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摘要

随着现代酒店建筑功能日趋复杂化与空间集约化，管道井作为机d电系统的核心通道，其施工质量直接影响建筑运维效率与整体性能。本文以某高级酒店项目为背景，针对异形极狭空间内密集套管施工难题，提出基于逆施工技术、钢结构支架体系及BIM深化设计的综合解决方案。通过先行机电管线套管施工、后管井施工的逆作工艺，结合预制钢梁板与方钢支架体系，有效解决了传统施工中套管定位偏差大、管井空间受限等问题。研究结果表明，该技术显著提升了套管定位精度、优化了施工工序，并降低后期检修难度，为类似工程提供了重要参考。

关键词：深化设计；异形极狭空间；管道井；逆施工技术；支架体系

1.工程概况

某高级酒店项目总建筑面积约5万m²，客房约400间。为提升客房使用体验，设计方将管道井优化为类矩形截面（长1215mm×宽810mm，面积1.07㎡），共计48个管道井，内含816个套管，平均每个管井布设17个套管。管井空间特点如下：

- 异形结构：一端突出，管线排布需适应不规则截面；

- 密集管线：涵盖给水、排水、消防、空调等多系统，交叉节点复杂；

- 施工限制：传统支架体系依赖管井墙体，导致机电与土建施工穿插困难。

2.关键技术措施

2.1逆施工技术应用

打破“先土建后机电”的传统模式，采用逆施工技术，即：

1.先行机电施工：在无管井墙体状态下完成支架固定与管道安装；

2.后浇筑混凝土：管道安装后移交土建单位进行管井楼板及墙体施工。

该工艺避免了工序冲突，显著缩短工期。

2.2钢结构支架体系设计

- 竖向支撑：采用60×120H型钢与楼层预埋钢板焊接固定，形成主要承重结构；

- 横向加固：在不同高度增设5#槽钢（重型管道）与60方管（轻型管道）横档，与竖向方管焊接，防止侧向变形；

- 分层设计：横档高度根据管道类型调整（重型管道距顶板200mm，轻型管道500mm），确保荷载合理分布。

2.3BIM深化设计

利用Revit软件建立管井三维模型（图1），优化管线排布并模拟施工流程，重点解决：

- 空间冲突检测：识别管线交叉点，调整套管间距；

- 检修空间预留：确保阀门、法兰等部件后期可操作性；

- 支架定位预演：精准规划支架焊接位置，减少现场调整。

3.施工工艺及控制要点

3.1工艺流程

总体来说，其工艺流程及先后顺序为：

BIM深化设计→测量放线→套管定位→支架预制→管道安装→楼板浇筑→保温封堵→墙体封闭

3.2套管定位与固定

在异形极狭管井施工中，套管定位与固定是确保管道系统精准安装的核心环节。由于管井空间紧凑（长1215mm×宽810mm）且套管密度高（平均17个/管井），传统施工方法难以满足毫米级精度要求。本工程通过“预埋钢板+激光定位+动态误差控制”技术体系，实现套管一次性精准就位，具体工艺如下：

1.预埋钢板施工工艺

钢板选材与固定材质与规格：采用6mm厚Q235B钢板（尺寸1200mm×800mm），表面平整度偏差≤2mm。

预埋施工：在管井区域楼板钢筋绑扎阶段，将钢板定位后与结构梁焊接固定，钢板表面标高误差≤1mm，确保与后续套管焊接的基准面稳定性。

临时防护：钢板预埋后暂不浇筑混凝土，表面覆盖防锈油膜并加装PVC保护罩，避免锈蚀和施工污染。

定位验收：采用全站仪复测钢板中心线与设计轴线偏差≤2mm，四边对角线误差≤3mm；

2.激光定位与套管焊接

BIM坐标数据导入：基于Revit建立的管井三维模型，导出所有套管中心线坐标数据（X、Y、Z），格式转换为全站仪兼容的DXF文件；在钢板表面喷涂可擦写涂层，便于激光标线仪投射定位标记（见图2）。

焊接固定：套管（材质Q235B，壁厚3mm）与钢板采用CO₂气体保护焊（焊丝ER50-6，电流180～220A），先点焊四角固定，再分段满焊，每段焊缝长度≤50mm，间隔冷却时间≥30s，避免热变形。

开洞施工：使用数控等离子切割机按套管外径+10mm开孔（如DN100套管开孔φ110mm），切口粗糙度Ra≤12.5μm；开洞后采用磁力钻在孔缘加工Φ8mm螺栓孔（间距150mm），用于管道临时定位。

3.误差动态控制与二次复核

水平偏差控制

实时监测：焊接过程中采用电子水平仪（精度0.02mm/m）监测套管水平度，水平偏差超过2mm时立即暂停焊接并调整；全站仪复测套管群水平位置偏差≤2mm，相邻套管间距误差≤1mm。焊接完成后，采用激光铅垂仪（精度0.02mm/m）检测套管垂直度，允许偏差≤3mm/m；对垂直度超标的套管，采用氧割局部切除后重新焊接，确保垂直度合格率100%。

