發育生物學實驗動物房屋面機電設備的優化布置

姚建平 徐能成 王春平 朱林標

上海南匯建工建設（集團）有限公司 上海 201399

當前的建筑物屋面，有的建成了屋頂花園、停車場、網球場、滑雪場，有的建成了汽車影院、球幕影院及婚宴會所等，甚至有的大型建筑還將屋面打造成了摩天輪經濟圈，在取得經濟效益的同時，也提升了人們的休閑理念和生活品質。

但是，由于大量的機電設備以及配套管線、電纜橋架需要布置于屋面上，特別是一些大超市、科研樓、商務樓、辦公樓的排煙排風、通風空調、熱泵機組和消防水箱等設備眾多，如果沒有合理有效的布置，將會影響屋面的利用效果和視覺效果。

目前針對建筑物屋面的設備布置狀況，大部分建筑的設計往往只關注于如何滿足使用功能和結構安全的要求，而對設備布局合理性、美觀協調性、空間利用率、減震降噪和成本控制等方面的考慮有所欠缺[1-6]。

針對上述情況，結合背景工程屋面設備布置實際情況，對屋面機電設備布置存在的主要問題作了分析，而后在滿足相關要求的前提下，根據現場實際，對絕大多數機電設備采取了優化布置的施工技術措施，取得了極為明顯的效果。

1 工程概況

復旦大學江灣校區某發育生物學研究所實驗動物房項目，總建筑面積為9 990 m2，其中凈化區面積為7 102 m2，框架4層，高度為23.6 m。本工程為國家級實驗動物房，1層為功能實驗室和隔離檢疫室區域，2層為動物實驗區域，4層為動物繁殖區域。

本工程屋面有各類機電設備80余臺，以及電纜橋架和供回水管等，原屋面設備、管線、橋架平面布置如圖所示1。1～3層辦公區、實驗室區域有VRF空調室外主機（12個系統）26臺；2、4層凈化區域有風冷熱泵機組4臺；1～4層區域有消防排煙風機2臺、熱泵機組系統水泵8臺；1、2、4層動物房區域有等離子除臭設備3臺；1、2、3層動物房區域有室外排風箱9臺；2、4層準備間、安樂死間、處置間、純水間、儲存間區域有室外排風箱21臺；整個消防系統有消防水箱1只；洗衣房、衛生間、垃圾房、尸檢實驗室、清洗間等區域有室外排風機10臺。

圖1 原屋面設備、管線、橋架平面布置

2 重點、難點分析

2.1 既要考慮有限空間又要考慮減震降噪

本工程機電安裝工程專業齊全，但屋面空間有限，各類設備、管線和電纜橋架布置密集，安裝過程中需要考慮到既要滿足使用功能、結構安全及便于今后日常維修保養，又要盡可能減少各種設備運行所產生的震動和噪聲對實驗動物的影響。因此，如何有效合理布置、優化綜合排布是一個重點和難點。

2.2 屋面布置合理協調性及美觀度要求高

建筑物處于復旦大學江灣校區內，與該區域內附近其他建筑物相比高度較低，要充分考慮高遠處看過來的視覺感受。同時，打造一項精品工程，做到精益求精，是每個建設者的不斷追求。因此，屋面布局的合理協調性、美觀度控制也是一項重點工作。

3 原機電設備布置存在的主要問題

1）屋面上設備、管線的整體布局以平面布置為主，而忽視了分層立體布置，未充分利用立體空間。

2）屋面上各功能用房的排風機較多，排風口方向不一，且未集中分區布置，隨意性較強。既擠占了屋面空間，看上去又很凌亂，缺乏協調性。

3）風冷熱泵機組、VRF空調室外主機等大型設備布置以縱向為主，設備安裝后幾乎擠占了整個屋面；電纜橋架敷設走向以屋面中軸線為主線，貫穿整個屋面的橫向，然后再縱向分支敷設，未考慮貼邊布置，使得整個屋面管線縱橫交叉，剩余的可利用空間相當有限，人員進出也極為不便。

4）屋面設備、管道、橋架等布置位置過于靠近樓梯口，沒有騰出足夠的通道，給人員進出帶來不便。

5）未充分考慮屋面預留或后續可能增加機電設備的位置，導致需要增加設備時，破壞了原屋面機電設備布置的整體性和協調性，同時也造成不必要的返工。

6）屋面各類設備、管線、電纜橋架由于布置不太合理，導致線路長度增加，造成材料浪費，成本增加。

4 優化布置技術措施

4.1 風冷熱泵機組

屋面有4臺風冷熱泵機組，風冷熱泵機組體積龐大，平面尺寸7 900 mm×2 260 mm，風冷熱泵機組之間間隔3 000 mm，呈南北方向靠屋面中部北側布置，擠占了屋面一大塊區域。優化布置如下：

