不銹鋼管在雄安商務服務中心項目消防系統中的應用探索

張 宇

（深圳市建筑科學研究院股份有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

目前，消防系統普遍采用鍍鋅鋼管作為消防給水管材，由于管材內部腐蝕造成系統老化或癱瘓而不能達到建筑設計使用年限已成為一個普遍現象。不銹鋼管耐腐蝕能力強，可伴隨建筑全生命周期穩定運行。受限于一次性投資較大，國內尚無大規模采用不銹鋼管材作為消防給水管材的先例。因此需要在不銹鋼管連接方式和管材壁厚的選用等方面展開探索。

1 項目概況

雄安商務服務中心項目是雄安新區首個標志性城市建筑群，也是雄安新區首批率先開工建設的房建項目，對于承接北京非首都功能疏解落地實施具有重大意義，將成為雄安新區最具重大影響力的名片項目之一。項目總建筑面積約 92 萬 m2，其中地上 58 萬 m2，地下 34 萬 m2，最大建筑高度 74.07 m，功能主要包括雄安會展中心、酒店、商務辦公用房、專家公寓、服務型公寓、幼兒園、商業以及地下環廊、地下停車場等。配備有電影院、泳池、健身房等各類配套設施。

2 選擇不銹鋼管材的原因

2.1 提升消防系統可靠性和使用壽命

消防水系統作為緊急情況下消防儲備系統，在火災發生時能夠提供充足的高壓用水，因此，消防水系統必須可靠運行，管道內一旦產生銹蝕，輕則銹蝕產物減小管道有效截面，提高管道摩阻系數，致流量和水壓達不到消防要求；重則造成管道漏水、爆管等嚴重事故。我國高層建筑中很多已有較長使用年限，這些建筑中消防水系統現狀不容樂觀，腐蝕問題普遍存在，嚴重的已經達不到消防要求［1］。雄安新區是“千年大計，國家大事”，新區建設應遵循“高標準，嚴要求”，應從選材開始，從根本上提升消防系統可靠性和使用壽命。

2.2 “地下公共環廊”特殊消防設計

本項目地下一層主要功能為：展廳、商業、酒店配套用房、設備房、車庫等多種使用功能，設計中采用了“地下公共環廊”有機串聯地下不同功能區域，此區域采用消防工程學的方法進行性能化設計，屬于一種特殊形式的地下空間，如圖1 所示。參照 DB13（J）8330《雄安新區地下空間消防安全技術標準》，室內消火栓系統和自動噴水滅火系統應采用不銹鋼管等防腐性能好的管材。本項目不銹鋼管材應用于消防系統的經驗可以為雄安新區地下空間后續項目提供參考。

圖1 地下公共環廊范圍示意圖

3 現行規范、標準的相關解讀

現行規范和標準對于不銹鋼管材可應用于消防系統已有明確表述，如表1 所示。

通過表1，對于不銹鋼管材應用于消防系統，現行規范和標準［2，3］都有充足的依據支撐，針對自動噴水滅火系統還有相關的技術規程，但是對于管材是否為焊接不銹鋼管，不同的規范之間也存在矛盾之處或未做詳細說明。

表1 現行規范對于消防系統應用不銹鋼管的表述

4 管道連接方式的選擇

管道連接方式的選擇需要考慮系統工作壓力、管徑、連接的可靠性，質量的一致性，施工與維修的便利性和成本等因素，不銹鋼管常用的連接方式有氬弧焊接、擠壓式連接（包括卡壓、環壓等）、法蘭連接、螺紋連接、溝槽連接等。不同連接方式間的對比如表2 所示。

表2 不銹鋼管不同連接方式的對比

通過表2 可以看到，氬弧焊接雖對于管徑和壓力范圍適應性較好，但是焊接質量取決于焊工水平，質量一致性難以保證，后期維修只能通過切割方式，便利性較低；擠壓式連接適用于薄壁不銹鋼管道，如有卡壓不均勻，膠圈老化等情況，極易出現漏水，因此可靠性較低；螺紋連接和溝槽連接通過對管道接口進行加工，再配合標準管件，可靠性和質量一致性上有保障，拆裝便捷，節約人工成本，這兩種連接方式常用于鍍鋅鋼管的消防系統之間管道連接，對于安裝工人更為熟悉。因此本項目管徑≤DN50 采用螺紋連接，管徑＞DN50 采用溝槽連接。