二次复核与数据存档：使用3D激光扫描仪（精度±0.1mm）采集套管实际位置数据，生成点云模型并与BIM模型比对，同心度偏差≤2mm；将复核结果录入施工管理系统，生成二维码标签贴附于套管表面，便于后期运维追溯。

4.关键技术创新

无混凝土预埋工艺：通过钢板预埋替代传统混凝土支墩，减少湿作业对工期的影响，同时为后续支架安装提供刚性基准面。

动态误差补偿机制：在焊接过程中实时采集偏差数据，通过算法生成补偿指令，调整后续套管定位参数，实现误差逐级消减。

3.3支架安装

在异形极狭管井内，钢支架体系需同时满足高密度管线承载、精准定位及空间适应性要求。本工程采用“方管主框架+分层横档”的模块化结构，结合全过程焊接质量管控，实现支架体系的高效安装与可靠承载。具体工艺如下：

1.竖向主框架施工

材料选型与预制：竖向方管采用60mm×60mm×3mm方管（Q235B），单根长度按楼层高度定制（误差≤2mm），端部铣平并预钻Φ12mm螺栓孔，便于与钢牛腿连接。H型钢梁：选用200mm×200mm×8mm×12mm热轧H型钢（Q355B），与预埋钢板通过Φ20化学锚栓（抗拉强度≥10.9级）固定，顶部设置钢牛腿用于方管连接。

2.安装工艺流程

底部焊接：方管下端与预埋钢板采用全熔透焊缝（焊缝高度≥6mm），焊接前使用激光对中仪调整垂直度（偏差≤2mm/m）。顶部连接：方管上端与H型钢梁顶部焊接固定，焊缝高度≥8mm，确保连接强度（见图3）。整体校准：安装完成后，采用全站仪复测支架群垂直度，偏差超过3mm/m需氧割返工。

3.横档体系分层施工

布置原则：消防立管（DN150）、给水立管（DN100）等重型管道区域，采用5#槽钢（50mm×37mm×4.5mm）作为承重横档，间距200mm；

焊接工艺：横档与方管采用双面角焊（焊缝高度≥5mm），节点处加焊100mm×100mm×6mm三角加劲板，分散集中应力；

荷载验证：按管道运行重量的5倍（含介质重量）设计横档承载力，通过堆载试验验证挠度≤L/400。

4.模块化设计

暖通管道（φ200mm）、弱电桥架（200mm×100mm）等轻型管线区域，采用60mm×60mm×3mm方管横档，间距500mm；

可调连接：横档与竖向方管通过M12高强螺栓连接，预留±20mm高度调节余量，适配不同管道安装需求；

隔振措施：支架与管道间设置5mm厚橡胶垫片，降低振动传导噪声。

5.抗侧移加固横档（8#槽钢）

在管井外侧增设8#槽钢（80mm×43mm×5mm）横档，间距1500mm，与竖向方管双面满焊，提升支架整体抗侧移能力。

3.4管道安装

在异形极狭管井内，管道安装需兼顾高精度定位、结构稳定性与成品保护，尤其需解决垂直度偏差、同心度偏移等难题。本工程通过“激光校准+模块化固定+全包裹防护”技术体系，实现管道精准安装与零损伤目标，具体工艺如下：

1.垂直度控制与激光校准

1.1安装过程垂直度调整

初调阶段：管道吊装至套管后，通过手动葫芦微调位置，使激光束中心与接收靶圆心重合（偏差≤1mm）；

精调锁定：采用液压千斤顶（行程±20mm）顶推管道底部，结合激光数据动态修正，确保垂直度偏差≤2mm/m；

多点复核：每2m设置一个检测断面，全站仪复测管道整体直线度，累计偏差≤5mm。

特殊节点控制：管道穿楼板处增设临时导向支架（材质Q235B），限制水平位移；弯头与三通部位加装斜撑（60mm×60mm方管），分散局部应力。

2.同心度保证与管卡固定

2.1同心度检测技术

激光对中仪应用：采用双激光对中仪（精度±0.1mm）同步检测管道与套管中心线，实时显示三维偏移量；

偏差修正流程：管道穿入套管后，调整管卡螺栓使管道居中，确保同心度偏差≤3mm；对偏差超限点位，采用偏心法兰或定制异径管补偿。

2.2模块化管卡系统

重型管道管卡：消防及给水立管（DN≥100）采用U型铸钢管卡（壁厚8mm），内衬5mm橡胶垫，螺栓预紧力≥50N·m；

轻型管道管卡：暖通及弱电管道采用尼龙锁紧管卡（耐压等级PN16），螺栓扭矩≤20N·m，避免管道变形；

可调式支架：管卡与钢支架横档通过长圆孔连接，提供±15mm水平调节余量。

2.3法兰连接质量控制

法兰密封面平行度偏差≤0.2mm，螺栓孔同心度偏差≤1mm；法兰间填充EPDM橡胶垫片（厚度3mm），螺栓按十字对称顺序拧紧，力矩偏差≤5%。

3.成品保护与防撞措施

成品保护措施包括：管道外壁缠绕EPE珍珠棉并密封；管井入口加装橡胶护角，阀门及仪表安装钢制防护罩；混凝土浇筑时封堵套管并铺设木板、钢板隔离层；后期喷涂警示带，易撞区设防撞护栏并挂牌。全过程监控纠偏，确保施工与维护阶段管道安全。

