提升铁路站房吊顶标高的水暖系统优化布设研究

张召武（中铁二十四局集团上海建设投资有限公司，上海 201808）

铁路站房旅客集散空间在建筑装修上应尽可能提升吊顶标高，以提升旅客乘降的空间舒适度。但由于受结构层高、大跨度梁以及安装工程的水管和暖通大型风管等影响，铁路站房部分集散空间室内净高较低，影响旅客出行体验。铁路站房结构层高在设计阶段，已与铁路高架桥、进出站通道、市政匝道桥、市政配套工程等协调统一，基本上无法进行层高调整，而结构梁设计截面尺寸也基本上处于最优方案，所以从结构方面入手难以实现提升吊顶标高。优化水暖系统布设，尽可能减少水暖系统对吊顶内空间高度的占用，同时运用BIM技术对综合管线进行碰撞检查，保证优化成果可行，是实现提升吊顶标高的最有效途径。本文以江苏省句容市铁路车站句容站出站厅吊顶提升技术研究为例，阐述运用减小风管厚度、管道翻越绕梁、调整设备位置和管线布设路径等措施提高吊顶标高，并对3种措施进行比选、分析，以期为类似铁路站房提升吊顶标高提供参考。

1 工程概况

句容站建筑面积14 904 m2，建筑高度23.5 m。出站厅位于架空层，架空层建筑地面相对标高－6 m，结构层高5.85 m。出站厅结构梁（垂直于轨道方向）梁高1.2 m，平行于轨道方向穿越出站厅的水暖管线主要有：3条厚度为500 mm的空调风管，6条给水、消防管道，3条电力桥架。运用BIM技术对出站厅区域吊顶内综合管线进行布设及碰撞检查（如图1所示），受层高、梁高及通风管道等影响，出站厅室内净高只能做到3.8 m（如图2所示），不满足《铁路旅客车站细部设计》中“出站集散厅吊顶后室内净高……中小站客站不宜小于4 m”[1]的要求。

图1 BIM综合管线布设

图2 出站厅剖面图

2 提升吊顶标高的总体思路

由于站房结构层高在设计阶段已与铁路高架桥、进出站通道、市政匝道桥、市政配套工程等协调统一，基本上无法进行层高调整；即使可调，代价巨大。句容站出站厅需通过优化出站厅吊顶内水暖系统布设，以达到《铁路旅客车站细部设计》对室内净高的要求。室内净高若能适当超越4 m则更优。

3 优化吊顶内水暖系统布设的措施

优化吊顶内水暖系统布设、提高吊顶标高的措施有：减小风管厚度；水暖管道过梁后上翻，梁侧范围吊顶局部下沉；调整设备位置和管线布设路径，以避开吊顶高度不足区域；等等。对以上措施在句容站出站厅集散空间吊顶标高提升上的运用进行比选、分析。

3.1 措施一：减小风管厚度以提升吊顶

建筑安装工程，风管截面积较水管大得多，占用吊顶内高度最多的往往是风管。在满足风管截面积的前提下，调整风管宽高比，减小风管厚度，是提升吊顶标高最简单的优化措施。

句容站横穿出站厅空调风管共3条，规格尺寸分别为3 000 mm×500 mm、2 500 mm×500 mm和1 250 mm×500 mm，同层布设。GB 50736－2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》规定“矩形风管宽高比不宜大于4”；GJ/T 229－2010《民用建筑绿色设计规范》规定“矩形空调通风干管的宽高比不宜大于4，且不应大于8”；GB 50189－2015《公共建筑节能设计标准》规定“矩形风管长短边比不宜大于4，且不应超过10”。本工程风管尺寸较大，为保证风管截面积，同时满足风管宽高比要求，以宽高比最大的3 000 mm×500 mm风管进行计算，优化后的风管厚度不应小于[（3 000×500）/8]∧0.5≈433 mm，优化风管厚度67 mm，不能达到优化目的。

3.2 措施二：水暖管道过梁后上翻，梁侧范围吊顶局部下沉

水暖管道过梁后上翻，梁侧范围吊顶局部下沉，如图3所示。

图3 管道过梁后上翻，梁侧范围吊顶局部下沉

给水管道、通风管道上、下翻绕梁，需增加管道弯头配件，增加给水系统水头损失和通风系统风阻。为避免增加的水头损失和风阻导致末端设备水压和风压不足，应对增加的水头损失和风阻进行核算。

3.2.1 给水及消防水管件增加的水头损失计算

给水及消防水管道单位长度水头损失计算如下：

式中：i——管道单位长度水头损失，kPa/m；

Ch——海澄-威廉系数（钢管取值100）；

dj——管道内径，m；

qg——给水流量，m³/s。

以流量、流速最大的喷淋给水干管最不利条件下计算。Ch取值100，dj取值0.156 m，qg取值0.04 m3/s，计算得喷淋给水干管最不利条件下管道单位长度水头损失i＝0.46 kPa/m。根据GB 50015－2019《建筑给水排水设计规范》，DN150 mm的90°弯头摩阻损失的折算补偿长度为6.1 m，共增加8个弯头，合计增加水头损失i总＝6.1×8×i＝22.45 kPa，即2.245 m水柱压力。设计水泵扬程H＝70 m，经设计核对原计算资料，喷淋系统水压受增加的弯头影响后，仍满足系统水压要求。其他相关给水及消防管道经计算核对，均能满足系统水压要求。

