模塊化集成建筑強(qiáng)弱電設(shè)計(jì)與施工技術(shù)

高冠新,趙寶軍,彭建成,曾維來(lái)

(1.深圳市建筑工務(wù)署,廣東 深圳 518027; 2.中建海龍科技有限公司,廣東 深圳 518110)

0 引言

模塊化集成建筑技術(shù)(modular integrated construction)是集成化、工業(yè)化程度更高的新型裝配式建造技術(shù)。其將建筑物的結(jié)構(gòu)、內(nèi)裝與外飾、強(qiáng)弱電、給排水與暖通等90%以上的元素在工廠自動(dòng)化制造和系統(tǒng)化集成;現(xiàn)場(chǎng)只需吊裝、處理模塊拼接處的管線接駁及裝飾等少量工作。大量減少現(xiàn)場(chǎng)作業(yè),緩解高峰期資源需求和作業(yè)面沖突,是目前建造速度最快、工業(yè)化與集成化程度最高、廢棄物排放最少的建造技術(shù)[2-6]。

中建海龍研發(fā)的模塊化集成建筑,具有標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化生產(chǎn)、一體化裝修、便捷化施工和信息化管理“五化一體”的特點(diǎn),是一種綠色低碳、高效、高品質(zhì)的新型建造模式,在縮短工期、提高工程質(zhì)量、解放現(xiàn)場(chǎng)勞動(dòng)力、提高資源利用率、減少建筑垃圾排放等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)[7]。該建造方式可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)施工和工廠生產(chǎn)同步進(jìn)行,相較于傳統(tǒng)建筑項(xiàng)目工期可縮短40%～90%;可實(shí)現(xiàn)95%以上的部品化率,結(jié)構(gòu)、裝修、設(shè)備一體化,高度工業(yè)化;現(xiàn)場(chǎng)工人減少60%以上,保證現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)質(zhì)量;工廠生產(chǎn)時(shí)材料浪費(fèi)減少約25%,固廢排放減少50%以上。模塊化集成建筑吊裝過(guò)程如圖1所示。

圖1 模塊化集成建筑吊裝過(guò)程Fig.1 Hoisting process of modular integrated building

模塊化集成建筑技術(shù)的重點(diǎn)在于基于面向制造和裝配設(shè)計(jì)理念的集成化設(shè)計(jì),其要求建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電、內(nèi)裝等專業(yè)做到協(xié)同,并針對(duì)集成化和標(biāo)準(zhǔn)化的需求進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化,既能滿足模塊單元的使用功能,又便捷模塊單元的工廠生產(chǎn)和現(xiàn)場(chǎng)安裝。本文將基于適用于搶險(xiǎn)救災(zāi)項(xiàng)目的模塊化集成建筑技術(shù),研究強(qiáng)弱電的集成設(shè)計(jì)技術(shù),并分析相關(guān)技術(shù)在深圳壩光國(guó)際酒店項(xiàng)目中的應(yīng)用成效。

1 強(qiáng)弱電集成設(shè)計(jì)技術(shù)

模塊化集成建筑的總體理念是將目標(biāo)建筑進(jìn)行拆分,以單獨(dú)的空間小單元形式存在,進(jìn)行拼裝組合[8]。模塊化集成建筑的拆分設(shè)計(jì)涉及建筑、結(jié)構(gòu)、水暖電等專業(yè)[9]。

建筑結(jié)構(gòu)的拆分通常只需考慮拆分后小單元間的聯(lián)系是否相對(duì)獨(dú)立,小單元組合安裝后即可完成建筑主體[10-12]。但對(duì)于機(jī)電(水暖電專業(yè))而言,并不能直接套用建筑結(jié)構(gòu)的拆分方法。因?yàn)闄C(jī)電部分是多專業(yè)、多系統(tǒng)性的,類似人體的神經(jīng)脈絡(luò),講究“路”的概念,即從系統(tǒng)前端到末端都需保持聯(lián)系與順暢。為最大化滿足模塊化集成建筑的設(shè)計(jì),機(jī)電部分拆分時(shí),會(huì)將末端相對(duì)獨(dú)立的單元做成一個(gè)整體;待建筑結(jié)構(gòu)的小單元拼接后,再將末端機(jī)電與前端系統(tǒng)相連通,從形式上完成機(jī)電的內(nèi)容。

