随着中国城市化进程的不断加快，城市市政管线不仅给城市生活赋能，更是城市重要的基础设施。由于老城区建设过程中没有统筹考虑市政管线的布置和规划，导致老城区市政管线密布且缺乏规划，甚至有些废弃管线由于缺乏必要的维护在管线产权单位的档案中都没有记录，有些老旧管线自身存在安全风险，在极端天气下出现爆管现象，给城市安全带来隐患。
近年来我国城市轨道交通发展迅速，有些城市出现十几条线路同时在建的盛况，然而城市轨道交通不可避免的要穿越老城区，那些错综复杂且年久失修的市政管线无疑是轨道交通建设过程中的难点。老城区管线迁改制约轨道交通建设的新闻和部分城市地铁施工造成市政管线破坏的新闻不绝于耳，为此南京市建委下发《关于进一步加强城市地下管线安全管理的通知》（宁建建字〔2020〕44号），以落实管线改迁各方安全责任，提高管线改迁施工安全。
随着时代的进步和社会经济的不断发展，我国的建设管线综合布控能力趋于智能化，在管线综合布控方面进步突飞猛进，针对轨道交通建设过程中管线迁改难问题，运用层次分析法明确管线迁改的重难点，并利用BIM技术对管线迁改的重难点进行优化研究，切实降低轨道交通建设难度，减少管线改迁安全事故。
1地铁管线改迁的总体原则及思路
1.1城市管线分类
城市生活的便利离不开各类管线基础设施的赋能，目前城市地下管线数量及种类快速增长，依据功能主要可分为：给水、排水、热力、燃气、工业、电力电缆和通信电缆等七大类。具体分类如图1所示。
图1?城市各类功能管线分类
1.2管线迁改的步骤
当地铁在主城区施工遇到各类城市管线时，一般情况盾构施工不需要进行迁改，车站施工需对进行管线迁改。管线迁改的步骤一般跟主体施工或交通疏解有关，常规可分为主体施工阶段、附属施工阶段和恢复阶段，或者按照交通疏解进行划分。
管线迁改一般需以下几个步骤：结合管线现状图和检查井对地铁经过市政道路进行物探→依据市政管线，地铁前期设计时进行合理避让→依据施工工序安排，进行交通组织设计→依据主体结构和交通组织进行管线综合设计→依据产权单位意见对管线改迁方案进行完善。
1.3?管线改迁基本方法
（1）永久改迁：结合规划一次性改迁到位，对地铁施工影响小，迁改周期长。
（2）临时改迁：临时改迁至范围外，后期恢复，方便地铁施工，多次改迁，影响管线且成本较高。
（3）原位保护：进行原位保护，不迁移，工期影响小且成本低，施工期间管线风险大。
（4）悬吊保护：横跨地铁主体基坑的管线，工期影响小且成本低，施工期间管线风险大。
1.4?管线迁改设计思路及原则
1.4.1?管线迁改设计总原则
（1）地铁主体工程及交通疏解是管线改迁的上游专业，需紧密对接。（2）管道临时迁改措施应经济合理，并能保证市政系统的安全运行。（3）管道永久恢复工程必须按规划进行恢复。（4）在保证安全运行的前提下尽量减少迁改量，以节约成本和工作量。（5）尽量减小管线改迁引起的交通疏解。
1.4.2?城市管线与地铁埋深间的相互关系
南京市道路下市政管线平面位置及埋设深度一般道路西（南）侧为电力、给水、雨水；道路东（北）侧为燃气、电信、污水。各种管线平面布置、埋设深度及迁改特点见表1。
表1?城市各类管线平面布置及埋深
市政管线自地面向下排列顺序为：电力、电信、燃气、给水、雨水和污水管线。给排水管线具有管径大、埋设深、范围较广的特点，且受排水方向、上下游管道及支管标高控制，迁改难度极大，需重点考虑。燃气、电力和通信管线埋深较浅，迁改可灵活调整。
管线迁改设计需从地铁车站平面与现状管线位置进行分析、地铁建设期间管线安全、维护方便和基坑施工安全方面考虑。同时还要遵循：压力管线避让重力自流管线，可弯曲管线避让不可弯曲管线，分支管线避让主干管线，小管径管线避让大管径管线，临时管线避让永久管线，工程量小管线避让工程量大管线，协调工作容易管线避让协调工作困难管线。通常管线迁改设计顺序为：给排水管→给水管→电力管→燃气管→通信管线。
1.4.3?各类管线迁改原则
（1）雨污水管：片区排水和防洪功能。受上下游标高控制，绕行易产生淤积；不能改变原有规模、流向和汇流范围，改变需复核；起端无转输流量情况下可临时废除、横跨基坑需采用钢管。
（2）给水管：居民日常用水和消防供水。管径超800mm，一旦爆管将危及基坑安全；管径≥ 1400mm尽量调整车站站位，严格控制管径与最小覆土关系；横跨基坑需更换为钢管。
（3）燃气管：居民或商业燃气供应。施工期间受到任何损害，可能引起燃气泄漏，造成事故；属于高风险源管线，长距离悬吊不超过60m，超过60m需临时迁改；不宜采用悬吊保护，尽量绕出车站基坑，与电力管线保持安全距离，横跨基坑需更换为钢管。
