裝配式住宅建筑電氣設計方法及發展趨勢分析

文／吳宗獻 江西省建筑設計研究總院集團有限公司 江西南昌 330046

引言：

在城市化進程不斷加速和人們對宜居環境不斷追求的形勢下，住宅建筑行業正面臨著前所未有的挑戰和機遇。裝配式住宅建筑電氣設計方法的研究和發展，有助于滿足不斷增長的城市化和住房需求，同時也推動了電氣系統在建筑中的創新。電氣設計在裝配式住宅建筑中的關鍵作用越發凸顯，要求電氣工程師和設計師緊跟時代潮流，采用先進的技術和方法，以滿足住戶的需求，提高住房的質量，同時促進可持續建筑的發展。

1.裝配式住宅及建筑電氣設計的基本概念

1.1 裝配式住宅

裝配式住宅，又稱預制住宅、模塊化住宅或工廠生產住宅，是一種建筑方式，其主要特點是在工廠生產中制造住宅的各個部分或模塊，之后將模塊在現場組裝成最終的住宅，該方法的關鍵在于將建筑過程分為兩個主要階段：模塊制造和現場組裝。通常，模塊化住宅的模塊包括墻體、地板、屋頂、窗戶、電氣系統和管道系統等，在工廠中按照設計規格精確制造，然后在施工現場進行組裝。裝配式住宅的制造過程通常在工廠內進行，不受天氣和季節的影響，因此施工速度更快，成本更低，且由于模塊的精確制造，減少了浪費，提高了資源利用效率；模塊在工廠制造，受到嚴格的質量控制，確保了建筑的質量和一致性，意味著裝配式住宅通常具有更高的質量標準；模塊化住宅具有一定的靈活性，可以根據不同的需求進行定制，建筑師和居住者可以選擇不同的模塊設計和配置，以滿足特定的空間和功能要求；裝配式住宅更注重可持續性，采用綠色建筑材料和設計，減少了能源消耗和環境影響，且模塊的制造過程通常產生較少的廢棄物；因為模塊化住宅的部分在工廠制造，現場施工相對簡化，減少了對繁雜施工技術的要求，降低了施工人員的技能要求[1]。

1.2 裝配式住宅建筑的優勢

建造周期短,工期可壓縮30%以上。裝配式住宅采用線上設計、線下制造、線上組裝的模式,大大縮短了工期。工業化生產質量可控,裝配精度高。在工廠環境下標準化生產,質量可持續控制。節約建筑資源,減少現場濕作業。裝配式住宅實現了預制裝配,減少了材料浪費和濕作業。適應勞動力成本上升的需求。針對技工荒的情況,減少對技工的依賴。提高施工安全性,減少對環境的影響。規范工廠生產,減少施工過程中的安全風險。

1.3 建筑電氣設計

建筑電氣設計是一門工程學領域，涉及到規劃、設計和實施建筑內電氣系統，以滿足建筑的電力需求，系統包括供電、照明、通信、安全和控制系統，為建筑提供了必要的電力和功能；建筑電氣設計的目標是確保電力系統的可靠性、安全性和高效性，同時滿足建筑的功能需求和用戶的舒適性要求，不僅關乎建筑的舒適性，還對節能和可持續性有著重要的影響。建筑電氣設計需要確保建筑內的電力供應可靠，不間斷，以滿足用戶的基本需求，如照明、電力設備、通信系統等；保障電力系統的安全，包括避免火災、電擊、短路等電氣危險，以及建筑內人員和財產的安全；優化電力系統的設計，以降低能源消耗和運營成本，提高能源效率，減少對環境的不利影響；提供建筑內電氣設備和系統的智能控制，以滿足用戶的需求，提高生活和工作的便捷性。電氣系統的設計應根據建筑的具體需求和用途來制定，以確保系統能夠滿足用戶的功能和性能要求[2]。

1.4 裝配式住宅電氣設計的重要性

電氣系統關系裝配式住宅的品質。電氣系統直接影響住宅的舒適性、安全性和智能化。電氣設計需要考慮裝配式的特點。要充分考慮預制、模塊化、標準化接口等要求。電氣設計直接影響住宅的節能環保。合理的電氣設計可以提高能效,減少資源浪費。標準化的電氣設計有利于工業化生產。標準化設計可以實現批量化生產,提高效率。

