提升鐵路站房吊頂標(biāo)高的水暖系統(tǒng)優(yōu)化布設(shè)研究

張召武（中鐵二十四局集團(tuán)上海建設(shè)投資有限公司，上海 201808）

鐵路站房旅客集散空間在建筑裝修上應(yīng)盡可能提升吊頂標(biāo)高，以提升旅客乘降的空間舒適度。但由于受結(jié)構(gòu)層高、大跨度梁以及安裝工程的水管和暖通大型風(fēng)管等影響，鐵路站房部分集散空間室內(nèi)凈高較低，影響旅客出行體驗(yàn)。鐵路站房結(jié)構(gòu)層高在設(shè)計(jì)階段，已與鐵路高架橋、進(jìn)出站通道、市政匝道橋、市政配套工程等協(xié)調(diào)統(tǒng)一，基本上無(wú)法進(jìn)行層高調(diào)整，而結(jié)構(gòu)梁設(shè)計(jì)截面尺寸也基本上處于最優(yōu)方案，所以從結(jié)構(gòu)方面入手難以實(shí)現(xiàn)提升吊頂標(biāo)高。優(yōu)化水暖系統(tǒng)布設(shè)，盡可能減少水暖系統(tǒng)對(duì)吊頂內(nèi)空間高度的占用，同時(shí)運(yùn)用BIM技術(shù)對(duì)綜合管線進(jìn)行碰撞檢查，保證優(yōu)化成果可行，是實(shí)現(xiàn)提升吊頂標(biāo)高的最有效途徑。本文以江蘇省句容市鐵路車站句容站出站廳吊頂提升技術(shù)研究為例，闡述運(yùn)用減小風(fēng)管厚度、管道翻越繞梁、調(diào)整設(shè)備位置和管線布設(shè)路徑等措施提高吊頂標(biāo)高，并對(duì)3種措施進(jìn)行比選、分析，以期為類似鐵路站房提升吊頂標(biāo)高提供參考。

1 工程概況

句容站建筑面積14 904 m2，建筑高度23.5 m。出站廳位于架空層，架空層建筑地面相對(duì)標(biāo)高－6 m，結(jié)構(gòu)層高5.85 m。出站廳結(jié)構(gòu)梁（垂直于軌道方向）梁高1.2 m，平行于軌道方向穿越出站廳的水暖管線主要有：3條厚度為500 mm的空調(diào)風(fēng)管，6條給水、消防管道，3條電力橋架。運(yùn)用BIM技術(shù)對(duì)出站廳區(qū)域吊頂內(nèi)綜合管線進(jìn)行布設(shè)及碰撞檢查（如圖1所示），受層高、梁高及通風(fēng)管道等影響，出站廳室內(nèi)凈高只能做到3.8 m（如圖2所示），不滿足《鐵路旅客車站細(xì)部設(shè)計(jì)》中“出站集散廳吊頂后室內(nèi)凈高……中小站客站不宜小于4 m”[1]的要求。

圖1 BIM綜合管線布設(shè)

圖2 出站廳剖面圖

2 提升吊頂標(biāo)高的總體思路

由于站房結(jié)構(gòu)層高在設(shè)計(jì)階段已與鐵路高架橋、進(jìn)出站通道、市政匝道橋、市政配套工程等協(xié)調(diào)統(tǒng)一，基本上無(wú)法進(jìn)行層高調(diào)整；即使可調(diào)，代價(jià)巨大。句容站出站廳需通過(guò)優(yōu)化出站廳吊頂內(nèi)水暖系統(tǒng)布設(shè)，以達(dá)到《鐵路旅客車站細(xì)部設(shè)計(jì)》對(duì)室內(nèi)凈高的要求。室內(nèi)凈高若能適當(dāng)超越4 m則更優(yōu)。

3 優(yōu)化吊頂內(nèi)水暖系統(tǒng)布設(shè)的措施

優(yōu)化吊頂內(nèi)水暖系統(tǒng)布設(shè)、提高吊頂標(biāo)高的措施有：減小風(fēng)管厚度；水暖管道過(guò)梁后上翻，梁側(cè)范圍吊頂局部下沉；調(diào)整設(shè)備位置和管線布設(shè)路徑，以避開(kāi)吊頂高度不足區(qū)域；等等。對(duì)以上措施在句容站出站廳集散空間吊頂標(biāo)高提升上的運(yùn)用進(jìn)行比選、分析。

