高層建筑燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)的設(shè)計與建造

摘 要

摘要：根據(jù)澳門的工程實踐，對高層建筑燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)的設(shè)計建造準(zhǔn)則進(jìn)行了分析。燃?xì)饬⒐馨惭b在專用管井內(nèi)，用戶燃?xì)獗砑邪惭b在住宅樓層的燃?xì)獗矸績?nèi)，用戶調(diào)壓器置于燃?xì)獗砬?，將?/p>

摘要：根據(jù)澳門的工程實踐，對高層建筑燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)的設(shè)計建造準(zhǔn)則進(jìn)行了分析。燃?xì)饬⒐馨惭b在專用管井內(nèi)，用戶燃?xì)獗砑邪惭b在住宅樓層的燃?xì)獗矸績?nèi)，用戶調(diào)壓器置于燃?xì)獗砬?，將輸送壓力調(diào)到適合用戶燃具使用的范圍，燃?xì)庥砂德穹笤O(shè)管道輸送至室內(nèi)的燃具。
關(guān)鍵詞：高層建筑；室內(nèi)燃?xì)夤?yīng)；燃?xì)夤芫?；集中裝表；燃?xì)獗矸浚挥脩粽{(diào)壓器；暗埋敷設(shè)；安全準(zhǔn)則
1 概述
高層建筑作為現(xiàn)今城市發(fā)展中土地集約利用的一種有效解決方案，越來越普遍為城市規(guī)劃部門所鼓勵，越來越多被地產(chǎn)開發(fā)商所采用。高層建筑中燃?xì)夤?yīng)的安全性與可靠性也越來越受到業(yè)界的重視[1～5]。研究高層建筑燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)的設(shè)計與建造準(zhǔn)則，其要旨是提升工程、技術(shù)和社會福利的水平。
在澳門，由于土地資源稀缺，住宅樓宇絕大多數(shù)是高層建筑，樓宇內(nèi)住戶較多，人員密集，能源消耗量大。燃?xì)獗举|(zhì)上是一種易燃的物質(zhì)，燃?xì)夤こ處熢诼男新氊?zé)時需非常關(guān)注燃?xì)獍踩⑷細(xì)夤?yīng)的可靠性。科學(xué)技術(shù)的日新月異，材料設(shè)備的推陳出新，建造工藝的與時俱進(jìn)，為燃?xì)夤こ處熢O(shè)計更加安全可靠的供氣系統(tǒng)提供了前所未有的可能性。筆者根據(jù)澳門的工程實踐，從安全性、可靠性和環(huán)境友好性的工程理念出發(fā)，就高層建筑燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)的沒計與建造的基本準(zhǔn)則進(jìn)行分析。
2 燃?xì)夤芫?/span>
市區(qū)內(nèi)的高層建筑被稱為城市的一道風(fēng)景，為不影響建筑物外觀，同時考慮到維護(hù)檢修便利，樓字設(shè)備(Building Service)系統(tǒng)的立管均安裝在樓宇內(nèi)部的管道豎井內(nèi)。樓宇設(shè)備管道安裝在管井內(nèi)還可以縮減長度，節(jié)約建筑內(nèi)部空間。
高層建筑內(nèi)燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)中的立管安裝在只供安裝燃?xì)庠O(shè)施的專用管井內(nèi)。管井由地面層貫通裙樓部分，并與標(biāo)準(zhǔn)層住宅燃?xì)獗矸课恢孟噙B接。管井的建造采用不可燃材料，并需有2h耐火效能，管井最高和最低位置分別設(shè)置金屬百葉通風(fēng)口與樓字外界相通，通風(fēng)口面積不應(yīng)小于0.1m2。在設(shè)置機(jī)械通風(fēng)的情況下，開口面積可不作要求。
