數(shù)據(jù)中心機(jī)房綜合管線支架設(shè)置方案比選

王金輝

（中通服咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引言

近年來(lái)，在全球經(jīng)濟(jì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的浪潮中，我國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入加速期，數(shù)字產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)業(yè)數(shù)字化已經(jīng)成為國(guó)家發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)的重要抓手。數(shù)據(jù)中心作為數(shù)據(jù)服務(wù)的重要載體，無(wú)疑是數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展核心基礎(chǔ)設(shè)施和重要支撐，其建設(shè)規(guī)模也逐年增長(zhǎng)。

數(shù)據(jù)中心機(jī)房裝有各類數(shù)據(jù)服務(wù)器、環(huán)境保障設(shè)備，這些設(shè)備通過(guò)眾多不同功能的管線聯(lián)通起來(lái)，組成了復(fù)雜的數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)。這些種類繁多、功能各異的管線，在設(shè)計(jì)階段需要各專業(yè)協(xié)商整合，進(jìn)行綜合集成，以滿足節(jié)約空間、方便安裝維護(hù)、節(jié)能環(huán)保等要求。目前，機(jī)房綜合管線較多采用上走線無(wú)吊頂安裝方式，這種方式可以較好滿足機(jī)房下送風(fēng)精確制冷、充分利用機(jī)房?jī)艨铡⒃O(shè)備布局調(diào)整、維護(hù)管理等需求，常規(guī)的上走線方式需要在機(jī)房頂板預(yù)先鉆孔，采用后置錨栓安裝大量吊桿，對(duì)上部樓板造成較大的損傷，削弱樓板的承載力。如果錨栓定位不準(zhǔn)，后期橋架安裝中還得重新打孔增加吊桿，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

本文結(jié)合某數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目機(jī)電工程案例，提出綜合管線支架優(yōu)化設(shè)計(jì)的不同方案，并通過(guò)對(duì)比，確定工程實(shí)施的最佳解決方案。

1 項(xiàng)目概況

某數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目位于江蘇省大數(shù)據(jù)示范園區(qū)，該園區(qū)是中國(guó)電信集團(tuán)“2+4+31+X”戰(zhàn)略的重要組成部分，建設(shè)用地 306 畝，總投資 120 億元，規(guī)劃建設(shè)數(shù)據(jù)機(jī)樓 10 幢、機(jī)架容量 3 萬(wàn)架，服務(wù)器 45 萬(wàn)臺(tái)。該園區(qū)數(shù)據(jù)中心是在“新基建”背景下按照國(guó)際最新標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的新一代綠色數(shù)據(jù)中心，園區(qū)建成后將成為中國(guó)電信集團(tuán)“天翼云”長(zhǎng)三角重要節(jié)點(diǎn)。項(xiàng)目一期土建工程建設(shè)數(shù)據(jù)機(jī)房一棟，機(jī)房主體四層，機(jī)房總建筑面積20 577.02 m2，地上建筑面積 19 914.20 m2。采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，典型柱網(wǎng)尺寸為 9.9 m×10.2 m，主梁截面高度 950 mm，梁板采用井字梁方案。目前該數(shù)據(jù)中心已安裝 2 400 個(gè)機(jī)架、4 萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器，可持續(xù)為華東地區(qū)用戶提供工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、5G、邊緣計(jì)算等大數(shù)據(jù)服務(wù)。

該項(xiàng)目一期機(jī)電工程確定綜合管線采用上走線無(wú)吊頂安裝方式。在施工準(zhǔn)備階段，面對(duì)投資受限、工期緊張的情況，參建各方研討后提出在機(jī)房頂板下結(jié)構(gòu)梁間設(shè)置吊掛轉(zhuǎn)換鋼支架，再用吊桿將各類管線橋架固定于該轉(zhuǎn)換支架，解決傳統(tǒng)的樓板下直接錨筋吊掛方式的不利影響。因此，支架選型，是綜合支架順利安裝的重中之重，也是安裝質(zhì)量及現(xiàn)場(chǎng)管理的重要保障，綜合管線支架方案的合理確定成了參建各方共同關(guān)心的問(wèn)題。

