裝配式建筑電氣設計淺析

徐松杰

(浙江大學建筑設計研究院有限公司，杭州 310028)

0 引言

2016 年，國務院辦公廳在《關于大力發展裝配式建筑的指導意見》(以下簡稱“指導意見”)中指出，在未來10 年時間內，裝配式建筑占比要達到新建建筑面積的30%，并要求統籌建筑結構、機電設備、部品部件、裝配施工、裝飾裝修，實現裝配式建筑一體化集成設計。 電氣設計作為其不可或缺的環節，直接影響最終建筑的性能、質量和安全。 下面結合筆者所在單位設計的自用裝配式建筑辦公樓，對裝配式建筑中電氣設計要點及解決方案進行簡要分析。

1 項目概況

紫金準乾科研用房B－1＃樓位于浙江省杭州市西湖區紫金眾創小鎮內，地上3 層，建筑面積約8 800m2。項目采用裝配式設計與施工，全過程BIM技術應用，裝配率達到96.8%(詳見表1)，滿足國家AAA 級裝配式建筑要求。

2 設計要點

(1)了解裝配式建筑特性，轉變傳統設計思路。

裝配式建筑將原來大量的現場作業轉移至工廠內完成，待工廠加工好的各類建筑構件運抵施工現場后，通過可靠連接方式在現場將構件組裝完成。 因此，在進行裝配式建筑電氣設計時，需要充分了解裝配式建筑的部件構造、加工工藝、施工流程等基本特性，明確項目采用的裝配式建筑體系(包括裝配式混凝土結構、木結構、鋼結構)及預制構件的分布狀況，制定科學、合理、經濟、高效的設備安裝、管線敷設總體方案。

(2)在進行電氣管線設計時，應根據項目類型選擇不同的敷設方式。

就一般項目而言，管線敷設應盡可能遵循與裝配式構件分離的原則，安裝在吊頂、裝飾墻體(如輕質隔墻內部空間、室內裝飾面層間等)、架空地板等處。 但是對于一些追求經濟效益的項目(如房產開發)，因明敷管線影響美觀性，且占用室內有效使用空間，往往采用預制疊合樓板等方式替代管線全分離。 另外，管線敷設要以建筑布置及精裝修為設計導向，準確把握每段電氣管線必要性，真正實現一體化設計。

(3)針對預制裝配化程度及實施方案，調整相關電氣設計做法，并注意與結構相應參數的“定量”配合。

根據疊合樓板及預制墻體的分布，制定合理、可行的“重點區域”管線敷設排布方案。 例如配電箱安裝區域，因進線管徑大、出線集中、管線交叉多等情況，采用60 ～80mm 厚度的現澆層往往無法同時滿足電氣管線避讓鋼筋及確保結構樓板施工質量的要求。 這種情況下，除分流該處管線、減少交叉外，可通過增加現澆層厚度來解決問題。 若仍不能解決，可與結構專業協商，調整局部方案，在配電箱相應位置采用傳統現澆工藝。 裝配式建筑電氣設計時，切忌一味追求裝配率，應根據實際情況、具體位置確定管線方案。

項目裝配率計算與裝配式技術應用方案 表1

(4)按照全過程整體把控和精細化設計的思路，對預埋預留進行精確定位，并適當考慮施工安裝便利及容錯措施，以提高施工效率以及建筑的品質。

3 裝配式建筑電氣解決方案

3.1 SI 管線分離

20 世紀60 年代，荷蘭學者John Habraken 提出開放建筑的理念，該理念通過Skeleton(支撐體)和Infill(填充體)的有效分離使建筑物兼具結構的耐久性以及填充物的可更新性。 管線分離正是SI 理念本土化的實際應用，在GB/T51129－2017《裝配式建筑評價標準》中也將其作為評價項，并提出管線分離50%～70%的評價要求。

管線分離SI 體系需要各專業協調配合，其中電氣管線相較于水暖專業，不僅數量繁多，且與裝飾關聯緊密。 項目應用中，電氣管線考慮在吊頂、裝飾內隔墻空腔、墻面設備板帶以及地面架空層內敷設(見圖1)，通過對敷設路由的合理規劃，減少管線交叉，降低管線所需占用吊頂或者架空地板的空間，從而確保室內凈高。 此外，項目還利用了一種特殊的蜂窩梁結構，管線可穿越蜂窩梁上孔洞，減少梁下空間的占用(圖2 為B－1＃樓應用實例)。

