提升鐵路站房吊頂標高的水暖系統優化布設研究

張召武（中鐵二十四局集團上海建設投資有限公司，上海 201808）

鐵路站房旅客集散空間在建筑裝修上應盡可能提升吊頂標高，以提升旅客乘降的空間舒適度。但由于受結構層高、大跨度梁以及安裝工程的水管和暖通大型風管等影響，鐵路站房部分集散空間室內凈高較低，影響旅客出行體驗。鐵路站房結構層高在設計階段，已與鐵路高架橋、進出站通道、市政匝道橋、市政配套工程等協調統一，基本上無法進行層高調整，而結構梁設計截面尺寸也基本上處于最優方案，所以從結構方面入手難以實現提升吊頂標高。優化水暖系統布設，盡可能減少水暖系統對吊頂內空間高度的占用，同時運用BIM技術對綜合管線進行碰撞檢查，保證優化成果可行，是實現提升吊頂標高的最有效途徑。本文以江蘇省句容市鐵路車站句容站出站廳吊頂提升技術研究為例，闡述運用減小風管厚度、管道翻越繞梁、調整設備位置和管線布設路徑等措施提高吊頂標高，并對3種措施進行比選、分析，以期為類似鐵路站房提升吊頂標高提供參考。

1 工程概況

句容站建筑面積14 904 m2，建筑高度23.5 m。出站廳位于架空層，架空層建筑地面相對標高－6 m，結構層高5.85 m。出站廳結構梁（垂直于軌道方向）梁高1.2 m，平行于軌道方向穿越出站廳的水暖管線主要有：3條厚度為500 mm的空調風管，6條給水、消防管道，3條電力橋架。運用BIM技術對出站廳區域吊頂內綜合管線進行布設及碰撞檢查（如圖1所示），受層高、梁高及通風管道等影響，出站廳室內凈高只能做到3.8 m（如圖2所示），不滿足《鐵路旅客車站細部設計》中“出站集散廳吊頂后室內凈高……中小站客站不宜小于4 m”[1]的要求。

圖1 BIM綜合管線布設

圖2 出站廳剖面圖

2 提升吊頂標高的總體思路

由于站房結構層高在設計階段已與鐵路高架橋、進出站通道、市政匝道橋、市政配套工程等協調統一，基本上無法進行層高調整；即使可調，代價巨大。句容站出站廳需通過優化出站廳吊頂內水暖系統布設，以達到《鐵路旅客車站細部設計》對室內凈高的要求。室內凈高若能適當超越4 m則更優。

3 優化吊頂內水暖系統布設的措施

優化吊頂內水暖系統布設、提高吊頂標高的措施有：減小風管厚度；水暖管道過梁后上翻，梁側范圍吊頂局部下沉；調整設備位置和管線布設路徑，以避開吊頂高度不足區域；等等。對以上措施在句容站出站廳集散空間吊頂標高提升上的運用進行比選、分析。

3.1 措施一：減小風管厚度以提升吊頂

建筑安裝工程，風管截面積較水管大得多，占用吊頂內高度最多的往往是風管。在滿足風管截面積的前提下，調整風管寬高比，減小風管厚度，是提升吊頂標高最簡單的優化措施。

句容站橫穿出站廳空調風管共3條，規格尺寸分別為3 000 mm×500 mm、2 500 mm×500 mm和1 250 mm×500 mm，同層布設。GB 50736－2012《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》規定“矩形風管寬高比不宜大于4”；GJ/T 229－2010《民用建筑綠色設計規范》規定“矩形空調通風干管的寬高比不宜大于4，且不應大于8”；GB 50189－2015《公共建筑節能設計標準》規定“矩形風管長短邊比不宜大于4，且不應超過10”。本工程風管尺寸較大，為保證風管截面積，同時滿足風管寬高比要求，以寬高比最大的3 000 mm×500 mm風管進行計算，優化后的風管厚度不應小于[（3 000×500）/8]∧0.5≈433 mm，優化風管厚度67 mm，不能達到優化目的。

3.2 措施二：水暖管道過梁后上翻，梁側范圍吊頂局部下沉

水暖管道過梁后上翻，梁側范圍吊頂局部下沉，如圖3所示。

圖3 管道過梁后上翻，梁側范圍吊頂局部下沉

給水管道、通風管道上、下翻繞梁，需增加管道彎頭配件，增加給水系統水頭損失和通風系統風阻。為避免增加的水頭損失和風阻導致末端設備水壓和風壓不足，應對增加的水頭損失和風阻進行核算。

3.2.1 給水及消防水管件增加的水頭損失計算

給水及消防水管道單位長度水頭損失計算如下：

式中：i——管道單位長度水頭損失，kPa/m；

Ch——海澄-威廉系數（鋼管取值100）；

dj——管道內徑，m；

qg——給水流量，m3/s。

以流量、流速最大的噴淋給水干管最不利條件下計算。Ch取值100，dj取值0.156 m，qg取值0.04 m3/s，計算得噴淋給水干管最不利條件下管道單位長度水頭損失i＝0.46 kPa/m。根據GB 50015－2019《建筑給水排水設計規范》，DN150 mm的90°彎頭摩阻損失的折算補償長度為6.1 m，共增加8個彎頭，合計增加水頭損失i總＝6.1×8×i＝22.45 kPa，即2.245 m水柱壓力。設計水泵揚程H＝70 m，經設計核對原計算資料，噴淋系統水壓受增加的彎頭影響后，仍滿足系統水壓要求。其他相關給水及消防管道經計算核對，均能滿足系統水壓要求。

