中鐵二院工程集團有限責任公司 榮添
本文將以在重慶西站鐵路綜合交通樞紐工程設計過程中，消火栓管網水力計算部分遇到的問題進行闡述，並說明建立管網模型採用哈代－克羅斯法進行平差計算的方法和過程，以及最終的設計參數。
工程概況
重慶西站位於沙坪垻區原上橋東站（貨運）站址，東臨內環快速鳳中立交，西靠中梁山山脈，南接華巖旅遊風景區，北臨渝昆高速西環立交。距重慶江北國際機場40ｋｍ，距重慶北站（龍頭寺火車站）17ｋｍ，距重慶站（菜園壩火車站）2ｋｍ。
重慶西站鐵路綜合交通樞紐工程是重慶西站的站前地下綜合換乘樞紐，集地鐵、公交、長途、出租、旅遊、社會車各種交通為一體，建成後將是重慶地區最大的客運樞紐系統。含地面及地下３層，建築高度：－15ｍ，總建築面積：406251ｍ２。
計算原理及過程簡述
（1）哈代－克羅斯法
哈代－克羅斯法是城市供水管網的常用計算方法，在此不再累述原理。由於實際火災發生時，往往是某一個地方先著火，而後逐漸蔓延。採用消火栓撲救時，使用的消火栓集中在著火點周圍，對於管網而言，用水點集中，這個時候的工況也是最不利的工況。那麼，我們就採用當最不利消火栓處著火時的工況作為設計工況。
計算時，首先確定消防泵房及最不利消火栓的位置，然後繪製消防環網並對各節點編號，建立管網模型，取連接最不利消火栓的供水幹管及其相鄰幹管，分 配 流 量 進 行 計 算。次計算後，假設環狀管網某段斷開，校核事故工況。樹上鳥教育給排水設計楊老師。
例如圖１中，消防泵房位於左上角１處，最不利消火栓則位於右下角４處，假設最不利消火栓附近 Ａ點著火，那麼消防流量將由管段３－管段４承擔，３節點、４節點處各分配一半消防流量，其餘各管段起傳輸作用，剩餘節點不再有節點流量。
（2）計算過程
首先在圖上確定消防泵房（水源）位置，然後根據消防泵房的位置找到最不利消火栓，以確定輸水路徑，並進行最不利點平差。然後通過水壓等高線繪製，找到數條管網的最不利管段，依次斷開各條最不利管段再次進行平差，作為事故工況的校核（見圖１）。
工程實例計算
下面以重慶西站鐵路綜合交通樞紐工程為例計算管網阻力，消火栓管網平面布置如圖２所示（本文力求簡練，故僅單獨計算地下１層）。
根據《消防給水及消火栓系統技術規範》（GB50974-2014），本次設計參數為：室內消防設計流量為40Ｌ／，同時使用的水槍數為８支，栓口壓力0.25ＭＰａ。
（1）消火栓環網採用 ＤＮ150管徑時管網平差計算
消防泵房位於圖中 １處，２處則為最不利消火栓，廣場長約672ｍ，寬約262ｍ（見圖２）根據管網平差計算，結果如表１所示。
由圖１計算可知，當管網所有管段正常工作的時候，採用ＤＮ150設計消火栓管網是能滿足工程要求的。那麼，當某段管道檢修的時候，管網的工況又會發生什麼變化？哪段管道的停用對管網的工況影響最大呢？
於是，根據正常工況時計算出的數據，繪製出了管網壓力等高線圖，如圖３所示。
顯然，等壓線分布越密集的地方，沿程損失越大，也說明了此段管道負擔的流量大，如果此段管道一旦發生故障，對整個管網的影響最大。那麼，我們就選取圖中等壓線分布最密集的２處地方斷開，校核事故工況。
由圖４可知，Ａ 段管道斷開時，原來流經 Ａ 段管道的流量全部由 Ｂ段管道負擔，Ｂ段 管 道 的 流 量 會 急 劇 增 大，阻力也隨之增大；同理，Ｃ段管道斷開時，原來流經 Ｃ段管道的流量全部由 Ｄ 段管道負擔，Ｄ 段的流量會急劇增大，阻力也隨之增大。計算結果如表２。
（2）消火栓環網採用ＤＮ100、ＤＮ200管徑時管網平差計算
本節計算過程同（1），不再贅述，僅列出計算結果見表３和表４
（3）計算結果分析
根據《消防給水及 消 火 栓 系 統 技 術 規 範》（GB50974-2014）8.1.8條，消防給水管的流速不宜大於2.5ｍ／ｓ，結合第３章的計算結果，ＤＮ150或者 ＤＮ200的環網皆能滿足安全供水的需求，而ＤＮ100的環網則由於管網壓差過大，水流流速偏快而不採用。又因為ＤＮ150的管道相對於ＤＮ200管道更加經濟，也更節省寶貴的淨空空間，故本次設計採用管徑為ＤＮ150的消火栓環網。
結語
以往的建築規模小，消火栓管網長度短，結構簡單，對管網的阻力計算以估算為主，各類計算方法的誤差也不大；改革開放以來，特別是近20年，隨著建築體量的不斷增加，室內管網規模逐漸增大，也越來越複雜。那麼是不是規模越大的管網阻力損失越大呢？在消防要求越來越嚴，對消火栓栓口壓力要求越來越高的今天，又如何通過計算模擬更加真實的消防工況呢？
通過本文的建模計算，我們對不同管徑下、不同工況下的管網阻力變化有了一個初步的認識，也說明了管網的阻力損失並不簡單地是與管網的規模正相關的，管網的阻力損失與管網的管徑、尺度、複雜程度、消防流量等都有十分密切的聯繫。為了工程設計更加地精確、嚴謹，在遇到一些大規模、雜的消火栓管網時，應 採 用 平 差 的 方 法 科 學 地 計 算，在 保證環網安全可靠的前提下，儘量提高工程的經濟性、美觀性、裝的便捷性。
本項目的環網幹管數量達到了近20000ｍ，終經過計算採用ＤＮ150管網，比ＤＮ200管網節省了一筆可觀的費用，同時也降低了管道荷載，節省了寶貴的梁下空間，提高了施工的效率。#給排水設計#
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