自動噴水滅火系統(tǒng)支狀管網(wǎng)造價優(yōu)化探討

謝嘉雨 張燦 黃欣桐

摘要：

自動噴水滅火系統(tǒng)已經(jīng)作為一種安全、可靠的滅火方式被廣泛應用。但在實際工程設計過程中，經(jīng)常出現(xiàn)超概算或投資的情況，本文以東部金融中心3-2號樓自動噴水滅火系統(tǒng)布置為例，從最基本單元深入研究最不利作用面積內(nèi)的設計流量、噴頭與配水管道的連接方式與抗震支架造價之間的聯(lián)系，為后續(xù)設計在系統(tǒng)性能與綜合造價之間的取舍與平衡提供參考。

關(guān)鍵詞：

自動噴水滅火系統(tǒng)；抗震支架；造價優(yōu)化

引言

自動噴水滅火系統(tǒng)已經(jīng)作為一種安全、可靠的滅火方式被廣泛應用。在實際工程設計過程中，對于同樣的建筑平面和噴頭布置下設計人員根據(jù)規(guī)范及自身習慣對噴頭進行連管，由于不同設計人員的習慣不盡相同，噴淋連管方式也有所不同。我司設計人員調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，主要有兩種支狀噴淋管網(wǎng)連接方式，即短支管連接與長支管連接方式。本文以東部金融中心3-2號樓自動噴水滅火系統(tǒng)布置為例，從最基本單元深入研究最不利作用面積內(nèi)的設計流量、噴頭與配水管道的連接方式與抗震支架造價之間的聯(lián)系，為后續(xù)設計在系統(tǒng)性能與綜合造價之間的取舍與平衡提供參考。

一、工程概況

成都金融創(chuàng)新中心項目位于成都市東部新區(qū)，地塊北側(cè)為機場南延長線，西側(cè)為絳西三線。總建筑面積約為34萬平方米，項目包括辦公、商業(yè)及地下車庫。本文選取項目三期3-2號樓作為研究對象，該棟建筑高度為99.60m，火災危險等級為中危險級Ⅰ級。

二、噴頭布置

本工程3-2號樓火災危險等級為中危險級Ⅰ級，根據(jù)《自動噴水滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》GB50084-2017（以下簡稱“噴規(guī)”）表7.1.2中的數(shù)據(jù)，噴頭間距按不大于3.6m、不小于

1.8m且距墻不大于1.8m控制。[1]因此，考慮噴頭與梁的關(guān)系且符合《噴規(guī)》7.2.1中的規(guī)定，標準層的柱間距以8.4m為主，一跨之間布置三排噴頭且間距為2.8m最均勻，故標準層的大開間辦公區(qū)域噴頭布置以2.8m間距為主。

三、支管、干管連接方式及抗震支架對噴淋系統(tǒng)經(jīng)濟性影響分析

（一）不同干管支管連接方式對噴淋系統(tǒng)經(jīng)濟性的影響

噴頭的連管方式影響著系統(tǒng)管徑的構(gòu)成，不同平面布置方案，所產(chǎn)生的大管徑管件和小管徑管件占比不同，從而影響系統(tǒng)經(jīng)濟性。將噴頭按豎向短支管、橫向長支管的連接方式連接，分別得到如圖1、圖2所示方案A、方案B。[2]

（二）抗震支架的布置原則

根據(jù)《建筑機電抗震設計規(guī)范》（GB50981-2014），4.1.2“室內(nèi)給水、熱水以及消防管道管徑大于DN65的水平管道，當其采用吊架、支架或托盤固定時，應按本規(guī)范第8章的要求設置抗震支承受”，故管徑大于等于DN65的噴淋管道需設置抗震支架。水平管線側(cè)向及縱向抗震支吊架間距按下式計算：

l=L0aek*K=12【側(cè)向支架】/24【縱向支架】1.0×1.0

式中：l—水平管線側(cè)向及縱向抗震支吊架間距（m）；L0—抗震支吊架的最大間距（m），可按表8.2.3的規(guī)定確定；aek—水平地震力綜合系數(shù)，該系數(shù)小于1.0時按1.0取值；K—抗震斜撐角度調(diào)整系數(shù)。因斜撐與水平夾角為45°，故斜撐垂直長度與水平長度之比為1.0，此時調(diào)整系數(shù)為1.0。

故本項目的側(cè)向及縱向支架采用《建筑機電抗震設計規(guī)范》表8.2.3中“新建工程剛性連接金屬管道”側(cè)向最大間距12米，縱向支架最大間距24米確定。[3]

如圖1所示，方案A的連管以支管一側(cè)連接不超過4個噴頭，根據(jù)《噴規(guī)》8.0.9續(xù)表“中危險級下，公稱管徑為DN32的支管可以控制的噴頭數(shù)為3個，公稱管徑為DN40的支管可以控制的噴頭數(shù)為4個”，故按方案A連管方式進行支管連接時，連接的支管基本只有DN25、DN32、DN40三個規(guī)格。干管按照上述規(guī)范要求計算，普遍在DN65、DN80、DN100、DN150四個規(guī)格。

