全功能集成型一體化衛生間設計研究

張明亮 陳 浩 戴清峰 石 拓 陳維超 王江營

1. 湖南建工集團有限公司 湖南 長沙 410004；

2. 湖南建工集團裝配式建筑技術研究院 湖南 長沙 410004；

3. 湖南建工集團工程設計研究院有限公司 湖南 長沙 410004

裝配式建筑[1-2]因具有施工速度快、節能環保、節省模版、可工業化生產等優點，是綠色建造[3]和智能建造技術的重要基礎，亦是建筑業供給側結構性改革的重要舉措。為此，國家先后出臺了許多相關政策和文件，裝配式建筑已成為國家戰略性重點發展產業。

隨著裝配式建筑不斷發展，市場對各類部品的要求也隨之提高。其中，整體式衛生間便是目前廣受關注的產品之一。衛生間是現代住宅建筑中的核心組成和最復雜部分之一，需同時滿足防水、防滲、通風、保溫、隔聲、防滑等諸多功能要求，涉及房屋結構、給排水、暖通、電氣、裝飾裝修等專業，設計與施工工序繁多、耗時費力，而且易出現滲水、漏水等質量問題，對使用者的生活品質有非常大的影響。日本在1964年研制了在工廠預制、現場安裝的一體式衛生間，并在歐美得到了比較廣泛的應用[4]；李文藻等[5]結合建筑工業化相關理念，研究了裝配式盒子式衛生間；何蘭[6]針對我國南方衛生間設計中普遍存在干濕不分、設計不細、空間利用和產品布局不合理等問題，結合衛生間功能多元化和細致化的特點展開了相關研究。徐新華等[7]分別對裝配整體式衛生間和適應性裝配式衛生間的優、劣進行了比較詳細的分析，可為相關設計與施工提供一定參考。高穎[8]針對城市住宅衛生間存在的問題，提出了整體設計方案，并對其中關鍵參數和技術進行了研究。柏萬林等[9]結合具體工程項目，對整體式衛生間工廠預制和現場安裝中的一些常見問題進行了分析研究。

目前，裝配式預制衛生間基本可分為兩類，一類是采用預制單元構件在現場拼裝成衛生間；另一類是在工廠預制整體衛生間，然后在現場直接安裝。但是，預制單元構件組裝而成的衛生間存在單元板連接以及接縫處理的問題，其整體性較差；預制整體衛生間雖然解決了構件連接、結構整體性等問題，但衛生間與主體結構連接復雜，與建筑墻體不共軸，且使用前需二次裝飾施工，不僅會造成污染和材料浪費，且質量不易于保證，影響施工進度和用戶使用體驗。

為此，湖南建工集團基于全國裝配式科技創新基地，自主開發了一種新型的共軸承插型預制一體化衛生間體系[10-12]，以期解決當前衛生間結構整體性、安裝便捷性、保溫性、結構與裝飾、使用面積以及同層排水等方面存在的問題，提高預制衛生間功能性要求。該衛生間體系由建筑結構體系、裝修體系、防水體系、保溫隔熱體系所組成，集結構、管線、防水、裝修“四位一體”。

1 建筑結構體系設計

1.1 共軸、承插設計理念

通過研制專門的模具，將共軸承插型預制一體化衛生間采用輕骨料混凝土在工廠一次整體預制成形，其由四周側壁和底板形成一個整體結構，衛生間側壁與建筑隔墻重合共軸，替代了傳統衛生間的磚砌隔墻；衛生間底部設置250 mm高沉箱，安裝時沉箱直接插入建筑樓面預留洞口中，衛生間擱置在樓面預留洞口四周凹口梁或剪力墻的挑耳上，即采用類似于企口的構造，形成“共軸”“承插”的技術特點，如圖1（a）、圖1（b）所示，圖1（c）為衛生間整體模型。

