. 寧德職業(yè)技術學院 福建寧德 355099)

摘 要:EPC 總承包項目涉及設計、采購、施工等多方面復雜問題。 通過分析 EPC 模式全過程管控難點問題,結合數(shù)字

化平臺技術的優(yōu)勢,探索數(shù)字化平臺在 EPC 建設項目全過程管控的應用。 將數(shù)字化技術與 EPC 項目全過程結合,有

利于解決 EPC 項目管控中的各種問題,集成交互各階段、各專業(yè)的信息,提升 EPC 項目各參與方的工作效率,促進 EPC

模式在我國的推廣應用。

關鍵詞: EPC 模式;全過程管控;數(shù)字化

中圖分類號:TU723 文獻標識碼:A 文章編號: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

基金項目:建筑施工企業(yè)工程數(shù)字化關鍵技術研究(GY - H - 22205);

福建省科技重大專項“裝配式混凝土建筑綠色建造關鍵技術與產(chǎn)業(yè)化

示范應用研究”(2019HZ07011 - 3)。

作者簡介:謝夢宇(1997— ),女。

E-mail:1305765716@ qq. com

收稿日期:2023 - 05 - 03

0 引言

隨著新一輪科技革命的不斷深入,數(shù)字化催生著

各行業(yè)的革新,使得云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一

代前沿技術正加速與建筑業(yè)融合。 近年來,建筑市場

趨于飽和,競爭激烈。 建筑企業(yè)只有通過提高建設項

目全過程的數(shù)字化應用水平,提升自身的核心競爭

力,才能在白熱化的競爭中脫穎而出。 BIM 技術作為

建筑業(yè)數(shù)字化的核心技術,與其他數(shù)字技術如“大數(shù)

據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動技術” 等集成應用,將會形成“數(shù)字

化 + 項目管理”的新型管理模式。 這種模式會改變各

建設項目參與方交互方式和工作方式,提高項目管理

的效率和質量,減少信息傳遞的誤差和時間,促進項

目各方協(xié)同工作,降低項目風險。 建筑業(yè)在數(shù)字革新

的同時,也在努力提高國際競爭力,大力推行 EPC 總

承包模式與國際接軌。 EPC 模式克服了設計,采購,

施工各階段相互脫節(jié)的矛盾,促進了設計、生產(chǎn)、施工

深度融合。 但實際推行的過程并不順利,究其原因是

承包商能力欠缺,資質單一無論是 EPC 總承包企業(yè)

還是設計與施工聯(lián)合體,無法真正做到設計與施工的

深度融合,慣用傳統(tǒng)模式運營,從而導致 EPC 模式

走樣[1]

。

現(xiàn)階段,如何利用數(shù)字技術提高總承包模式的管

理水平實現(xiàn)精細化管控,如何將不限于 BIM 的數(shù)字化

平臺貫穿融合應用與 EPC 項目的全過程,從而降低

設計施工的融合門檻,提升企業(yè)管理水平和能力,已

成為我國在推廣 EPC 模式進程中的一個重要方向。

本文在分析 EPC 模式全過程的管控與發(fā)展難點問題

基礎上,結合數(shù)字技術的優(yōu)勢,探索數(shù)字化平臺在

EPC 建設項目全過程管控的應用,旨在運用數(shù)字化平

臺打破信息壁壘,實現(xiàn)參與各方和資源的協(xié)同,促進

數(shù)字化與 EPC 模式發(fā)展的雙贏。

1 EPC 模式管控的難點問題

1. 1 設計階段的難點問題

(1)設計圖紙施工性較差

在我國現(xiàn)行的 EPC 模式中,設計一般以部門或

是單位的形式獨立存在,與施工、采購等都缺乏溝通

2023 年 12 期 總第 306 期 謝夢宇,陳 哲,劉 林,等·EPC 項目全過程數(shù)字化管控的實現(xiàn)探究 ·127·

交流,導致設計與施工脫節(jié)。 傳統(tǒng)模式下設計方設計

的圖紙可施工性差,采購成本高等問題依舊存在[2]

。

同時,設計內(nèi)部各專業(yè)設計之間設計銜接不合理,缺

乏協(xié)調性,也影響了建設項目的成本、工期乃至質量。

(2)限額設計常不滿足要求

限額設計,是 EPC 項目進行投資、成本、造價控

制的核心,然而目前設計限額指標已無法為 EPC 項

目提供更好的服務[3]

。 因為傳統(tǒng)的二維設計模式效

率低下,無法準確地計算工程量,一方面,導致造價人

員對于概預算缺乏精確性,另一方面,導致設計人員

無法及時根據(jù)限額指標調整設計方案,從而影響工程

的成本控制。

1. 2 采購階段的難點問題

(1)采購成本較高、風險較大

在 EPC 工程總承包項目中,工程設備材料費用

一般占據(jù)項目總造價的七成左右[4]

。 物資采購是施

工的根本保障,采購環(huán)節(jié)中材料與設備規(guī)格的數(shù)量及

質量是否符合要求、采購價格預測是否準確、供應商

的供貨能力及人員主觀行為等風險,都會直接影響采

購階段的成本,和項目施工進度。 如何降低采購成本

是提升項目建設效益的一大重要問題[5]

。

(2)采購管理效率較低

傳統(tǒng)工程項目的采購管理往往存在著采購效率

低、采購流程不規(guī)范等問題[6]

。 對于工程項目而言,

在物資采購環(huán)節(jié)的有效管控,能降低項目成本,提高

施工效率。 但由于傳統(tǒng)采購模式物資信息不全面,傳

遞速度緩慢,導致采購人員在面臨采購任務時,對工

程物資市場行情的變化信息獲取不及時,也使得采購

前的市場調研和分析對比失去意義。 同時,采購人員

因素等也使采購工作陷入被動,造成物資采購管理效

率較低下。

1. 3 施工階段的難點問題

(1)施工管理問題

施工階段作為 EPC 工程建設最為主要的階

段,會面各種現(xiàn)場管理困難,如進度、質量、成本管理,

人員管理,各種協(xié)調管理等[7]

。 施工中涉及多方主體

的工作與管理人員,如何在保證安全的情況下,協(xié)調

好各方,使項目建設高效有序進行,也是施工階段的

一大難題。 只有通過成本、質量、進度、信息、安全、協(xié)