1）將4臺風冷熱泵機組由呈南北方向調整為呈東西方向布置，緊靠屋面中部北側呈一字排開貼邊布置，且間距縮小至1 800 mm，大大節省了屋面空間位置。

2）風冷熱泵機組采用鋼結構設備基礎，可降低設備運行產生的震動和噪聲。鋼結構設備基礎上下維修時，一般采用固定式檢修爬梯，既擠占了屋面空間，又給屋面活動人員、檢修人員進出帶來不便。通過優化，采用一種可以翻轉隱藏的活動式檢修爬梯，具有節省空間、安全便捷的優點，使得屋面布局更加合理。

4.2 水泵

屋面風冷熱泵機組系統水泵共8臺，原設計處于風冷熱泵機組的東側E ～F/⑧軸處，呈南北向一字排開并延伸至屋面中間部位。優化布置如下：

將水泵調整隱藏安裝于⑤～⑥軸間的空調供回水管管底（圖2），呈東西方向布置。既騰出了原有的空間，又充分利用了空調供回水管管底的立體空間。

圖2 水泵安裝于供回水管管底

4.3 VRF空調室外主機

屋面上有12個系統共26臺VRF空調室外主機，平面尺寸較大，空調室外主機之間間距1 200 mm。分2塊區域布置，一塊布置于④～⑥/ D ～E 軸區域，另一塊布置于⑦～⑧/D～E 軸區域，呈分散狀布置，這些設備呈南北縱向靠屋面中部南側布置，擠占了屋面一大塊區域。優化布置如下：

將所有VRF空調室外主機集中于一塊狹長區域內，同時分成2排，呈東西橫向一字排開貼邊（南側）布置，且主機之間間距縮小至1 000 mm內，遵循了集中布置的原則，大大提高了屋面空間利用率。

4.4 室外排風箱和排風機

4.4.1 動物房室外排風箱

動物房室外排風箱共有9臺，單個排風箱最大平面尺寸為3 360 mm× 3 480 mm，高1 800 mm。分2塊區域布置，一塊布置于屋面東南角，共6臺；另一塊布置于屋面東北角，共3臺。

在屋面東南角的6臺中，⑧～⑨軸區域2臺室外排風箱與⑨～ 軸區域4臺室外排風箱的排風口參差不齊。另外，由于僅靠排風功能難以排除動物房的異味、臭味，因此動物房增加了3臺等離子除臭設備需安裝于屋面，對屋面設備的整體布局帶來了影響。優化布置如下：

1）3臺新增等離子除臭設備布置：將東南角原來布置的4層動物房的室外排風箱（編號PHF4F03）調整至⑧～⑨/D 軸處位置，原位置布置1臺新增加的等離子除臭設備；將東北角2層動物房的室外排風箱（編號PHF2F04）向西平移約4.00 m，再向北平移約0.70 m，調整至 ～ 軸處位置，原位置布置1臺新增加的等離子除臭設備；將東北角1層動物房的室外排風箱（編號PHF1F02）向西平移約0.75 m，調整至 ～ /F 軸處位置，原位置布置1臺新增加的等離子除臭設備。

2）將東南角⑧～⑨軸1層動物房室外排風箱（編號PHF1F01）和2層動物房室外排風箱（編號PHF2F03）的位置向南平移3.00 m，將這2臺室外排風箱排風口調整至與⑨～ 軸4臺室外排風箱排風口一樣齊平。

通過以上對設置排布的優化，既解決了屋面新增加設備、排風口布置參差不齊的問題，又充分利用了屋面貼邊空余的空間。

4.4.2 籠盒清洗設備間、安樂死間、動物處置間、純水間、儲存間室外排風箱

2、3層籠盒清洗設備間、安樂死間、動物處置間、純水間、儲存間室外排風箱共21臺，分3塊區域分散布置于屋面西北角。第1塊區域為②～③/ E 軸處，共布置8臺，第2塊區域為③～④/ E 軸處，共布置4臺，2塊區域間隔3 720 mm，呈東西向一字排開布置；第3塊區域為③～④/ E ～F 軸處，共布置9臺，呈南北向一字排開布置。21臺室外排風箱排風口方向不一，且由于一字排開平鋪布置，也擠占了屋面很大的空間，且相應的附屬管道靠近樓梯出入口。優化布置如下：