安裝該一體化衛生間時，若衛生間側壁外側有現澆混凝土剪力墻，則在剪力墻上設置挑耳來擱置和承載；若外側為樓面梁，則樓面梁下沉120 mm，在梁頂設置凹口，衛生間直接擱置在凹口梁上，衛生間底部四周的安裝空隙不小于15 mm，安裝完成后，安裝空隙采用聚氨酯建筑密封膏嵌實。當下一層衛生間安裝完成后，衛生間側壁頂部可作為上一層四周凹口梁或剪力墻上挑耳的底模，吊鉤直接埋入上一層四周凹口梁或剪力墻上挑耳內，作為構造連接件使用。

此外，當衛生間側壁為建筑外墻時，則在工廠生產時于衛生間側壁外側預埋對拉螺桿連接件，以滿足現澆剪力墻的模板固定要求，此時該側壁可作為外墻澆筑的內模板。

圖1 一體化衛生間建筑結構示意

1.2 衛生間尺寸、配筋設計

根據長沙某實際工程的建設需要，設計一種一體化衛生間，其外輪廓尺寸長、寬、高分別為2 740、1 670、2 670 mm，側壁厚度100 mm，底板厚度在長向由120 mm變化至100 mm，形成一定的結構找坡，側壁設置φ8 mm@200 mm×200 mm單層鋼筋網，底板設置φ8 mm@150 mm×150 mm雙層雙向鋼筋網；在衛生間側壁頂部的四角及中部設置有吊鉤，并在吊鉤部位的側壁內設置φ14 mm加強筋，加強筋下端彎入底板內；衛生間側壁和底板內預埋水電管線和預留洞口；衛生間側壁和底板采用密度1 500 kg/m3、強度等級LC25的輕骨料混凝土澆筑。該一體化衛生間的結構自重約4.3 t，預制成品質量約4.6 t。

1.3 衛生間使用功能設計

一體化衛生間分為干、濕兩區，具有沐浴、如廁、洗漱三方面的使用功能。其中，可在干區內進行如廁和洗漱，在濕區內淋浴。干、濕區通過玻璃門隔斷，實現了空間零浪費，如圖2所示。

2 管線布置及裝修體系設計

共軸承插型預制一體化衛生間采用BIM正向設計技術，通過建立三維模型，并綜合考慮結構形式、材料、鋼筋骨架、水電管線（盒）的預留、預埋、裝飾、浴室設備布置等多個方面，完成了管線布置與裝修設計，通過BIM模型直接導出各專業施工圖指導衛生間的生產與安裝。

2.1 衛生間管線布置

圖2 一體化衛生間功能示意

在澆筑衛生間混凝土之前，將水電管線預埋在墻體中。其中，吊頂內的電線與側壁內預埋的電氣管線相接，側壁內預埋的電氣管線在樓面標高處與外部樓面預埋管線對接；在吊頂高度范圍內的現澆混凝土剪力墻上預留直徑110 mm孔洞，作為換氣扇排氣管道口；衛生間的給水和排水管線敷設在架空地板與混凝土底板之間的沉箱內，不占用衛生間凈空間，且同層排水，方便檢修；冷熱水通過側壁上的預埋管道與外部管道相接并從廚房引入，相關布置如圖3所示。

圖3 衛生間管線BIM模型

2.2 衛生間裝修體系設計

該衛生間采用SMC復合材料（即片狀模塑料，以下簡稱SMC）進行內裝飾，SMC具有輕質高強、耐污染、易清潔、防水性好、耐水煮性能高、環保無污染等諸多優點。

衛生間吊頂采用SMC集成吊頂，照明燈、換氣扇、浴霸和檢修口均集成在吊頂內；內墻面采用SMC干掛墻板，干掛墻板與衛生間混凝土側壁通過輕鋼龍骨固定，整塊拼裝，不僅施工速度快，而且可拆卸，便于后期維修，在豎向管道井的外包墻板上設置管道維修口以便檢修；地面采用SMC一體成形防水底盤，按干、濕分區采用2個獨立的防水底盤進行拼裝，防水底盤下設扁鋼龍骨，再通過螺桿支座支承在衛生間混凝土底板上，形成架空地板；此外，在干、濕區的防水底盤上各設一個地漏，并設置一道推拉玻璃隔斷門。圖4為衛生間BIM模型及成品裝修效果。