2.裝配式住宅建筑電氣設計分析

2.1 基本設計流程

首先，在進行裝配式住宅建筑電氣設計之前，首要任務是進行需求分析，該步驟涉及與業主、建筑師和其他利益相關者的密切溝通，確定建筑的電力需求，包括常規用電、照明、電熱水器、空調和電動車充電等；考慮火警報警系統、防盜報警系統和視頻監控系統等；確定電話、互聯網、電視和音響系統等通信設備的要求；考慮自動化和智能控制系統，以提高住宅的便捷性和舒適性。其次，概念設計階段旨在創建電氣系統的初步概念和框架，在該階段，設計師將考慮不同的設計選擇，以滿足需求分析中確定的電氣需求，設計師決定電氣系統的整體結構，包括主電源、分布系統、控制系統和備用電源等；選擇各種電氣設備和器材，如開關、插座、燈具、電纜、配電盤等；確保電氣系統符合國家和地方的電氣安全規范和建筑法規；如果需要，確定自動化和智能控制系統的集成，以提高住宅的便捷性和舒適性。第三，在概念設計完成后，詳細設計階段將進一步細化電氣系統的細節和規范，設計師繪制電氣布局圖，包括電線和插座的位置，電纜路徑以及電路的布置；進行負載計算，確定建筑所需的電力容量，以確保電氣系統能夠滿足所有電氣設備的需求；選擇電氣設備和材料的具體型號和規格，以滿足設計要求；繪制施工圖紙，包括電氣布線圖、電纜路徑圖、設備布局圖和配電盤圖等。第四，詳細設計完成后，電氣系統的施工和安裝階段開始，施工人員根據設計圖紙進行電線、插座、燈具和電氣設備的布線和安裝，安裝主配電盤和次級配電盤；連接電氣系統的各個部分，進行必要的測試和校準，并安裝火警報警、防盜報警、監控和控制系統。第五，電氣系統安裝完成后，需要進行驗收和調試，包括電線連通性、設備運行、安全設備的觸發等；對系統進行調試和校準，以確保各個部分協調一致、無故障。最后，電氣系統投入使用后，需要進行定期的運維和維護，以確保系統的可靠性和長期性能，定期檢查電線、插座、開關和設備，以確保其正常運行，并及時修復電氣系統的故障和問題，以確保系統的可用性，同時根據需要對系統進行更新和升級，以滿足不斷變化的需求和技術發展。下圖為裝配式住宅建筑電氣設計的基本流程。

圖1 裝配式住宅建筑電氣設計的基本流程

2.2 設計原則

裝配式住宅建筑方式作為一種現代化、高效的建筑方式，對電氣設計提出了獨特的要求。電氣系統在裝配式住宅中起著至關重要的作用，不僅需要滿足用戶的基本電力需求，還需要考慮安全性、可持續性和智能化等方面，基本設計原則包括：（1）安全性原則。裝配式住宅建筑電氣設計必須遵守國家和地方的電氣安全規范和建筑法規，以確保電氣系統的合法性和安全性；在裝配式住宅中，安裝火警報警系統至關重要，以及早發現和報警火災；選用符合標準的電氣設備和材料，確保其安全性和可靠性；定期檢查和維護安全設備，如防電擊裝置、漏電保護器、火警報警器等，以確保其正常運行；保證合適的接地系統，以防止電氣設備出現故障時對居民造成危險；使用適當的隔離設備來隔離電氣設備，以確保維護和修理時的安全[3]。（2）功能性原則。電氣系統應能夠有效地分配電力，以滿足不同用電設備的需求，避免過載或欠載；采用智能控制系統，以提供用戶友好的操作和管理電氣設備的方式；電氣系統應能夠滿足多種功能需求，包括常規用電、安全、通信和控制等；電氣系統應具有一定的擴展性，以適應未來的需求變化，如添加太陽能電池板或智能家居設備。（3）靈活性原則。電氣系統應與裝配式住宅的模塊設計相協調，以便于模塊化制造和安裝；電氣系統的設計應允許用戶根據特定需求進行個性化配置和調整；電氣系統應具備升級和擴展的能力，以滿足未來的需求變化。