3.1 措施一：減小風(fēng)管厚度以提升吊頂

建筑安裝工程，風(fēng)管截面積較水管大得多，占用吊頂內(nèi)高度最多的往往是風(fēng)管。在滿足風(fēng)管截面積的前提下，調(diào)整風(fēng)管寬高比，減小風(fēng)管厚度，是提升吊頂標(biāo)高最簡(jiǎn)單的優(yōu)化措施。

句容站橫穿出站廳空調(diào)風(fēng)管共3條，規(guī)格尺寸分別為3 000 mm×500 mm、2 500 mm×500 mm和1 250 mm×500 mm，同層布設(shè)。GB 50736－2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定“矩形風(fēng)管寬高比不宜大于4”；GJ/T 229－2010《民用建筑綠色設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定“矩形空調(diào)通風(fēng)干管的寬高比不宜大于4，且不應(yīng)大于8”；GB 50189－2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定“矩形風(fēng)管長(zhǎng)短邊比不宜大于4，且不應(yīng)超過(guò)10”。本工程風(fēng)管尺寸較大，為保證風(fēng)管截面積，同時(shí)滿足風(fēng)管寬高比要求，以寬高比最大的3 000 mm×500 mm風(fēng)管進(jìn)行計(jì)算，優(yōu)化后的風(fēng)管厚度不應(yīng)小于[（3 000×500）/8]∧0.5≈433 mm，優(yōu)化風(fēng)管厚度67 mm，不能達(dá)到優(yōu)化目的。

3.2 措施二：水暖管道過(guò)梁后上翻，梁側(cè)范圍吊頂局部下沉

水暖管道過(guò)梁后上翻，梁側(cè)范圍吊頂局部下沉，如圖3所示。

圖3 管道過(guò)梁后上翻，梁側(cè)范圍吊頂局部下沉

給水管道、通風(fēng)管道上、下翻繞梁，需增加管道彎頭配件，增加給水系統(tǒng)水頭損失和通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)阻。為避免增加的水頭損失和風(fēng)阻導(dǎo)致末端設(shè)備水壓和風(fēng)壓不足，應(yīng)對(duì)增加的水頭損失和風(fēng)阻進(jìn)行核算。

3.2.1 給水及消防水管件增加的水頭損失計(jì)算

給水及消防水管道單位長(zhǎng)度水頭損失計(jì)算如下：

式中：i——管道單位長(zhǎng)度水頭損失，kPa/m；

Ch——海澄-威廉系數(shù)（鋼管取值100）；

dj——管道內(nèi)徑，m；

qg——給水流量，m3/s。

以流量、流速最大的噴淋給水干管最不利條件下計(jì)算。Ch取值100，dj取值0.156 m，qg取值0.04 m3/s，計(jì)算得噴淋給水干管最不利條件下管道單位長(zhǎng)度水頭損失i＝0.46 kPa/m。根據(jù)GB 50015－2019《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》，DN150 mm的90°彎頭摩阻損失的折算補(bǔ)償長(zhǎng)度為6.1 m，共增加8個(gè)彎頭，合計(jì)增加水頭損失i總＝6.1×8×i＝22.45 kPa，即2.245 m水柱壓力。設(shè)計(jì)水泵揚(yáng)程H＝70 m，經(jīng)設(shè)計(jì)核對(duì)原計(jì)算資料，噴淋系統(tǒng)水壓受增加的彎頭影響后，仍滿足系統(tǒng)水壓要求。其他相關(guān)給水及消防管道經(jīng)計(jì)算核對(duì)，均能滿足系統(tǒng)水壓要求。