4.技术创新与验收标准

4.1智能监测系统

在关键管道安装倾角传感器（精度±0.1°），实时监测施工振动导致的位移；数据通过LoRa无线传输至BIM平台，超限值自动触发报警。

4.2验收标准

垂直度：全站仪抽检率30%，偏差＞2mm/m需拆除返工；

同心度：激光对中仪100%检测，偏差＞3mm点位需补偿调整；

成品完好率：混凝土浇筑后管道破损率≤0.5%，防护材料脱落率≤1%。

3.5管井楼板浇筑

管井楼板浇筑是衔接钢支架体系与土建结构的关键环节，需兼顾钢板承载力传递、套管孔洞精准预留及管道成品保护。本工程采用“钢楼板免支模体系+精细化振捣+全过程养护”技术体系，确保楼板浇筑质量与施工安全，具体工艺如下：

1.免支模体系

免支模体系采用预埋钢板作为底模，直接承担楼板荷载，取消传统模板支撑。钢板表面涂刷水泥基界面剂增强粘结力，通过BIM模型精准定位套管孔洞，数控开孔后加装环形钢套环加固，孔洞内插入PVC套管并覆膜保护。体系通过Midas Gen软件验算，满足承载力≥5kN/m²及挠度≤L/400要求，优化施工流程

2.楼板厚度120mm，采用C30细石混凝土，掺聚丙烯纤维及缓凝减水剂。管道周边300mm范围人工摊铺。振捣采用φ30mm高频振捣棒，间距≤300mm，时间10-15秒，振捣棒与管道净距≥50mm，表面泛浆无气泡为合格

3.浇筑后立即覆盖0.12mm PE薄膜，前3天每2小时喷雾增湿，连续养护7天。

3.6保温与防火封堵

在异形极狭管井施工中，保温与防火封堵是确保管道系统安全性与能效的核心环节。本工程采用“橡塑保温+耐火泥封堵”技术体系，结合精细化施工与严苛验收标准，实现保温层无缝覆盖与防火封堵长效耐火目标，具体工艺如下：

1.橡塑保温层施工

1.1直管段保温施工

下料与包裹：按管道外周长+20mm裁剪保温棉，纵向接缝采用搭接方式（搭接宽度≥50mm），接缝处涂刷胶粘剂并压实；固定工艺：保温层外缠绕1mm厚铝箔胶带（间距≤300mm），边缘采用不锈钢扎带（宽度12mm）锁紧，防止松脱。

1.2弯头“虾米腰”分段处理

分段设计：将弯头按角度等分为若干梯形段，每段内弧与外弧长度差≤10mm；拼接工艺：内弧面保温棉切割成梯形块，外弧面切割为扇形块，接缝错开≥100mm；采用热风枪加热保温棉接缝处（温度80～100℃），压合后形成无缝过渡；加固措施：弯头外侧加装环形铝制护套（厚度0.8mm），螺栓间距≤150mm，防止保温层变形。

2.防火封堵施工

2.1管间隙封堵工艺

基层处理：清除套管与管道间杂物，涂刷防火界面剂（附着力≥1.0MPa）；分层填塞：第一层填塞陶瓷纤维毯（厚度20mm），压实后形成柔性缓冲层；第二层灌注耐火泥，采用专用注浆枪（压力0.2～0.5MPa）自下而上填充，确保无空鼓；第三层覆盖防火板（厚度12mm，耐火极限≥1h），螺栓固定间距≤200mm。

3.质量控制与验收标准

3.1防火封堵验收

密实度检测：采用内窥镜观察封堵层内部，空鼓面积≤5%；耐火试验：随机抽取3处封堵点位，按GB/T 9978-2008标准进行耐火试验，耐火极限≥2h；气密性测试：烟密度检测仪测试烟气渗透率≤5%。

4.技术创新与施工难点

4.1智能化施工设备

采用保温棉自动切割机（精度±0.5mm），输入弯头参数后自动生成“虾米腰”分段下料方案；耐火泥注浆机配备流量传感器，实时监控填充密实度。

4.2狭小空间作业优化

定制微型热风枪（长度≤300mm），适配管井内弯头加热需求；防火封堵施工采用可伸缩注浆管（长度1～3m），精准定位套管间隙。

4.结语

本文通过集成逆施工技术、钢结构支架体系与BIM协同设计，成功解决了异形极狭管井施工难题。实践表明，该技术可显著提升施工精度、优化工序衔接，并为后期运维提供便利。未来可进一步探索智能化施工设备（如焊接机器人）的应用，以提升施工效率与安全性。

参考文献

[01]李明. 建筑机电工程逆作法施工技术研究[J]. 施工技术， 2020， 49（12）： 45-48.

[02]王强， 张华. BIM技术在复杂管井施工中的应用[J]. 建筑科学， 2021， 37（6）： 112-116.

[03]刘伟. 钢结构支架体系在狭小空间施工中的优化设计[J]. 钢结构， 2019， 34（3）： 78-82.