裝配式建筑機(jī)電管線與新型建筑材料預(yù)制構(gòu)配件的設(shè)計研究

張瑩

（北京凱盛建材工程有限公司，北京 100024）

1 裝配式建筑的發(fā)展過程及展望

2016年，中共中央、國務(wù)院《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》指出，要大力推廣裝配式建筑，減少建筑垃圾和揚(yáng)塵污染，縮短建造工期，提升工程質(zhì)量。要求“制定裝配式建筑設(shè)計、施工和驗(yàn)收規(guī)范。完善部品部件標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)建筑部品部件工廠化生產(chǎn)。鼓勵建筑企業(yè)現(xiàn)場裝配式施工。建設(shè)國家級裝配式建筑預(yù)制構(gòu)配件生產(chǎn)基地。加大政策支持力度，力爭在10年左右時間，使裝配式建筑占新建建筑的比例達(dá)到30%”。同年3月17日《國家十三五綱要》正式發(fā)布，“提高建筑水平，安全標(biāo)準(zhǔn)和工程質(zhì)量，推廣裝配式建筑結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)”。由此，裝配式建筑被列為建筑業(yè)發(fā)展的方向，并作為結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、產(chǎn)業(yè)升級、綠色環(huán)保、節(jié)能減排的國家戰(zhàn)略方針。

2 當(dāng)前推廣裝配式建筑存在的難點(diǎn)和問題

當(dāng)前裝配式建筑在我國處于起步階段，嚴(yán)重缺乏國家層面的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及施工圖集，主要存在以下難點(diǎn)和問題：

1）傳統(tǒng)的設(shè)計模型理念不能滿足當(dāng)前裝配式建筑的需要；

2）缺乏關(guān)鍵的新型建筑材料的預(yù)制構(gòu)配件；

3）構(gòu)件集成連接點(diǎn)的構(gòu)造組合、裝配技術(shù)方式還不夠成熟；

4）BIM信息技術(shù)應(yīng)用還不夠普遍，深度不夠；

5）產(chǎn)業(yè)化聯(lián)盟建設(shè)還不夠?qū)I(yè)配套；

6）裝配式專業(yè)施工隊(duì)伍資質(zhì)認(rèn)證體系尚未出臺，整體水平不高。

3 裝配式建筑機(jī)電管線與新型建筑材料預(yù)制構(gòu)配件的設(shè)計實(shí)施要點(diǎn)

3.1 裝配式機(jī)電管線的特點(diǎn)

1）裝配式給排水專業(yè)、電氣專業(yè)設(shè)計應(yīng)首先滿足國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)配套規(guī)范，在此基礎(chǔ)上深入研究裝配式構(gòu)造特點(diǎn)，結(jié)合預(yù)制構(gòu)配件生產(chǎn)企業(yè)的加工能力，調(diào)整制定合理機(jī)電預(yù)埋機(jī)電管線的拆分、組合、裝配敷設(shè)方式，從而達(dá)到整體建筑構(gòu)配件的加工制作更加趨于合理，更加符合施工工藝，通過綜合設(shè)計，制定出技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的建筑機(jī)電管線一體化布局總體方案。

2）裝配式機(jī)電管線宜與室內(nèi)裝修一體化設(shè)計，充分考慮模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、滿足建筑物的使用功能。

