裝配式建筑電氣設計分析

張丹丹

甘肅省城鄉規劃設計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000

0 引言

裝配式建筑是由預制部品、部件在工地裝配而成的建筑，以工廠預制化生產、現場裝配化施工為模式，以標準化設計、構件化生產、裝配化施工、一體化裝修和信息化管理為特征，集成了設計、工業化生產、現場裝配化施工各個業務領域的特點，可以實現建筑的節能、環保、全生命周期價值的最大化。裝配式建筑是全專業全過程的系統集成結果，以工業化建造方式為基礎，可以實現結構系統、外圍護系統、設備與管線系統、內裝系統四大系統的一體化，以及策劃、設計、生產與施工的一體化。裝配式建筑強調少規格、多組合的設計標準化；高質量、環保的生產工廠化；減少濕作業的施工裝配化；基于BIM協同和條碼的管理信息化；安全、便捷的技術智能化。近年來，隨著經濟社會的快速發展，用電設備不斷更新，各類規范正在逐漸完善。為此，針對裝配式建筑，必須著眼于電氣設計，使設計更合理、科學，以提高建筑的安全性。

1 推廣裝配式建筑的意義

1.1 滿足節能減排要求

有關資料顯示，在預制件系數超過90%時，工地上的模板使用率將會降低85%，而腳手架的使用率將會降低50%，在材料上，鋼材和混凝土的使用率分別降低2%和7%，能源消耗也會大幅降低（電力節省10%，節水40%）。相對于傳統建筑方式，裝配式建筑在節能和減排上全面領先。

1.2 提升施工、設計水平

通過標準化設計，以系列化、工業化為基礎的預制裝配型建筑可確保構件與部件的品質平衡，使結構尺寸精度最大化，確保后期裝飾及設計部件的質量。隨著社會生產的集約化，農村實施規模化建設，機械化代替人工，社會化和規模化生產成為當務之急。在大規模的裝配式建筑中，采用機械設備取代人工進行現場維護，可以消除傳統施工的安全隱患，提高建筑的質量和性能。

標準化、模塊化的機電產品充分體現了“整體的設計，工廠的制造，裝配式施工，信息化管理，智能化應用”，可以將BIM技術應用于圖紙的深化設計，通過綜合考慮各個專業的施工技術和施工過程，對設備和管線進行合理分段，然后在工廠預制成模塊化機電部品，最后運輸至工地現場進行裝配化施工。與現場施工、焊接、安裝相比，現場施工不需明火作業，極大地降低了施工的風險，提高了安裝的效率，節省了人力和材料的費用，提升了設備的安裝精度，進而縮短了施工周期，提升了安裝質量。

1.3 便于維修更換

在不影響主體安全的前提下，裝配式建筑中的設備與管線和主體分離、管線分層，便于維修更換。所有功能空間的固定面裝修和設備設施全部安裝完成，可以達到建筑使用功能和建筑性能的狀態。應用綜合管線集成技術，可以利用內間系統內部空間敷設各系統管線，使住宅支撐體系的結構體與填充體系的各系統管線完全分離，便于日后維修更換。

2 裝配式建筑的電氣設計流程

在傳統建筑中，電氣設計的一般過程是確定整體規劃；裝修設計，后期再進行精裝深化設計，對原有方案進行修改。裝配式建筑的設計程序包括科學論證方案，促進項目設備的優化配置；做好室內的精裝定位，按照精裝設計要求進行電氣設計；各方確定設計成果，通過深化設計，對圖紙進行優化；構件廠根據深化圖紙生產加工。

在裝配式電氣設計中，應在方案確定階段確定電源線與預制件之間的聯系；在施工圖設計階段，按照精裝要求實現規范設計、規范安裝[1]；在深化設計時，應在預埋管箱中預留空洞，并根據客戶的需求預留線路槽等，這需要由專業的裝配型設計師完成；最終，經過室內設計、電氣、PC設計及制造廠商等多方的確認，由各廠家進行生產和加工。