調等全方位的施工管理,才能確保在項目施工過程中

綜合多方面的力量,實現(xiàn)項目施工管理目標。

(2)環(huán)境污染問題

建筑施工現(xiàn)場環(huán)境污染問題,是建筑行業(yè)環(huán)境治

理關注的重點,施工中能源消耗及污染物排放巨大,

揚塵和噪音環(huán)境污染嚴重,不僅會產(chǎn)生環(huán)境問題,還

會對附近居民及施工人員身體健康造成影響。

1. 4 協(xié)調與信息管理難點問題

(1)多方協(xié)調管理困難

建設項目中各參與方眾多,涉及建設,監(jiān)理,設

計,施工等,需要多方組織協(xié)調,共同推進項目。 各方

還需進行多方面的信息溝通與業(yè)務審批,但常常因為

缺乏統(tǒng)一的協(xié)作平臺,便利的溝通渠道,導致項目信

息分散,信息共享傳遞不及時不完全,或是信息的表

達與接受有誤,協(xié)作效率不高,協(xié)作困難,從而形成信

息孤島,影響項目順利進行。

(2)信息數(shù)據(jù)管理困難

EPC 項目工程信息量大,內(nèi)容龐雜,項目的每個

階段都會產(chǎn)生大量的信息數(shù)據(jù)。 因此 EPC 項目的信

息管理工作,較傳統(tǒng)項目更復雜,難度系數(shù)更大,易導

致各階段的信息利用率低。 目前,EPC 項目對于數(shù)字

技術的應用只服務于局部,技術碎片化嚴重,還未形

成整體效益。 因此,EPC 項目如何實現(xiàn)信息化協(xié)同管

理,將過程的大量信息、數(shù)據(jù)沉淀積累,并對大量項目

樣本數(shù)據(jù)進行分析、提煉,實現(xiàn)精準有效的數(shù)字化管

理和數(shù)據(jù)化決策,是一個亟待解決的問題。

2 數(shù)字化平臺在處理 EPC 管控難點中的技術

優(yōu)勢

在 EPC 管控中,運用數(shù)字技術有助于解決實際

問題,提高項目管理水平,從而贏得競爭優(yōu)勢。 數(shù)字

技術的必要性與日俱增,將成為企業(yè)應對 EPC 管控

難點的有效手段。

2. 1 數(shù)據(jù)應用

首先,數(shù)字化平臺的核心優(yōu)勢,在于它能夠建立

一個項目級或是企業(yè)級的大型數(shù)據(jù)庫,并對大量工程

數(shù)據(jù)進行智能分析和高效處理。 它可以幫助項目各

方在平臺上進行信息數(shù)據(jù)管理包括數(shù)據(jù)的處理、共享

和應用,為項目全過程管理提供數(shù)據(jù)支持,有助于解

決 EPC 項目信息數(shù)據(jù)管理困難的問題。 其次,數(shù)據(jù)

集成技術可用于解析、提取、轉換和導出各種數(shù)據(jù)類

型,充分利用設計模型數(shù)據(jù),實現(xiàn)高質量的數(shù)據(jù)應用。

無論是與 BIM 模型深度鏈接協(xié)同資源,還是實現(xiàn)無

BIM 模型下的信息集成,都是其強大功能的體現(xiàn)。 通

過提高模型數(shù)據(jù)的應用效率,從而提升設計圖紙的可

施工性。 最后,數(shù)字化平臺能夠實現(xiàn)數(shù)據(jù)的多場景整

合調用,從而實現(xiàn)企業(yè)在不同場景下的動態(tài)數(shù)據(jù)呈

現(xiàn),可用于施工與采購中的各項動態(tài)管理。 它可以在

考慮企業(yè)自有數(shù)據(jù)表達形式的基礎上,融合企業(yè)數(shù)據(jù)

·128· 福 建 建 筑 2023 年

資源,以數(shù)據(jù)填充和組合的方式將數(shù)據(jù)匯聚,使得企

業(yè)能夠用數(shù)據(jù)決策、用數(shù)據(jù)管理、用數(shù)據(jù)服務,從而提

升企業(yè)的數(shù)據(jù)治理能力和數(shù)據(jù)價值創(chuàng)造能力。

2. 2 協(xié)同工作

首先,數(shù)字化平臺支持多專業(yè)協(xié)同工作、連通項

目全過程的數(shù)據(jù)、資源,實時記錄過程內(nèi)容數(shù)據(jù),實現(xiàn)

數(shù)據(jù)深度融合和信息無損傳遞共享,并滿足項目數(shù)據(jù)

融合、功能復雜、信息共享、業(yè)務協(xié)同等需求[8]

,有助

于解決項目建設各階段信息斷層的問題。 數(shù)字化平

臺為項目建設管理信息化應用提供了重要的技術支

持,使得 BIM 及數(shù)字化技術在項目建設中,能夠發(fā)揮

更大的價值。 其次,通過建立工程項目協(xié)同管理機

制,實現(xiàn)跨專業(yè)的數(shù)據(jù)交流和協(xié)同工作,有助于多方

協(xié)調管理,加強團隊之間的溝通與協(xié)調,減少信息傳

遞的誤差和延遲。 最后,數(shù)字化平臺通過提供自主工

作流引擎,將固化流程和自定義流程相結合,實現(xiàn)了

規(guī)范化和流程化的信息協(xié)同應用。 通過支持多種溝

通類型和互動方式,實現(xiàn)即時溝通和高效協(xié)同,同時

記錄和存儲交流信息,形成可追溯的信息化過程資

料,有助于提高各階段的管理效率,避免風險。 在

EPC 模式下,各方在統(tǒng)一平臺中及時溝通共享,實時

了解進度,實現(xiàn)設計、采購和施工一體化,有效提高工

作效率。

2. 3 輕量化支持

輕量化支持是指在設計和開發(fā)過程中,采用精

簡、簡潔的方式實現(xiàn)功能需求。 在軟件、平臺或系統(tǒng)

等方面,追求減少冗余、降低復雜度、優(yōu)化性能,并且

盡可能節(jié)約資源占用。 輕量化主要通過對大量數(shù)據(jù)

進行壓縮、傳輸優(yōu)化或者轉換、相似模型合并、以及動

態(tài)加載等技術以減少模型傳輸量、提升模型顯示效

率,減少存儲空間和提高數(shù)據(jù)處理效率[9]

。 在保持功

能完整性的同時,優(yōu)化數(shù)據(jù)模型的體積、性能和資源

占用,以提供更快速、高效的用戶體驗。 同時,可實現(xiàn)

PC 網(wǎng)頁端、IPAD 端、移動端的同步,及數(shù)據(jù)壓縮與加

密處理,保證數(shù)據(jù)的安全性。 總的來說,輕量化技術

通過降低計算和存儲需求、優(yōu)化模型性能、方便模型

傳輸和共享等方面,提高了設計效率與設計精度,有

助于設計與施工的高效融合。

2. 4 精細化管理

數(shù)字化平臺可實現(xiàn)進度、質量、安全、資源以及三

維指導施工等精細化管理應用。 通過提供進度管理

功能模塊,幫助管理人員跟蹤和監(jiān)控工程進度,及時

識別并解決潛在的延遲問題。 質量管理有助于標準

化管理各項工程質量要求,并通過檢查和評估,確保

施工質量達到預期目標。 安全管理則可提供安全規(guī)