3）充分考慮裝配式建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、合理分配機(jī)電設(shè)備管線路由走向，豎向主管線充分利用機(jī)房、管道井和電井空間，其他豎向支管線設(shè)計原則是在滿足后期使用功能的前提下，應(yīng)盡量避開剪力墻，使預(yù)制構(gòu)件的加工、施工更加方便，減少預(yù)制構(gòu)配件的預(yù)埋件和預(yù)埋孔，簡化節(jié)點(diǎn)，避免預(yù)制板的規(guī)格過多及造價過高，使其盡量敷設(shè)在二次結(jié)構(gòu)及新型綠色建筑材料的預(yù)制構(gòu)配件中。水平頂面機(jī)電管線敷設(shè)方式應(yīng)結(jié)合精裝修吊頂圖紙，盡量安裝在吊頂內(nèi)或盡可能明裝，水平地面的電氣管線應(yīng)敷設(shè)在疊合板的現(xiàn)澆層內(nèi)，給排水的地面管線應(yīng)在墊層內(nèi)，各種管線應(yīng)盡量減少交叉，尤其是三層交叉，應(yīng)精確安裝位置。實(shí)施前，設(shè)計單位應(yīng)與施工單位結(jié)合具體區(qū)域的預(yù)制墻體，疊合樓板的構(gòu)造進(jìn)行圖紙深化，并編制預(yù)制構(gòu)件的建筑專業(yè)、機(jī)電專業(yè)的深化圖紙，繪制節(jié)點(diǎn)大樣圖，深化圖紙主要包括預(yù)制構(gòu)件上給排水專業(yè)、電氣專業(yè)需預(yù)留預(yù)埋的孔洞、套管以及預(yù)埋件等，節(jié)點(diǎn)大樣圖應(yīng)標(biāo)明具體管線的路由排布、位置尺寸、管徑規(guī)格、操作步驟，敷設(shè)方式、施工順序。最終編制成切合實(shí)際的、可行的專項(xiàng)實(shí)施方案報設(shè)計、監(jiān)理審批。

3.2 裝配式建筑的特點(diǎn)

1）裝配式建筑可分為框架式和剪力墻式。施工材料大量采用預(yù)制構(gòu)配件，如疊合樓板、陽臺板、樓梯、梁、柱、輕質(zhì)墻等。在施工過程中，對預(yù)制構(gòu)配件進(jìn)行現(xiàn)場裝配與連接，對關(guān)鍵框架梁柱節(jié)點(diǎn)和樓板疊合，進(jìn)行現(xiàn)場澆筑，由此構(gòu)成了裝配式建筑施工的兩大特點(diǎn)。由于大量使用標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化的預(yù)制構(gòu)配件，從而取代了原有大量的現(xiàn)場澆筑、二次墻體砌筑工作，使得工廠加工預(yù)制構(gòu)配件與施工現(xiàn)場分離，不但降低建造成本，還可以減少施工過程中的環(huán)境污染。

2）疊合樓板是裝配式建筑里的一個新概念，是結(jié)合傳統(tǒng)的方式的現(xiàn)澆樓板和預(yù)制板兩者的優(yōu)點(diǎn)復(fù)合而成。預(yù)制構(gòu)配件廠加工成型的薄樓板運(yùn)抵現(xiàn)場后，進(jìn)行初裝配，一方面減少現(xiàn)場的澆筑量，另一方面取消了現(xiàn)場的模板支撐體系，提高了工作效率，在預(yù)制疊合樓板的基礎(chǔ)樓板上層，同時有保留一定高度的現(xiàn)澆層用作現(xiàn)場預(yù)埋機(jī)電管線的空間，更重要是還能提高復(fù)合后的樓板整體穩(wěn)定性和抗震性能（見圖1）。

圖1 疊合層樓板地面做法

3.3 機(jī)電管線敷設(shè)方式設(shè)計實(shí)施要點(diǎn)

3.3.1 室外主管線的敷設(shè)方式

裝配式住宅的給排水立管，電氣豎向電纜應(yīng)設(shè)在獨(dú)立的管道井、電井內(nèi)及設(shè)備機(jī)房內(nèi)。

3.3.2 室內(nèi)主管線的敷設(shè)方式

1）電氣專業(yè)的室內(nèi)配電箱（強(qiáng)弱電戶箱）應(yīng)合理確定位置，盡量避免在預(yù)制墻體上，同時避免或減少在常規(guī)分戶墻兩側(cè)對應(yīng)布置。必要時應(yīng)由建筑專業(yè)復(fù)核是否滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、隔聲效果及防火要求。