3 裝配式建筑的電氣設計要點

3.1 施工圖設計

在對裝配式建筑的電氣圖紙進行初步設計時，首先要確定總體設計方案，在具體的設計中，有關設計者必須在預制構件的設計中清楚地標明預制構件的位置、預留的孔洞數量和孔洞的位置，確保預制管道的使用。在預裝部件中，必須對配電箱和插座等設備進行精確的定位；在預留空位時，設計者必須標注出空位的高度和位置，以便在以后的工程中將預埋件與預埋件相連[2]。在完成初步設計后，設計師應該重新審視整個設計方案，以便及時找出設計中的缺陷。

3.2 電井位置的選擇

在裝配式建筑的電氣設計中，電井位置的選擇是最關鍵的一個環節。通常情況下，盡量將電井布置在負載中心，這既可以縮小電力系統的供電范圍，又可以降低有色金屬的消耗，提高電力品質，滿足各方面的需要，有效防止電力消耗。從設計者的角度來看，在選擇電井時，應綜合考慮各種因素，以防止在預制構件區域布置電井。預制裝配式建筑的電井部件在工廠內進行加工和組裝，在施工過程中要盡量減少開鑿、鑿洞等對其的影響，避免破壞結構的穩定性，提高安裝工程和電氣設備的運行風險，危及居民的生命安全。另外，由于電力井內的電力管道很多，為了避免在預制板上預先埋設大量管道，必須對電井內的管道進行科學的處理[3]。

3.3 防雷設計

以某十二層住宅建筑為例分析防雷設計要點。按照規范要求，該十二層住宅建筑的防雷等級為三級。在房屋屋頂利用Φ12鍍鋅圓鋼作為接閃器，屋頂接閃帶連接線網格不大于20 m×20 m或24 m×16 m。屋頂所有接閃裝置連接成電氣通路，不同標高接閃帶用鍍鋅扁鋼連接，女兒墻鋁合金壓頂作接閃器與引下線連接。利用所有預制剪力墻現澆邊緣構件內主筋作防雷引下線，邊緣構件內2根直徑不小于Φ10的主筋從接地網至女兒墻鋁合金壓頂通長焊接。所有暴露于屋面的金屬管道、金屬爬梯、金屬欄桿、建筑裝飾金屬構件及設備金屬外殼、鋼構架等金屬體，均就近與防雷裝置相連。

金屬欄桿、金屬門窗、鋼構架等金屬物通過金屬預埋件、支撐構件與防雷裝置可靠連接。外墻內、外豎直敷設的金屬管道每三層與混凝土結構內鋼筋通過預埋件互相連接，并在其頂端和底端與防雷裝置等電位連接。由于預制墻下連，鋼筋并不相連，鋼筋用套管注漿縱向連接，必須在預制墻柱中增加1根導線，然后用鋼筋焊接聯通預埋件內部，并將其與其他預埋件內的導線聯通，從而使附加導線與其他預埋件內部的導線進行電連通。

3.4 點位預留設計

無論是接線盒還是箱體，在進行點位預留時，應按預定的模數進行精確的定位，以保證預留部件的標準化、標準化。在預制墻壁上安裝開關、插座等與電力系統有關的設施時，應事先預留安裝在墻壁上的接線箱，并優先選用86型接線箱。對于需要安裝在地面上的裝置，也要留出深式接線箱的空間，以保證接線箱與管道的可靠連接。在接線箱定位后，應經電力專業人士鑒定，并經結構專家審核，如有問題，應立即處理。

3.5 戶內配電箱位置的選擇

合理調整優化戶內強弱電箱的位置，既要美觀，又要保證使用方便。裝配式建筑一般都有一個配電箱，為了便于維護，一般安裝在套內靠近住宅公共區域的位置。在走廊和其他地方，各層的電源柜位置都一樣，但因為電源柜的體積太大，而且箱體中的管道數量較多，很難保證其結構的安全，應盡量避免在預制的墻壁和承重墻上安裝配電箱。若工程全部采用預制構件，需在預制構件上安裝配電箱，則應按設計尺寸預留孔洞，既能確保工程質量，又方便后期維修保養。