3.裝配式住宅建筑電氣設計方法

3.1 標準化設計

在裝配式住宅電氣設計中，標準化設計是其中的重要環節。通過統一電氣裝置規格型號，以及標準化弱電系統設計等方法，可以大幅度提高設計效率和質量。

統一電氣裝置規格型號可以有效地減少設計工作量，提高施工效率。在進行裝配式住宅電氣設計時，應根據住宅的具體情況以及使用需求，選擇合適的電氣裝置規格型號，并盡可能地統一這些規格型號，以減少備品備件的種類和數量，降低成本。

標準化弱電系統設計。

弱電系統是裝配式住宅中不可或缺的一部分。在進行弱電系統設計時，應盡可能地采用標準化的設計方法，以提高設計的可靠性、穩定性和互換性。此外，還應盡可能地采用通用化的設備，減少設備的種類和數量，降低成本。

3.2 模塊化設計

模塊化設計是將整個電氣系統劃分為不同的功能模塊，每個模塊都具有獨立的功能和作用。通過模塊化設計，可以大幅度提高設計的效率和質量。

根據功能劃分電氣模塊。

在進行模塊化設計時，應根據裝配式住宅的具體情況和需求，將整個電氣系統劃分為不同的功能模塊。例如，可以將電氣系統劃分為照明、空調、給排水等不同的模塊。這種劃分方法可以使設計更加清晰明了，提高設計的效率和質量。

各功能模塊之間標準接口設計。

為了使各個模塊之間能夠相互兼容、互換，需要制定統一的標準接口設計。這樣可以大幅度提高各個模塊之間的互換性，降低維修和更換設備的成本。

3.3 預制裝配設計

預制裝配設計是在進行裝配式住宅電氣設計時的一個重要環節。通過采用預制電氣管線和裝置，以及電氣模塊現場快速裝配等方法，可以大幅度提高設計的效率和質量。

預制電氣管線和裝置是在工廠內集中生產的，可以大幅度減少現場施工的工作量。在進行預制裝配設計時，應根據裝配式住宅的具體情況以及使用需求，選擇合適的預制電氣管線和裝置。此外，還應考慮管線和裝置的可維修性和可替換性等因素，以提高設計的可靠性和成本效益。

電氣模塊現場快速裝配可以提高施工效率和質量穩定性。在進行預制裝配設計時，應根據施工現場的具體情況以及施工組織設計的具體要求，制定合適的現場快速裝配方案。此外，還應加強與各專業之間的協調配合。

3.4 低壓斷路器設計

低壓斷路器是一種電氣設備，用于控制和保護電路中的電器設備。在裝配式住宅建筑中低壓斷路器可以檢測電路中的過載電流，并在超出額定容量時自動斷開電路，防止電線和設備受損，且當電路中出現短路故障時，低壓斷路器能夠快速切斷電流，以防止火災和電氣事故的發生。在裝配式住宅建筑中，不同的低壓斷路器類型適用于不同的應用場景。設計師需要根據電氣系統的需求選擇合適的低壓斷路器類型，如熱過載斷路器、磁斷路器或組合斷路器；低壓斷路器的安裝位置應根據電路布局和維護需求來合理選擇，且需要提供足夠的通風和散熱措施，以確保低壓斷路器能夠正常運行；隨著智能家居技術的發展，一些低壓斷路器配備了智能控制和監測功能，可以實現電路的遠程控制和狀態監測，以提高能源利用效率和安全性[4]。

4.裝配式住宅建筑電氣的發展趨勢

4.1 智能化設計

隨著科技的不斷發展，智能化技術逐漸應用到各個領域。在裝配式住宅電氣設計中，智能化設計也逐漸成為一種趨勢。通過智能控制系統和智能家庭系統的應用，可以實現電氣設備的遠程控制和自動化控制，提高居住的舒適度和安全性。

智能控制系統是一種利用智能化技術實現對電氣設備的遠程控制和自動化控制的技術。在裝配式住宅中，智能控制系統可以實現對照明、空調、窗簾等電氣設備的智能化控制，以及實現設備的節能控制和安全保護。此外，智能控制系統還可以提高設備的故障診斷能力和預警能力，減少設備維修和更換的成本和時間。