范和操作流程,并記錄和分析事故和風險,以確保施

工過程中的安全性。 資源管理可以協(xié)調和優(yōu)化人力、

物資和設備的利用,提高資源的有效配置和利用率。

三維指導施工模塊則可以結合 BIM 技術,為施工過程

提供可視化的指導和控制,提高施工效率和準確性。

通過不同的功能模塊應用,有助于解決施工各類管理

難點,對施工現(xiàn)場進行更為精細化的管控。 而工程量

統(tǒng)計管理可自動統(tǒng)計設計模型與施工現(xiàn)場工程量信

息,提供實時的數(shù)據(jù)分析和報告。 在設計階段,有助

于限額設計,提高工程量、價的計算效率與精度。 在

施工階段,則可進一步實現(xiàn)工程量統(tǒng)計與分析,控制

施工成本。 此外,數(shù)字化平臺可以設定項目的閾限

值,建立分級預警體系;通過實時查詢和周期性預警

功能,及時發(fā)現(xiàn)和應對潛在的問題。一旦預警機制觸

發(fā),相應信息會被推送至相關人員,要求其上傳檢查

與處理報告,直至問題解決,實現(xiàn)閉合管理。 預警體

系有助于進一步解決施工現(xiàn)場的安全、質量及環(huán)境污

染問題。 從精細化管理與預警體系構建出發(fā),建立

EPC 項目管理的數(shù)字化平臺,為可視化建設動態(tài)、輔

助決策、調度指揮等提供必要的技術手段,提高建設

綜合管控能力[8]

。

3 數(shù)字化平臺在 EPC 項目全過程管控中的

應用

數(shù)字化平臺在 EPC 項目全過程管控中的必要性

不言而喻,可為 EPC 項目實施全過程管控提供全面

的支持和幫助。 平臺對于組織協(xié)調、數(shù)據(jù)可視、資源

信息管理、風險識別以及進度、質量、成本、安全等目

標全方位的管控,有助于提高項目管理效率和精度,

降低風險,并促進團隊協(xié)作,進而提升項目交付的質

量和客戶滿意度。

3. 1 設計階段的協(xié)同設計與深化設計應用

為了確保各專業(yè)設計間的深度協(xié)調,數(shù)字化平臺

可以實現(xiàn)多人協(xié)同參與設計過程。 團隊成員實現(xiàn)在

同一個平臺上共享設計圖紙、模型,實現(xiàn)不同版本設

計文檔的在線瀏覽、修改等,進行實時協(xié)作交流。 如

圖 1 為某項目設計方案對比,通過以可視化的方式包

呈現(xiàn)設計內(nèi)容,幫助設計團隊和相關利益相關者更好

地理解和評審設計方案,提供反饋和意見,確保設計

的一致性和完整性,提升各設計專業(yè)之間的溝通效率

與協(xié)同效率。 同時,結合 BIM 技術對設計方案進行碰

撞檢測,如圖 2 所示,對碰撞檢驗形成問題匯總,以便

協(xié)調處理,提高設計精細化水平與設計圖紙方案的可

2023 年 12 期 總第 306 期 謝夢宇,陳 哲,劉 林,等·EPC 項目全過程數(shù)字化管控的實現(xiàn)探究 ·129·

施工性。 設計人員可利用平臺自動計算項目工程量

及造價成本,提高計算準確性,并根據(jù)限額設計的要

求對設計方案進行實時調整,以確保滿足成本限制提

高整個項目的效率和質量,如圖 3 ~ 圖 4 所示。

圖 1 設計方案對比

圖 2 碰撞檢測協(xié)調

圖 3 工程量價管理

·130· 福 建 建 筑 2023 年

圖 4 限額設計預警

3. 2 采購階段數(shù)字化管理的應用

EPC 模式中,采購通常由項目承包商負責。 高效

的采購管理,對承包商有著重要意義。 面對傳統(tǒng)工程

項目,采購管理效率低,風險大等問題,數(shù)據(jù)技術的發(fā)

展,為其提供了新的思路。 基于數(shù)字化平臺搭建適用

于建設項目采購管理系統(tǒng),如圖 5 所示。 通過數(shù)字化

平臺采購相關的數(shù)據(jù),進行收集整合管理,構建如價

格數(shù)據(jù)庫,需求數(shù)據(jù)庫及供應商數(shù)據(jù)庫等數(shù)據(jù)庫,形

成完整的采購數(shù)據(jù)鏈,為采購決策提供數(shù)據(jù)支持。 同

時,通過對采購數(shù)據(jù)的分析處理,挖掘潛在的采購風

險和機會,形成可視化數(shù)據(jù),為采購決策提供依據(jù)。

例如,通過數(shù)據(jù)分析預測物料價格的走勢,以便制定

采購策略。 通過對建設項目采購的數(shù)字化管理,實現(xiàn)

采購信息的發(fā)布、供應商的篩選、價格的收集、合同的

管理等業(yè)務,加強對供應商的管理,確保供應商的質

量和服務符合項目要求。 同時,可提高采購效率和質

量,減少人工干預,降低采購成本與風險,為項目順利

進行提供保障。

圖 5 采購管理系統(tǒng)架構

3. 3 施工階段數(shù)字化管理應用

隨著數(shù)字化平臺的發(fā)展,有助于解決施工中的

各種管理問題。 數(shù)字化平臺根據(jù)施工項目的具體

需求,通過傳感器、監(jiān)控設備等手段,實現(xiàn)對施工

過程中各種數(shù)據(jù)的采集,并將這些數(shù)據(jù)整合到數(shù)

字化模型中,對施工進行 5D 動態(tài)模擬,如圖 6 所

示,以便對 3D 模型、進度、成本產(chǎn)值進行實時監(jiān)控

和分析。 同時,對模型與數(shù)據(jù)進行分析和決策,確

保施工進度,質量,成本符合預期,提高施工效率。

EPC 項目施工周期較長,現(xiàn)場施工與管理人員眾

2023 年 12 期 總第 306 期 謝夢宇,陳 哲,劉 林,等·EPC 項目全過程數(shù)字化管控的實現(xiàn)探究 ·131·

多,如管理不慎,易導致安全事故與糾紛問題。 運

用數(shù)字化平臺,強化施工現(xiàn)場的人員管理,通過實

名認證,身份識別等技術提高人員管理。 圖 7 為某

項目安全、質量問題追蹤管理,對于發(fā)現(xiàn)的質量與

安全生產(chǎn)問題,通過圖片、語音、文字、視頻等方式

上傳至平臺,系統(tǒng)將生成整改通知并發(fā)送給相關

責任單位進行處理,直至問題解決,形成閉環(huán)管

理,降低各類施工風險。

圖 6 施工進度動態(tài)管理

圖 7 安全、質量問題追蹤管理

對于施工現(xiàn)場的環(huán)境管理,通過傳感器、監(jiān)控設

備等收集施工現(xiàn)場的環(huán)境數(shù)據(jù),將分析處理后的數(shù)據(jù)

以圖表、地圖等形式展示在數(shù)字化平臺上。 通過數(shù)據(jù)