3.6 預埋電氣管線設計

預埋件中的接線盒、電線的溝槽等應在電路圖上標明并標記位置。針對預先埋入預制件的電力管道部件，線槽、線路等應作詳盡的描述，并詳細介紹其連接方式。針對在預埋件內預留的施工設備、建筑電氣線路等應采取防火保溫措施。在建筑物的電氣深化設計中，應使用相應的軟件進行管道的碰撞測試，以避免發生重疊、交叉。將管道埋設在現澆層中，管道防護厚度不得低于15 mm。

在實際應用中，在燈具、開關、消防探測器的管線敷設安裝中，項目墻體可以選用水泥基復合夾心墻板。若按照常規設計，梁中線與墻中線重合，管線從樓板往下預埋敷設，需在預制件工字梁翼緣處開洞。但工字鋼梁開洞時，需要在開洞位置加補墻板，使工字梁制作過程煩瑣復雜，增加工程造價，同時延長了制作周期。通過在設計初期與建筑、結構、甲方、施工方的多方溝通，采取管線避開翼緣方式，工字梁偏移，管線避梁敷設，如圖1所示。

圖1 管線過翼緣示意圖

3.7 變配電系統設計

在設計變配電系統時，必須清楚了解項目狀態和特征，以便確定用電性質和供電容量。同時，建筑用電需要采用變配電室統一配電，由變配電室放射引至各分配電箱，由分配電箱提供設備電源。變電所應位于負荷中心附近，需要考慮供電半徑，注意供電線纜電壓降。采用節能型干式變壓器時，需要控制變壓器工作負載率，以保證變壓器經濟運行。

3.8 照明設計

在進行裝配式建筑照明設計時，必須按照國家有關法規和標準進行，根據照度要求科學選用光源，避免產生資源浪費。在充分利用光能資源的同時，采取合理的節能措施[4]。在選擇照明強度和功率密度時，應遵循國家有關法規和標準，以免發生問題。可以采用LED綠色光源，LED光源有更高的光效和更長的使用壽命，可以降低項目的造價，達到節約能源和保護環境的目的；利用智能照明控制器可以隨時動態地掌握照明狀態，并根據公共區域的光照情況進行嚴密控制，達到節能發展的目的。

3.9 公用設施電氣配套節能設計

在公用設施的電氣配套設計中，必須保證節能性，達到節能減排的目的。在進行防雷和用電設備的接地設計時，要綜合考慮建筑的工程性能，保證其本身的防雷效果符合防雷要求和規范。在進行綠色建筑項目的設計時，要堅持綠色、節能的設計思想，從可持續發展的觀點出發，加大對綠色建筑的宣傳力度，以減少能耗，降低總建設費用。

3.10 防火設計

根據《建筑設計防火規范（2018年版）》（GB 50016—2014）第10.1.10條和《火災自動報警系統設計規范》（GB 50116—2013）第11.2條規范的規定，工程中所有管線在吊頂內敷設時全部為鋼管，吊頂內管線穿鋼管敷設，金屬線槽穿過防火隔墻及防火樓板時，采取防火隔離措施。不同電壓等級的線纜不應穿入同一根保護管內，當合用同線槽時，線槽內隔板分隔。

在實際工程中，住宅公共區域和商業建筑的所有消防電源及火災自動報警系統管線常為鋼管敷設，樓板會出現設備管線交叉的情況。由于敷設過程中鋼管不能彎曲，同時受疊合板鋼筋桁架高度限制，造成穿行困難。需要在公共區域選用混凝土現澆，某工程中一段預制樓板的側視圖如圖2所示。

圖2 工程中某段預制樓板的側視圖（單位：mm）

4 結束語

綜上所述，裝配式建筑產業發展迅速，但由于其電氣設計、電氣設備等方面的缺陷，以及技術上的不成熟，國家、設計人員需要給予高度關注，開展電氣設計的全面研究，通過科學、合理的設計對設計各個環節進行有效控制，不斷提升設計水平，以滿足裝配式建筑的電氣設計需求，提升裝配式建筑的質量。