2）室內(nèi)電氣主管線的水平進(jìn)出線數(shù)量較多，管徑相對較大，應(yīng)采取如下方式解決：

①設(shè)法分流該處管線，合理布局；

②減少預(yù)制疊合樓板及建筑面層高度，提高疊合板上層的澆筑層高度；

③局部采用傳統(tǒng)的全部現(xiàn)澆型式；

④預(yù)埋最大管徑不宜超過澆筑層厚度的三分之一。

電氣管線的豎向排布應(yīng)考慮預(yù)埋后保護(hù)層的厚度，消防配電管保護(hù)層厚度不應(yīng)小于30mm,普通管線不應(yīng)小于15mm。

3）室內(nèi)給排水主管線一般采用明管敷設(shè)或降板結(jié)構(gòu)，排水管道采用同層排水方式，衛(wèi)生間應(yīng)使用柔性防水材料，薄弱環(huán)節(jié)應(yīng)做加強(qiáng)層，具有可靠的防滲漏體系，宜做兩層防水。

3.3.3 室內(nèi)支管的敷設(shè)方式

室內(nèi)支管的水平敷設(shè)應(yīng)盡量在吊頂、疊合樓層的現(xiàn)澆層、墊層內(nèi)。結(jié)合上述設(shè)計原則，一般沒有太大問題。如果在預(yù)制疊合層的預(yù)制樓板內(nèi)預(yù)埋電氣管線，一來增加制作成本，二來會降低疊合樓板的強(qiáng)度，同時增加了現(xiàn)場設(shè)備管線的連接定位的難度，整體工期未能得到有效改善。因此在實(shí)際工作中，一般采用在澆筑層內(nèi)敷設(shè)機(jī)電管線。給排水專業(yè)的管線，根據(jù)現(xiàn)有規(guī)范不允許在澆筑層內(nèi)敷設(shè)。目前存在的主要問題是墻體內(nèi)豎向、橫向支管的敷設(shè)問題，如在剪力墻結(jié)構(gòu)中預(yù)制難度大，標(biāo)準(zhǔn)化差，生產(chǎn)成本高，在現(xiàn)有輕質(zhì)墻板預(yù)制構(gòu)配件內(nèi)敷設(shè)更是難于實(shí)現(xiàn)。

3.4 新型建筑材料預(yù)制輕質(zhì)墻板、輕質(zhì)保溫墻板的設(shè)計實(shí)施要點(diǎn)

通常，預(yù)制輕質(zhì)隔板墻截面內(nèi)部是多個排列均勻、間隔一定間距的空心孔狀形式和填充一定厚度的保溫材料夾層形式，具有輕質(zhì)、防火、抗震、保溫、隔聲等功效，是建筑業(yè)廣泛所使用的材料，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格有90mm、120mm、140mm等。但由于原有結(jié)構(gòu)設(shè)計時未考慮有關(guān)預(yù)埋機(jī)電管線造成強(qiáng)度降低、保溫功能下降問題，因此沒有采取相應(yīng)的補(bǔ)強(qiáng)、補(bǔ)保溫措施，只是不允許在輕質(zhì)墻板上開槽敷設(shè)預(yù)埋機(jī)電管線，常規(guī)做法只能做成明管敷設(shè)或改為砌筑結(jié)構(gòu)，由此成為推動裝配式建筑進(jìn)程的主要障礙。本人依據(jù)多年來的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合裝配式建筑特點(diǎn)，針對預(yù)埋管線特征，首次在國內(nèi)外新型建筑領(lǐng)域里提出在預(yù)制輕體質(zhì)隔墻內(nèi)進(jìn)行預(yù)埋機(jī)電管線等強(qiáng)度截面、等保溫性能設(shè)計理念，徹底解決無法在預(yù)制輕體隔墻預(yù)埋機(jī)電管線的難題。