可視化,便于管理人員實時了解施工現(xiàn)場環(huán)境狀況。

當環(huán)境數(shù)據(jù)超過設定閾值時,系統(tǒng)可以自動發(fā)出預警

信息,提醒管理人員采取措施,如圖 8 所示。 通過數(shù)

字化平臺,管理人員可對施工現(xiàn)場的環(huán)境問題進行實

時監(jiān)控,確保施工過程中環(huán)境得到有效控制。 還可以

向施工人員普及環(huán)保知識,提高他們的環(huán)保意識,從

而更好地配合管理工作,實現(xiàn)對施工現(xiàn)場環(huán)境狀況的

實時監(jiān)控、分析和優(yōu)化,從而降低環(huán)境污染風險,保障

施工人員的健康和安全。

·132· 福 建 建 筑 2023 年

圖 8 環(huán)境管理流程

3. 4 EPC 項目協(xié)同管理應用

在 EPC 總承包模式中,借助數(shù)字化平臺,可以讓

設計,采購,施工 3 個環(huán)節(jié)更順暢地交互進行,實現(xiàn)各

方的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通,打通了信息溝通的橋梁。 設計方

可以及時獲取采購和施工方的需求和反饋,采購方可

以及時獲取設計和施工方的變更和需求,施工方可以

及時獲取設計和采購方的供應和變更。 同時,可依托

于整個項目,自定義組建各個參建單位的組織結構,

在對應組織結構下面進行通過用戶配置及角色管理,

進行職位創(chuàng)建。 不同的職位擁有不同的操作權限,圖

9 所示在平臺中對所能操作的內(nèi)容進行配置,實現(xiàn)項

目管理過程中,各個參建單位管理人員對項目建設過

程中管理權限的精確控制,實現(xiàn)對安全質量、進度計

量、施組方案、辦公收文等方面的協(xié)同管理。 在數(shù)字

化平臺上,各方需要建立協(xié)同溝通機制,及時解決問

題和協(xié)同要求,確保工程順利進行。

圖 9 職位及權限創(chuàng)建

4 結語

本文通過分析 EPC 模式存在問題,結合數(shù)字技

術優(yōu)勢,將數(shù)字化平臺作為系統(tǒng)性的工具,探索 EPC

全過程管控的數(shù)字化應用,以實現(xiàn)建設項目全過程的

數(shù)字化管理。 但對于 EPC 項目全過程數(shù)字化管控的

實現(xiàn),不僅局限于對數(shù)字技術與數(shù)字化平臺的運用,

還需要企業(yè)自身對數(shù)字化能力的強化。 EPC 模式下,

企業(yè)更有必要為項目團隊成員提供相關的數(shù)字化技

能培訓,包括項目管理工具的使用、數(shù)據(jù)分析和 BIM

技術等,提高團隊成員的數(shù)字化能力,幫助他們更好

地適應和應用新的數(shù)字化工具和方法。 數(shù)字化平臺

在 EPC 項目中的應用,能夠以“數(shù)字化 + 項目管理”

這一新型管理模式提升項目管理的效率和質量。 這

對于推動建筑行業(yè)的數(shù)字化轉型和提升項目建設水

平,具有重要意義,并有助于企業(yè)不斷優(yōu)化管理流程

和技術手段,提高企業(yè)競爭力,實現(xiàn)數(shù)字化與 EPC 模

式的相互促進與增強。

參 考 文 獻

[1] 陳鑫范,張澤誠. 我國推行 EPC 工程總承包模式的困境

與對策[J]. 中國勘察設計,2020(11):71 - 77.

[2] 喻飛,劉海波,張濤,等. 核電工程 EPC 現(xiàn)場管理存在的問

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在 EPC 工程數(shù)字化建設中的應用[ J]. 建筑技術,2023,

54(02):243 - 246.

[4] 高慧,王宗軍. EPC 模式下總承包商風險防范研究[ J].

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[5] 萬玲,白越. 基于 BIM + 物聯(lián)網(wǎng)的建筑物資采購管理平

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業(yè)轉型發(fā)展[J]. 中國建設信息化,2021(10):14 - 19.

2023 年第 12 期

總第 306 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 12·2023

Vol·306

EPC 項目設計階段管控探析

陳癸武

(福建省建筑設計研究院有限公司 福建福州 350001)

摘 要:在現(xiàn)有國內(nèi)大型項目中,EPC 工程總承包模式已得到廣泛應用,而設計階段是總承包項目控制的重點。 設計

單位的管理人員應對 EPC 工程各方需求、成本、工期及社會影響力具有很強的掌控能力。 同時,以一超高層辦公建筑

為例,從建筑平面、基坑支護及施工工藝順序等方面對項目設計階段進行優(yōu)化,從而達到較好的經(jīng)濟效益及社會效益。

關鍵詞: EPC 工程;成本;優(yōu)化

中圖分類號:TU - 9 文獻標識碼:A 文章編號: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

作者簡介:陳癸武(1979. 10— ),男,工程師。

E-mail:20380958@ qq. com

收稿日期:2023 - 04 - 19

0 引言

工程總承包(EPC)是指工程總承包企業(yè)按照合

同約定,承擔工程項目的設計、采購、施工、試運行服

務等工作,并對承包工程的質量、安全、工期、造價全

面負責。 EPC 承包模式因能深度融合設計、采購、施

工,可充分發(fā)揮工程總承包企業(yè)的技術優(yōu)勢和管理優(yōu)

勢,顯著提升工程建設質量和效益,提高建筑行業(yè)競

爭力等特點,而得到建設主管部門的推廣和支持[1]

。

EPC 工程總承包模式,主要以設計或施工一方牽

頭,組成聯(lián)合體承接項目的形式為主。 EPC 項目合同

總價固定,因此,對其總承包方和設計單位的管理水

平提出了更高的要求。 如何在合理控制成本的基礎

上,滿足建筑功能需求、提高建筑品質,是 EPC 參與

各方關注的重點。

目前,EPC 較常出現(xiàn)設計與施工融合困難,設計

單位經(jīng)常因為設計周期較為緊張,只以建設單位要求

以及自己的設計理念作為唯一依據(jù),在施工圖設計過

程中過渡提高設計標準,未考慮施工工序要求及成本

節(jié)約。 過程中與施工單位、建設單位缺乏溝通,閉門

造車,導致最終圖紙無法進行成本控制,施工總承包

企業(yè)虧損的情況。

不論是設計單位牽頭還是施工單位牽頭的 EPC

項目,設計單位的設計成果是 EPC 總承包單位的利

潤源泉,也是建設單位的溝通橋梁,也是項目推進的

催化劑。 資料顯示,設計階段影響工程造價的可能性

是 35% ~ 75%

[2]