管井上宜設(shè)置檢修口，檢修口應(yīng)直接由公共通道可以到達(dá)，其檢修門采用不可燃材料建造，并需與建筑間隔墻體具有同等級的耐火效能。檢修門應(yīng)設(shè)自動關(guān)閉裝置且不漏煙氣，并保持關(guān)閉。門外設(shè)置警示牌。
基于安全準(zhǔn)則，住宅樓宇內(nèi)的燃?xì)夤艿拦鈮毫Σ粦?yīng)超過150kPa，而安裝在專用管井或套管中的燃?xì)夤艿肋\行壓力不宜超過40kPa。管道采用焊接方式連接，應(yīng)盡可能減少使用螺紋或法蘭連接的機(jī)會。如果使用，則只適用于將來需要拆卸的管段、設(shè)置路線受到嚴(yán)重限制的管段或在現(xiàn)場焊接操作時不可能正確施工的管段。
3 燃?xì)獗矸?/span>
高層住宅樓宇的設(shè)計中，住宅標(biāo)準(zhǔn)層均設(shè)有諸如水表房、電表房、燃?xì)獗矸?、消防設(shè)備房、垃圾房等樓宇設(shè)備房間，同一樓層住戶的燃?xì)獗砭图邪惭b在該樓層的燃?xì)獗矸績?nèi)。
集中裝表是基于以人為本的設(shè)計理念，一方面保障用戶的隱私空間不受侵?jǐn)_，另一方面兼顧公共服務(wù)提供商獲得用戶消費數(shù)據(jù)的可到達(dá)性。
燃?xì)獗矸考叭細(xì)鈱Ｓ霉芫牟贾貌粦?yīng)鄰近電表房、樓宇電梯井、消防隔火室(逃生樓梯的前室)及樓宇的逃生出口。
燃?xì)獗矸块T采用不可燃材料建造，至少有1h耐火效能，向外開啟，并設(shè)置自動關(guān)閉裝置。燃?xì)獗矸績?nèi)需有一面墻為建筑物的外墻，該面墻的高低位設(shè)置金屬百葉通風(fēng)口，使得燃?xì)獗矸績?nèi)與建筑物外界保持良好通風(fēng)。
每臺燃?xì)獗矶紤?yīng)采用不會被擦掉的標(biāo)記清楚地注明它們所服務(wù)的用戶。在燃?xì)獗矸块T的外側(cè)，應(yīng)設(shè)置一個用不可燃材料制成的告示牌，同樣以不會被擦掉的標(biāo)記注明燃?xì)獗矸棵Q及提醒公眾注意安全，并附上供氣商名稱及其處理緊急事故的聯(lián)系電話，以備不時之需。燃?xì)獗矸坎贾靡妶D1。
 

    高層樓宇內(nèi)燃?xì)夤芫c燃?xì)獗矸康奈恢梅峙洌瑺可娴浇ㄖδ懿季?、防火分區(qū)、安全疏散等諸多方面，應(yīng)當(dāng)從建筑設(shè)計的一開始即仔細(xì)考慮，周密安排。通過建筑師以及結(jié)構(gòu)、給排水、電力、電信、空調(diào)、消防、燃?xì)獾葘I(yè)設(shè)計師的共同努力，謀求技術(shù)與建筑的和諧，其中包括將樓宇設(shè)備系統(tǒng)納入所建空間之內(nèi)，樓宇設(shè)備系統(tǒng)與所處的環(huán)境之間的協(xié)調(diào)，樓宇設(shè)備系統(tǒng)各組成部分之間的完美協(xié)調(diào)，做到布局更合理，功能更完善，商業(yè)價值最大化。
燃?xì)夤芫c燃?xì)獗矸康脑O(shè)置需符合以下安全準(zhǔn)則：
① 燃?xì)夤艿离m處于樓宇內(nèi)，但燃?xì)夤艿浪?jīng)過的路徑應(yīng)確保通風(fēng)；
② 避免泄漏的燃?xì)庠诠猛ǖ纼?nèi)擴(kuò)散；
③ 能迅速將泄漏的燃?xì)馀胖两ㄖ锿獠浚?/span>
④ 限制可能發(fā)生爆炸的破壞力，并保證在萬一發(fā)生此情形下被保護(hù)的樓梯仍可使用。