智能家庭系統是一種利用智能化技術將家用電器、家居安防、音視頻等各類設備進行整合和優化的技術。在裝配式住宅中，智能家庭系統可以實現家庭內部的智能化管理和控制，提高居住的舒適度和安全性。例如，智能家庭系統可以實現遠程控制家里的電器設備，實現家庭內部的節能減排，還可以實時監控家庭內部的安全情況，及時發現安全隱患。

4.2 綠色環保設計

隨著人們對環境保護的意識不斷提高，在裝配式住宅電氣設計中，綠色環保設計也逐漸成為一種趨勢。通過高效節能設備和可再生能源的應用，可以減少能源的浪費和對環境的影響。

高效節能設備是一種能夠高效利用能源的設備，可以提高能源的利用效率，減少能源的浪費。在裝配式住宅中，高效節能設備的應用可以大幅度減少能源的消耗和浪費，提高住宅的節能效果。例如，采用高效的空調系統和照明系統等可以大幅度減少能源的消耗。

可再生能源是一種取之不盡、用之不竭的能源，可以減少對傳統能源的依賴和對環境的影響。在裝配式住宅中，可再生能源的應用可以大幅度減少對傳統能源的依賴和消耗，提高住宅的環保效果。例如，采用太陽能熱水器和太陽能光電板等可以充分利用太陽能資源，減少對傳統能源的依賴[5]。

4.3 信息化施工

隨著信息化技術的不斷發展，在裝配式住宅電氣設計中，信息化施工也逐漸成為一種趨勢。通過BIM 技術的應用和虛擬仿真試驗的開展，可以大幅度提高施工的效率和質量穩定性。

BIM 技術是一種利用信息技術將建筑信息進行整合和優化的技術。在裝配式住宅電氣設計中，BIM 技術的應用可以實現電氣設計和建筑設計的協同設計和優化，提高設計的效率和精度。此外，BIM 技術還可以實現施工過程的信息化管理和優化，提高施工的效率和質量穩定性。

虛擬仿真試驗是一種利用計算機技術模擬實際施工過程的技術。在裝配式住宅電氣設計中，虛擬仿真試驗可以模擬電氣系統的實際運行情況，對電氣系統的性能和穩定性進行預測和分析。這樣可以及時發現和解決設計中存在的問題和不足之處，提高設計的可靠性和效率[6]。

4.4 系統集成化

電氣系統集成化是指將各種電氣設備、控制系統和智能技術有機整合到一個系統中，以實現更高效、便捷、可控的電氣管理，在裝配式住宅建筑中，電氣系統集成化涵蓋了電力供應、照明、通信、安全、智能家居控制等多個方面，以滿足居住者的各種需求。

電氣系統集成化需要遵循一系列技術標準，以確保各種設備和系統能夠互操作，制定統一的技術標準可以使得不同供應商的設備之間實現兼容性，提高系統的穩定性和可靠性。

電氣系統集成化的主要趨勢是更加有效的能源管理，隨著能源價格的上漲和環保意識的增強，住宅建筑需要更智能的電氣系統來監控和管理能源的使用，包括智能化的電表、太陽能發電系統、儲能設備等，居住者可以實時監測電力消耗，優化能源使用，從而降低能源賬單，減少碳足跡。

電氣系統集成化還注重個性化和可定制性，不同的居住者有不同的需求，因此電氣系統應當具備一定程度的可定制性，以適應不同的生活方式，居住者可以根據自己的偏好選擇不同的智能家居設備和控制方式，以滿足他們的需求。

結語：

裝配式住宅電氣設計是裝配式住宅設計的重要組成部分之一，其設計的質量直接影響到住宅的安全、舒適和節能等方面。本文從裝配式住宅的概念、優勢、電氣設計的重要性出發，介紹了裝配式住宅電氣設計的方法和發展趨勢。通過標準化設計、模塊化設計和預制裝配設計等方法的應用和創新，以及智能化設計和綠色環保設計等發展趨勢的分析和探討，可以不斷提高裝配式住宅電氣設計的水平和實踐能力。