0 引言

　　综合管廊是指将电力、通信、供水、燃气等两类及以上城市工程管线集于一体的生命工程^[1]，其空间布置合理，具有集规划、设计、建设和管理四位一体进行统一实施的特点，有效解决了传统机电管线布置存在“蜘蛛网”和“马路拉链”的问题，是交通基础行业建设的重要组成部分，具有广泛的应用前景。综合管廊通常有两种建造方式，分别为现浇式和装配式。装配式建造因其具有高效率、高环保、高品质和低污染等优势而渐渐成为建筑行业的新主流。近年来，国内学者从多个角度对装配式管廊展开了初步探索:对比分析装配式管廊与现浇管廊力学性能^[2]和经济性^[3]的差异，结构^[4]和节点^[5]抗震性能的研究，构件预制^[6]、安装^[7]以及防水^[8]等施工技术的探索，BIM技术的应用研究^[9]等，并取得了部分重要研究成果。此外，装配式管廊已有较多工程实例，包括在建的全国最长装配式地下综合管廊———绵阳地下综合管廊建设项目，全长33.654km。但是，装配式施工技术仍没有被广泛应用到综合管廊的建设中，项目主要以试验段的方式进行建设。其主要原因是:装配式技术具有施工技术复杂、长期性能难保证、工程造价高等特点，而我国相应的理论研究、特别是施工技术水平等与发达国家仍有一定的差距。基于此，为推动装配式技术在全国范围内综合管廊建设的应用，本文以广西首条装配式综合管廊———南宁市玉洞大道综合管廊项目为依托，详细阐述装配式综合管廊预制构件的生产、安装关键技术，同时探讨分析BIM技术在装配式综合管廊施工全过程中的应用。

　　1 工程概况

　　南宁市玉洞大道南北侧道路工程(那黄大道—龙岗大道)位于南宁市东南侧五象新区，工程范围内采用装配式技术建造的综合管廊为广西首条预制装配式混凝土综合管廊，全长1 162.5m。该综合管廊为双舱断面形式，包括综合舱和电力舱，综合舱内腔净尺寸B×H=3.9m×3.0m，电力舱内腔净尺寸B×H=2.6m×3.0m，壁厚(包括侧墙、顶板和底板)均为0.4m，舱室倒角均为0.3m×0.3m，如图1所示。每节标准段综合管廊的长度均为1.5m，共计775节。混凝土强度等级C50、抗渗等级P8。

　　

　　图1 双舱预制综合管廊断面示意  

　　 

　　2 预制综合管廊生产关键技术

　　2.1 预制管廊生产流程

　　预制管廊生产主要施工工序包括:钢筋弯曲控制、钢筋骨架绑扎、钢筋骨架翻转、钢制模板准备与安装、构件养护、构件起吊与存放等，如图2所示。

　　

　　图2 预制管廊生产流程  

　　 

　　2.2 钢筋弯曲控制

　　钢筋进场后，需严格按照管廊标准节段设计配筋图进行钢筋加工。目前，常用的钢筋弯曲机主要有传统钢筋弯曲机、数控钢筋弯曲中心以及弯箍、剪切一体机等3种类型。传统钢筋弯曲机结构简单、操作简便，但效率低、精度差;弯箍、剪切一体机自定化程度高、效率高，但价格昂贵、维护成本高;数控钢筋弯曲中心虽然效率一般，但操作简单、经济实惠，比较适合小型钢筋加工厂。因此，根据各类弯曲机的特点以及结合本项目的实际情况，项目部最终选择数控钢筋弯曲中心对钢筋进行加工。

　　对数控钢筋弯曲中心操作时，应严格按照相关规范执行，严禁在弯弧转动方向站人。

　　2.3 钢筋骨架绑扎

　　钢筋骨架绑扎是预制综合管廊生产的关键环节，其过程繁琐、工作量大、效率低下。目前，主要通过胎架对钢筋骨架进行绑扎，具有绑扎快、质量好、效率高的特点，越来越受到工程师的青睐。但是，现有设计的胎架仍存在诸多不足，如胎架上的支架采用焊接，导致钢筋骨架起吊难，特别是对于多舱截面的管廊钢筋骨架起吊。基于此，本项目参考已有的胎架特点，并结合项目实际情况自主设计了一种新型的钢筋骨架绑扎胎架。该胎架采用槽钢和钢管焊接加工而成，胎架上的支架采用钢管套筒连接，起吊时可轻松将支架移除，解决了多舱管廊钢筋骨架起吊难的问题，如图3所示。

　　

　　图3 管廊钢筋骨架绑扎胎架  

　　 