無論何處的燃?xì)夤芫叭細(xì)獗矸慷紤?yīng)從建筑的公用部分便可接近與檢修。另外，主干管道不應(yīng)穿過任何住戶或私人商鋪的內(nèi)部(包括陽臺)。
如遇燃?xì)夤艿乐型舅椒较虼┰街T如裙樓停車場等室內(nèi)公用空間，則燃?xì)夤艿理毎惭b在連續(xù)和密封的金屬套管中，套管的端部需位于自由通風(fēng)的地方。套管的截面積不小于100cm2，這樣，一旦燃?xì)庑孤憧砂哑湟龑?dǎo)至套管的端部，從而將漏出的燃?xì)馀诺酵饨?，避免?gòu)成危險。
4 用戶調(diào)壓器
在澳門，近年建設(shè)的大部分住宅的層數(shù)一般在33～56層，樓宇高度在100m以上，因建筑高度而引起的燃?xì)飧郊訅毫^大。為減小用戶使用燃?xì)鈮毫Φ牟▌臃秶?，克服附加壓力對燃具的影響，提高燃具燃燒的穩(wěn)定性和燃燒效率，實現(xiàn)安全及環(huán)保，在工程實踐中，在用戶的燃?xì)獗砬霸O(shè)置獨立的用戶調(diào)壓器。
基于本質(zhì)安全的設(shè)計準(zhǔn)則，每一個用戶調(diào)壓器可內(nèi)置一套壓力保護(hù)的安全裝置，亦稱限流器，限流器可在出現(xiàn)以下任何一項情況時，能自動切斷燃?xì)夤?yīng)：
① 上游壓力低于或超過正常值的一定比例；
② 下游壓力未達(dá)到(因流量過大)或超過預(yù)設(shè)的壓力值。
當(dāng)用氣條件正常后，限流器無需手動，可自動復(fù)位而恢復(fù)燃?xì)夤?yīng)。此類限流器多用于由于下游需求的非正常的突然增大(如漏氣發(fā)生)而燃?xì)饬髁客蝗辉龃蟮那闆r，此時限流器自動關(guān)閉，可防止漏出更多的燃?xì)舛鴮?dǎo)致危險發(fā)生。
另外還有一種安全的做法是將燃具前的閥門選擇為有限流功能的閥門，或普通閥后加裝一個限流閥。該限流閥也是一個安全裝置，正常情況下開啟，當(dāng)燃?xì)饬髁砍^設(shè)定值(一般而言是額定流量的1.5倍)時會自動關(guān)閉。這樣，限流閥就可以防止下游管道或燃具發(fā)生燃?xì)獯罅柯┏龅奈ｋU(特別是因連接燃具的膠管松脫或破裂)。
基于安全準(zhǔn)則，燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)在滿足用戶需求的前提下，應(yīng)當(dāng)保持在較低的壓力下運行，以降低供氣設(shè)施的漏氣量。當(dāng)前澳門工程實際中，住宅樓宇供氣立管的運行壓力大多數(shù)在7～14kPa范圍。而用戶調(diào)壓器最大進(jìn)口壓力可達(dá)到35kPa，出口壓力范圍為1.5～3.5kPa，設(shè)定低壓切斷的壓力范圍為1.0～1.5kPa。
5 支管暗埋
建筑設(shè)計追求和諧美觀。燃?xì)夤こ處熞庾R到工程設(shè)計的核心主題是為“人”服務(wù)，在工程實踐中，力求以其對燃?xì)鈱I(yè)之深厚學(xué)識，運用本身良好的工程判斷力及迅速解決問題的技能，無論是在技術(shù)安全方面，還是在建筑和諧方面，積極進(jìn)行創(chuàng)新和優(yōu)化，提出最佳的方案。
外露敷設(shè)的管道占用室內(nèi)空間，外露管道對室內(nèi)裝飾造成妨礙，缺乏美感；外露管道時間一長還會藏納灰塵，產(chǎn)生銹跡，直接影響到用戶的生活舒適與視覺觀賞，降低了樓宇的商業(yè)價值。目前，各種各樣的管線已經(jīng)延伸至建筑物的每個角落，從和諧美觀和環(huán)境衛(wèi)生的角度考慮，設(shè)計師有必要避免上述不利因素，一方面宏觀顧全大局，另一方面工夫入微，通過精細(xì)化的設(shè)計，對樓宇設(shè)備管線進(jìn)行掩蔽，以有效預(yù)防在生活空間中積聚大量的灰塵，燃?xì)庵Ч芤舶德裼诮ㄖ锏臉前寤驂ι碇小?/span>