3.2.2 通风管道部件局部压力损失计算

通风管道部件局部压力损失计算如下：

式中：￡——局部阻力系数（查表[2]得）；

v——风管部件内空气流速，m/s；

ρ——空气密度，一般取1.205 kg/m3（空气温度为20℃，大气压强为101.3 kPa时）。

根据原设计，3 000 mm×500 mm规格风管计算风速v=11.11 m/s，采用上述公式计算该段风管合计增加压力损失为74.98 Pa。该风管对应的空气处理机组设计机外余压为560 Pa，经设计核对原计算资料，空调系统风压受此局部压力损失后，已不满足末端出风口需求，需增大空气处理机组机外余压，调整机组型号。

措施二可实现出站厅中间大面积吊顶标高提升，受出站厅次梁（梁高700 mm）影响，提升高度接近500 mm，但需要变更空气处理机组型号（增大机外余压），改变吊顶平面方案（梁侧范围吊顶局部下沉）。

3.3 措施三：调整设备位置和管线布设路径

改变既有思路，通过调整空调设备位置，优化风管走向，避免管道穿越出站厅。原设计空调机房平面尺寸近似12.0 m×10.8 m，位于出站厅左侧，空调风管须从出站厅左侧穿越出站厅进入出站厅右侧（如图4所示）。出站厅右侧旅服房平面尺寸为10.5 m×7.2 m，空气处理机组外形尺寸为5 207 mm×3 148 mm×2 359 mm。出站厅右侧旅服房空间尺寸满足作为空调机房的要求，可考虑将旅服房与空调机房功能对调，将空气处理机组移至旅服房（如图5所示），即可避免大型空调风管穿越出站厅。

图5 空气处理机组移至旅服房平面示意图

将空气处理机组移至旅服房的前提除了空间尺寸满足要求外，还应避免空气处理机组迁移后增加的风管、空调水管等与旅服房原有设备、管线发生综合管线碰撞。因此，应采用BIM技术对空气处理机组移位后的综合管线进行布设及碰撞检查。该空气处理机组对应送风系统末端设备位于旅服房的东南面，空调风管应选择从旅服房东侧或南侧进出。旅服房南侧为办公用房及设备用房（吊顶距地2.7 m），东侧预留商业区域。旅服房内原有综合管线包括：排烟风管1 000 mm×500 mm、消防电桥架300 mm×200 mm、电力桥架800 mm×200 mm、2根DN200 mm空调水管、1根DN200 mm水炮供水管、4根DN150 mm喷淋管道和1根DN150 mm消火栓管道。综合考虑旅服房进出风管等管线方位，控制风管、水管弯头数量，控制系统风阻和水头损失与原设计相近，通过BIM技术对旅服房综合管线进行优化调整（如图6所示）。调整后的布设方案经设计单位复核，满足要求，此措施可行。

图6 优化后旅服房综合管线剖面

此措施移走了在出站厅吊顶内的空调风管，可实现出站厅提升吊顶500 mm，即出站厅净高为4.3 m（如图7所示）。

4 优化措施的选用

措施一优化后吊顶标高提升67 mm，不予考虑；措施二可实现出站厅中间大面积吊顶标高提升，但风管两处翻越结构梁，增加的风管部件对系统风压影响较大，需要变更空气处理机组型号，改变吊顶平面方案，可作为备选方案；措施三可实现出站厅吊顶标高整体提升，提升高度500 mm。措施三避免了措施二中风管2处翻越结构梁对系统风压的影响，避免了空气处理机组型号变更和改变吊顶平面装修设计，是最优方案。句容站出站厅最终采用措施三进行优化。

5 结 论

综上所述，地铁站房通过优化水暖系统提升室内净高的措施及适用情况如下。

（1）减小暖通风管厚度以满足吊顶标高要求。该措施对原设计改动最小，容易优化，对工期和施工成本基本不构成影响，但应核算暖通风管的宽高比是否满足规范要求；对于大型暖通风管，原设计基本已按较大的宽高比进行设计，可调整的空间有限，此思路不适用于吊顶提升需求大或吊顶内存在大型风管的区域。

（2）水暖管道上下翻绕梁，梁侧范围吊顶局部下沉。该措施会增加给水配件的局部水头损失和风管弯头的局部风阻，应对系统水压和风压进行校验。一般情况下，给水配件的局部水头损失占总供水压力的比例极小，可以忽略；但风管弯头局部风阻占空调器、风机等加压设备的机外余压比例较大，应调整设备型号，补偿损失的风压。该措施适用于大多数需要提升吊顶的区域，但需对暖通系统、吊顶形式有较大调整，优化技术难度较大，会造成施工成本增加，可能延误工期，只可作为备选措施。

（3）调整空调设备位置，优化风管走向，使水暖系统避开需要提升吊顶的区域。该措施能从根源上解决问题，对通风系统和吊顶形式影响较小，技术难度小，对工期和施工成本基本不构成影响。但受建筑布局约束，需建筑专业配合。若具备条件，该措施是提升吊顶标高的最优措施。

此外，根据现场实际情况，可以在3个措施中同时选择2个或3个措施并用，以提升吊顶标高。如句容站出站厅，若采用措施三还是无法满足吊顶标高要求，可将电力桥架和水管按措施二进行继续优化，出站厅中部吊顶标高还可提升。

在施工阶段，调整结构层高困难较大，解决室内净高不足问题，应从优化吊顶内水暖系统着手。通过给排水、暖通、电气、建筑等专业的密切配合，采用适当措施，运用BIM技术对优化方案进行综合管线布设和碰撞检查，使室内净高不足问题得以解决。本文从水暖系统的优化布设方面分析研究铁路站房提升吊顶标高的措施与方法，希望能给类似施工提供参考。