,因此設計階段是總承包項目的龍

頭,也是全過程階段費用控制的重點。 設計單位充分

發(fā)揮設計的主導性,實現(xiàn)設計與經(jīng)濟的有機結合,使

項目整體建設方案得以不斷優(yōu)化。 在設計工作中開

展造價控制,非常必要的重點。

1 設計管控流程

設計單位管理人員是整個設計單位的核心團隊,

不僅需要具備扎實的專業(yè)基本理論知識,還需要較強

的工程管控能力。 在施工圖紙正式出圖之前,設計管

理人員需充分了解 EPC 各個角色的需求(表 1),在滿

足業(yè)主所要求的使用功能及自身設計追求的前提下,

實現(xiàn)對方案設計、施工圖設計的科學控制,對原有方

案進行優(yōu)化,使方案的實施成本,施工周期最優(yōu)化。

同時,結合實際合理分配各單項專業(yè)的投資額度,促

進與施工單位、建設單位的融合溝通,化解項目成本

風險、實現(xiàn)真正的控本創(chuàng)效。

·134· 福 建 建 筑 2023 年

表 1 EPC 項目各方需求

建設單位 總承包單位 設計單位

EPC 項目各方

需求

使 用 功 能 較

好、 成 本 低,

“物美價廉”

建設工期短建

設 成 本 低, 利

潤高

滿足自身的設計

追求,帶來良好

社會效益

整個管控流程簡要概括如圖 1 所示。 設計管理

團隊在各階段的管控要點如下:

(1)EPC 投標及中標階段

設計管理團隊在項目開始時,需統(tǒng)籌各專業(yè)設計

人員,在開始設計之前,盡量多收集有關項目的背景資

料,了解招標文件及總承包合同的設計及施工范圍,對

擴初文件進行詳細的分析和判斷是否存在設計的不合

理性,分析招標文件中的模擬清單,是否存在專項工程

漏項問題,概算不合理之處,及時進行招標答疑。

(2)施工圖設計階段

設計管理團隊在充分了解建設單位的使用需求

前提下,組織各專業(yè)設計人員進行各專業(yè)多方案討論

及比較,同步開展各個方案的造價分析、施工設備及

工藝可行性、施工周期等因素,科學合理地判斷方案

優(yōu)劣。 要制定合理的技術優(yōu)化方案,及時向建設單位

及總承包單位匯報及確認,使設計優(yōu)化方案成為技術

與經(jīng)濟融合的最優(yōu)解。 同時,設計管理人員應讓工程

造價人員及總承包技術人員盡早介入,就設計優(yōu)化方

案從工程造價、施工便利性等角度提出合理化建議,

從而節(jié)約資金和減少工期。

(3)施工圖完成,圖紙預算階段

主體施工圖繪制完成時,需及時給與總承包單位

或第三方進行圖紙預算工作,并且將與方案及擴初設

計調整較大的方案及時匯總給與建設單位與總承包

單位,針對預算結果進行重新投資拼盤調整,直到整

個造價控制在擴初批復的投資概算后,再進行圖審工

作。 同時,組織各方進行圖紙會審,減少由設計造成

整個工程的損失。

圖 1 設計管理流程

2 工程案例

本項目位于福建省泉州市,如圖 2 所示。 塔樓地

下兩層,地下室深度 9. 1 m,地上 28 層,建筑高度

143. 80 m。 裙房共四層,塔樓與裙房之間不設抗震

縫。 采用鋼框架梁 + 圓鋼管混凝土柱 + 混凝土核心

筒結構體系。 本工程為 EPC 總承包模式,并含有綠建

二星及裝配式建造的招標要求,并且單方限額較低,單

方造價為 5500 元/ m

2

。 因此在施工圖階段,需要非常

重視對初步設計方案的進一步優(yōu)化設計,控制工程成

本及施工周期,以滿足招標文件及建設單位要求。

圖 2 項目效果圖

(1)建筑方案平面調整

原擴初方案中斜交軸網(wǎng)較多,如圖 3 所示,對于

外框鋼結構會產(chǎn)生較多斜向鋼框架梁及次梁,對于鋼

構件的加工、定位及鋼筋桁架樓承板的鋪設都有較大

的困難。 較多水平向框架梁并未正對核心筒墻體,提

供剛度的效率交底。 因此在施工圖階段,通過與建設

單位進行充分的需求溝通,對建筑平面功能調整,以

提高建筑使用效率,將柱網(wǎng)進行一定正交化及合理

化,方便后期施工及鋼構制作定位。

圖 3 標準層建筑與結構布置優(yōu)化

2023 年 12 期 總第 306 期 陳癸武·EPC 項目設計階段管控探析 ·135·

如圖 4 所示,在地下室垂直布局上,原擴初設置

兩層地下室 + 非機動車道夾層的布置,地下室底板標

高為 - 9. 900,開挖較深。 通過對規(guī)范理解及與當?shù)?/p>

規(guī)劃部門的溝通,將非機動車車位全部放置在室外首

層空間,取消整個夾層,將整個地下室開挖深度減少

至 - 9. 100。 抬高底板標高,減少了基坑支護成本及

土方開挖成本。

圖 4 地下室層高優(yōu)化

(1)基坑支護優(yōu)化

原擴初方案中支護采用 SMW 工法樁 + 混凝土內(nèi)

支撐方案,混凝土自重大,從鋼筋綁扎、模板制作、支撐

澆筑至養(yǎng)護的整個施工過程需要較長的時問,不利于

加快施工進度。 此外,材料不能重復使用,拆除需要較

長工期,會產(chǎn)生較多建筑垃圾,不符合雙碳減排的建設

理念。 施工圖階段采用 SMW 工法樁 + 一道張懸梁鋼

支撐支護形式,H 型鋼樁采用 HN700 ×300 ×13 ×24,間

距@ 600,三軸水泥攪拌樁為 Φ850@ 600。 表 2 為張懸

梁鋼支撐與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土支撐相比結果,可看出

相對于鋼筋混凝土支撐,張懸梁鋼支撐拆除方便,不

會產(chǎn)生建筑垃圾,可重復使用,施工噪聲低,節(jié)能環(huán)

保。 其相對于鋼筋混凝土支撐時間,節(jié)省施工工期約

45 d,節(jié)省造價約 18% (25 萬元),經(jīng)濟、社會、環(huán)境效

益顯著。

(2)標準層使用凈高優(yōu)化

原擴初方案標準層層高為 4500 mm,采用傳統(tǒng)鋼梁

下吊頂內(nèi)預留機電管線方式,吊頂下凈高為 3000 mm。

此方案由于為保證凈高,所有鋼框架梁均需控制在

650 mm 以下,而平面局部跨度接近 14 m,鋼梁需使用

翼緣厚度較厚,經(jīng)濟性較差。 在施工圖階段,由于鋼

梁腹板厚度對于構件抗剪來說較為富余,采用鋼梁加

高至 700 mm,穿風管的設計構造,如圖 5 所示,表 3

為前后方案的凈高、噸數(shù)對比,可看出鋼梁穿風管做

法,凈高比擴初方案高出 250 mm。 同時,標準層相關

范圍的梁由于梁高加高,翼緣厚度可進一步優(yōu)化,結

構剛度也得以提高,型材噸數(shù)大約減少 15% 左右,穿

鋼梁做法使得結構的安全性、經(jīng)濟性及使用功能同時

得到較大改善。

表 2 張懸梁鋼支撐與傳統(tǒng)砼支撐對比

序

號

項目 砼支撐方案

張弦梁鋼支

撐方案(租賃

期 90 d)

