發(fā)育生物學(xué)實驗動物房屋面機電設(shè)備的優(yōu)化布置

姚建平 徐能成 王春平 朱林標(biāo)

上海南匯建工建設(shè)（集團）有限公司 上海 201399

當(dāng)前的建筑物屋面，有的建成了屋頂花園、停車場、網(wǎng)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(jīng)濟圈，在取得經(jīng)濟效益的同時，也提升了人們的休閑理念和生活品質(zhì)。

但是，由于大量的機電設(shè)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(wù)樓、辦公樓的排煙排風(fēng)、通風(fēng)空調(diào)、熱泵機組和消防水箱等設(shè)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(shè)備布置狀況，大部分建筑的設(shè)計往往只關(guān)注于如何滿足使用功能和結(jié)構(gòu)安全的要求，而對設(shè)備布局合理性、美觀協(xié)調(diào)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(jié)合背景工程屋面設(shè)備布置實際情況，對屋面機電設(shè)備布置存在的主要問題作了分析，而后在滿足相關(guān)要求的前提下，根據(jù)現(xiàn)場實際，對絕大多數(shù)機電設(shè)備采取了優(yōu)化布置的施工技術(shù)措施，取得了極為明顯的效果。

1 工程概況

復(fù)旦大學(xué)江灣校區(qū)某發(fā)育生物學(xué)研究所實驗動物房項目，總建筑面積為9 990 m2，其中凈化區(qū)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(qū)域，2層為動物實驗區(qū)域，4層為動物繁殖區(qū)域。

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

圖1 原屋面設(shè)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(yè)齊全，但屋面空間有限，各類設(shè)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(jié)構(gòu)安全及便于今后日常維修保養(yǎng)，又要盡可能減少各種設(shè)備運行所產(chǎn)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(yōu)化綜合排布是一個重點和難點。

2.2 屋面布置合理協(xié)調(diào)性及美觀度要求高

建筑物處于復(fù)旦大學(xué)江灣校區(qū)內(nèi)，與該區(qū)域內(nèi)附近其他建筑物相比高度較低，要充分考慮高遠(yuǎn)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(shè)者的不斷追求。因此，屋面布局的合理協(xié)調(diào)性、美觀度控制也是一項重點工作。

3 原機電設(shè)備布置存在的主要問題

1）屋面上設(shè)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(fēng)機較多，排風(fēng)口方向不一，且未集中分區(qū)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(xié)調(diào)性。

3）風(fēng)冷熱泵機組、VRF空調(diào)室外主機等大型設(shè)備布置以縱向為主，設(shè)備安裝后幾乎擠占了整個屋面；電纜橋架敷設(shè)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(shè)，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(dāng)有限，人員進出也極為不便。

4）屋面設(shè)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(yù)留或后續(xù)可能增加機電設(shè)備的位置，導(dǎo)致需要增加設(shè)備時，破壞了原屋面機電設(shè)備布置的整體性和協(xié)調(diào)性，同時也造成不必要的返工。

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

4 優(yōu)化布置技術(shù)措施

4.1 風(fēng)冷熱泵機組

屋面有4臺風(fēng)冷熱泵機組，風(fēng)冷熱泵機組體積龐大，平面尺寸7 900 mm×2 260 mm，風(fēng)冷熱泵機組之間間隔3 000 mm，呈南北方向靠屋面中部北側(cè)布置，擠占了屋面一大塊區(qū)域。優(yōu)化布置如下：

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

2）風(fēng)冷熱泵機組采用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)備基礎(chǔ)，可降低設(shè)備運行產(chǎn)生的震動和噪聲。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)備基礎(chǔ)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(yōu)化，采用一種可以翻轉(zhuǎn)隱藏的活動式檢修爬梯，具有節(jié)省空間、安全便捷的優(yōu)點，使得屋面布局更加合理。

4.2 水泵

屋面風(fēng)冷熱泵機組系統(tǒng)水泵共8臺，原設(shè)計處于風(fēng)冷熱泵機組的東側(cè)E ～F/⑧軸處，呈南北向一字排開并延伸至屋面中間部位。優(yōu)化布置如下：

將水泵調(diào)整隱藏安裝于⑤～⑥軸間的空調(diào)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(diào)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(diào)室外主機

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

將所有VRF空調(diào)室外主機集中于一塊狹長區(qū)域內(nèi)，同時分成2排，呈東西橫向一字排開貼邊（南側(cè)）布置，且主機之間間距縮小至1 000 mm內(nèi)，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(fēng)箱和排風(fēng)機

