工業廠房管線匯總設計問題探討

施周鋼

(上海市機電設計研究院有限公司,上海 200040)

在大型的工業廠房整體規劃設計項目中,管線管路匯總設計是工業廠房整體規劃設計中的重要環節之一。這些工業廠房中管線系統縱橫交錯,種類繁多,涉及電氣、自動控制、給排水、消防噴淋、動力、通風、空調、環保等各個專業。以某汽車廠車身車間為例,建筑面積達21000 m2,管線種類近30種,通風空調管的最大截面尺寸為2 m×1.25m。

從管線匯總設計角度來看,管線匯總并不是簡單地把各專業設計的管線疊加,而是要把各個專業的管線進行綜合布置,全面協調,避免各專業管線間的相互干涉。在工業廠房的管線設計中缺少管線匯總設計這一環很容易出問題,特別在施工安裝階段,因為管線施工安裝通常是按專業分包,先施工一方如果僅按專業的管線設計圖紙施工安裝,隨意占用空間,將給后施工一方的管線安裝造成很大的困難。

通過一些大型工業廠房項目的管線匯總設計和施工配合,結合廠房結構和管線支吊架連接方式,從中發現了一些問題并提出了注意事項和解決的辦法。

1 管線匯總的前期工作

管線匯總前期,通常由項目主任設計師與各專業設計人員協調商定各專業管線的大致位置、標高和走向。各專業設計人員將已完成的廠房內各種管道平立面布置圖提供給管線匯總專業人員,包括管線走向、標高、管徑、荷重、固定支架位置、水平推力、管線最大彎距、保溫層厚度、閥門尺寸及重量、母線槽插接方式及插接箱尺寸等資料。建筑專業人員同時向管道匯總專業人員提供廠房的建筑平剖面圖,包括門洞的寬、高尺寸,形式,雨棚,梯子等位置和尺寸。結構專業人員向管道匯總專業人員提供廠房的柱、梁、檁條的尺寸、位置、標高以及許用荷載等。管道匯總設計人員根據各專業提供的管線位置、標高、走向及依據管線布置的一般原則和各專業對管線布置的有關規定,以廠房建筑平面圖為藍本,對各專業管線進行詳細匯總布置,確定各管線標高、位置和走向,初步確定管線的支吊架形式及與建筑構筑物的連接方式。因此,做好管線匯總的前期工作可避免各專業在施工圖設計階段作大的調整。

2 管線匯總設計的一般原則

2.1 管線匯總各專業的分類

根據專業及設備的設置對各類管線的需求進行分析后詳細分類。

(1)總圖專業設計人員負責廠區的管線匯總。

(2)工藝設計專業人員負責機械加工、裝配、試驗、理化、工具和機修等車間(廠房)內的管線匯總。

(3)熱加工工藝專業人員負責鑄工、鍛工、熱處理、沖壓和焊接等車間(廠房)內的管線匯總。

(4)涂裝專業人員負責油漆、電鍍等車間(廠房)內的管線匯總。

(5)以給排水管線為主的辦公樓、輔助性建筑物內的管線由給排水專業人員負責管線匯總。

(6)大型聯合廠房內如有幾個車間時,一般由面積較大的主導專業人員負責管線匯總。

2.2 管線匯總時的避讓

各專業設計人員都希望用最簡單的方法,在最合適的位置布置管線。但往往受空間和場地等諸多條件的制約,不是每一根管線都能夠處于理想的位置。管線匯總設計人員應根據各專業對管線設計的規范要求并結合以往的工程設計案例與經驗,精心布置、合理安排,與工程各專業分類溝通后及時調整,使各專業管線的布置符合管線匯總的統一規劃和布置。

(1)遵循小管徑讓大管徑原則。大型工業廠房內通風、空調的管道一般都比較大,設計人員在管線匯總時如發現風管與其他管線干擾,通常不應輕易改變風管的標高和走向,其他管線作相應避讓。

(2)當壓力管道與重力自流管道相干擾時,壓力管避讓重力自流管。

(3)普通工藝管道(如壓縮空氣等管道)與易燃易爆管道相干擾時,普通工藝管道避讓易燃易爆管道。

(4)當電纜橋架和電線管與其他管線發生干擾時,通常電纜橋架和電線管避讓不易彎曲管線。

3 管線匯總時應注意的問題和對策

結合我院設計的大型汽車廠房案例,無論是采用網架結構還是桁架結構,各種管線的布置空間都位于網架上下弦球之間或桁架內。通常情況下,網架結構下弦球或桁架結構的下弦主要用于安裝工藝設備支架,管線支吊架只可與網架結構上弦球連接或與桁架結構上弦連接。這樣的管線布置使廠房內看上去不凌亂,但也帶來一些問題。

(1)在網架結構廠房中,通常把管線支吊架設計成與上弦球連接。但在建筑物的伸縮縫處安裝管線支架時需特別注意,結構專業會在伸縮縫處的網架上下弦球之間設計豎腹桿,此處上弦球上是無法用來安裝管線支吊架。管線匯總設計人員在建筑物伸縮縫處設置管線支吊架時需仔細核對結構專業提供的資料,確認設計的管線支吊架與上弦球可以連接。如果因管線的間距所限制需在伸縮縫處設置支吊架,須向結構專業提出,一同協商解決的辦法。也可采用如圖1所示的解決方法。