1）新型建筑材料預(yù)制輕質(zhì)空心墻板等強(qiáng)度截面設(shè)計（見圖2）

圖2 輕質(zhì)空心隔墻板等強(qiáng)度截面設(shè)計

①預(yù)埋管徑設(shè)計

H=d+B+B+d

H=d+（H-D)+d

D=2d

d=D/2，同時可以表達(dá)d=（H-2B)/2

在實(shí)際工作中d的取值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于D,一般不會超過DN25。

②空心孔中心間距設(shè)計

A=D/2+B+d+B+D/2

A=（2B+D)+d

A=H+d

在實(shí)際工程中，當(dāng)d≤DN25，A≥H+d時，預(yù)埋管線不但可以豎向開槽，還可以橫向通長開槽，從而徹底解決輕質(zhì)墻板設(shè)備管線預(yù)埋工作。

2）新型建筑材料預(yù)制輕質(zhì)保溫墻板等保溫性能設(shè)計（見圖3）

圖3 保溫墻板等保溫性能設(shè)計

①加強(qiáng)點(diǎn)的高度設(shè)計 h=d+B

②加強(qiáng)點(diǎn)的寬度設(shè)計 L=d+2B

③預(yù)埋管中心間距設(shè)計 A=150-250mm

④保溫隔熱層厚度設(shè)計B1

保溫隔熱層厚度依據(jù)建筑物當(dāng)?shù)厮幁h(huán)境特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計。

通常情況下，按照d≤DN25管徑進(jìn)行設(shè)計，管線中心間距按照150-250mm設(shè)計。完全滿足現(xiàn)場的各類機(jī)電支管的預(yù)埋工作，同樣可以滿足橫向通長開槽，但需要注意輕質(zhì)保溫墻板不得雙向?qū)ΨQ開槽，一般地，此板用于外圍護(hù)結(jié)構(gòu)上，不存在雙向?qū)ΨQ開槽問題，當(dāng)使用在其他場合下必須雙向?qū)ΨQ布置時，可采取豎向錯位，橫向開槽追位的方式，滿足上述要求。此種設(shè)計方法的新型綠色建筑材料預(yù)制的輕質(zhì)隔墻板、保溫墻板，不但施工操作簡單，而且不降低墻板強(qiáng)度，不影響保溫效果，同時還會提高隔聲效果。

4 結(jié)語

在我國相關(guān)政策驅(qū)動下，裝配式建筑技術(shù)的應(yīng)用和相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)、綠色建材風(fēng)起云涌，但與之相配套的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系尚未完善成熟，推行建設(shè)工程總承包EPC模式迫在眉睫，其目的是加強(qiáng)溝通設(shè)計方、施工方，預(yù)制構(gòu)配件方在工程實(shí)踐中聯(lián)合參與、積極探索及密切配合。聯(lián)合深化設(shè)計是當(dāng)今較為可行的措施之一，特別是設(shè)計單位和施工單位與構(gòu)件廠商之間加強(qiáng)溝通力度，以便預(yù)制構(gòu)配件更加科學(xué)、更加實(shí)效。改變原有單一設(shè)計院專業(yè)獨(dú)自設(shè)計的理念，建筑專業(yè)不但要考慮本專業(yè)的需求，同時也要充分考慮機(jī)電專業(yè)預(yù)埋機(jī)電管線的特點(diǎn)，機(jī)電專業(yè)也要兼顧建筑專業(yè)的特點(diǎn)規(guī)范，調(diào)整本專業(yè)的常規(guī)設(shè)計理念。雙方在滿足本專業(yè)功能的前提下，進(jìn)行統(tǒng)籌綜合設(shè)計，做到信息溝通，實(shí)現(xiàn)整體把控、精細(xì)設(shè)計，制定出科學(xué)合理、經(jīng)濟(jì)高效的新型建筑材料預(yù)制構(gòu)配件需求，以確保裝配式建筑工程的整體質(zhì)量。