　　该新型钢筋骨架绑扎胎架具有以下特点。

　　1)设计的定位架，提高了钢筋的定位精度。

　　2)设计的定位杆和钢管套筒，避免了钢筋骨架起吊时胎架的拆卸，提高了起吊工作效率。

　　3)与传统钢筋骨架绑扎相比，减小了施工难度、降低了安全风险、提高了工作效率，2个班组共计14人，每天可加工8套钢筋骨架。

　　2.4 钢筋骨架翻转

　　为确保钢筋骨架入模时不变形、不走位，安装前往往通过翻转台将钢筋骨架进行90°翻转。以往的翻转台为人工翻转，其危险系数高、劳动强度大、翻转效率较低。为克服这些问题，研发了安全系数更高的液压翻转台，液压翻转台由铰座、油缸、翻转架、挂钩、液压系统等组成，采用遥控运转，具有翻转平稳、减少人工作业、降低安全风险的特点，液压翻转台的使用减少了门式起重机的使用频率，提高了工作效率。

　　2.5 钢制模板准备与安装

　　管廊模具通常分为两种，即立式模具和卧式模具。立式模具结构简单、可靠性强，但管节接口处质量不易控制;而卧式模具虽然造价较高，但其拆模工序少，管节接口质量控制好。因此，项目采用卧式模具对管廊进行预制生产。

　　卧式模具的细部构造如图4所示，其适应性强和适用范围广，具有高精密性、高可靠性、易操作性的特点，具体表现为:(1)通过19处定位销将管廊成型精度从现浇的厘米级提升至毫米级，具有较高的精密性;(2)能适应恶劣环境，连续生产不变形、不漏浆，其设计周转使用寿命不低于1 000次，具有较高的可靠性;(3)采用的快速锁紧装置、开合系统及滑轨系统等便于模具拆装，动用人工机械少，装拆效率高，大大降低了劳动强度，节约了人工成本，具有较好的操作性。

　　

　　图4 管廊模具细部构造  

　　 

　　2.6 蒸汽养护系统

　　预制管廊构件拆模后，需对其进行养护处理。养护设备为一整套蒸养系统，包括燃油蒸汽锅炉、蒸汽导管、蒸养罩等。将同一批拆模后的构件进行蒸养处理，其蒸养温度变化曲线如图5所示。图中，A线段表示静停，静停时间应>2h，静停时的环境温度不应低于5℃，目的是防止构件出现干缩裂纹;B线段表示升温，升温速度应控制在10～15℃/h，当温度达到60℃左右时，进行恒温蒸养;C线段表示恒温，恒温时间不应低于4h;D线段表示降温，恒温结束后，对构件进行降温处理，降温速率应控制在10～15℃/h，当构件表面的温度与环境温度不超过30℃时，停止降温。

　　

　　图5 温度变化曲线  

　　 

　　利用蒸养系统对预制管廊构件进行养护，可明显加快混凝土早期的化学反应速率，只需14h便可达到预制构件起吊强度30MPa，比传统养护缩短了将近34h，减少了预制管廊的生产周期，提高了模具的周转率和生产效率。

　　2.7 构件吊运与存放

　　预制管廊构件蒸养达到起吊强度30MPa后，将构件吊运到自然养护区存放。管廊吊具为项目发明设计的一套新型吊具(见图6)，该吊具设计了平衡调节装置，起吊过程中通过滑轮组的设置能自动修正因管廊舱室不同、吊钩竖向高度不一致、吊绳尺寸偏差等因素引起的不均匀受力，降低了构件吊运安全风险和提高了构件吊运效率。

　　

　　图6 管廊吊具  

　　 

　　3 预制综合管廊安装关键技术

　　3.1 预制管廊安装流程

　　预制管廊的安装流程如图7所示。

　　

　　图7 预制管廊安装流程  

　　 

　　3.2 预制管廊吊装

　　预制管廊每节长1.5m，单个管廊节段大约需要15.1m³混凝土，重约40t。项目首先采用预制场QLMⅡ50/10A3型门式起重机将构件吊起放置于运梁车，运梁车沿玉洞大道两侧道路运输到指定位置。管廊的吊装顺序为:吊机就位→管廊试吊→吊装测量→误差调整。其中，管廊的吊装测量为关键环节，测量时需注意以下几点。

　　1)管廊吊装前，测量人员提前在基坑垫层相应位置放出管廊边线及中心线，便于管廊吊装定位。

　　2)管廊每拼装完毕一节后，测量人员对安装完毕的管廊顶板进行十字测量放线及高程测量，复核管廊平面方向和垂直方向是否安装正确，如误差超过规范要求，及时进行调整。

　　3.3 预制管廊张拉连接

　　目前，工程中常采用“一节一张拉”的张拉工艺对预制管廊进行张拉连接，虽然该张拉工艺可以较好地控制安装精度，但其施工效率及预应力钢绞线用量较大，不满足装配化施工快速、经济的要求。基于此，本项目对现有的张拉工艺进行改善，采用“三节一张拉”的工艺，有效解决了“一节一张拉”存在的问题。本项目预应力钢绞线自带防腐套，张拉完毕后不需要作注浆处理，施工操作更方便、迅速。预应力钢绞线张拉前，应做好以下准备工作。