3.2.2 通風(fēng)管道部件局部壓力損失計(jì)算

通風(fēng)管道部件局部壓力損失計(jì)算如下：

式中：￡——局部阻力系數(shù)（查表[2]得）；

v——風(fēng)管部件內(nèi)空氣流速，m/s；

ρ——空氣密度，一般取1.205 kg/m3（空氣溫度為20℃，大氣壓強(qiáng)為101.3 kPa時(shí)）。

根據(jù)原設(shè)計(jì)，3 000 mm×500 mm規(guī)格風(fēng)管計(jì)算風(fēng)速v=11.11 m/s，采用上述公式計(jì)算該段風(fēng)管合計(jì)增加壓力損失為74.98 Pa。該風(fēng)管對(duì)應(yīng)的空氣處理機(jī)組設(shè)計(jì)機(jī)外余壓為560 Pa，經(jīng)設(shè)計(jì)核對(duì)原計(jì)算資料，空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)壓受此局部壓力損失后，已不滿足末端出風(fēng)口需求，需增大空氣處理機(jī)組機(jī)外余壓，調(diào)整機(jī)組型號(hào)。

措施二可實(shí)現(xiàn)出站廳中間大面積吊頂標(biāo)高提升，受出站廳次梁（梁高700 mm）影響，提升高度接近500 mm，但需要變更空氣處理機(jī)組型號(hào)（增大機(jī)外余壓），改變吊頂平面方案（梁側(cè)范圍吊頂局部下沉）。

3.3 措施三：調(diào)整設(shè)備位置和管線布設(shè)路徑

改變既有思路，通過(guò)調(diào)整空調(diào)設(shè)備位置，優(yōu)化風(fēng)管走向，避免管道穿越出站廳。原設(shè)計(jì)空調(diào)機(jī)房平面尺寸近似12.0 m×10.8 m，位于出站廳左側(cè)，空調(diào)風(fēng)管須從出站廳左側(cè)穿越出站廳進(jìn)入出站廳右側(cè)（如圖4所示）。出站廳右側(cè)旅服房平面尺寸為10.5 m×7.2 m，空氣處理機(jī)組外形尺寸為5 207 mm×3 148 mm×2 359 mm。出站廳右側(cè)旅服房空間尺寸滿足作為空調(diào)機(jī)房的要求，可考慮將旅服房與空調(diào)機(jī)房功能對(duì)調(diào)，將空氣處理機(jī)組移至旅服房（如圖5所示），即可避免大型空調(diào)風(fēng)管穿越出站廳。

圖5 空氣處理機(jī)組移至旅服房平面示意圖

將空氣處理機(jī)組移至旅服房的前提除了空間尺寸滿足要求外，還應(yīng)避免空氣處理機(jī)組遷移后增加的風(fēng)管、空調(diào)水管等與旅服房原有設(shè)備、管線發(fā)生綜合管線碰撞。因此，應(yīng)采用BIM技術(shù)對(duì)空氣處理機(jī)組移位后的綜合管線進(jìn)行布設(shè)及碰撞檢查。該空氣處理機(jī)組對(duì)應(yīng)送風(fēng)系統(tǒng)末端設(shè)備位于旅服房的東南面，空調(diào)風(fēng)管應(yīng)選擇從旅服房東側(cè)或南側(cè)進(jìn)出。旅服房南側(cè)為辦公用房及設(shè)備用房（吊頂距地2.7 m），東側(cè)預(yù)留商業(yè)區(qū)域。旅服房?jī)?nèi)原有綜合管線包括：排煙風(fēng)管1 000 mm×500 mm、消防電橋架300 mm×200 mm、電力橋架800 mm×200 mm、2根DN200 mm空調(diào)水管、1根DN200 mm水炮供水管、4根DN150 mm噴淋管道和1根DN150 mm消火栓管道。綜合考慮旅服房進(jìn)出風(fēng)管等管線方位，控制風(fēng)管、水管彎頭數(shù)量，控制系統(tǒng)風(fēng)阻和水頭損失與原設(shè)計(jì)相近，通過(guò)BIM技術(shù)對(duì)旅服房綜合管線進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整（如圖6所示）。調(diào)整后的布設(shè)方案經(jīng)設(shè)計(jì)單位復(fù)核，滿足要求，此措施可行。

圖6 優(yōu)化后旅服房綜合管線剖面

此措施移走了在出站廳吊頂內(nèi)的空調(diào)風(fēng)管，可實(shí)現(xiàn)出站廳提升吊頂500 mm，即出站廳凈高為4.3 m（如圖7所示）。

