建筑暖通工程施工中的關(guān)鍵技術(shù)問題研究

劉楠

（北京市設備安裝工程集團有限公司）

建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)是建筑物在使用期間提供合適空氣溫度和濕度的重要基礎設施，是保證建筑使用者工作和生活舒適度的重要物質(zhì)保障，建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)局域自身獨特的特點，比如制冷制熱等設備眾多、管道直徑大小不一、管道線路長、管道密集、管道存在交叉和并行現(xiàn)象，因此，在施工中，對于暖通管道的施工技術(shù)問題的研究尤為重要[1]。其中，解決管道的應力和變形問題是保證管道施工質(zhì)量、敷設效果和管道運營質(zhì)量的重要前提。這是因為管道在鋪設的過程中，在水平方向和垂直方向為了滿足跨越要求，往往采取大跨度施工，同時長距離的管道需要采用法蘭連接，為了適應建筑物的形狀的不規(guī)則變化，管道也要設置不同的彎曲角度，這些原因都會導致管道應力和形變，使得建筑暖通空調(diào)管道在使用期間存在變形、破裂、泄露等風險，不僅影響建筑物的使用性能，而且增加的了暖通空調(diào)的維修成本[2-3]。本文嘗試結(jié)合實際工程案例，運用現(xiàn)場實測的手段，對影響管道應力和變形的施工關(guān)鍵問題展開研究，以達到施工階段控制管道受力過大和位移變形的目的，研究成果可以應用有復雜條件下建筑工程暖通空調(diào)管道安裝。

1 工程概況

北京市某中醫(yī)院南區(qū)EPC 項目總占地20880.00m2，總建筑面積為72646.40m2，項目建設門診住院綜合樓地上17 層、地下2 層，后勤綜合樓地上10 層、地下2 層，發(fā)熱門診樓地上2 層，地庫2 層，項目效果圖如圖1 所示。本工程涉及的專業(yè)較多，須充分考慮主體工程、裝飾裝修、暖通空調(diào)、設備安裝、供電照明、醫(yī)療專項等各項交叉施工，同時設備較多、管線布置極為復雜。門急診樓、住院綜合樓及后勤綜合樓暖通空調(diào)系統(tǒng)冷源采用3 臺冷水機組+燃氣真空熱水機組，空調(diào)末端采用風機盤管加新風系統(tǒng)，采用吊頂式新風機，中庭采用分層空調(diào)，氣流組織部分采用側(cè)送頂回的方式；在低壓配電系統(tǒng)中，低壓配電系統(tǒng)采用～220/380 V 放射式的方式，消防負荷采用雙電源供電，工程接地型式采用TN-S 保護系統(tǒng)。等電位聯(lián)結(jié)與防雷接地共接地網(wǎng)。

圖1 北京市某中醫(yī)院南區(qū)EPC項目

2 法蘭安裝位置對建筑工程暖通管道應力及變形影響分析

為研究法蘭安裝位置對暖通管道應力的影響，選取施工段2根6m長的暖通直管道進行應力分析，管道直徑為273.1mm，管道壁厚12.7mm，管道材質(zhì)為A53 Grand B，管道工作壓力為2MPa，管道腐蝕裕量為1.7mm，其中1根直管道不安裝法蘭，作為對照組，另1 根直管道安裝重量為2kg、長度為40cm 的法蘭，并將法蘭安裝位置從直管道一端向另外一端按0.5m 間隔移動。管道工作溫度為正常室溫25℃，管道兩端均為固定約束[4-6]。

圖2 為暖通直管道安裝法蘭與未安裝法蘭一次應力最大應力比率曲線對比。從圖2 中可以看出，在未安裝法蘭時，暖通直管道沒有法蘭重力外荷載，因此其管道一次應力最大應力比率為恒定值，為8.2%，而在安裝法蘭時，法蘭從起始端（0m）向終點端（6m）移動的過程中，一次最大應力比率表現(xiàn)為對稱曲線，法蘭安裝在直管道中間位置時，其的一次應力最大應力比率最小，大小為7.2%，小于未安裝法蘭的直管道一次應力最大應力比率，這是因為此時的直管道兩端為固定約束，承擔了更多的法蘭重量，法蘭安裝位置從中間位置向直管道兩端移動時，管道一次應力最大應力比率明顯比為未安裝法蘭的直管道一次應力最大應力比率，且管道一次應力最大應力比率表現(xiàn)為先增大后減小的趨勢。

圖2 暖通直管道安裝法蘭與未安裝法蘭應力比率曲線對比

表1和圖3為不同位置安裝法蘭時暖通直管道的撓度曲線，圖中負值表明變形向重力方向。從圖3 中可以看出，所有工況條件下暖通直管道的撓度曲線均呈現(xiàn)為對稱的拋物線型，在管道兩端的撓度近似為零，在管道的中部撓度最大；法蘭從暖通直管道中部向兩端移動時，隨著偏移距離的增加，管道的撓度不斷減小，且降低幅度越來越大，法蘭在安裝在暖通直管道中間位置時，撓度為0.86mm，而在法蘭偏離3.0m 時，撓度為0.42，降低幅度約為51%。

