电子厂房重型机电管线施工技术研究

摘要：江阴锂离子电池生产项目为大型钢结构电子厂房工程，机电管线系统复杂，高悬挑、大跨度的钢结构导致机电管线安装难度大，且屋面檩条无法满足重型机电管线安装荷载要求。对钢结构和机电管线进行深化设计，设计悬吊管廊和落地管廊，不仅可提高结构的整体安全性及稳定性，提升机电管线安装效率，实现快速安装，同时为后期电子厂房扩容增建提供可行性。

关键词：钢结构；厂房；机电管线；深化设计；管廊；安装

大型钢结构电子厂房因建筑功能性要求，机电管线系统复杂，钢结构与机电管线交叉作业面多，且屋面檩条常无法满足重型机电管线安装荷载要求，高悬挑、大跨度的钢结构导致机电管线固定生根和安装难度大。钢结构厂房施工过程中，前期深化设计阶段就需确定管线安装形式及固定方式。通过对江阴锂离子电池生产项目的钢结构和机电管线进行深化设计，在不变动原有钢结构主体框架的前提下，设计悬吊管廊和落地管廊，突破原有钢结构屋面及檩条受力荷载限制，不仅提高整体安全性及稳定性，降低机电管线安装施工难度，提升安装效率，实现快速安装，缩短工期，同时为后期电子厂房扩容增建提供可行性。

1工程概况

江阴锂离子电池生产项目为大型钢结构电子厂房工程，占地面积12.8万m2，总建筑面积8.8万m2，包括组装厂房、电芯厂房、动力站、电芯库等功能建筑（见图1）。其中组装厂房、电芯厂房各3万m2，主体结构为单层钢结构，建筑高度11.8m。项目机电系统体量大且管线复杂，机电管线安装成为重中之重。因原设计方案屋面檩条无法满足机电管线安装荷载需求，从施工安全性及可操作性角度考虑，对钢结构和机电管线进行深化设计，在不变动原有钢结构主框架的前提下，通过在钢梁下设计悬吊管廊及在地面混凝土柱旁设计高强度落地管廊，突破原有钢结构屋面及檩条受力荷载限制，降低机电管线安装施工难度，实现快速安装，缩短工期，同时为后期电子厂房扩容增建提供可行性。

2工艺原理

在工程建设初期，对钢结构和机电管线进行深化设计，通过设计悬吊管廊及高强度落地管廊，解决钢结构厂房重型机电管线安装困难的问题，突破原有钢结构屋面檩条受力荷载限制，解决大直径管道安装问题。管廊系统提供固定安装受力面可作为工人安装施工操作面，降低机电管线安装施工难度，保证机电管线整体快速安装。

3施工工艺流程

施工工艺流程如图2所示。

4施工操作要点

4.1原设计方案分析

钢结构电子厂房工程机电系统体量大且机电管线系统复杂，管道敷设安装困难、风险大。厂房原计划于屋面檩条上吊装机电管线，但在设计说明中，明确表示（吊顶、喷淋、风管、桥架等）荷载为1.2kN/m2，即120kg/m2，而屋面檩条最大承重为60kg/m2，因此仅靠屋面檩条不足以承担机电管线和吊顶的荷载。同时厂房屋面钢框架最低处标高为10.000m，机电管线吊装固定于屋面檩条上吊杆过长，机电管线安装难度大且增加风险隐患。机电管线体量大，系统复杂，吊架种类和数量多，会进一步影响施工效率，降低施工质量，影响机电管线安装工期进度。厂房大型管道型号主要为DN600和DN700，原设计方案为吊杆吊装。但由于无缝钢管管径较大，且管道系统为冷冻水系统，管道连同管道内介质流体重量每2m重量就达到1t，管道整体负荷较大，一般吊架无法承受，施工难度大且存在较高的风险。

4.2悬吊管廊深化与施工图设计

通过对原设计方案的综合分析，在满足机电管线施工要求的同时，不改变现有钢结构体系的前提下设计更优化的方案。在钢结构屋面梁下用吊柱吊挂吊梁与辅梁，然后在辅梁上敷设管道，直接将管道重量传递至屋面梁，相较在屋面面板上用膨胀螺栓固定管道吊架或在屋面檩条上固定管道吊架，所受强度限制大为减小，且可不受限制地敷设各种大管径管道。悬吊管廊不仅满足上部空间机电管线敷设要求，同时提供管廊下、吊顶上机电管线吊装固定受力面，机电安装施工竖向一分为二，同步进行，方便机电管线快速安装施工，便于后期对电子厂房机电管线进行运维检修。4.2.1悬吊管廊平面布置考虑到厂房屋面钢框架最低处标高为10.000m，房间吊顶标高主要为4.000m及2.800m，设计悬吊管廊吊梁及檩条顶标高为6.000m。通过悬吊管廊将厂房空间分割为两部分，满足上部空间机电管线敷设要求，同时满足管廊下、吊顶上机电管线安装需求。且考虑到管廊下吊顶及机电管线安装需求，设计檩条布置间距为1.2m，如图3所示。4.2.2悬吊管廊规格型号选定确定设计方案、标高及排布后，通过核算确定悬吊管廊规格为：吊柱（H150×150×6×8），吊梁（H350×175×4.5×8），檩条（H150×150×6×8），材质均为Q345B，满足机电管线安装敷设荷载要求。