4 優(yōu)化措施的選用

措施一優(yōu)化后吊頂標(biāo)高提升67 mm，不予考慮；措施二可實(shí)現(xiàn)出站廳中間大面積吊頂標(biāo)高提升，但風(fēng)管兩處翻越結(jié)構(gòu)梁，增加的風(fēng)管部件對(duì)系統(tǒng)風(fēng)壓影響較大，需要變更空氣處理機(jī)組型號(hào)，改變吊頂平面方案，可作為備選方案；措施三可實(shí)現(xiàn)出站廳吊頂標(biāo)高整體提升，提升高度500 mm。措施三避免了措施二中風(fēng)管2處翻越結(jié)構(gòu)梁對(duì)系統(tǒng)風(fēng)壓的影響，避免了空氣處理機(jī)組型號(hào)變更和改變吊頂平面裝修設(shè)計(jì)，是最優(yōu)方案。句容站出站廳最終采用措施三進(jìn)行優(yōu)化。

5 結(jié) 論

綜上所述，地鐵站房通過(guò)優(yōu)化水暖系統(tǒng)提升室內(nèi)凈高的措施及適用情況如下。

（1）減小暖通風(fēng)管厚度以滿足吊頂標(biāo)高要求。該措施對(duì)原設(shè)計(jì)改動(dòng)最小，容易優(yōu)化，對(duì)工期和施工成本基本不構(gòu)成影響，但應(yīng)核算暖通風(fēng)管的寬高比是否滿足規(guī)范要求；對(duì)于大型暖通風(fēng)管，原設(shè)計(jì)基本已按較大的寬高比進(jìn)行設(shè)計(jì)，可調(diào)整的空間有限，此思路不適用于吊頂提升需求大或吊頂內(nèi)存在大型風(fēng)管的區(qū)域。

（2）水暖管道上下翻繞梁，梁側(cè)范圍吊頂局部下沉。該措施會(huì)增加給水配件的局部水頭損失和風(fēng)管彎頭的局部風(fēng)阻，應(yīng)對(duì)系統(tǒng)水壓和風(fēng)壓進(jìn)行校驗(yàn)。一般情況下，給水配件的局部水頭損失占總供水壓力的比例極小，可以忽略；但風(fēng)管彎頭局部風(fēng)阻占空調(diào)器、風(fēng)機(jī)等加壓設(shè)備的機(jī)外余壓比例較大，應(yīng)調(diào)整設(shè)備型號(hào)，補(bǔ)償損失的風(fēng)壓。該措施適用于大多數(shù)需要提升吊頂?shù)膮^(qū)域，但需對(duì)暖通系統(tǒng)、吊頂形式有較大調(diào)整，優(yōu)化技術(shù)難度較大，會(huì)造成施工成本增加，可能延誤工期，只可作為備選措施。

（3）調(diào)整空調(diào)設(shè)備位置，優(yōu)化風(fēng)管走向，使水暖系統(tǒng)避開(kāi)需要提升吊頂?shù)膮^(qū)域。該措施能從根源上解決問(wèn)題，對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)和吊頂形式影響較小，技術(shù)難度小，對(duì)工期和施工成本基本不構(gòu)成影響。但受建筑布局約束，需建筑專業(yè)配合。若具備條件，該措施是提升吊頂標(biāo)高的最優(yōu)措施。

此外，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，可以在3個(gè)措施中同時(shí)選擇2個(gè)或3個(gè)措施并用，以提升吊頂標(biāo)高。如句容站出站廳，若采用措施三還是無(wú)法滿足吊頂標(biāo)高要求，可將電力橋架和水管按措施二進(jìn)行繼續(xù)優(yōu)化，出站廳中部吊頂標(biāo)高還可提升。

在施工階段，調(diào)整結(jié)構(gòu)層高困難較大，解決室內(nèi)凈高不足問(wèn)題，應(yīng)從優(yōu)化吊頂內(nèi)水暖系統(tǒng)著手。通過(guò)給排水、暖通、電氣、建筑等專業(yè)的密切配合，采用適當(dāng)措施，運(yùn)用BIM技術(shù)對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行綜合管線布設(shè)和碰撞檢查，使室內(nèi)凈高不足問(wèn)題得以解決。本文從水暖系統(tǒng)的優(yōu)化布設(shè)方面分析研究鐵路站房提升吊頂標(biāo)高的措施與方法，希望能給類似施工提供參考。