張弦梁鋼支撐優(yōu)勢

1

工程造價

(萬元)

151 125 造價節(jié)省約 25 萬元

2 工期 60 d 15 d

縮短工期 45 d, 節(jié)省

現(xiàn)場施工管理費及資

金占用成本

3 材料用量 671 m

3 475 t 可回收,循環(huán)使用

4 建筑垃圾 1610. 4 t 0 不產(chǎn)生建筑垃圾

5 揚塵治理 需要 不需要 綠色環(huán)保

6 噪音污染 有 無

混凝土支撐的施工工

期長且在澆筑振實過

程中會制造噪音污染

表 3 原方案與現(xiàn)有方案對比

方案

使用凈高

(mm)

鋼梁截面

標準層內(nèi)

圈梁噸數(shù)

(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

圖 5 樓層凈高示意及鋼梁開孔做法

·136· 福 建 建 筑 2023 年

(3)主體結構施工方案優(yōu)化

傳統(tǒng)鋼框架 - 砼核心筒的施工方案,是采用核心

筒提前施工(圖 6),鋼框架后施工的施工流水;主樓

核心筒采用爬模施工,爬模頂部與鋼框架有 6 層高差

(爬模自身高度 4 層,爬模下方預留 2 層高度提供鋼

框架作業(yè))。 因此,對塔吊懸臂高度有非常高的要求。

并且福建沿海地區(qū)臺風季塔吊懸高需要降節(jié)使用,塔

吊懸臂高度越高,塔吊的型號就越大,塔吊租賃費用

較高。 鋼爬模及爬架的費用較大。 且本項目占地面

積小,離周邊小區(qū)及樓棟非常近,傳統(tǒng)鋼框架 - 鹼核

心筒每施工兩層就要提升一次塔吊,需要 1 ~ 2 d 操

作,對工期制約較大。

圖 6 塔吊懸臂高度示意

因此,嘗試將內(nèi)埋鋼骨柱伸至頂層,并且在核心

筒內(nèi)樓層出內(nèi)埋型鋼梁,鋼框架提前 4 層安裝空框

架,外框鋼框架梁及次梁與內(nèi)埋鋼梁鋼柱鉸接連接

(圖 7),核心筒與外框樓承板與鋼骨柱同時澆搗混凝

土,鋼骨柱既要滿足核心筒部分設防地震下受拉性能

目標,又需保證外框空框架在施工階段的強度及穩(wěn)定

需求。

圖 7 外鋼框架先于核心筒施工

費用對比如表 4 所示,可看出,雖然預埋鋼骨柱

及鋼梁會帶來工程含鋼量的問題及核心筒鋼筋的綁

扎問題,但可以降低塔吊型號,減少塔吊租賃費用。

將鋼爬模及爬架用傳統(tǒng)木模代替,并且提前封頂,節(jié)

省爬架費用、爬架安裝工期以及塔吊租賃費用,綜合

成本更低。

表 4 施工方案經(jīng)濟分析對比

序號 原方案 改進方案 經(jīng)濟分析

結構

形式

混凝土核心筒 + 鋼

框架

凝土核心筒 + 鋼框

架 + 內(nèi)埋鋼柱鋼梁

方案二,鋼骨增加

約 270 t,造價增加

約 300 萬元

施工

部署

核心筒與外框不等

高同步施工,核心

筒采用鋁膜 + 爬架

施工,核心筒領先

外框結構 6 層施工

核心筒與外框不等

高同步施工,核心

筒型鋼與外框鋼結

構同步施工,核心

筒混凝土滯后外框

鋼結構三 ~ 四層

方案 二, 無 爬 架,

可節(jié) 約 爬 架 費 用

150 萬元

工期

計劃

地下 室 工 期 4 個

月;地上工期 10 個

月:標 準 層 按 7 d

一層,考慮爬架安

拆時 間 個 1 個 月

考慮

地下 室 工 期 4 個

月;地上工期 7 個

月:標 準 層 按 7 d

一層考慮

方案二,節(jié)約工期

3 個月

塔吊

選型

MC480(尾吊 3t,臂

長 80m) 和 MC200

(尾吊 1. 75 t,臂長

65 m)

MC370(尾吊 2. 7 t,

臂 長 75 m ) 和

MC200(尾吊1. 75 t,

臂長 65 m)

方案一,塔吊租賃

費約 420 萬元,進

出場費用約 24 萬

元; 方 案 二, 塔 吊

租賃 費 約 110 萬

元,進出場費用約

16 萬元;節(jié)約塔吊

租金約 318 萬元

總結

方案二,可節(jié)約直

接 材 料 成 本 163

萬元,節(jié)約工期 3

個月

3 結論

在設計階段,設計單位的管理人員如何做好工程

設計管控,尤為重要。 設計管理人員不僅需要扎實的

設計功底和基礎,還需提高和結合造價成本管理意識

和施工技術經(jīng)驗,并且發(fā)揮設計單位的技術優(yōu)勢,才

能從宏觀角度分析各專業(yè)方案的經(jīng)濟指標、施工可行

性和社會效應,主動進行設計優(yōu)化,合理確定限額設

計控制目標,推進項目落地。

本文通過對一超高層辦公樓項目的建筑、結構、

基坑支護及施工方案等方面,綜合對原擴初方案進行

經(jīng)濟性、功能性全方位的優(yōu)化提升,真正做到了設計

與建設單位、總承包單位的融合,實現(xiàn) EPC 項目化解

風險、控本創(chuàng)效。

參 考 文 獻

[1] 張恒杰,東航,焦海東,等. EPC 項目施工過程中成本管

控的常見問題及對策研究[J]. 建筑經(jīng)濟,2023,44(07):

47 - 52.

[2] 韓世強. 淺談 EPC 模式下工程總承包企業(yè)的造價和成

本管控[J]. 項目管理技術,2018,16(05):90 - 95.