2 綜合管線設(shè)計(jì)要求

機(jī)電安裝過(guò)程過(guò)程中具有管道集中、種類繁多、施工環(huán)境差、安全隱患多等特點(diǎn)［1］，管線涉及工藝電源、機(jī)柜、消防、智能化、通信、暖通、電氣、傳輸?shù)榷鄠€(gè)專業(yè)，如果各自單獨(dú)施工，難免造成布局混亂、橋架沖突、空間過(guò)度占用，從而導(dǎo)致承托橋架用量多、建設(shè)成本高的問(wèn)題。因此，在機(jī)電設(shè)計(jì)階段，需要由工藝專業(yè)牽頭，依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范及施工工藝標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)各專業(yè)管線進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃、綜合集成，并合理布置管線支架，做到安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、整齊美觀，并滿足施工、操作、維修等所需的間距要求［2］。

2.1 綜合管線支架的布置要求

本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)梁呈井字形布置，相鄰次梁軸線間距3.1～3.5 m，根據(jù)機(jī)房綜合管線集成設(shè)計(jì)條件，每條綜合管線橋架在路由方向均有結(jié)構(gòu)主梁和次梁可供橋架吊桿安裝，本次只需在每個(gè)板塊區(qū)域增設(shè)兩道轉(zhuǎn)換鋼支架，新增支架間最大間距 1.5 m，鋼支架鋼梁與管線路由方向垂直布置，兩端采用后置錨栓固定于結(jié)構(gòu)側(cè)面。

2.2 綜合管線橋架荷載

根據(jù)各專業(yè)提資，本次需要吊掛于結(jié)構(gòu)梁和管線支架的線纜橋架主要有工藝電源、弱電智能化、機(jī)柜數(shù)據(jù)、電氣照明、通風(fēng)風(fēng)管、氣消管道等設(shè)施。在管線鋼支架跨度范圍內(nèi)，吊裝 1～2 列綜合管線橋架，典型斷面如圖1 所示。

圖1 綜合管線橋架布置典型斷面圖

吊裝在支架上的橋架主要分單層和雙層兩種，其中，雙列雙層橋架及附屬件總重 420 kg/m，智能化橋架及附屬件總重 35 kg/m，智能化冷媒管橋架及附屬件總重 100 kg/m、風(fēng)管及附屬件 60 kg/m、部分雙層智能化和配電橋架及附屬件總重 620 kg/m、監(jiān)控橋架及附屬件總重 50 kg/m。個(gè)別區(qū)域三層智能化和配電橋架及附屬件總重 720 kg/m。

根據(jù)上述綜合管線橋架荷載、吊掛設(shè)施安裝需求，并考慮后期橋架的可擴(kuò)展性和維護(hù)需求，對(duì)轉(zhuǎn)換鋼支架上的附加荷載按照荷載等效原則進(jìn)行簡(jiǎn)化，按照鋼支架梁上均布作用的附加荷載不超過(guò) 8 kN/m，集中作用的總附加荷載不超過(guò) 16 kN為設(shè)計(jì)使用條件。

3 管線吊架方案比選

結(jié)合以上機(jī)房綜合管線設(shè)計(jì)在路由排布、安裝需求、荷載分布等方面因素和建筑結(jié)構(gòu)梁板布置的具體情況，并考慮方案實(shí)施的合理性，提出以下兩種綜合管線支架方案，并進(jìn)行方案比選。

3.1 方案一：螺栓組裝式工字鋼支架

方案一支架主要由主鋼梁、支架錨固件和裝配螺栓三大部分組成，支架錨固板由錨固螺栓、錨固端板和連接板組成，主要構(gòu)造如圖2 所示。

圖2 方案一支架構(gòu)造

1）主鋼梁。采用熱軋普通 14# 工字鋼，材料強(qiáng)度為Q345B。鋼梁兩端分別留設(shè) 2 個(gè)φ18 mm×56 mm 安裝腰形孔，鋼梁長(zhǎng)度以鋼梁安裝端相鄰次梁之間凈距扣減60 mm 確定。

2）支架錨固件。錨固端板邊長(zhǎng) 230 mm×230 mm， 厚度 12 mm，錨板連接板采用 150 mm×100 mm，厚度8 mm，連接板與端板采用雙面角焊縫焊接，焊縫高度6 mm，錨固端板采用 4M16 倒錐形化學(xué)錨栓，錨固于結(jié)構(gòu)次梁側(cè)面中部。

