暖通管線設(shè)計(jì)策略分析

摘要: 暖通管線由于管徑較大，附件較多，布置和協(xié)調(diào)起來相當(dāng)困難，直接影響到整個(gè)建筑方案的設(shè)計(jì)與實(shí)施，是整個(gè)地下坑道管線綜合設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文介紹了暖通管線的組成和布置原則，重點(diǎn)分析了地下坑道暖通管線設(shè)計(jì)策略。

關(guān)鍵詞: 暖通管線;布置原則;設(shè)計(jì)策略

1 引言

地下坑道管線是地下坑道基礎(chǔ)設(shè)施中的生命線，它承載著各種物質(zhì)流、能源流和信息流，是地下坑道高效率，高質(zhì)量運(yùn)轉(zhuǎn)的保證。管線綜合工作的質(zhì)量關(guān)系到整個(gè)地下坑道管網(wǎng)的安全性、可靠性，關(guān)系到工程的工期、建設(shè)成本、維護(hù)管理、使用效果以及能否適應(yīng)工程管線種類、數(shù)量的發(fā)展要求等，是地下坑道規(guī)劃設(shè)計(jì)工作的重要組成部分。傳統(tǒng)的管線綜合工作主要依靠設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)手工進(jìn)行設(shè)計(jì)，缺乏科學(xué)的理論分析和計(jì)算，綜合成本高、周期長(zhǎng)。本文的目的就是研究設(shè)計(jì)管線綜合工作中最困難的暖通管線綜合布局的方法。

2 暖通管線的組成和布置原則

2.1 暖通管線的組成

暖通管線系統(tǒng)的全稱是通風(fēng)空調(diào)、熱力管道系統(tǒng)。主要包括新風(fēng)管、送風(fēng)管、回風(fēng)管、排風(fēng)管、空調(diào)供回水管道、冷凝水管道， 采暖、熱水供應(yīng)及空調(diào)處理設(shè)備所需蒸汽或熱水管道。

2.2 暖通管線的組成和布置原則

在進(jìn)行管線綜合布局時(shí)，需要遵循以下原則:

(1)先布置管徑較大的管線，后布置管徑較小的管線。遇到管線交叉時(shí)，小管徑避讓大管徑。即先布置風(fēng)管，接下來布置蒸汽管，空調(diào)水管等。因?yàn)樾」軓焦芫€所占空間位置較小，易于安裝，而且造價(jià)相對(duì)低。

(2) 可彎曲管避讓不可彎曲管。

(3) 金屬管避讓非金屬管，因?yàn)榻饘俟茌^易切割、彎曲、連接。

(4) 附件少的管道避讓附件多的管道，這樣有利于施工操作和維護(hù)及更換管件。

(5) 管道分層布置時(shí)，由上而下按風(fēng)管、蒸汽管、熱水管、冷水管順序排列。

(6) 各類管線都要采用吊架、支架或托架予以固定， 管線吊架或支架的位置不可忽略。

(7) 空調(diào)風(fēng)管、供回水管、冷凝水管、熱水管等均需保溫， 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮保溫層厚度。

(8) 管線在同一平面同一部位布置時(shí)， 應(yīng)盡可能減少交叉。

2.3 暖通管線布置的主要約束

暖通管線布置的主要約束條件包括:

(1) 管線都布置在陣地橫截面的上部;

(2) 管線就近布置，盡量減少管線的交叉布置，不得已的管線交叉布置盡量集中在陣地大橫截面空間解決;

(3) 管線的拐彎半徑不小于管線的直徑;

(4) 管線不能和陣地結(jié)構(gòu)發(fā)生沖撞;

(5) 管線布置要盡量節(jié)約陣地橫截面的空間，在滿足工藝需要的高度前提下盡量降低陣地橫截面的拱高，從而實(shí)現(xiàn)降低工程造價(jià)的目標(biāo);

(6) 管線之間的外包輪廓距離不能小于20cm。

3地下坑道暖通管線設(shè)計(jì)策略

圖1給出了目前暖通專業(yè)管線設(shè)計(jì)方案的流程。從圖中可以看出，最困難也最耗時(shí)的是在主坑道和分支坑道的橫截面內(nèi)布置管線(簡(jiǎn)稱截面布局，下同)，并連接兩者內(nèi)部的管線。這是由布局問題的復(fù)雜性決定的，在空間有限的坑道內(nèi)布置管線本身就是一個(gè) NP問題，現(xiàn)在還需要將主坑道和分支坑道內(nèi)的管線連接起來，且要保證滿足各種約束條件，這樣就使問題變得更加復(fù)雜。而目前這些問題都靠設(shè)計(jì)人員手工來解決，缺乏科學(xué)的理論分析和計(jì)算，綜合成本高，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)。

由于區(qū)域內(nèi)管線自成體系，所以它必須與出口相連，而且不能劃分得很小，這樣，每個(gè)區(qū)域內(nèi)的坑道(房間)還是相當(dāng)多的，而且還有可能有閉環(huán)，以及一條坑道本身是其它坑道的分支，它自己又還有分支坑道(房間)等復(fù)雜情況。對(duì)這些坑道進(jìn)行管線綜合考慮的約束會(huì)很多，布置起來難度很大。