3.2.2 通風管道部件局部壓力損失計算

通風管道部件局部壓力損失計算如下：

式中：￡——局部阻力系數（查表[2]得）；

v——風管部件內空氣流速，m/s；

ρ——空氣密度，一般取1.205 kg/m3（空氣溫度為20℃，大氣壓強為101.3 kPa時）。

根據原設計，3 000 mm×500 mm規格風管計算風速v=11.11 m/s，采用上述公式計算該段風管合計增加壓力損失為74.98 Pa。該風管對應的空氣處理機組設計機外余壓為560 Pa，經設計核對原計算資料，空調系統風壓受此局部壓力損失后，已不滿足末端出風口需求，需增大空氣處理機組機外余壓，調整機組型號。

措施二可實現出站廳中間大面積吊頂標高提升，受出站廳次梁（梁高700 mm）影響，提升高度接近500 mm，但需要變更空氣處理機組型號（增大機外余壓），改變吊頂平面方案（梁側范圍吊頂局部下沉）。

3.3 措施三：調整設備位置和管線布設路徑

改變既有思路，通過調整空調設備位置，優化風管走向，避免管道穿越出站廳。原設計空調機房平面尺寸近似12.0 m×10.8 m，位于出站廳左側，空調風管須從出站廳左側穿越出站廳進入出站廳右側（如圖4所示）。出站廳右側旅服房平面尺寸為10.5 m×7.2 m，空氣處理機組外形尺寸為5 207 mm×3 148 mm×2 359 mm。出站廳右側旅服房空間尺寸滿足作為空調機房的要求，可考慮將旅服房與空調機房功能對調，將空氣處理機組移至旅服房（如圖5所示），即可避免大型空調風管穿越出站廳。

圖5 空氣處理機組移至旅服房平面示意圖

將空氣處理機組移至旅服房的前提除了空間尺寸滿足要求外，還應避免空氣處理機組遷移后增加的風管、空調水管等與旅服房原有設備、管線發生綜合管線碰撞。因此，應采用BIM技術對空氣處理機組移位后的綜合管線進行布設及碰撞檢查。該空氣處理機組對應送風系統末端設備位于旅服房的東南面，空調風管應選擇從旅服房東側或南側進出。旅服房南側為辦公用房及設備用房（吊頂距地2.7 m），東側預留商業區域。旅服房內原有綜合管線包括：排煙風管1 000 mm×500 mm、消防電橋架300 mm×200 mm、電力橋架800 mm×200 mm、2根DN200 mm空調水管、1根DN200 mm水炮供水管、4根DN150 mm噴淋管道和1根DN150 mm消火栓管道。綜合考慮旅服房進出風管等管線方位，控制風管、水管彎頭數量，控制系統風阻和水頭損失與原設計相近，通過BIM技術對旅服房綜合管線進行優化調整（如圖6所示）。調整后的布設方案經設計單位復核，滿足要求，此措施可行。

圖6 優化后旅服房綜合管線剖面

此措施移走了在出站廳吊頂內的空調風管，可實現出站廳提升吊頂500 mm，即出站廳凈高為4.3 m（如圖7所示）。

4 優化措施的選用

措施一優化后吊頂標高提升67 mm，不予考慮；措施二可實現出站廳中間大面積吊頂標高提升，但風管兩處翻越結構梁，增加的風管部件對系統風壓影響較大，需要變更空氣處理機組型號，改變吊頂平面方案，可作為備選方案；措施三可實現出站廳吊頂標高整體提升，提升高度500 mm。措施三避免了措施二中風管2處翻越結構梁對系統風壓的影響，避免了空氣處理機組型號變更和改變吊頂平面裝修設計，是最優方案。句容站出站廳最終采用措施三進行優化。

5 結 論

綜上所述，地鐵站房通過優化水暖系統提升室內凈高的措施及適用情況如下。

（1）減小暖通風管厚度以滿足吊頂標高要求。該措施對原設計改動最小，容易優化，對工期和施工成本基本不構成影響，但應核算暖通風管的寬高比是否滿足規范要求；對于大型暖通風管，原設計基本已按較大的寬高比進行設計，可調整的空間有限，此思路不適用于吊頂提升需求大或吊頂內存在大型風管的區域。

（2）水暖管道上下翻繞梁，梁側范圍吊頂局部下沉。該措施會增加給水配件的局部水頭損失和風管彎頭的局部風阻，應對系統水壓和風壓進行校驗。一般情況下，給水配件的局部水頭損失占總供水壓力的比例極小，可以忽略；但風管彎頭局部風阻占空調器、風機等加壓設備的機外余壓比例較大，應調整設備型號，補償損失的風壓。該措施適用于大多數需要提升吊頂的區域，但需對暖通系統、吊頂形式有較大調整，優化技術難度較大，會造成施工成本增加，可能延誤工期，只可作為備選措施。

（3）調整空調設備位置，優化風管走向，使水暖系統避開需要提升吊頂的區域。該措施能從根源上解決問題，對通風系統和吊頂形式影響較小，技術難度小，對工期和施工成本基本不構成影響。但受建筑布局約束，需建筑專業配合。若具備條件，該措施是提升吊頂標高的最優措施。

此外，根據現場實際情況，可以在3個措施中同時選擇2個或3個措施并用，以提升吊頂標高。如句容站出站廳，若采用措施三還是無法滿足吊頂標高要求，可將電力橋架和水管按措施二進行繼續優化，出站廳中部吊頂標高還可提升。

在施工階段，調整結構層高困難較大，解決室內凈高不足問題，應從優化吊頂內水暖系統著手。通過給排水、暖通、電氣、建筑等專業的密切配合，采用適當措施，運用BIM技術對優化方案進行綜合管線布設和碰撞檢查，使室內凈高不足問題得以解決。本文從水暖系統的優化布設方面分析研究鐵路站房提升吊頂標高的措施與方法，希望能給類似施工提供參考。