　　1)清理连接面(承口、插口)并在承口胶条槽涂满胶水，将胶条粘贴在涂有胶水的承口胶条槽处。

　　2)检查使用的张拉器材及钢绞线是否无误、密封胶条是否填充充分。

　　3)清理张拉槽，并检查有无异物。

　　4)固定并且确认锚具锁牢。

　　4 BIM技术在预制综合管廊建造中的应用

　　4.1 BIM的应用需求及分析

　　交通基础行业建设的飞速发展，引领着工程项目向大型化和复杂化转变。近年来，城市综合管廊的建设里程与日俱增，而管廊的舱室由单舱逐渐向多舱发展，对管廊建设中的设计、施工、管理等提出了更高的要求。BIM技术具有可视化、模拟性、协调性等诸多优点，该技术的应运而生恰恰解决了大型、复杂项目中设计、施工等出现的复杂技术难题，可以提高工程建设效率、节约工程管理成本、实现施工现场的精细化管理。南宁市玉洞大道预制综合管廊项目为双舱室管廊，其工程建设具有一定的复杂性。因此，本项目在广西首次将BIM技术运用到预制综合管廊项目建设中，包括设计、施工等阶段，以期为BIM技术在类似工程中的应用提供参考。

　　4.2 设计阶段

　　4.2.1 预制工厂选址及场地规划

　　项目施工场地受限，两侧可利用的空间狭小，施工空间受多方面限制。传统的二维设计施工图纸对现场施工机械设备、办公、道路、现场出入口、临时堆放场地的布置难以满足实际工程需求。因此，以传统二维设计施工图纸为基础数据源，运用BIM技术建立场地标准化设施族库，在Revit中模拟场地布置并进行优化，以提高场地利用率。

　　4.2.2 构件模型库创建

　　该管廊工程为广西首次采用预制装配式施工的项目，相应的族库资源十分匮乏。因此，项目利用Revit软件，建立预制构件的模型库，包括管廊标准节段、十字交叉井、进风口、投料口及引出口等(见图8)，模型库中不仅包含了构件的尺寸和材料信息，同时附加成本、进度等信息，是基于构件模型的综合信息体现，模型库的建立也为后续进行管廊规划和设计提供基础数据。

　　

　　图8 模型库建立  

　　 

　　4.2.3 构件碰撞及空间净高检测

　　地下综合管廊构件和机电管线布置复杂，往往出现构件与机电管线之间的“错、漏、碰、缺”等问题。传统结构设计以二维施工图纸作为交付成果，各专业的图纸汇总时不免会发生碰撞等问题。项目利用Navisworks软件对不同专业之间的碰撞进行检查，可发现构件的重叠、冲突和不匹配等问题，并及时返回BIM模型进行交互式修改，最终实现无碰撞，以保证工程顺利进行。

　　同时项目利用已建立的模型，对管廊最终的竖向设计空间进行检测分析，优化管廊结构布置以及机电管线排布方案，并给出最优的净空高度。

　　4.3 施工阶段

　　4.3.1 施工技能培训

　　装配式技术具有一定的复杂性，特别是对于在广西首次采用该技术进行综合管廊建设，施工人员技术和经验缺乏。因此，项目利用基于BIM+VR技术相结合的施工过程仿真模拟对工人进行技能培训，提前预知施工过程中可能存在的问题。多用户角度的应用VR技术，为施工过程仿真模拟提供了可能。

　　4.3.2 施工组织与方案模拟

　　由于该装配式管廊工程规模大、工期紧、质量要求高，沿线杆线、管线较复杂。因此，需要进行合理的施工组织和方案设计，包括施工控制与协调、资源配置与使用等。然而，传统的二维设计施工图纸难以直观展示工程进度及相关施工活动的实施过程。基于此，项目利用BIM技术对施工进度计划、施工方案及相关施工工艺进行三维模拟，可以直观展示工程进度及相关施工活动的实施过程。此外，通过关联相关价格信息后，可以生成人、材、机、资金的曲线，动态显示不同阶段的资源需求，为后期项目管理提供便利。施工模拟流程如图9所示。

　　

　　图9 施工模拟流程  

　　 

　　4.3.3 工程量统计

　　传统的二维施工图纸，往往缺乏必要的工程量信息，因此需要投入大量的时间和精力对工程量进行统计，导致施工效率低。而通过利用BIM技术，预先定义好模型项目参数以及输入相应的构件属性信息，就可以以明细表的形式，高效获取各种类型材料的统计数据，而工程数据量的统计为工程预决算、工程经济性分析等均具有重要意义。

　　5 结语

　　本文从技术层面探讨了装配式技术首次在广西综合管廊建设中的应用，包括预制构件的生产与安装、BIM技术的应用，得到以下主要结论。

　　1)自主研发的钢筋骨架绑扎胎架，提高了钢筋定位精度，减小了施工难度，降低了安全风险，提高了工作效率;发明设计的自平衡管廊吊具，能自动修正因多方面因素引起的不均匀受力，降低了构件吊运安全风险和提高了构件吊运效率。

　　2)采用“三节一张拉”的张拉工艺，提高了施工效率的同时，节省了预应力钢绞线的用量。

　　3)基于BIM技术的预制综合管廊深化设计，提高了场地利用率，优化了管线布置，减少了工程量统计时间。