5 管道壁厚的選擇

管道壁厚的合理選擇對于系統的安全性、耐久性以及經濟性有較大影響，不銹鋼管應用于消防系統，相關規范中對于壁厚選取未有明確表述。通過對不銹鋼管道壁厚進行研究，找到影響壁厚選擇的主要影響因素，對于縮短施工周期，節約資源有重要意義。

當直管計算厚度ts小于管子外徑Do的 1/6 時，關于管壁設計厚度tsd如式（1）～式（3）所示：

式中：ts為直管計算厚度，mm，如表3 所示；P為設計壓力，MPa；Do為管子外徑，mm；［σ］t為在設計溫度下材料的許用應力，MPa；設計溫度在 150 ℃ 以下，取138；Ej為焊接接頭系數，0.8～1.0；tsd為直管設計厚度；C為厚度附加量之和；C1為厚度減薄附加量；C2為腐蝕或磨蝕附加量；Y為系數，奧氏體鋼在溫度≤482 ℃ 時，取 0.4。

表3 直管計算厚度 ts 計算

因螺紋連接的外螺紋需要現場加工，厚度減薄附加C需要考慮錐螺紋深度和錐度帶來的管壁減薄，如圖2 所示。

圖2 圓錐外螺紋主要尺寸分布位置

管壁減薄量C1由牙高h及螺紋有效長度下錐度加工來控制，我國管道連接管螺紋常用 55°密封管螺紋，錐度為 1:16，如圖3 所示。

圖3 圓錐螺紋設計牙型

根據以上，可計算管道厚度附加量，其中磨蝕附加量取值 0.6 mm，主要考慮管道接口加工精度誤差及磨損量，管道厚度附加量計算如表4 所示。

表4 管道厚度附加量之和 C 計算 mm

經過最終計算，設計管道厚度最終取值如表5 所示，相比 GB/T 3091-2015《低壓流體輸送用焊接鋼管》標準中普通鋼管壁厚平均減小了 12.1 %，具備一定的經濟意義。

表5 設計厚度取值

6 實施過程中遇到的問題和經驗

6.1 案例匱乏 推行困難

在目前的已知范圍內，國內民用建筑尚無將不銹鋼管大規模應用于消防系統的案例。施工單位以無實際案例、不會加工、工藝不成熟和可能存在安全隱患為由抗拒實施。目前業內擁有最多不銹鋼消防系統應用案例的是美國唯特利公司的溝槽連接件產品，通過對美國唯特利在大連工廠進行考察后，確定工藝成熟，具備可實施性，以此打消了各方顧慮。

6.2 不銹鋼管硬度高

溝槽連接不銹鋼管通常采用滾槽方式對溝槽進行加工，S30408 不銹鋼材質布氏硬度約 180 HB，常用鍍鋅鋼管 Q235B 材質布氏硬度約 120 HB，因此采用常規滾槽機對不銹鋼管進行加工會發生溝槽深度加工不到位造成卡壓不嚴漏水、反復多次滾壓效率低等問題，因此應選用專用的不銹鋼管開槽輥對溝槽進行加工。類似的問題也存在螺紋加工過程中，對于刀具的選擇需要與不銹鋼管硬度匹配。

7 結語

不銹鋼管具有良好的耐腐蝕特性，不僅給消防系統的安全可靠運行提高了保障，也給后期維護保養極大地減少了工作量，但不銹鋼系統一次投資費用大，系統設計時應結合實際情況和理論計算選擇合適的連接方式和壁厚以節約成本。消防系統管材采用不銹鋼管不論從規范的支撐還是理論分析均具備可行性，并已在雄安商務服務中心項目中得以應用。本文僅針對螺紋連接管道進行壁厚計算分析，其他連接方式對于壁厚的影響是有待相關研究者解決的問題。面對不銹鋼材質成本高的問題，隨著行業發展，推動研發出安全可靠、經濟合理的連接方式指日可待。Q