施周钢

(上海市机电设计研究院有限公司,上海 200040)

在大型的工业厂房整体规划设计项目中,管线管路汇总设计是工业厂房整体规划设计中的重要环节之一。这些工业厂房中管线系统纵横交错,种类繁多,涉及电气、自动控制、给排水、消防喷淋、动力、通风、空调、环保等各个专业。以某汽车厂车身车间为例,建筑面积达21000 m2,管线种类近30种,通风空调管的最大截面尺寸为2 m×1.25m。

从管线汇总设计角度来看,管线汇总并不是简单地把各专业设计的管线叠加,而是要把各个专业的管线进行综合布置,全面协调,避免各专业管线间的相互干涉。在工业厂房的管线设计中缺少管线汇总设计这一环很容易出问题,特别在施工安装阶段,因为管线施工安装通常是按专业分包,先施工一方如果仅按专业的管线设计图纸施工安装,随意占用空间,将给后施工一方的管线安装造成很大的困难。

通过一些大型工业厂房项目的管线汇总设计和施工配合,结合厂房结构和管线支吊架连接方式,从中发现了一些问题并提出了注意事项和解决的办法。

1 管线汇总的前期工作

管线汇总前期,通常由项目主任设计师与各专业设计人员协调商定各专业管线的大致位置、标高和走向。各专业设计人员将已完成的厂房内各种管道平立面布置图提供给管线汇总专业人员,包括管线走向、标高、管径、荷重、固定支架位置、水平推力、管线最大弯距、保温层厚度、阀门尺寸及重量、母线槽插接方式及插接箱尺寸等资料。建筑专业人员同时向管道汇总专业人员提供厂房的建筑平剖面图,包括门洞的宽、高尺寸,形式,雨棚,梯子等位置和尺寸。结构专业人员向管道汇总专业人员提供厂房的柱、梁、檩条的尺寸、位置、标高以及许用荷载等。管道汇总设计人员根据各专业提供的管线位置、标高、走向及依据管线布置的一般原则和各专业对管线布置的有关规定,以厂房建筑平面图为蓝本,对各专业管线进行详细汇总布置,确定各管线标高、位置和走向,初步确定管线的支吊架形式及与建筑构筑物的连接方式。因此,做好管线汇总的前期工作可避免各专业在施工图设计阶段作大的调整。

2 管线汇总设计的一般原则

2.1 管线汇总各专业的分类

根据专业及设备的设置对各类管线的需求进行分析后详细分类。

(1)总图专业设计人员负责厂区的管线汇总。

(2)工艺设计专业人员负责机械加工、装配、试验、理化、工具和机修等车间(厂房)内的管线汇总。

(3)热加工工艺专业人员负责铸工、锻工、热处理、冲压和焊接等车间(厂房)内的管线汇总。

(4)涂装专业人员负责油漆、电镀等车间(厂房)内的管线汇总。

(5)以给排水管线为主的办公楼、辅助性建筑物内的管线由给排水专业人员负责管线汇总。

(6)大型联合厂房内如有几个车间时,一般由面积较大的主导专业人员负责管线汇总。

2.2 管线汇总时的避让

各专业设计人员都希望用最简单的方法,在最合适的位置布置管线。但往往受空间和场地等诸多条件的制约,不是每一根管线都能够处于理想的位置。管线汇总设计人员应根据各专业对管线设计的规范要求并结合以往的工程设计案例与经验,精心布置、合理安排,与工程各专业分类沟通后及时调整,使各专业管线的布置符合管线汇总的统一规划和布置。

(1)遵循小管径让大管径原则。大型工业厂房内通风、空调的管道一般都比较大,设计人员在管线汇总时如发现风管与其他管线干扰,通常不应轻易改变风管的标高和走向,其他管线作相应避让。

(2)当压力管道与重力自流管道相干扰时,压力管避让重力自流管。

(3)普通工艺管道(如压缩空气等管道)与易燃易爆管道相干扰时,普通工艺管道避让易燃易爆管道。

(4)当电缆桥架和电线管与其他管线发生干扰时,通常电缆桥架和电线管避让不易弯曲管线。

3 管线汇总时应注意的问题和对策

结合我院设计的大型汽车厂房案例,无论是采用网架结构还是桁架结构,各种管线的布置空间都位于网架上下弦球之间或桁架内。通常情况下,网架结构下弦球或桁架结构的下弦主要用于安装工艺设备支架,管线支吊架只可与网架结构上弦球连接或与桁架结构上弦连接。这样的管线布置使厂房内看上去不凌乱,但也带来一些问题。

(1)在网架结构厂房中,通常把管线支吊架设计成与上弦球连接。但在建筑物的伸缩缝处安装管线支架时需特别注意,结构专业会在伸缩缝处的网架上下弦球之间设计竖腹杆,此处上弦球上是无法用来安装管线支吊架。管线汇总设计人员在建筑物伸缩缝处设置管线支吊架时需仔细核对结构专业提供的资料,确认设计的管线支吊架与上弦球可以连接。如果因管线的间距所限制需在伸缩缝处设置支吊架,须向结构专业提出,一同协商解决的办法。也可采用如图1所示的解决方法。