圖4 一體化衛生間裝飾效果

3 防水體系設計

共軸承插型預制一體化衛生間設計了3道防水保障措施＋2道排水措施的防水體系。

第1道防水保障措施為SMC防水底盤。由于SMC本身具有優異的防水性能，且不變形、不龜裂、耐水煮、耐老化，也是本衛生間的主要防水措施。第2道防水保障措施為在衛生間內裝施工前，在混凝土底板面上涂抹厚聚氨酯防水涂料。第3道防水保障措施為一體化衛生間混凝土底板的自防水性能，即通過特制的輕骨料混凝土配合比，在滿足混凝土強度的同時，使其抗滲等級達到了P8，同時在立管部位，在底板內預埋排漏寶管件，既可保證預埋件與底板混凝土間的緊密結合，又方便立管與預埋件的連接。

第1道排水措施為干、濕區防水底盤周邊自帶排水槽加上設置的配套地漏，可有效將底板積水及時排走。第2道排水措施為在一體化衛生間混凝土底板內預埋排漏寶管件，此管件周邊帶有排漏孔，同時具防臭、防返流功能，當沉箱內有少量滲水時，可通過排漏寶周邊排漏孔排走。

通過上述“防水＋排水”措施，可確保該一體化衛生間在正常使用條件下滴水不漏，同時還能預防沉箱內年久積水致臭的問題。

4 保溫隔熱體系設計

共軸承插型預制一體化衛生間的墻體通過3種材料以實現保溫隔熱的效果。

衛生間側墻材料為由水泥、砂、碎石、粉煤灰、陶粒、外加劑等拌和、澆筑、養護而成的輕質混凝土，其密度為1 400～1 700 kg/m3，強度為LC25～LC30，導熱系數為0.45～0.75 W/（m·k），保溫性能優于普通混凝土。

衛生間內壁采用SMC進行裝飾，SMC自身具有良好的隔熱保溫性能。

SMC干掛墻板與衛生間混凝土側壁間由于安裝龍骨會存在50 mm的空隙，故在此空隙中填充保聚苯板，以進一步提高衛生間的保溫性能。

5 工程應用

2019年，在湖南長沙的建工·象山國際項目的7棟住宅建筑中，共安裝了416個共軸承插型預制一體化衛生間。通過應用證實，現場施工速度快、質量高、效果好，節省了大量人力、材料及工期，徹底解決了衛生間二次裝修所造成的施工煩瑣、環境污染、資源浪費等問題，完全符合國家裝配式建筑和綠色建筑的要求，社會效益和經濟效益頗為顯著。

在此基礎上，進一步開發了8種不同規格、不同檔次、不同裝飾的共軸承插型預制一體化衛生間，以滿足不同地區裝配式建筑特別是精裝房建設的要求，具有廣闊的市場空間。

6 結語

1）通過建筑、結構、給排水、電氣等多專業綜合設計，該共軸承插型預制一體化衛生間可達到結構、管線、防水、裝飾等“四位一體”的有效結合。

2）共軸承插型預制一體化衛生間在結構整體性、質量可靠性、施工便捷性、成本可控性等方面均明顯優于傳統衛生間。

3）共軸承插型預制一體化衛生間完全符合國家裝配式建筑和綠色建筑發展戰略要求，未來可進一步與智能建造相結合，具有廣闊的市場空間與發展前景。

通過具體工程的實施應用，同時為滿足市場的需要，下階段將開展共軸承插型預制一體化衛生間的標準化與模數化研制以及相關技術規程、圖集的編制工作，目前已經得到住建部科技與產業化發展中心以及湖南省住建廳的政策支持。