（4）通信管线：有移动、电信、有线电视和军用光缆。老城内管线杂乱，需先迁改腾出路由；军用电缆协调难度大，割接费用高，不能破坏；通信空管施工期间可临时废除、横跨基坑可直接悬吊保护。
（5）电力管线：工业或居民用电。流程复杂，35kV以上迁改审批流程半年以上；35kV及以上与基坑交叉时，可采用升高跨越方案，110kV及以上地下管，尽量调整站位；必须横跨车站电缆线路采取悬吊保护的方案，影响施工的空置电缆沟，可临时废除。
2?方案设计
2.1?构建风险评价指标体系
依据管线改迁工程特点，构建的层次结构模型会随管线改迁项目的复杂程度而有所调整，依据工程情况综合构建了管线改迁评价一级指标：包括施工成本A1、施工难度A2、施工安全性A3、对周边影响A4，并分别建立一级指标下的二级指标。
2.2?确定评价指标因素的权重
2.1.1?构建判断矩阵并赋值
构造出相应判断矩阵，如下：
A =（ a ij ） m×n （1）
2.2.2?计算相对权重并进行一致性检验
（1）计算一致性指标 C.I. 。
C.I. =( λ max – n )/( n –1) （2）
（2）查询表格可找出对应的平均随机一致性指标 R.I. 。
（3）计算一致性比例 C.R. 。
C.R. = C.I. / R.I. （3）
当 C.R. <0.1，则该判断矩阵满足一致性检验，否则需对模型数据进行修改。
2.2.3?计算层次总排序的权重且检验
对应权重并进行整体一致性检验，可以得到风险因子权重，并得到各风险因子权重见表2。B13（管线割接产生的安全问题0.178）>B11（管线路由条件不足产生的安全问题0.095）=B12（大型设备及机具产生的安全问题0.095）>B15（对区域交通产生的影响0.092）>B7（施工管线种类复杂程度0.080）>B4（管线翻改次数0.056）>B10（管线类型产生的安全问题0.051）>B17（对周边建构筑物产生的影响0.048）>B9（管线施工场地条件0.048）=B5（施工工艺的复杂程度0.048）>B18（管线割接对周边居民的影响0.045）>B2（材料成本0.033）>B6（施工人员的专业程度0.028）>B14（施工工期长短0.028）>B8（管线施工地质条件0.025）>B3（机械成本0.019）>B16（管线产权单位意见0.017）>B1（人工成本0.012）。
表2?城市管线改迁安全风险因子
由表2可知，B13（管线割接产生安全问题0.178）、B11（管线路由条件不足产生的安全问题0.095）、B12（大型设备及机具产生的安全问题0.095）、B15（对区域交通产生的影响0.092）和B7（施工管线种类复杂程度0.080）对管线迁改能否顺利完成起到关键作用，对5个关键因素通过BIM模拟，优化管线迁改方法，保证管线迁改工作顺利完成。
2.3?应用建筑信息模型（BIM）优化方案
常规的管线改迁方案一般通过二维图进行展示，然而二维图无法直观展示管线迁改后标高是否满足重力流管线的坡度要求，先后迁改的管线之间是否存在管线碰撞和二次迁改的情况。
建筑信息模型BIM技术作为一种新型技术，它可以对既有建筑和新建建筑的几何特性、物理特性及功能特性进行数字化的呈现，通过三维参数化的信息模型建立，模拟管线改迁的全过程，使复杂的管线改迁流程简单明了。
根据BIM模型集成各专业管线迁改流程，调整和优化管线方案和施工顺序，提前解决施工中遇到的潜在问题，从而降低管线迁改风险、节约迁改费用、缩短迁改工期，提高工作效率。
3?实例
3.1?工程概况
南京地铁9号线一期工程北起丹霞路站，南至滨江公园站，线路全长19.7km，全为地下线，共设车站16座，含换乘站7座。其中下关站和白云亭站地处老城区鼓楼，位于中山北路与热河南路交叉口，沿热河南路南北向布置，车站站址范围内管线主要有给水管、雨水管、污水管、电力管、燃气管和通信线等，施工期间需结合临时改迁和永久改迁，待车站完成后恢复临时改迁管线。
3.2?管线情况
下关站和白云亭站均位于热河南路，部分管线为同一管线。
3.3?管线迁改重难点
3.3.1?给排水管线迁改的重难点
由于下关站和白云亭站地处老城区鼓楼区，部分市政管线年久失修，从规划局拿到现场管线位置图后，为确定管线具体位置，并明确是否存在不明管线。在管线改迁前结合管线图和现场检查井对管线进行物探，新发现下关站直径150mm燃气管、电力110kV、200×300TV电缆管和直径750mm雨水管，新发现白云亭站直径300mm给水管和直径800mm雨水管。其中下关站亭站重要管线为直径1000mm污水管、直径500mm燃气管和2根110?kV电力管，白云亭站重要管线为直径900mm给水管、直径500mm燃气管和直径1500mm混凝土雨水管。经过方案研究，由于车站周边均为老旧小区，不具备避让重要管线条件，这两个站点重要管线将产生巨额迁改费用，并对施工现场构成较大安全风险，需优化调整迁改方案。