1）將分3塊區域一字排開平鋪布置的全部21臺室外排風箱，集中布置于原第3塊區域③～④/ E ～F 軸處，由單層布置調整為雙層疊加立體布置，在騰出1倍屋面空間的同時，還有效降低了設備運行所產生的震動和噪聲對實驗動物的影響。

2）將21臺室外排風箱的排風口方向調整為一致朝東、風口齊平，達到了布局合理、美觀協調的效果。

通過集中和疊加立體優化布置，使得附屬的管材、保溫層、鋁皮保護殼等材料大大節省，成本大大降低，也為樓梯出入口騰出了較大的空間。

4.4.3 室外排風機

室外排風機共有10臺，分別應用于洗衣房、衛生間、垃圾房、尸檢實驗室、清洗間、藥品通風柜等區域，位置分散，排風口參差不齊、方向不一、平鋪布置。優化布置措施如下：

1）將處于①軸處的1層洗衣房室外排風機由風管井北側調整至風管井南側，與處于風管井南側的3層大開間實驗室室外排風機集中布置，排風口均朝南（圖3）。

圖3 排風機風口調整至一致

2）將⑨～ 軸電鏡準備室通風柜排風機和衛生間室外排風機由平鋪布置調整為雙層疊加立體布置，同時將這2臺室外排風機排風口調整成與生物安全柜排風機排風口方向一致朝北，風口齊平。

3）由于排風箱立體布置后，騰出了較大空間，因此將②～③/E ～D軸1層垃圾房和3層尸檢室室外排風機疊加立體布置后（圖4），與3層藥品房室外排風機整體向北平移至E ～F 之間的原排風箱騰出的位置，大大節省了管線材料和空間。

圖4 排風機雙層疊加布置

4）處于③軸處的1層器皿清洗間通風柜排風機和1層清洗區滅菌鍋排風機，由于靠近風管井處布置了其他排風機，故管線較長，排風口朝東（屋面中間）。由于將②～③/E ～D 軸3臺排風機向北平移后，風管井處騰出了充裕的空間，故將1層器皿清洗間通風柜排風機和1層清洗區滅菌鍋排風機移至靠近風管井處（圖5），節省了很多的管線材料，并且排風口也全部朝南貼邊布置，避開屋面中間部位。

通過以上優化調整，既騰出了大量的屋面空間，又使排風口方向一致、齊平。

圖5 設備靠近風管井節省材料

4.5 消防排煙風機

消防排煙風機有2臺，消防排煙風機SE-RF-1位于?～?軸處，與相鄰的電鏡準備室室外通風柜排風機、衛生間室外排風機、生物安全柜排風機排風口方向不一致，呈3個方向。消防排煙風機SE-RF-2位于③軸處，與相鄰的1層器皿清洗間通風柜排風機、1層滅菌鍋排風機排風口均朝東，且位置也參差不齊（圖6）。優化布置如下：

圖6 消防排煙機與相鄰排風機風口參差不齊

1）消防排煙風機SE-RF-1排風口由朝東調整為朝北，相鄰的3臺排風機風口也均調整為朝北，且排風口齊平。

2）消防排煙風機SE-RF-2排風口與相鄰的2臺排風機排風口由超東均調整為朝南，且排風口齊平（圖7）。

圖7 消防排煙機與相鄰排風機風口齊平

通過以上優化調整，解決了原排風口方向不一、位置參差不齊的問題，也節省了材料，降低了成本。

4.6 屋面電纜橋架

屋面電纜橋架由西北角的強電間引出，原布置自西向東穿過屋面中間，然后超南、朝北敷設。這種布置方法，使得整個屋面布滿了管線，屋面中間部位不能充分利用。優化布置如下：

將屋面電纜橋架沿屋面南、北兩側貼邊敷設，避開屋面中間位置，給屋面騰出了充裕的空間位置，布局也更加緊湊合理。

5 結語

通過將原設計的設備平鋪布置調整為分層疊加立體布置，設備分散布置調整為集中分區布置，某一集中區域設備排風口參差不齊、方向不一調整為風口齊平、方向一致，大型設備以縱向布置為主調整為以橫向布置為主，電纜橋架敷設走向以屋面中間為主調整為沿屋面兩側貼邊敷設為主，并對靠近樓梯出入口的設備和管線作了優化調整以保證樓梯出入口有足夠的通道，同時對一些新增加的設備布置問題通過調整原有設備位置也作了很好的解決，均取得了很好的效果（圖8）。

圖8 優化布置后的屋面設備布置

在整個施工優化布置過程中，BIM技術發揮了較大作用。經優化后，不但提升了屋面空間利用率，使屋面布局更加協調合理，還起到了設備運行時減震降噪的作用，同時大大降低了成本，取得了社會和經濟效益雙豐收。