3）支架組裝方式。支架主鋼梁兩端與支架錨板連接板采用 2M16 安裝螺栓組裝。

施工順序：現(xiàn)場(chǎng)放線定位——后置錨栓施工——錨板制作、安裝——主鋼梁組裝——線纜吊桿及走線架安裝。

3.2 方案二：插承裝配式方管鋼支架

方案二支架主要由插接主梁、承插端錨固件和限位螺栓三大部分組成，承插端錨固件由錨固螺栓、錨固端板、承插外管、斜桿和加勁板板組成，主要構(gòu)造如圖3 所示。

圖3 方案二支架構(gòu)造

1）插接主梁。采用熱軋普通矩形管 100 mm× 40 mm×6 mm，材料強(qiáng)度為 Q355 B，矩形管兩端根據(jù)需要留設(shè) 2～3 個(gè)限位螺栓孔，方便調(diào)節(jié)。插接主鋼梁長(zhǎng)度為可調(diào)變值，本工程主鋼梁長(zhǎng)度取最短長(zhǎng)度 2 200 mm，以體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性。

2）承插端錨固件。承插外管內(nèi)徑需要比插接主梁外徑稍大一些，采用 120 mm×60 mm×6 mm，并在合適位置留設(shè)限位螺栓孔。錨固端板邊長(zhǎng)為 230 mm× 480 mm，厚度 20 mm，斜桿采用 60mm×40 mm×6 mm矩形管。承插外管、斜桿分別與錨固端板對(duì)接圍焊，角焊縫高度 6 mm。加勁板采用 6 mm 厚鋼板，與斜桿、承插外管、錨固端板采用焊接連接。錨板端板采用6 M16 倒錐形化學(xué)錨栓，錨固于結(jié)構(gòu)次梁側(cè)面中部。

3）支架裝配方式。在一端承插錨固件固定后，將主鋼梁插入該端錨固件承插外管內(nèi)，待另一端錨固件安裝后，將主鋼梁插入另一端承插外管，調(diào)整主梁插入兩端承插外管的長(zhǎng)度，位置合適后采用限位螺栓固定。

施工順序：現(xiàn)場(chǎng)放線定位——后置錨栓施工——錨固件制作——一端錨固件安裝——主鋼梁承插——另一端錨固件安裝——主鋼梁調(diào)節(jié)、固定——線纜吊桿及走線架安裝。

3.3 兩種方案的對(duì)比

針對(duì)上述兩種不同支架設(shè)計(jì)方案，分別從構(gòu)件用料、施工可調(diào)節(jié)的靈活性、進(jìn)度保證性等維度進(jìn)行比較。

3.3.1 構(gòu)件用料方面

根據(jù)兩種支架方案設(shè)計(jì)圖紙測(cè)算，兩種方案支架單套構(gòu)件用料對(duì)比如表1 所示。由表中數(shù)據(jù)可見(jiàn)，方案一構(gòu)件數(shù)量少，用鋼量低，錨固螺栓數(shù)量少，構(gòu)件連接焊縫少，鉆孔錨固、構(gòu)件焊接、構(gòu)件組裝工序的工作量小，施工周期短。

表1 兩種方案支架單套構(gòu)件用料對(duì)比

3.3.2 施工可調(diào)節(jié)性方面

以案例項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)層為例，樓板井字梁結(jié)構(gòu)典型的混凝土結(jié)構(gòu)梁凈距為 3.1 m，計(jì)算所得的兩種方案支架施工可調(diào)節(jié)長(zhǎng)度對(duì)比如表2 所示。

表2 兩種方案支架施工可調(diào)節(jié)長(zhǎng)度對(duì)比

不難看出，方案一的主鋼梁兩端均設(shè)置有腰形孔可供安裝過(guò)程中調(diào)節(jié)位置、長(zhǎng)度，但可調(diào)節(jié)靈活性較小，可調(diào)整長(zhǎng)度范圍主要便于解決現(xiàn)場(chǎng)施工誤差，適用于結(jié)構(gòu)梁間距變化較小，現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)結(jié)構(gòu)梁間距下料的工程場(chǎng)景。方案二支架以其插承裝配的構(gòu)造優(yōu)勢(shì)，支架可調(diào)節(jié)長(zhǎng)度范圍較大，可以滿足結(jié)構(gòu)梁間距基本相近、但變化稍多的工程場(chǎng)景。