表1 不同位置安裝法蘭時暖通直管道撓度測試結(jié)果

圖3 不同位置安裝法蘭時暖通直管道撓度曲線

3 管道水平彎頭角度和施工溫度對建筑工程暖通管道應力影響分析

為了研究水平彎頭角度和溫度對建筑工程暖通管道的應力影響，選取15 種不同的水平彎頭角度，彎頭角度的變化范圍從15°至145°不等，角度增量為10°，同時考慮3 種不同的施工溫度工況影響，施工溫度分別為35℃、25℃和15℃[7]。管道的直徑為273.1mm，管道壁厚為12.7mm，管道材質(zhì)為A53 Grand B，管道工作壓力為2MPa，管道的腐蝕裕量為1.7mm。

表2和圖4為管道一次應力最大應力比率隨著水平彎頭角度的變化結(jié)果。從圖4 中可以看出，不同溫度施工工況下，建筑暖通管道的一次應力最大應力比率均隨著管道水平彎頭角度的增加而呈線性降低；隨著施工溫度的增加，管道一次應力最大應力比率不斷增加，且在彎曲角度的增大同時，施工溫度越大，其線性下降的斜率有減小的趨勢。

表2 管道一次應力最大應力比和二次應力最大應力比率隨彎曲角度變化

圖4 管道一次應力最大應力比率隨彎曲角度變化曲線

表2和圖5為管道二次應力最大應力比率睡著水平彎頭角度的變化結(jié)果。從圖5 中可以看出，不同溫度施工工況下，建筑暖通管道的二次應力最大應力比率均隨著管道水平彎頭角度的增加而呈非線性降低，表現(xiàn)為冪函數(shù)降低的規(guī)律，在水平彎頭角度小于25°時，二次應力最大應力比率下降幅度劇烈，而在水平彎頭角度大于25°時，二次應力最大應力比率下降幅度較小且趨于收斂穩(wěn)定；隨著施工溫度的增加，管道二次應力最大應力比率不斷增加，但增加幅度較小。由此表明，暖通管道水平彎曲角度和施工溫度對管道的一次應力影響顯著，水平彎曲角度對管道的二次應力影響顯著，而施工溫度對管道的二次應力影響較小。

圖5 管道二次應力最大應力比率隨彎曲角度變化曲線

4 建筑工程暖通管道施工優(yōu)化措施

結(jié)合前文中的應力和變形分析，對研究項目的暖通空調(diào)管道系統(tǒng)進行的了優(yōu)化，主要采取調(diào)整措施包括優(yōu)化支吊架間距、設置保溫層和調(diào)整管道水平彎頭角度[8]，圖6 和圖7 為研究項目暖通空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化前后的三維可視化圖形。

圖6 建筑工程暖通管道節(jié)點優(yōu)化前三維可視化圖形

圖7 建筑工程暖通管道節(jié)點優(yōu)化后三維可視化圖形

表3建筑工程暖通管道優(yōu)化后的施工參數(shù)。表3中優(yōu)化后的建筑工程暖通管道施工參數(shù)考慮了研究對象中的各種大小的管道，管道直徑變化范圍較廣泛，從76.1mm 至559.2mm 不等，設置的管道保溫層厚度從50mm～80mm 不等，安裝時按照管道直徑的大小進行選取，支吊架的間距取用為3.9m 至9.5m，施工安裝時，按照管道直徑的增加而增加。

表3 建筑工程暖通管道優(yōu)化后的施工參數(shù)

5 結(jié)論

以北京市某中醫(yī)院南區(qū)EPC 項目暖通工程施工為研究對象，運用現(xiàn)場實測的方法對施工中的關(guān)鍵問題進行研究，分析管道的應力和變形的變化規(guī)律，得到結(jié)論：

⑴一次最大應力比率表現(xiàn)為對稱曲線，法蘭安裝在直管道中間位置時，其的一次應力最大應力比率最小，法蘭安裝位置從中間位置向直管道兩端移動時，管道一次應力最大應力比率明顯比為未安裝法蘭的直管道一次應力最大應力比率，且管道一次應力最大應力比率表現(xiàn)為先增大后減小的趨勢。

⑵所有工況條件下暖通直管道的撓度曲線均呈現(xiàn)為對稱的拋物線型，在管道兩端的撓度近似為零，在管道的中部撓度最大；法蘭從暖通直管道中部向兩端移動時，隨著偏移距離的增加，管道的撓度不斷減小，且降低幅度越來越大。

⑶不同溫度施工工況下，建筑暖通管道的一次應力最大應力比率均隨管道水平彎頭角度的增加而呈線性降低，二次應力最大應力比率為冪函數(shù)降低；施工溫度對管道一次應力影響顯著，對管道二次應力影響較小。