基于安全原則，須對暗埋敷設(shè)的管子、管件的材質(zhì)強(qiáng)度、連接方式提出要求。建筑物內(nèi)輸送燃?xì)獾墓艿佬璨捎肁PI 5L標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格X52或X42等級的無縫鋼管，相應(yīng)管子、管件標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)參數(shù)見表1。
表1 管線鋼管、管件、法蘭及焊條技術(shù)規(guī)格
項目
標(biāo)準(zhǔn)
材料代號
最小屈服極限/MPa
最小抗拉強(qiáng)度/MPa
鋼管
API Specification 5 L(2009版)
X52
360
460
X42
290
415
管件
ASTM A860/A860M(2005版)
WPHY52
360
455
WPHY42
290
415
法蘭
ASTM A694 A694M(2003版)
F52
360
455
F42
290
415
焊條
AWS A5.5/A5.5M(2006版)
E7010-P1
415
490
鋼管及管件厚度規(guī)格為Schedule 40，當(dāng)需要管道以較高的壓力輸送燃?xì)饣蛞蚬艿罒o法焊接而需螺紋連接時，厚度宜采用Schedule 80規(guī)格，螺紋連接應(yīng)采用EN-10 226標(biāo)準(zhǔn)錐形螺紋，螺紋間采用EN-751標(biāo)準(zhǔn)的聚四氟乙烯(PTFE)生料帶填充密封。
傳統(tǒng)的暗埋方式是在樓宇土建完工之后再相應(yīng)地打鑿，在建筑物的樓板和墻身進(jìn)行開槽開洞，待管道敷設(shè)完成之后予以填補(bǔ)，這種傳統(tǒng)的安裝方式適合砌壘建筑(磚-石-混凝土預(yù)制件)，該方式對建筑物本身結(jié)構(gòu)有一定影響，甚至降低結(jié)構(gòu)的整體性和承載能力，安裝過程中也產(chǎn)生更多的建筑垃圾和環(huán)境噪聲，故并不環(huán)保。在以現(xiàn)澆混凝土方式建造的高層建筑中，從位于樓宇大廈公用通道的燃?xì)獗矸康礁鱾€用戶內(nèi)部用氣地點的燃?xì)夤艿赖陌德穹笤O(shè)方式是，在樓宇建造期間的樓層澆筑混凝土階段，于樓板或墻身扎鋼筋釘模板時，一并將燃?xì)夤艿婪笤O(shè)在樓板或墻身內(nèi)，且與其他暗埋的樓宇設(shè)備管線如冷熱水、電力、電信管線以及煙囪保持一定安全距離：
① 對于水管，平行設(shè)置時為5cm，交叉設(shè)置時為3cm；
② 對于電管線，平行設(shè)置時為10cm，交叉設(shè)置時為3cm；
③ 與煙囪的距離為5cm。
暗埋敷設(shè)的管道以路徑最短為原則，但燃?xì)獗硐掠蔚挠脩糁Ч艹怂獾挠脩敉?，不可穿過其他私人空間。同時不能影響建筑物的可靠性、通風(fēng)性、密閉性、隔熱及隔聲功能。不能穿越建筑物的變形縫(包括伸縮縫、沉降縫、抗震縫等)。
暗埋到混凝土中的無縫鋼管不再需要任何額外的涂層保護(hù)，暗埋管道的覆蓋層最小厚度為2cm。
暗埋敷設(shè)的管道不得采用機(jī)械連接方式(如脹接、壓接、卡接、卡套等)及螺紋連接，優(yōu)先采用焊接方式連接，并盡量減少焊口的數(shù)量，遇管道轉(zhuǎn)彎時采用冷彎的形式敷設(shè)。