圖1 3-2號樓標準層噴淋連管及抗震支架布置圖（方案A短支管連接）

如圖2所示，方案B的連管以支管一側(cè)連接不超過8個噴頭，根據(jù)《噴規(guī)》8.0.9續(xù)表“中危險級下，公稱管徑為DN50的支管可以控制的噴頭數(shù)為8個”，故按方案B連管方式進行支管連接時，連接的支管基本只有DN50、DN40、DN32三個規(guī)格。干管按照上述規(guī)范要求計算，普遍在DN65、DN80、DN100、DN150四個規(guī)格。[4]

（三）不同支管連接方式下對配水均勻性的影響

根據(jù)《噴規(guī)》5.0.1中危險Ｉ級辦公場所的作用面積為160m2，選取3-2號樓二十一層挑高區(qū)域同一位置的矩形區(qū)域（長32m，寬5m，面積為160m2）作為作用面積。

圖2 3-2號樓標準層噴淋連管及抗震支架布置圖（方案B長支管連接）

對于方案A、方案B，最不利噴頭壓力均取0.05MPa。根據(jù)《噴規(guī)》9.1.1及9.2.2可以依次推算出所有噴頭的壓力與流量值。[5]

經(jīng)過計算，方案A的系統(tǒng)流量QA總=44.27L/s；方案B的系統(tǒng)流量QB總=42.28L/s；方案A、方案B對應的噴頭流量表如表1。

標準層作用面積內(nèi)各個灑水噴頭的流量差距可以通過方差表示，通過表1我們可以看出標準層在給定末端噴頭壓力為7mH2O的情況下，在標準層中，方案A與方案B在總流量和噴頭平均流量基本一致，方案A的方差更小，故方案A配水更加均勻。[6]

地下室消防水泵房到屋頂報警閥間的管道為442mDN150無縫鋼管（單管計算），計算得出方案A的最終所需水泵揚程為150mH2O，系統(tǒng)總流量為44.27L/s，方案B的最終所需水泵揚程為130mH2O，系統(tǒng)總流量為42.28L/s。故方案A選擇電動消防水泵XBD16/40-150DN，額定流量為Q=45L/s時，揚程H=150m，額定功率P=110kw，方案B選擇電動消防水泵XBD14/40-150DN，額定流量為Q=45L/s時，揚程H=130m，額定功率P=90kw。

（四）兩種方案下經(jīng)濟性對比分析

地上標準層兩種方案造價的區(qū)別主要來源于噴淋管道連接方式以及抗震支架的布置區(qū)別。由于方案A采用短支管連接，其中的大管徑三通、四通、彎頭、抗震支架相較于方案B較少，具體每個方案的主要管材造價見圖3所示的折線圖。[7]

圖3 方案A、B對應的標準層噴淋管線的造價

從圖3不難看出，在標準層下，方案A在DN25、DN32這些小管徑配水管道及管件使用的工程量上大于方案B的工程量，根據(jù)測算，方案A的DN25管徑管道及管件的造價高于方案B約23%，方案A的DN32管徑管道及管件的造價高于方案B13%，方案A在DN40、DN50、DN65、DN100這些中間管徑的工程量及造價則要小于方案B，方案B在DN50管徑的配水管道及管件使用的工程量及造價是方案A的5倍以上，方案B在DN65管徑的配水管道及管件使用的工程量及人工費也是方案A的2倍以上，所以DN40、DN50、DN65、DN100是兩種方案主要產(chǎn)生差距的部分，DN80、DN150的配水管道及管件的造價兩種方案下差距在10%以內(nèi)。根據(jù)造價測算，地上標準層方案A的管線綜合造價為14.30萬元，方案B的管線綜合造價為15.53萬元。

圖4 方案A、B對應的標準層噴淋抗震支架的造價

從圖4不難看出，在標準層中，DN65的抗震支架工程量及造價方案B是方案A的1.6倍；DN80的抗震支架工程量及造價方案B是方案A的1.5倍，DN100的抗震支架工程量及造價是方案A的2.4倍，DN150的抗震支架工程量及人工費兩種方案基本相同，所以主要的差價在于DN65、DN80的抗震支架的工程量以及人工費。[8]

結(jié)語

當噴淋系統(tǒng)采用豎向短支管連接時（即方案A），整個系統(tǒng)除干管外的配水支管及管件以DN25、DN32、DN40為主，配水干管則以DN65、DN80、DN100、DN150為主；當噴淋系統(tǒng)采用橫向長支管連接時（即方案B），整個系統(tǒng)除干管外的配水支管及管件以DN32、DN40、DN50、DN65為主，配水干管以DN65、DN80、DN100、DN150為主，因為配水支管及管件在單層噴淋系統(tǒng)內(nèi)占大部分比例，故采用豎向短支管可以節(jié)省工程造價。當噴淋系統(tǒng)以豎向長支管連接時（即方案A），小管徑配水支管（DN≤40）占據(jù)單層噴淋系統(tǒng)配水支管的大部分，此部分無需布置抗震支架；但當噴淋系統(tǒng)以橫向長支管連接時（即方案B），DN65及以上的配水干管占的比例較高，故噴淋系統(tǒng)以橫向長支管連接時的造價較高。本次針對噴淋系統(tǒng)的連接方式、抗震支架和系統(tǒng)造價之間的分析探討對于后續(xù)工程有一定的指導性意義。

參考文獻

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GB50084—2017自動噴水滅火設計規(guī)范[S].

[2]GB50981—2014建筑機電工程抗震設計規(guī)范[S].

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