图1 与上弦球连接的专用结构

(2)有的厂房因内部功能不同,结构专业在设计网架或桁架时会将厂房分为几个区域,把网架的下弦球或桁架的底标高设计为同一标高,但网架的上弦球或桁架的上标高按不同的区域设计为不同的标高。由于这些区域上弦球或桁架标高不同,因此这些区域上下弦球接点之间的斜拉杆或桁架梁的角度是不同的,管线汇总时在剖面图上必须将管线经过的区域内不同角度的斜拉杆表示清楚,否则有可能在一个区域内布置的管线与网架结构没有干扰,但管线延伸到另一区域时会与网架斜拉杆发生干扰。所以对这类网架结构厂房在进行管线汇总时一定要把不同角度的斜拉杆用剖视图表示清楚,如图2所示。

图2 不同角度斜拉杆对管线的影响示意图

(3)电力母线桥架与其他管线平行安装时,要注意两者的间距是否合适,有没有接插件箱的安装位置。管线汇总设计人员不仅要对电气专业提出的资料进行消化和沟通,还要了解电缆桥架敷设时与管道的最小净距应符合国家的规定等相关规范要求[1],如图3所示。图3中L,H分别表示缆桥架安装规定的间距。

(4)对于在钢结构柱子上焊接管线支吊架的问题,应事先与结构专业设计人员协商,请结构专业人员预先在柱子上设计牛腿,供管线支架连接。管线支架在现场与钢结构柱子的焊接将直接影响钢结构柱子的强度,管线汇总设计时应尽量避免。

(5)由于大型厂房的柱距较大,受到管线支架间距的限制,不得不将管线支架设计成桁架结构。这种公共管线支架比较大,本身的重量较重,建议由管线汇总设计人员提出要求,请结构专业进行设计。

(6)对于钢筋混凝土结构厂房中的管线支吊架安装,应尽量使用预埋件,万不得已的情况下才使用膨胀螺栓联接。这就要求管线汇总设计人员在建筑结构专业设计完成之前尽快确定管线的走向、标高、载荷,反提资料给结构专业人员,请结构专业人员在施工图设计时完成预埋件设计。

图3 电缆桥架安装间距示意图

(7)管道支吊架与厂房结构相连接处的结构形式能够采用吊杆连接时,不要采用槽钢或角钢焊接的刚性结构设计。吊杆为柔性结构,可以靠自身的变形吸收一部分由于安装等原因引起的外力,对厂房结构的受力影响较小。采用吊杆连接时,在图纸上标明吊杆的性能等级,以保证其容许载荷。

(8)在大长度厂房内,对有坡度要求的重力自流管道设计时必须要考虑由坡度引起的标高的变化,特别是设计布置在采光窗上面或下面的管线,由于坡向要求,安装到厂房的另一端时管道有可能横在窗中间。因此在采光窗处布置管线要特别注意。

(9)重力自流管道安装在大长度厂房中的多层共用管线支架上时,需根据坡度引起的标高变化计算确定共用管线支架上下的间距,避免上下层管线间发生干扰。特别是对两根有不同坡向要求的管线,应尽量避免上下位置布置。

(10)按动力管道的设计要求,保温管道不能直接搁放在管线支架上,必须用管托并应采取相应措施对保温层加以保护[2]。管线汇总设计时必须考虑由于热胀冷缩引起管座在支架上的位移变化。平时用槽钢设计的管道支架都比较窄,需在安放管座的槽钢支架上另外焊接有效长度的底板,若底板太短,管道热胀时管座容易从支架上滑落。

(11)热力管道的固定支架和滑动支架位置是由动力专业设计人员经过计算确定的,管线汇总设计时不可轻易改变其位置。正常情况下,固定支架位置应该设在柱子处,管子给固定支架的轴向力可以由柱子承受,悬吊在桁架上的固定支架是无法承受轴向力的。

(12)安装在共用支架上明敷的电缆不宜平行敷设于热力管道上部。电缆与管道之间无隔板防护时,相互间距应符合相关的规定[3]。

(13)安装在共用支架上的电缆桥架应敷设在易燃易爆气体管道和热力管道下方,敷设在各类水管道的上方[4]。

(14)安装在同一支架上的强、弱电桥架的间距须符合相关的规范要求[4]。

4 结 语

管线汇总虽占工程设计中的一小部分,却是一个重要的环节。对管道汇总设计人员有较高的要求,不仅要对各专业所提供的管线资料进行详细了解和消化,还要熟悉了解和掌握运用各专业相应的规范要求;不仅要把各类管线布置的整齐、合理、美观,还要考虑操作和维护方便,更要符合各专业规范的要求。管线汇总设计是一项系统工程,需要各个专业人员相互配合,精诚合作。

[1]浙江省建设厅.GB50303—2002建筑电气工程施工质量验收规范[S].北京:中国计划出版社,2002.

[2]动力管道手册编写组.动力管道手册[M].北京:机械工业出版社,1994.

[3]中国电力企业联合会.GB50217电力工程电缆设计规范[S].北京:中国计划出版社,2008.

[4]五洲工程设计院.电缆桥架安装:04D701-3[M].北京:中国建筑标准设计研究院出版,2004.