圖1 與上弦球連接的專用結構

(2)有的廠房因內部功能不同,結構專業在設計網架或桁架時會將廠房分為幾個區域,把網架的下弦球或桁架的底標高設計為同一標高,但網架的上弦球或桁架的上標高按不同的區域設計為不同的標高。由于這些區域上弦球或桁架標高不同,因此這些區域上下弦球接點之間的斜拉桿或桁架梁的角度是不同的,管線匯總時在剖面圖上必須將管線經過的區域內不同角度的斜拉桿表示清楚,否則有可能在一個區域內布置的管線與網架結構沒有干擾,但管線延伸到另一區域時會與網架斜拉桿發生干擾。所以對這類網架結構廠房在進行管線匯總時一定要把不同角度的斜拉桿用剖視圖表示清楚,如圖2所示。

圖2 不同角度斜拉桿對管線的影響示意圖

(3)電力母線橋架與其他管線平行安裝時,要注意兩者的間距是否合適,有沒有接插件箱的安裝位置。管線匯總設計人員不僅要對電氣專業提出的資料進行消化和溝通,還要了解電纜橋架敷設時與管道的最小凈距應符合國家的規定等相關規范要求[1],如圖3所示。圖3中L,H分別表示纜橋架安裝規定的間距。

(4)對于在鋼結構柱子上焊接管線支吊架的問題,應事先與結構專業設計人員協商,請結構專業人員預先在柱子上設計牛腿,供管線支架連接。管線支架在現場與鋼結構柱子的焊接將直接影響鋼結構柱子的強度,管線匯總設計時應盡量避免。

(5)由于大型廠房的柱距較大,受到管線支架間距的限制,不得不將管線支架設計成桁架結構。這種公共管線支架比較大,本身的重量較重,建議由管線匯總設計人員提出要求,請結構專業進行設計。

(6)對于鋼筋混凝土結構廠房中的管線支吊架安裝,應盡量使用預埋件,萬不得已的情況下才使用膨脹螺栓聯接。這就要求管線匯總設計人員在建筑結構專業設計完成之前盡快確定管線的走向、標高、載荷,反提資料給結構專業人員,請結構專業人員在施工圖設計時完成預埋件設計。

圖3 電纜橋架安裝間距示意圖

(7)管道支吊架與廠房結構相連接處的結構形式能夠采用吊桿連接時,不要采用槽鋼或角鋼焊接的剛性結構設計。吊桿為柔性結構,可以靠自身的變形吸收一部分由于安裝等原因引起的外力,對廠房結構的受力影響較小。采用吊桿連接時,在圖紙上標明吊桿的性能等級,以保證其容許載荷。

(8)在大長度廠房內,對有坡度要求的重力自流管道設計時必須要考慮由坡度引起的標高的變化,特別是設計布置在采光窗上面或下面的管線,由于坡向要求,安裝到廠房的另一端時管道有可能橫在窗中間。因此在采光窗處布置管線要特別注意。

(9)重力自流管道安裝在大長度廠房中的多層共用管線支架上時,需根據坡度引起的標高變化計算確定共用管線支架上下的間距,避免上下層管線間發生干擾。特別是對兩根有不同坡向要求的管線,應盡量避免上下位置布置。

(10)按動力管道的設計要求,保溫管道不能直接擱放在管線支架上,必須用管托并應采取相應措施對保溫層加以保護[2]。管線匯總設計時必須考慮由于熱脹冷縮引起管座在支架上的位移變化。平時用槽鋼設計的管道支架都比較窄,需在安放管座的槽鋼支架上另外焊接有效長度的底板,若底板太短,管道熱脹時管座容易從支架上滑落。

(11)熱力管道的固定支架和滑動支架位置是由動力專業設計人員經過計算確定的,管線匯總設計時不可輕易改變其位置。正常情況下,固定支架位置應該設在柱子處,管子給固定支架的軸向力可以由柱子承受,懸吊在桁架上的固定支架是無法承受軸向力的。

(12)安裝在共用支架上明敷的電纜不宜平行敷設于熱力管道上部。電纜與管道之間無隔板防護時,相互間距應符合相關的規定[3]。

(13)安裝在共用支架上的電纜橋架應敷設在易燃易爆氣體管道和熱力管道下方,敷設在各類水管道的上方[4]。

(14)安裝在同一支架上的強、弱電橋架的間距須符合相關的規范要求[4]。

4 結 語

管線匯總雖占工程設計中的一小部分,卻是一個重要的環節。對管道匯總設計人員有較高的要求,不僅要對各專業所提供的管線資料進行詳細了解和消化,還要熟悉了解和掌握運用各專業相應的規范要求;不僅要把各類管線布置的整齊、合理、美觀,還要考慮操作和維護方便,更要符合各專業規范的要求。管線匯總設計是一項系統工程,需要各個專業人員相互配合,精誠合作。

[1]浙江省建設廳.GB50303—2002建筑電氣工程施工質量驗收規范[S].北京:中國計劃出版社,2002.

[2]動力管道手冊編寫組.動力管道手冊[M].北京:機械工業出版社,1994.

[3]中國電力企業聯合會.GB50217電力工程電纜設計規范[S].北京:中國計劃出版社,2008.

[4]五洲工程設計院.電纜橋架安裝:04D701-3[M].北京:中國建筑標準設計研究院出版,2004.