2023 年第 12 期

總第 306 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 12·2023

Vol·306

高校校園維修項目招投標管理的主要問題及對策

黨 灝

(蘇州科技大學 基建處 江蘇蘇州 215009)

摘 要:對高校校園維修工程招投標過程存在的主要問題進行分析探討,有針對性地提出維修工程招投標管理對策,

為做好高校校園房屋維修項目招投標工作,提供有益的參考。

關鍵詞: 校園房屋;維修工程;招投標管理;對策

中圖分類號:TU723. 2 文獻標識碼:A 文章編號: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

基金項目:江蘇省教育基本建設學會課題項目(jyjb2018D007)。

作者簡介:黨灝(1972. 09— ),男,助理研究員。

E-mail:1248324081@ qq. com

收稿日期:2023 - 04 - 20

0 引言

高校老校區(qū)既有房屋建設年代早、標準低、工程

質量較差,已難以滿足現(xiàn)代化教學和科研的要求。 其

需要通過房屋的養(yǎng)護、修繕、維修、改造或改建等活

動,以保持、改善或提高房屋的原有完好程度、使用功

能和結構安全,延長房屋的使用壽命。 由于各高校校

園新老校區(qū)共存,需要維修改造的房屋數(shù)量、規(guī)模和

范圍不斷擴大,學校在房屋維修改造方面的投資規(guī)模

也逐年增加。 為了適應高校校園房屋維修項目管理

的新時代特征,迫切需要對高校校園房屋維修項目管

理進行系統(tǒng)研究。

此外,招投標環(huán)節(jié)是高校校園房屋維修改造不可

或缺的重要環(huán)節(jié),必須予以高度重視。 如何通過項目

的招投標活動,選擇一個符合條件的維修施工單位,

是確保校園房屋維修項目工程質量、進度和造價的前

提。 文獻[1 - 4]從不同角度探討了維修工程招投標

環(huán)節(jié)存在的主要問題,提出了相應的對策。 本文在江

蘇省教育基本建設學會課題項目研究的基礎上,結合

高校校園房屋維修項目管理的工程實踐,梳理了校園

房屋維修項目招投標管理存在的主要問題,并針對性

地提出校園房屋維修項目招投標工作管理對策,為高

校校園房屋維修項目招投標管理提供有益的建議。

1 校園房屋維修改造工程類別

按照校園房屋的完損程度,維修改造工程可分為

重修工程、大修工程、中修工程、小修工程、綜合工程

和應急工程等六類[5]

。一般情況下,在高校校園房屋

維修項目中,中修工程、小修工程和應急工程屬于高

校后勤管理部門管理范疇;而對于維修改造技術要求

高、維修費用在該房屋同類結構新建造價 20% 以上

的重修工程、大修工程、綜合工程,可由高?；窘ㄔO

部門管理。

2 校園維修項目招標采購管理存在主要問題

(1)維修項目招投標管理制度不健全,招投標過

程的監(jiān)管不到位

鮮有高校針對維修項目制定相應的招標采購管

理實施辦法。 由于對投資規(guī)模相對較小的維修項目

招投標活動的監(jiān)管相對乏力,容易導致新的廉政風險

點發(fā)生

(2)存在以邀請招標、議標代替公開招標、競標

的傾向

在維修項目招標時,各高校常采用邀請招標、議

標的方式代替公開招標、競標的方式,確定施工單位。

出現(xiàn)這種傾向的主要原因:

①思想認識不到位。 由于維修項目工程量普遍

較小,單項標的較低,認為即使公開招標,也不會有多

少施工企業(yè)參與競標。 若采用公開招標,符合投標資

·138· 福 建 建 筑 2023 年

質要求的施工企業(yè)會嫌項目的標的小,不感興趣;而

感興趣的施工企業(yè)又可能不符合投標資質要求。 因

此,可能會導致項目招標失敗或廢標。

②客觀因素的影響制約。 維修管理部門專業(yè)技

術力量配置不合理,有的沒有專職技術人員,有的根

本就沒有專業(yè)技術人員。 若小修工程逐一公開招標,

需要委托設計、編制預算等,將增加一定的成本費用

和工程造價。 另外,小修工程具有日常性、時間性、突

發(fā)性和分散性等特征,使工程的設計、預算的編制在

客觀上存在一定的難度。

(3)編制的維修工程項目招標文件質量不高

小修工程具有數(shù)量多、時間緊、不可預見性等特

征,致使小修工程項目事前招標時,其施工圖紙及技

術資料等均不確定,施工之前更沒有詳細的維修施工

方案、施工合同等的約束,致使通過招投標活動未必

能真正選擇出符合條件的施工單位。

3 校園維修項目招標采購管理對策

3. 1 建立校園維修項目招標采購分級管理機制

高校維修項目招標采購實行“分級管理” 機制,

為此,學校成立招標采購領導小組,并增設招標采購

管理部門負責學校招投標的監(jiān)督管理;設立三級招標

限額標準,實行歸口管理、分級負責的管理體制。 根

據(jù)學校維修項目招投標管理實踐,建議一級限額標準

為《必須招標的工程項目規(guī)定》 (國函〔2018〕56 號)

規(guī)定的施工工程招標限額標準 400 萬元(含),全國執(zhí)

行統(tǒng)一的規(guī)模標準。 二級限額標準由各高校結合學

校具體情況確定的公開招標限額標準,一般可取 10

萬元(含);三級限額標準由各高校相關部門根據(jù)具

體情況確定的招標限額標準,一般可取 5 萬元(含)。

(1)單項經(jīng)費預算在 400 萬元(含) 以上的維修

項目,由各高校招投標管理部門委托社會招標代理機

構,在高校所在地的公共資源交易中心公開招標,選

擇維修項目的施工單位。

(2)單項經(jīng)費預算在 10 萬元(含)以上、400 萬元

以下的維修項目,納入高校招標采購統(tǒng)一管理,直接

由各高校招投標管理部門組織,或委托社會招標代理

機構在高校內(nèi)部組織公開招標,選擇維修項目的施工

單位。

(3)單項經(jīng)費預算在 5 萬元(含)以上、10 萬元以

下的維修項目,由各高校維修項目管理部門組織公開

招標,選擇維修項目的施工單位。

(4)單項經(jīng)費預算在 5 萬元以下的維修項目,可

由各高校維修項目管理部門通過詢價方式直接采購。

詢價單位應具有相應的資質等級,且潛在的施工企業(yè)

不得少于 3 家。

維修項目實施時,若需同時添置固定資產(chǎn),且經(jīng)

費已包含在該維修項目預算范圍之內(nèi)的,由后勤管理

部門委托學校國有資產(chǎn)管理部門負責采購。

因特殊情況和突發(fā)性事件,需緊急搶修簽訂合同

的應急工程,可不納入招標范圍,由后勤管理部門召集

學校監(jiān)察審計部門、國有資產(chǎn)管理部門和使用(管理)

部門現(xiàn)場確定搶修隊伍、使用定額(含材料價格)和施

工附加費,并做好記錄。 應急工程結束后,在一周內(nèi)補

辦相關合同審批簽字手續(xù),報學校批準實施。

涉及水、電、氣、暖、通訊、郵政等特殊維修工程,

由學校管理部門與市政管理對接,行業(yè)管理方指定施

工單位施工。 學校管理部門提交立項報告,報送至學

校招投標管理部門審批后,直接委托相應的行業(yè)管理

方指定的施工單位施工。

3. 2 小修工程實施以年度為單位的多樣化招標方式

方式一:“整體并包、協(xié)議招標”。 將學校年度維

修計劃中同一類別招標的多個小修工程項目,適當歸

并成一個標段,由學校招投標管理部門組織公開招

標,選擇滿足項目要求的 3 家協(xié)議維修單位。 金額在

10 萬元以下(不含)的小額維修工程,學校相關職能

部門根據(jù)維修項目的實際情況,在入圍的 3 家協(xié)議維

修單位中,合理選擇并直接委托。 每次招標確定的協(xié)