3.3.2?下关站管线改迁方案研究
（1）下关站既有管线现状。下关站既有管线与车站位置和周边建筑物现状关系如图2、图3所示。
图3?下关站既有管线剖面示意
（ 计算机截图）
（2）下关站改迁模拟。下关站位于热河南路，与在建地铁5号线T形换乘，车站红线范围内管线交织，且有部分5号线临时外迁管线。周边人才公寓为新建房屋，旁边的中山北路小区为20世纪80年代建设，为条形基础，且车站位于长江漫滩淤泥质地层，管线迁改难度巨大，管线迁改路由狭窄，周边建筑物敏感强，这给管线迁改带来了极大的挑战。
针对管线迁改过程中的关键因素，B13（管线割接产生的安全问题0.178）、B11（管线路由条件不足产生的安全问题0.095）、B12（大型设备及机具产生的安全问题0.095）、B15（对区域交通产生的影响0.092）和B7（施工管线种类复杂程度0.080）将对管线改迁产生极大安全威胁。
针对下关站，管线割接产生的安全问题最为突出，其中直径500mm燃气管和2根110?kV电力管的管辖割接将造成重大隐患，运用BIM对管线迁改过程进行建模，模拟管线迁改过程中的管位布置，并紧盯重要管线的割接工序，确保管线迁改的顺利进行。
3.3.3?白云亭站管线改迁方案研究
（1）白云亭站既有管线现状。白云亭站既有管线与车站位置现状关系如图4、图5所示。
图5?白云亭站既有管线 剖面示意
（计算机截图）
（2）下关站改迁模拟。白云亭站位于热河南路，长387?m，车站红线范围内管线交织。周边白云亭小区、热河南路五段小区、姜圩路小区均为20世纪80年代建设，基础形式为条形基础，且车站位于长江漫滩淤泥质地层，管线迁改难度巨大，管线迁改路由狭窄，周边建筑物敏感强，管线改迁难度大。
针对管线迁改过程中的关键因素，B13（管线割接产生的安全问题0.178）、B11（管线路由条件不足产生的安全问题0.095）、B12（大型设备及机具产生的安全问题0.095）、B15（对区域交通产生的影响0.092）和B7（施工管线种类复杂程度0.080）将对管线改迁产生极大的安全威胁。
针对白云站管线路由条件不足产生的安全问题最为突出，其中直径900mm给水管和直径1500mm雨水管没有管位。
管线路由条件不足将给管线改迁施工带来巨大的安全风险，经过多方研究，考虑直径900mm给水管和 直径1500mm雨水管跨基坑迁改，设置跨基坑管廊，并综合考虑管线改迁安全和费用问题，将10?kV电力管、直径500mm燃气管和直径600mm污水管一并进行跨基坑迁改。运用BIM对管线迁改过程进行建模，模拟管线迁改过程中的管位布置，紧盯管线路由条件，确保管线迁改的顺利进行。
4?结论
针对地铁施工可能涉及的6大类管线改迁进行改迁原则梳理，结合管线改迁特点和周边环境，建立4个一级指标和18个二级影响因子的复杂条件下管线改迁风险评价指标体系，针对关键风险影响因子，利用BIM模型对管线迁改方案进行优化设计，确保管线迁改工作的系统性和高效性。
（1）运用层次分析法，找到管线改迁主要风险因子排序：B13（管线割接产生的安全问题0.178）>B11（管线路由条件不足产生的安全问题0.095）=B12（管线路由条件不足产生的安全问题0.095）>B15（对区域交通产生的影响0.092）>B7（施工管线种类复杂程度0.080）。
（2）针对管线迁改过程中关键风险因子，利用BIM模型模拟管线改迁施工过程，检查管线迁改碰撞点和管线路由是否满足现场施工要求。通过预施工形式模拟施工，优化管线改迁方案，减少施工过程中可能存在的返工和管线碰撞现象，同时提高管线迁改的安全性，确保管线迁改工作高效实施。
（3）建立管线迁改风险评价模型，让管理人员清晰管线改迁过程中关键影响因素，帮助管理人员抓住工作重点。通过建立BIM模型，高效直观理解管线迁改全过程，将BIM模型与各产权单位信息共享，便于管线相关权属单位对迁改后管线维护、管理。
（4）目前9号线下关站和白云亭站管线迁改过程中，BIM模型的模拟迁改效果良好，管线迁改各项工作平稳有序，为后期类似工程提供了借鉴。
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