圖1 管線利用地面架空層敷設

圖2 管線穿蜂窩梁敷設

裝配式建筑內隔墻種類繁多，當采用輕鋼龍骨隔墻時，管線與設備可安裝在隔墻空腔內；當采用GRC(玻璃纖維增強混凝土)時，管線與設備可安裝在其與預制結構體之間的空腔內，并在GRC 上開設可開啟的檢修口；當采用ALC(蒸壓加氣混凝土)時，可結合裝飾在ALC 兩板之間設置間隙，作為管線與設備安裝空間，待管線與設備安裝完成后，通過蓋板將間隙封閉。 通過運用這種可模塊化生產的墻面管線帶，不僅省去了ALC 板開槽的工序，減少了濕作業，而且在建筑物整個生命周期中，都可以對管線與設備進行更換，彰顯了裝配式建筑可持續性的性能優勢。 詳見圖3～4。

圖3 輕鋼龍骨內豎向管線、設備底盒安裝示意圖

3.2 集成機電部品

部品部件是裝配式建筑一體化集成設計中的重要環節，在裝配式建筑發展的這些年，外圍護系統、內裝系統中的部品部件被不斷開發、應用并加以完善，但作為銜接設備、管線與內裝系統的機電部品，目前發展仍較為滯后。 究其根本原因，主要是集成機電部品需要整合大量關聯元件，然而廠家對于產品往往各自為政，難以相互協調。 機電部件若按統一標準生產則無法滿足設計和業主的多樣性需求；若均個性化生產便無法彰顯裝配化的優勢。 因此在現階段，應盡量做到電氣設計、產品采購、部品生產、現場施工整體協作，進而加快集成機電部品的發展。 下面列舉項目中實際應用的集成機電部件加以介紹。

集成面板是目前使用較多的集成機電部品，在高檔住宅、酒店、商場等場所均有應用。 集成面板通過開放協議，將照明、空調、窗簾等設備控制功能集中于一身，從而減少墻面各類面板的數量，提升空間整體美感。 除此之外，它還能根據不同群體進行模塊化定制，滿足個性化需求。 在裝配式建筑應用中，集成面板的主要優勢在于可用通訊線替代原本的電源線、控制線等各類線纜，減少了裝配式墻體內管線與設備的預留預埋，提升了墻體部件的一致性。

墻面集成設備帶目前最為成熟的應用在醫療領域。 醫療設備帶一般安裝在病床頭墻上，可裝載多種電氣設備及氣體插座，包括照明燈、特殊用途燈、電源插座、電話及網絡插座、電氣開關、醫用氣體插座、護士呼叫系統等。 醫療設備帶可在工廠根據需求批量制作，現場安裝時只需將強弱電和氣體管線敷設在設備帶內，與對應端口連接，不僅實現管線分離，而且整體性好、外表美觀、更易清潔。 常見的自帶強弱電插口的辦公桌、會議桌等，也屬于另一種形式的墻面設備帶，電氣線路可以利用固定家具內自帶穿線槽進行敷設。

頂面設備帶是終端功能設備的集成帶，可以將頂面照明系統、消防系統(包括火災探測器、消防廣播、消防噴頭等)、空調系統(包括送風口、回風口等)、弱電系統(包括無線AP、監控攝像頭、傳感器等)等集成于一體，使建筑頂面整齊、有序、簡潔。設備帶結構簡單、裝配方便、維修便利、改裝靈活。此外，頂面設備帶還有效解決了施工現場人工定位造成的各類設備(例如煙感、溫感與燈具、風口、噴淋頭等)間距無法滿足規范的問題。

3.3 BIM 信息化技術

建筑信息模型(Building Information Model，簡稱BIM)，憑借其可視化、模擬性、優化性等優點，已成為目前建筑行業重點推廣的技術。 在項目電氣設計階段，運用BIM 技術，將傳統二維圖紙無法表達的建筑內部構造的細節三維化，通過三維模型對建筑、結構、機電模型進行審查，了解方案中的不足，優化設計細節，進而達到最佳效果。 項目BIM 管線綜合優化示例見圖5。

圖5 BIM 管線綜合優化

裝配式建筑施工工序要求很高，發揮BIM 技術可視化功能，可合理安排設備安裝流程，提高裝配式建筑施工精度與效率。 通過施工現場采集的實時安裝進度圖像與BIM 模型的對比，真正使項目達到預期的效果。 通過BIM 與VR 技術的結合，在項目前期、施工過程以及后期運行與維護階段都可進行便捷可視化管理。

4 結束語

綜上所述，裝配式建筑是建筑工程未來的發展趨勢，相較于傳統建筑，在許多方面都存在優勢。裝配式建筑電氣設計的重要性會日益凸顯，設計過程中要注重標準化、系統化設計方法的運用，不斷提升設備布置、安裝以及管線敷設、連接等工作的標準化程度。