管道的強(qiáng)度并不等于管材的強(qiáng)度。管道敷設(shè)完成后，需進(jìn)行壓力測試。參考ASME B31.8(2010版)中對用戶支管壓力測試的規(guī)定，對于操作壓力小于6.9kPa且不具有可暫時封堵泄漏處的保護(hù)層的用戶支管，應(yīng)按69kPa的壓力進(jìn)行測試；而對于操作壓力小于6.9kPa且具有可暫時封堵泄漏處的保護(hù)層的用戶支管，應(yīng)按621kPa的壓力進(jìn)行測試。
基于安全準(zhǔn)則，對于暗埋到混凝土中的燃?xì)夤艿腊?21kPa的壓力進(jìn)行測試。
相對較高的測試壓力可以讓管道原有的缺陷暴露較多，且暴露缺陷的尺寸較??；反之較低的測試壓力，缺陷暴露越少，暴露缺陷的尺寸越大，給暗埋管道留下隱患越大，且很難補(bǔ)救。測試需有足夠的穩(wěn)壓時間，最短穩(wěn)壓時間為1h，最長為4h，以利于充分顯露缺陷，在較高壓力測試下沒有顯露的缺陷，在低于測試壓力條件下運行時，潛在的缺陷將不會擴(kuò)大[6]。
測試合格后方可澆筑混凝土。其后還須進(jìn)行數(shù)次測試，包括室內(nèi)裝修完工后、交付使用前，以保證管道的氣密性。
6 燃具安全
作為燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)安全控制鏈中的末端，也是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，設(shè)置在用戶室內(nèi)的燃具的安全條件尤為重要。這是因為整個供氣系統(tǒng)設(shè)計建造是以用戶能安全且不間斷使用燃?xì)鉃樽罱K目標(biāo)?，F(xiàn)時澳門工程實踐中，大多數(shù)的新建住宅樓宇，用戶室內(nèi)的燃具也是與室內(nèi)裝修相配套一并交付用戶使用的，因此作為樓宇燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)的組成部分，燃具的安全技術(shù)條件也需在整個燃?xì)庀到y(tǒng)設(shè)計建造過程中予以詳細(xì)考慮。否則，整個燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)的安全性與可靠性就功虧一簣。
燃具的安全技術(shù)條件反映在3個方面：
① 燃具設(shè)計是本質(zhì)安全的，其性能含有內(nèi)在能夠從根本上防止事故發(fā)生的功能，包括失誤-安全功能(誤操作不會導(dǎo)致事故發(fā)生或自動阻止誤操作)，故障-安全功能(發(fā)生故障時自動轉(zhuǎn)變?yōu)榘踩珷顟B(tài))。
② 燃具的安裝技術(shù)條件也能完全保證安全運行。
③ 用戶的正確使用行為。
燃?xì)庠畋旧碓O(shè)計應(yīng)有熄火保護(hù)裝置，熄火保護(hù)裝置指對火焰特性敏感的內(nèi)置式控制裝置。如果點火時出現(xiàn)問題或火焰意外熄滅，該控制裝置可以感應(yīng)到?jīng)]有火焰，而將供應(yīng)至灶具燃燒器的氣體切斷，以確保安全。燃?xì)庠畎惭b位置上方設(shè)置抽油煙機(jī)，與大廈公共煙囪相接駁，用戶的煙管內(nèi)應(yīng)設(shè)有防止煙氣倒流的裝置。
現(xiàn)代居家熱水器必不可少。燃?xì)鉄崴鞅仨毎惭b于有足夠永久通風(fēng)的地方，讓燃?xì)馔耆紵褵煔馔桩?dāng)?shù)嘏懦?，且能在正常的操作情況下將附近的環(huán)境溫度維持在安全范圍內(nèi)。
基于安全準(zhǔn)則，燃?xì)鉄崴靼惭b地點首選是戶外陽臺，熱水器類型為戶外強(qiáng)排機(jī)。該機(jī)型同時須具備防雨防風(fēng)功能(Weatherproof)。燃?xì)鉄崴鞴╇娝璧牟遄蚪泳€盒必須具備防水功能。
