北京轨道交通施工过程中机械设备能源消耗的分析研究

朱拓 北京市轨道交通建设管理有限公司

2003 年，在中国刚刚经历了申奥成功，举国同庆的那个年代，北京轨道交通建设也同步驶入了快车道。从4 号线、5 号线、10号线的第一轮建设周期，到如今实现727 公里（截至2021 年8 月数据）运营里程的辉煌成就，从明挖法占主体，到明挖、暗挖、盾构、盖挖等多种工法的因地制宜、多项施工方案并举，北京轨道交通建设为实现我国交通强国的梦想，贡献了坚实的力量。

本文以数据分析的形式，通过对正在建设的北京市轨道交通昌平线南延工程、13号线扩能提升工程中部分具备显著特点的车站、区间的燃油机械设备的消耗指标，并对比施工定额消耗数量和现场实际消耗数量的差距，得出了一些分析数据和结论，对主要机械设备选型，以及施工机械低碳化的发展趋势，具备一定的借鉴意义。

一、主要施工工法中燃油机械设备消耗的分析研究

燃油机械设备作为主要的工程设备，其应用种类之多，使用周期之长，贯穿着轨道交通施工过程的始终，以下通过不同工法，对具体实例进行分析。

（一）明挖法车站

1.昌平线南延工程学清路站，位于学清路和月泉路（银泉路）交叉口，沿学清路西侧南北向设置，车站采用明挖法施工，为地下明挖二层岛式站，采用双柱三跨框架结构，长496.9m，宽21.1m，深21m。明挖段围护结构采用800mm 厚地下连续墙，支撑采用φ800 钢支撑。主要燃油机械设备消耗数据如图1 所示。

图1 学清路站燃油机械台班消耗示意图

2.13 号线扩能提升工程回龙观东站，采用明挖法施工，全长376.5m，标准段宽19.74m，基坑深度约为22.7m，围护结构采用800mm 厚地下连续墙，支撑采用φ800钢支撑。主要燃油机械设备消耗数据如图2所示。

图2 回龙观东站燃油机械台班消耗示意图

（二）暗挖法车站

1.昌平线南延工程学院桥站，为地下两层岛式车站，车站总长241m，三跨段宽23.1m，高15.5m；四跨段宽30.1m，高15.5m，车站主体结构采用暗挖PBA 工法施工。主要燃油机械设备消耗数据如图3 所示。

图3 学院桥站燃油机械台班消耗示意图

2.13 号线扩能提升工程学院南路站，采用暗挖PBA 工法施工，车站形式为岛式双层车站，主体采用单柱双跨结构，车站主体长度为289.3m，标准段宽20.74m，深21.8m，主要燃油机械设备消耗数据如图4所示。

图4 学院南路站燃油机械台班消耗示意图

（三）暗挖法区间

1.昌平线南延工程六道口站-学院桥站区间，全长979.3m，均为地下线，采用矿山法施工，区间设置2 个联络通道和2 个泵房，主要燃油机械设备消耗数据如图5所示。

图5 六道口站-学院桥站区间燃油机械台班消耗示意图

2.13 号线扩能提升工程学院南路站-拨线点区间，暗挖段长387.572m，采用矿山法施工，主要燃油机械设备消耗数据如图6 所示。

图6 学院南路站-拨线点区间燃油机械台班消耗示意图

（四）盾构法区间

1.昌平线南延工程上清桥站-学清路站区间，采用盾构法施工，长1804.212m，区间设置3 个联络通道和2 个泵房，主要燃油机械设备消耗数据如图7 所示。

图7 上清桥站-学清路站区间燃油机械台班消耗示意图

2.13 号线扩能提升工程回龙观东大街站-回龙观东站区间，采用盾构法施工，长865.231m，区间设置1 座联络通道兼泵房。主要燃油机械设备消耗数据如图8 所示。

图8 回龙观东大街站-回龙观东站区间燃油机械台班消耗示意图

通过以上各个工法的实例，结合主要燃油机械设备使用情况及消耗量对比分析见表1：

表1 样本中主要燃油机械机械设备使用情况及分析表（单位：台班）

通过以上数据分析，结合现场实际施工情况，混凝土输送泵车消耗数量存在偏差的主要原因是受交通及场地布设限制，现场混凝土浇筑作业频次增加；小翻斗车消耗数量存在偏差的主要原因是市重大办在暗挖施工中大力推行使用电动三轮车；轮胎装载机消耗数量存在偏差的主要原因是临时占地原因引起的暗挖施工场地布置，造成台班数量增加；履带式起重机消耗数量存在偏差的主要原因是现场多使用电力门式起重设备作为主要提升工具；载重汽车消耗数量存在偏差的主要原因是施工现场布置限制，个别钢筋构件存在委外加工现象，增加了运输台班消耗；旋挖钻机和履带式液压抓斗成槽机消耗数量存在偏差的主要原因，也多是因场地布置和施工筹划引起的作业台班消耗数量变化等。

可以预见，在“十四五”开局阶段及今后很长的施工周期内，特别是降本增效和区域条件不断变化的客观背景下，明挖法（盖挖法）仍然是北京轨道交通施工过程中常态化的施工工艺，自卸汽车、挖掘机、装载机等燃油机械，在整个施工机械设备台班数占比较大，上述施工机械的电动化发展和革新，必将成为节能减排、绿色施工的新趋势。

二、暗挖工程自发电分阶段能耗统计

为保证地铁工程快速进场施工，在临时用电不能同步到位时，现场需要采用燃油自发电进行施工，结合昌平线南延六道口站—学院桥站区间1 号竖井工程实例进行燃油消耗分析。

根据用电设备配置和施工筹划，施工现场采用内燃空压机+内燃发电机（电力供应）相配合，以保证施工。

1.施工各阶段设备配置

2.自发电油料消耗统计（按照6 个月）

3.典型工点自发电燃油消耗曲线图

如图9、图10 所示。通过以上数据分析可见，燃油自发电虽然可以解决施工现场的临时用电问题，但不能持续时间太长，否则自发电的能效利用率问题、环保问题、油料运输问题、维护保养、施工成本等问题，都会给施工现场带来很大困扰，在今后的施工过程中，要尽量减少自发电施工，在减少能耗的同时，要积极筹划，超前布置，确保临时用电的及时接入。

图9 油量消耗曲线图

图10 自发电油料累计消耗曲线图

随着13 号线扩能提升工程、22 号线、28 号线等新线路的开工建设，在今后新一轮的建设时序中，高质量提升线路的折返能力和运力，可以有效缓解车站限流、改善区域居民出行条件。在世界经济正在走向"低碳化"的大趋势下，在北京地铁施工过程中大力推行电动机械设备，减少燃油排放，对发展节能工业，重视绿色建造，鼓励循环经济有着深远的意义。