4.3高强度落地管廊深化与施工图设计

4.3.1平面布置通过对原设计方案的综合分析，在满足机电管线施工要求的同时，不改变现有结构，设计更优化的方案。考虑到大直径管道分为主干管和支管敷设，设计门形高强度落地管廊，根据敷设要求，钢柱及钢梁顶设计标高为3.500m。设计纵横交错呈网格状排布的钢梁，以及设置在钢梁网格交叉处的钢柱，每根钢柱与网格交叉处的2根钢梁分别固定连接；钢梁分为纵向钢梁层和横向钢梁层2层，同一层中的钢梁上表面共面设置，2层钢梁上下错开设置，分别为3.5m和4.8m。通过将钢梁组合成纵横交错的网格后与钢柱连接，并用抗压强度较高的混凝土柱额外加强钢柱，极大增强管廊承载能力，可承载大直径管道敷设；本工法中，纵横交错的2层钢梁上下错开，不仅可承载平行于管廊的干管，还为从干管上引下的支管提供支撑位置，避免支管影响地面上人与设备的通行，方便管线安装的同时保证后期运维检修（见图4，5）。4.3.2规格型号选定确定设计方案、标高及排布后，通过核算确定高强度落地管廊规格为：钢柱（HW300×300），钢梁（HM390×300×10×16），材质均为Q235B，满足机电管线安装敷设荷载要求。

4.4现场施工

4.4.1悬吊管廊施工根据设计图纸，编制施工方案，进行现场施工，如图6所示。施工流程为：测量放线→吊柱安装→吊梁安装→辅梁安装→机电管线安装。1）测量放线根据平面控制网、高程控制网测放悬吊管廊平面轴网和高程控制点。2）吊柱安装吊柱上端通过单剪板或双剪板与屋面梁固定连接，然后用螺栓连接端板与吊梁。3）吊梁安装吊梁通过吊柱下端带有肋板的端板与其固定连接，然后用螺栓连接端板与吊梁。4）辅梁安装辅梁与吊梁通过单剪板固定连接，然后用螺栓连接端板与辅梁。5）机电管线安装机电管线地面预制分段加工连接，通过悬吊管廊上方固定支架下方固定吊架，将机电管线安装施工面划分为上下两部分，同步施工进行，保证机电管线快速安装施工。4.4.2落地管廊施工根据设计图纸，编制施工方案，进行现场施工。施工流程为：测量放线→安装钢柱→安装钢梁→连接钢梁与混凝土柱→安装机电管线。1）测量放线根据平面控制网、高程控制网测放落地管廊平面轴网和高程控制点。2）钢柱安装钢柱下端焊接有端板，并通过端板锚固在现场基面上，现场基面为混凝土地面，端板通过化学锚栓锚固在现场基面上，钢柱腹板每侧设置2根化学螺栓，钢柱与混凝土柱一一对应、贴靠混凝土柱设置。3）钢梁安装钢梁与钢柱通过设置在钢柱上的连接板固定连接，钢柱的2块翼缘板之间设置有与钢梁的翼缘板一一对应且共面的加劲板，然后用螺栓连接端板与钢梁。4）钢梁与混凝土柱连接钢梁通过单剪板与混凝土固定连接，然后用螺栓连接端板与混凝土柱。5）机电管线安装机电管线地面预制分段加工连接，通过落地管廊上横向纵向钢梁，大直径管道干管支管同步安装固定，保证机电管线快速安装施工。

4.5调试、验收

悬吊管廊及高强度落地管廊施工及相关区域机电管线安装完毕后，进行机电管线系统调试，调试合格且经验收后方可投入使用。

5效益分析

1）工期悬吊管廊及高强度落地管廊的深化设计，可提高现场施工效率，实现管线快速安装，满足各节点工期要求，提高了履约效率及品质，项目最高峰月产值达7000万元左右。2）质量和安全在不影响原主体结构设计的基础上满足功能要求，管廊系统提供支撑面和操作面，提升机电管线安装的安全性和质量。3）经济效益提高建筑安全性及稳定性，增加直接经济效益约500万元。4）社会效益通过对各专业各系统综合考虑，解决机电管线敷设吊装困难等问题，赢得业主等社会各界的认可和信赖，为行业技术进步起到借鉴作用。本技术已获国家专利两项：一种用于大直径管道的高强度管廊（ZL202021903509.4）；一种用于在室内敷设管道的悬吊管廊（ZL202021901576.2）。

6结语

本技术提供了一种大型钢结构电子厂房重型机电管线快速安装的解决方法，通过对钢结构和机电管线进行深化设计，设计悬吊管廊和落地管廊，不仅提高整体安全性及稳定性，提升机电管线安装效率，缩短工期，同时为后期电子厂房扩容增建提供可行性，取得良好的经济效益和社会效益，可为类似工程提供借鉴。

参考文献：

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［5］汪震洋.BIM技术在机电管线综合深化设计中的研究［J］.中国科技信息，2021（7）：55-56.

作者：刘占强 李龙 张国旭 郭晓娟 赵蕾 李孟函 单位：中国建筑一局（集团）有限公司华北公司 北京市农林科学院