4.4.1 動物房室外排風(fēng)箱

動物房室外排風(fēng)箱共有9臺，單個排風(fēng)箱最大平面尺寸為3 360 mm× 3 480 mm，高1 800 mm。分2塊區(qū)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(qū)域2臺室外排風(fēng)箱與⑨～ 軸區(qū)域4臺室外排風(fēng)箱的排風(fēng)口參差不齊。另外，由于僅靠排風(fēng)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(shè)備需安裝于屋面，對屋面設(shè)備的整體布局帶來了影響。優(yōu)化布置如下：

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

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

通過以上對設(shè)置排布的優(yōu)化，既解決了屋面新增加設(shè)備、排風(fēng)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(shè)備間、安樂死間、動物處置間、純水間、儲存間室外排風(fēng)箱

2、3層籠盒清洗設(shè)備間、安樂死間、動物處置間、純水間、儲存間室外排風(fēng)箱共21臺，分3塊區(qū)域分散布置于屋面西北角。第1塊區(qū)域為②～③/ E 軸處，共布置8臺，第2塊區(qū)域為③～④/ E 軸處，共布置4臺，2塊區(qū)域間隔3 720 mm，呈東西向一字排開布置；第3塊區(qū)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(fēng)箱排風(fēng)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(yīng)的附屬管道靠近樓梯出入口。優(yōu)化布置如下：

1）將分3塊區(qū)域一字排開平鋪布置的全部21臺室外排風(fēng)箱，集中布置于原第3塊區(qū)域③～④/ E ～F 軸處，由單層布置調(diào)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(shè)備運行所產(chǎn)生的震動和噪聲對實驗動物的影響。

2）將21臺室外排風(fēng)箱的排風(fēng)口方向調(diào)整為一致朝東、風(fēng)口齊平，達(dá)到了布局合理、美觀協(xié)調(diào)的效果。

通過集中和疊加立體優(yōu)化布置，使得附屬的管材、保溫層、鋁皮保護殼等材料大大節(jié)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(fēng)機

室外排風(fēng)機共有10臺，分別應(yīng)用于洗衣房、衛(wèi)生間、垃圾房、尸檢實驗室、清洗間、藥品通風(fēng)柜等區(qū)域，位置分散，排風(fēng)口參差不齊、方向不一、平鋪布置。優(yōu)化布置措施如下：

1）將處于①軸處的1層洗衣房室外排風(fēng)機由風(fēng)管井北側(cè)調(diào)整至風(fēng)管井南側(cè)，與處于風(fēng)管井南側(cè)的3層大開間實驗室室外排風(fēng)機集中布置，排風(fēng)口均朝南（圖3）。

圖3 排風(fēng)機風(fēng)口調(diào)整至一致

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

3）由于排風(fēng)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(fēng)機疊加立體布置后（圖4），與3層藥品房室外排風(fēng)機整體向北平移至E ～F 之間的原排風(fēng)箱騰出的位置，大大節(jié)省了管線材料和空間。

圖4 排風(fēng)機雙層疊加布置

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

通過以上優(yōu)化調(diào)整，既騰出了大量的屋面空間，又使排風(fēng)口方向一致、齊平。

圖5 設(shè)備靠近風(fēng)管井節(jié)省材料

4.5 消防排煙風(fēng)機

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

圖6 消防排煙機與相鄰排風(fēng)機風(fēng)口參差不齊

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

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

圖7 消防排煙機與相鄰排風(fēng)機風(fēng)口齊平

通過以上優(yōu)化調(diào)整，解決了原排風(fēng)口方向不一、位置參差不齊的問題，也節(jié)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(shè)。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(yōu)化布置如下：

將屋面電纜橋架沿屋面南、北兩側(cè)貼邊敷設(shè)，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(jié)語

通過將原設(shè)計的設(shè)備平鋪布置調(diào)整為分層疊加立體布置，設(shè)備分散布置調(diào)整為集中分區(qū)布置，某一集中區(qū)域設(shè)備排風(fēng)口參差不齊、方向不一調(diào)整為風(fēng)口齊平、方向一致，大型設(shè)備以縱向布置為主調(diào)整為以橫向布置為主，電纜橋架敷設(shè)走向以屋面中間為主調(diào)整為沿屋面兩側(cè)貼邊敷設(shè)為主，并對靠近樓梯出入口的設(shè)備和管線作了優(yōu)化調(diào)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(shè)備布置問題通過調(diào)整原有設(shè)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(yōu)化布置后的屋面設(shè)備布置

在整個施工優(yōu)化布置過程中，BIM技術(shù)發(fā)揮了較大作用。經(jīng)優(yōu)化后，不但提升了屋面空間利用率，使屋面布局更加協(xié)調(diào)合理，還起到了設(shè)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(jīng)濟效益雙豐收。