議維修單位服務期限,不得超過 3 年。 學校要設置合

理的考核指標和權重,每年度對協(xié)議維修單位進行綜

合考核,實現(xiàn)末位淘汰制度。

協(xié)議維修工程項目的實施,由學校相關職能部

門負責召集入圍的 3 家協(xié)議維修單位,同時踏勘擬

維修工程現(xiàn)場,明確協(xié)議維修項目內(nèi)容及質量要求,

現(xiàn)場確定能滿足項目要求且質優(yōu)價低的單位施工;

而零星維修工程項目的實施,由學校后勤管理部門

根據(jù)報修部門實際維修需求,以派工單形式,直接通

知已選定的協(xié)定維修單位派工維修,零星維修隨報

隨修。

方式二:“整體并包,統(tǒng)一招標” 方式。 將學校

年度維修計劃中,同一類別招標的多個小修工程項

目“整體并包” ,適當擴大標段規(guī)模,減少標段數(shù)量,

并以年度為單位(一般不超過 3 年) ,實施“統(tǒng)一招

標” 。 采用這種招標方式,不僅可以吸引一些潛在

投標人參與競爭,可能選擇出符合條件的施工單位;

另一方面,可以避免頻繁組織招投標活動,節(jié)省工作

時間,降 低 管 理 成 本,同 時 降 低 施 工 企 業(yè) 的 投 標

成本。

2023 年 12 期 總第 306 期 黨 灝·高校校園維修項目招投標管理的主要問題及對策 ·139·

3. 3 小修工程項目招投標文件編制關鍵組成要素

為保證招標文件的編制質量,避免招標活動的失

效和廢標,應合理確定招標文件的關鍵組成要素:

(1)合理估算小修工程項目招標總金額

一般小修工程沒有設計施工圖或詳細的維修方

案,在項目招標前,招標總金額無法準確地估算出來。

相關人員可以采用“類比法”,根據(jù)學校上一年度已

完成維修項目的工程量及結算金額,適當考慮建筑市

場價格行情變化以及政策性調整引起的變化,采用材

料信息價,做出學校年度小修工程項目工程費用的估

算,確定本年度小修工程項目的招標總金額。 對于小

修工程項目中,用于支付必然要發(fā)生但暫時不能確定

價格的材料、工程設備的單價及專業(yè)工程等的金額,

以暫估價的方式予以考慮。 按小修工程估算的總費

用形成維修項目招標總金額,作為小修工程項目招標

的依據(jù)。

(2)合理確定小修工程項目投標報價方式

工程項目經(jīng)常采用的固定價、可調價兩種投標報

價方式,都不適用于小修工程。 為此,在維修項目招

投標管理的實踐中,小修工程公開招標時,采用基準

價下浮率的報價方式。 在工程完工后,投標單位結算

價格 = 審定結算價格 × 下浮率。 這種報價方式較好

地解決了小修工程投標時沒有報價評審標準,工程結

算時,無結算依據(jù)的問題。

(3)投標單位關鍵崗位人員配備要求

由于高校維修項目大多集中在暑(寒) 假,項目

相對比較集中,若按一般招標項目要求組建一個項目

部,會造成關鍵崗位人員的嚴重不足,影響維修項目

質量、安全和進度;若要求每個不同小修工程項目都

組建相應的項目部,配備不同的人員,會加重投標人

的投標成本。 因此,建議小修工程按“整體并包,統(tǒng)一

招標”時,項目部關鍵崗位上,要求配備兩名或兩名以

上的人員。 這樣,在小修工程密集時,可以在一定程

度上緩解關鍵崗位人員不足的問題;在小修工程相對

較少時,也可以機動地將關鍵崗位人員調配到其他項

目中,盡可能避免出現(xiàn)待崗和窩工情況。

(4)招標文件中技術標的編制方法

在維修項目招投標管理的實踐中,小修工程按

“整體并包,統(tǒng)一招標”時,采用維修施工方案代替施

工組織設計。 也即不針對某一個具體維修項目情況,

僅根據(jù)小修工程的共性特征和要求,編制通用性的維

修施工方案,以此評審投標人的綜合技術水平、施工

能力和現(xiàn)場管理水平。

(5)選取合理的維修項目評標辦法

對于重修工程、大修工程、中修工程及按“整體并

包,統(tǒng)一招標”的小修工程,建議選擇“綜合評分法”;

對于具有通用技術標準或者招標人對其技術、性能沒

有特殊要求的單項小修工程,建議采用“經(jīng)評審的最

低投標價法”。 為了避免惡意低價競標,設置最高限

價( Ym ),并規(guī)定投標人報價(Yi)≥90% × 最高限價

(Ym ),同時≥95% × 所有有效投標人(若超過 5 家,去

掉 1 個最高價和 1 個最低價后)的平均報價(∑

n

i = 1

Yi

/ n)

(具體數(shù)值隨維修工程性質不同,n 為有效投標人數(shù))。

若兩個條件均不滿足,就判斷為不合理低價,取消其中標

資格。 另外,實行經(jīng)評審的最低投標價法評標的項目,中

標人除需提供正常履約擔保外,還需提供扣除正常履約

擔保后,與招標控制價差額部分的履約擔保。

3. 4 加強維修項目全過程招投標廉政風險點的管控

建立和健全高?！熬S修項目招投標管理實施辦

法”“廉政合同”等系列管理制度,并將高校校園維修

項目的管理工作納入到學校黨風廉政建設工作中。

學校紀檢監(jiān)察審計部門要加強對維修項目招投標工

作的監(jiān)督,積極參與,主動介入。 要全面梳理招投標

環(huán)節(jié)的廉政風險點并采取相應的防控措施,實現(xiàn)維修

項目招投標環(huán)節(jié)全過程監(jiān)督管理,從源頭上防止和避

免維修工程項目招投標管理中可能出現(xiàn)的廉政風險。

4 結論

除應急工程外,所有校園房屋維修改造項目均應

按公開、公平、公正、擇優(yōu)和誠實信用的原則,通過招

投標活動選擇合適的維修項目施工單位。 本文提出

的高校校園維修項目招投標工作管理對策,可供同類

高校校園房屋維修項目招投標管理時借鑒。

參 考 文 獻

[1] 《省屬高校房屋維修改造現(xiàn)狀分析及管控對策研究》課

題組. 省屬高校房屋維修改造現(xiàn)狀分析及管控對策研究

[R]. 蘇州:蘇州科技大學,2019.

[2] 陳剛. 淺析零星維修工程打捆招標管理模式及招標文件

編制要點[J]. 招標采購管理,2016,41(01):45 - 47.

[3] 李軍毅,黃婕. 新時期高校維修工程管理問題的初步探

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