暖通管線設計策略分析

摘要: 暖通管線由于管徑較大，附件較多，布置和協調起來相當困難，直接影響到整個建筑方案的設計與實施，是整個地下坑道管線綜合設計的重點和難點。本文介紹了暖通管線的組成和布置原則，重點分析了地下坑道暖通管線設計策略。

關鍵詞: 暖通管線;布置原則;設計策略

1 引言

地下坑道管線是地下坑道基礎設施中的生命線，它承載著各種物質流、能源流和信息流，是地下坑道高效率，高質量運轉的保證。管線綜合工作的質量關系到整個地下坑道管網的安全性、可靠性，關系到工程的工期、建設成本、維護管理、使用效果以及能否適應工程管線種類、數量的發展要求等，是地下坑道規劃設計工作的重要組成部分。傳統的管線綜合工作主要依靠設計者的經驗手工進行設計，缺乏科學的理論分析和計算，綜合成本高、周期長。本文的目的就是研究設計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

暖通管線系統的全稱是通風空調、熱力管道系統。主要包括新風管、送風管、回風管、排風管、空調供回水管道、冷凝水管道， 采暖、熱水供應及空調處理設備所需蒸汽或熱水管道。

2.2 暖通管線的組成和布置原則

在進行管線綜合布局時，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，小管徑避讓大管徑。即先布置風管，接下來布置蒸汽管，空調水管等。因為小管徑管線所占空間位置較小，易于安裝，而且造價相對低。

(2) 可彎曲管避讓不可彎曲管。

(3) 金屬管避讓非金屬管，因為金屬管較易切割、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及更換管件。

(5) 管道分層布置時，由上而下按風管、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) 空調風管、供回水管、冷凝水管、熱水管等均需保溫， 設計時應考慮保溫層厚度。

(8) 管線在同一平面同一部位布置時， 應盡可能減少交叉。

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) 管線不能和陣地結構發生沖撞;

(5) 管線布置要盡量節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，從而實現降低工程造價的目標;

(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計策略

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

由于區域內管線自成體系，所以它必須與出口相連，而且不能劃分得很小，這樣，每個區域內的坑道(房間)還是相當多的，而且還有可能有閉環，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)等復雜情況。對這些坑道進行管線綜合考慮的約束會很多，布置起來難度很大。

另外，在對主坑道進行截面布局時，沒有考慮分支坑道(比如說坑道內管線的數目，類型等)的影響;在對分支坑道進行截面布局時，也沒有考慮主坑道的影響，在連接主支坑道內管線發生沖突時才進行調整。所以在逐個坑道進行管線綜合，由于考慮的因素不夠充分，因此很容易發生沖突。這對于分支較少的坑道系統調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越來越多，考慮起來就會越來越復雜，往往會顧此失彼，不能同時兼顧所有坑道內的管線。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行優化設計，計算的難度是相當大的。此外，如果管線每拐一次彎，就相當于多了一條管線，還需要增加41個不等式(該管線與主坑道內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，所以統一處理起來非常困難，必須對其進行簡化。

4 地下坑道暖通管線設計的改進策略

現行的管線綜合設計考慮問題不夠全面，而如果同時考慮所有坑道內的所有管線，運算又過于復雜，因此必須改進現行的管線綜合流程，使之既能綜合考慮所有相關的坑道，又不至于過于復雜。

4.1 主要改進思路

在對有分支坑道的坑道進行截面布局時，要同時考慮它的所有分支坑道對它布局的影響。在對分支坑道進行截面布局時，將主坑道內的管線分布情況作為約束?？紤]到各坑道(房間)對各種物質的需求不一樣，所以分到每個坑道(房間)的各類管線粗細也不一樣。而在主坑道內管線相對位置不變的情況下，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?；谶@個思想，我們分別求出每根管線左側分支管線最大值和右側分支管線的最大值，在進行管線布置時，只需要保證這兩根分支管線能夠順利引出即可。這樣處理對于大型的坑道系統來說效果尤其明顯，因為不管一條坑道有多少分支坑道，在進行計算的時候都相當于只考慮了兩條分支坑道(分別由左側最粗分支管線和右側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量。在對分支坑道進行截面布局時，先根據主坑道內管線的布置情況，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域重疊面積為 0，來滿足主坑道內管線對分支坑道內管線的約束。

4.2 實現方法

判斷某分支管線能否順利引出實際上是通過計算分支管線的可能路徑來實現的。在布置好主管線，判斷左側分支管線是否能引出時，應該從主坑道最右側的管線開始考慮，如果某管線 i 的左側分支管線的最大管徑小于或等于它右側管線 j 的左側分支管線的最大管徑，則不需再考慮 i 的左側分支管線。這是因為如果 j 的左側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，由假設知該路徑的寬度也大于 i 的左側分支管線的最大管徑，因此 i 的左側分支管線也必能引出。同理，在判斷右側分支管線是否能引出時，也應從主坑道最左側的管線開始考慮。

參考文獻

[1]葉昆麗.綜合管線設計與布置的探討[J].有色金屬設計.2002.

[2]查建中，唐曉君，陸一平.布局及布置設計問題求解自動化的理論與方法綜述[J].計算機輔助設計與圖形學學報，2002.

[3]樊源，熊巍.住宅小區管線綜合設計淺析[J].建材技術與應用，2006.