另外，在對(duì)主坑道進(jìn)行截面布局時(shí)，沒有考慮分支坑道(比如說坑道內(nèi)管線的數(shù)目，類型等)的影響;在對(duì)分支坑道進(jìn)行截面布局時(shí)，也沒有考慮主坑道的影響，在連接主支坑道內(nèi)管線發(fā)生沖突時(shí)才進(jìn)行調(diào)整。所以在逐個(gè)坑道進(jìn)行管線綜合，由于考慮的因素不夠充分，因此很容易發(fā)生沖突。這對(duì)于分支較少的坑道系統(tǒng)調(diào)整起來難度似乎不大，可是隨著坑道和管線的增多，管線之間的約束也會(huì)越來越多，考慮起來就會(huì)越來越復(fù)雜，往往會(huì)顧此失彼，不能同時(shí)兼顧所有坑道內(nèi)的管線。但是由于坑道和管線比較多，如果把所有的管線都作為控制變量進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，計(jì)算的難度是相當(dāng)大的。此外，如果管線每拐一次彎，就相當(dāng)于多了一條管線，還需要增加41個(gè)不等式(該管線與主坑道內(nèi)20根管線，與19根其它連接管線，與主坑道壁，以及拐彎半徑的約束)，這還不包括各種管線之間的性能約束，比如上下關(guān)系約束，吊架和支架等等。這些約束不等式中很多都是非線性的，所以統(tǒng)一處理起來非常困難，必須對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化。

4 地下坑道暖通管線設(shè)計(jì)的改進(jìn)策略

現(xiàn)行的管線綜合設(shè)計(jì)考慮問題不夠全面，而如果同時(shí)考慮所有坑道內(nèi)的所有管線，運(yùn)算又過于復(fù)雜，因此必須改進(jìn)現(xiàn)行的管線綜合流程，使之既能綜合考慮所有相關(guān)的坑道，又不至于過于復(fù)雜。

4.1 主要改進(jìn)思路

在對(duì)有分支坑道的坑道進(jìn)行截面布局時(shí)，要同時(shí)考慮它的所有分支坑道對(duì)它布局的影響。在對(duì)分支坑道進(jìn)行截面布局時(shí)，將主坑道內(nèi)的管線分布情況作為約束。考慮到各坑道(房間)對(duì)各種物質(zhì)的需求不一樣，所以分到每個(gè)坑道(房間)的各類管線粗細(xì)也不一樣。而在主坑道內(nèi)管線相對(duì)位置不變的情況下，如果某根管線的最粗的分支管線能夠順利與分支坑道里的管線連接起來，那么該管線其他的分支管線也能連接。基于這個(gè)思想，我們分別求出每根管線左側(cè)分支管線最大值和右側(cè)分支管線的最大值，在進(jìn)行管線布置時(shí)，只需要保證這兩根分支管線能夠順利引出即可。這樣處理對(duì)于大型的坑道系統(tǒng)來說效果尤其明顯，因?yàn)椴还芤粭l坑道有多少分支坑道，在進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候都相當(dāng)于只考慮了兩條分支坑道(分別由左側(cè)最粗分支管線和右側(cè)最粗分支管線所組成的虛擬的坑道)。它既考慮了與主坑道相鄰的所有坑道，又最大限度地減少了需要考慮的管線的數(shù)量。在對(duì)分支坑道進(jìn)行截面布局時(shí)，先根據(jù)主坑道內(nèi)管線的布置情況，求出每根連接管線Y 方向的可能位置，然后根據(jù)這些位置來約束分支坑道管線 Y 方向的布置。通過使管線與不可布置區(qū)域重疊面積為 0，來滿足主坑道內(nèi)管線對(duì)分支坑道內(nèi)管線的約束。

4.2 實(shí)現(xiàn)方法

判斷某分支管線能否順利引出實(shí)際上是通過計(jì)算分支管線的可能路徑來實(shí)現(xiàn)的。在布置好主管線，判斷左側(cè)分支管線是否能引出時(shí)，應(yīng)該從主坑道最右側(cè)的管線開始考慮，如果某管線 i 的左側(cè)分支管線的最大管徑小于或等于它右側(cè)管線 j 的左側(cè)分支管線的最大管徑，則不需再考慮 i 的左側(cè)分支管線。這是因?yàn)槿绻?j 的左側(cè)最大管徑的分支管線能夠順利引出，必定有一條寬度大于該管徑的路徑，由假設(shè)知該路徑的寬度也大于 i 的左側(cè)分支管線的最大管徑，因此 i 的左側(cè)分支管線也必能引出。同理，在判斷右側(cè)分支管線是否能引出時(shí)，也應(yīng)從主坑道最左側(cè)的管線開始考慮。

參考文獻(xiàn)

[1]葉昆麗.綜合管線設(shè)計(jì)與布置的探討[J].有色金屬設(shè)計(jì).2002.

[2]查建中，唐曉君，陸一平.布局及布置設(shè)計(jì)問題求解自動(dòng)化的理論與方法綜述[J].計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào)，2002.

[3]樊源，熊巍.住宅小區(qū)管線綜合設(shè)計(jì)淺析[J].建材技術(shù)與應(yīng)用，2006.