3.3.3 施工安裝耗時(shí)方面

為了比較兩種支架方案在施工進(jìn)度保證性方面優(yōu)劣，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員根據(jù)不同方案分別進(jìn)行了驗(yàn)證性施工，并對(duì)不同方案支架的不同工序耗用時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，相關(guān)數(shù)據(jù)如表3 所示（表中支架構(gòu)件的焊接作業(yè)為工廠作業(yè)時(shí)長(zhǎng)）。

表3 兩種方案支架不同工序耗用時(shí)長(zhǎng)

通過(guò)比較，方案一支架構(gòu)造簡(jiǎn)單、構(gòu)件數(shù)量少、錨栓和焊接時(shí)間短，兩端錨固件更便于同時(shí)安裝，施工相對(duì)快捷。而方案二構(gòu)件數(shù)量多、錨栓和焊接工作量相對(duì)較大，為保證中間鋼梁兩端順利插接，支架兩端的錨固件需要先后錯(cuò)時(shí)施工，才能保證插接準(zhǔn)確，相比而言，整體工序耗用時(shí)間較長(zhǎng)。

3.3.4 綜合優(yōu)劣勢(shì)比較

結(jié)合上述比較，并結(jié)合案例項(xiàng)目驗(yàn)證情況，對(duì)兩種支架方案的主要優(yōu)劣勢(shì)進(jìn)行綜合比較，具體如表4 所示。

表4 兩種方案支架綜合優(yōu)劣勢(shì)比較

綜合以上各方面比較，考慮到本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)梁布置較為規(guī)則、相鄰結(jié)構(gòu)梁間距變化不多、項(xiàng)目工期緊張、施工作業(yè)面窄等特點(diǎn)，經(jīng)各方討論并征求現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員意見(jiàn)，最終確定方案一為案例項(xiàng)目實(shí)施方案。

4 選定方案的實(shí)施效果及工程建議

在案例項(xiàng)目一期機(jī)電安裝工程實(shí)施中，共計(jì)安裝方案一支架 563 套、M16 化學(xué)錨栓和 M16 安裝螺栓各4 504 顆、錨固端板和連接板各 1 126 塊，工程應(yīng)用實(shí)景圖如圖4 所示。據(jù)測(cè)算，支架部分投資約 30 萬(wàn)元，支架安裝周期 30 d，有力保證了項(xiàng)目當(dāng)期機(jī)電安裝工程從招標(biāo)到交付總工期 100 d 的既定目標(biāo)，創(chuàng)造了同類項(xiàng)目同等規(guī)模數(shù)據(jù)機(jī)房機(jī)電安裝施工的“新速度”。

圖4 方案一工程應(yīng)用實(shí)景圖

在案例項(xiàng)目實(shí)踐中，支架施工還出現(xiàn)個(gè)別支架高度二次調(diào)整、錨栓拉拔力不足的情況，對(duì)后期項(xiàng)目提出以下建議。

1）施工前盡量應(yīng)用 BIM 技術(shù)對(duì)支架布置位置、標(biāo)高等進(jìn)行更加細(xì)致的調(diào)整、優(yōu)化，進(jìn)一步提高施工效率、節(jié)約投資。

2）支架施工中化學(xué)錨栓安裝工序質(zhì)量尤為重要，需選用優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)膠，嚴(yán)格把控鉆孔、清孔、注膠、固化時(shí)間等工藝參數(shù)，確保錨栓拉拔力試驗(yàn)滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合某數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目案例，通過(guò)在頂板結(jié)構(gòu)梁間增設(shè)轉(zhuǎn)換鋼支架的方式，解決了傳統(tǒng)機(jī)房綜合管線錨筋吊掛安裝方式的不足，提出了兩種不同綜合管線支架結(jié)構(gòu)方案，并從構(gòu)件用料、施工可調(diào)節(jié)性、各工序耗用時(shí)長(zhǎng)、綜合優(yōu)劣勢(shì)等方面進(jìn)行了驗(yàn)證性對(duì)比，最終選用螺栓組裝式工字鋼支架方案為工程實(shí)施方案，通過(guò)案例工程應(yīng)用，該方案構(gòu)造簡(jiǎn)單、造價(jià)低、施工快，值得類似項(xiàng)目參考。Q