如果用戶的主浴室的用水點距離安裝在戶外陽臺的燃?xì)鉄崴鬏^遠(yuǎn)，當(dāng)用戶開啟熱水開關(guān)時，從用水點到熱水器之間管道內(nèi)的冷水必須流盡才能享用熱水，造成了水資源的浪費和使用熱水的不便以及較長的等待時間。為了使享用熱水的舒適度達(dá)到最佳，有以下兩種解決方案：
第一種方案：熱水器可以選擇安裝在廚房內(nèi)、用戶的主浴室(或主衛(wèi)生間)等地方，盡量靠近用水點的位置，選擇熱水器的機(jī)型為室內(nèi)對衡機(jī)(平衡式)。該機(jī)型外殼是密封的，和外殼連成一體的煙管采用管中管的設(shè)計(出水量在32L/min及以上規(guī)格的機(jī)型采用獨立雙管設(shè)計)，形成內(nèi)外兩層，煙管進(jìn)出口部分(煙筒)伸出外墻，熱水器運行燃燒時所需的新風(fēng)由煙管的外層抽取自室外，燃燒后產(chǎn)生的煙氣由煙管的內(nèi)層排到室外，熱水器對室內(nèi)空氣既不消耗也不污染。該特點使對衡式機(jī)型熱水器具有以下兩條顯著優(yōu)點：
① 極大的使用安全性；
② 安裝在密閉不通風(fēng)處的可能性，這樣還能節(jié)約空間(如安裝在廚房櫥柜里)。
然而，對衡機(jī)有關(guān)煙管的安裝位置需于樓宇建造期間預(yù)先留好孔洞，且保證煙管長度盡可能短，煙管的彎頭數(shù)量盡可能少(而強(qiáng)制排煙式熱水器的煙管最大長度、彎頭最大數(shù)目等，應(yīng)遵照制造商的指引)。室內(nèi)對衡機(jī)安裝布置見圖2。
 

第二種方案：熱水器依然安裝于戶外陽臺，另為熱水器添置一套循環(huán)裝置(含小型水泵、水溫設(shè)定及感應(yīng)裝置、顯示屏等)，組成一個家用中央循環(huán)熱水供應(yīng)系統(tǒng)(見圖3)。用戶在每次使用熱水之前，只要先開啟室內(nèi)任意一個熱水出水口的水龍頭，流水約1～2s再關(guān)閉，這樣就給了循環(huán)水泵一個啟動運行的信號，循環(huán)水泵開始自動循環(huán)。熱水器的水流感應(yīng)器感應(yīng)到水流就會啟動燃燒。當(dāng)循環(huán)水泵機(jī)盒感應(yīng)器感應(yīng)到循環(huán)管路中水溫上升到預(yù)先設(shè)定的溫度，如40℃時，循環(huán)水泵就會自動停止工作。然后，要使用熱水時一開水龍頭即時就有設(shè)定水溫的熱水出來了。相應(yīng)冷熱水循環(huán)管道需于樓宇建造期間預(yù)先暗埋敷設(shè)，而熱水管最好能適當(dāng)絕熱。
 

燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)的安全性還取決于用戶的使用行為。用戶應(yīng)該按照燃具制造廠商的安全操作指引和供氣商的安全建議來正確使用各種燃具，并請專業(yè)的技術(shù)人員對燃具進(jìn)行有計劃的維護(hù)保養(yǎng)和預(yù)防性的維修。供氣商也應(yīng)對用戶的燃具定期安全監(jiān)督和定期檢查，保證燃具始終處于可靠狀態(tài)，以策安全。
7 結(jié)語
在工程實踐中，遵循上述安全準(zhǔn)則，實施精細(xì)化的設(shè)計，運用科學(xué)的建造方法，高層建筑燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)的安全性與可靠性得到保障的同時，用戶的生活環(huán)境質(zhì)量、福利水平也得到提升。
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(本文作者：魏亮 澳門美豐石油有限公司 澳門)