模塊化集成建筑機(jī)電中的強(qiáng)弱電系統(tǒng)與水暖專業(yè)有較大差異,主要是強(qiáng)弱電拼接過(guò)程中,需盡可能地減少“斷點(diǎn)”,但又要在末端小單元中自成系統(tǒng)。因此,設(shè)計(jì)上預(yù)留與前端系統(tǒng)連接的統(tǒng)一接口,便可實(shí)現(xiàn)末端單元獨(dú)立,與前端系統(tǒng)連接界面清晰明確,施工操作簡(jiǎn)單快速。

機(jī)電部分強(qiáng)弱電系統(tǒng)末端內(nèi)容主要有:照明配電、弱電通信與智能化、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警、防雷接地等。從以下幾個(gè)方面進(jìn)行模塊單元的強(qiáng)弱電設(shè)計(jì)。

1.1 系統(tǒng)末端模塊單元內(nèi)全部安裝到位

全部安裝到位是指系統(tǒng)末端設(shè)備及管線安裝完成后可以就單元模塊進(jìn)行調(diào)試與測(cè)試。這就要求強(qiáng)弱電末端系統(tǒng)內(nèi)容需在模塊單元完整地表達(dá),單元內(nèi)部作業(yè)均需在工廠內(nèi)完成,模塊運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后無(wú)需再操作。

從表4可以看出，不同處理的青稞產(chǎn)量均有差別，各處理折合產(chǎn)量在3 750～4 339.5 kg/hm2。其中，A5處理的產(chǎn)量最高，折合產(chǎn)量達(dá)4 339.5 kg/hm2，較A1增產(chǎn)15.72%；A4處理的產(chǎn)量居第二位，折合產(chǎn)量4 122 kg/hm2，較A1增產(chǎn)9.92%；A3產(chǎn)量居第三位，折合產(chǎn)量4 102.5 kg/hm2，較A1增產(chǎn)9.4%；A2產(chǎn)量居第四位，折合產(chǎn)量4 081.5 kg/hm2，較A1增產(chǎn)8.84%；對(duì)照處理產(chǎn)量最低，折合產(chǎn)量3750kg/hm2。從產(chǎn)量變化趨勢(shì)來(lái)看，在氮肥和磷肥施用量固定的情況下，隨著鉀肥施用量的增加，青稞產(chǎn)量也不斷增加。

系統(tǒng)末端,如模塊單元的照明配電系統(tǒng),內(nèi)部將照明燈具、插座點(diǎn)位布置完成后,僅需從模塊單元內(nèi)的配電箱通電即可完成照明插座的調(diào)試與測(cè)試。如網(wǎng)絡(luò)與通信,外界與單元模塊內(nèi)的弱電設(shè)備連通,內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)與通信即可正常使用。但也有模塊單元無(wú)法自成系統(tǒng)內(nèi)容,如防雷接地系統(tǒng)。

該系統(tǒng)是針對(duì)整體建筑而言的,單個(gè)模塊單元無(wú)法直接體現(xiàn)整體效果,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮多個(gè)模塊連接時(shí)的預(yù)留作業(yè)面與連接方式。

1.2 模塊單元設(shè)置統(tǒng)一的連接接口

模塊單元內(nèi)部按實(shí)施內(nèi)容,最終以線管和設(shè)備的方式體現(xiàn)。模塊間接口的線管數(shù)量較多,若沒(méi)有統(tǒng)一的連接方式,在工廠施工及模塊組裝時(shí),常會(huì)出現(xiàn)較多失誤,從而影響單元模塊的質(zhì)量與施工工期。這里所說(shuō)統(tǒng)一連接接口,指接口位置統(tǒng)一設(shè)置在某點(diǎn)處,或統(tǒng)一采用同等規(guī)格的產(chǎn)品,或兩種的組合,如圖2所示。

圖2 統(tǒng)一接口的設(shè)置Fig.2 Setting of unified interface

以常規(guī)辦公室單元模塊為例。回路線管包括:照明(1)、插座(1)、動(dòng)力(1)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)(2)、弱電智能化系統(tǒng)(3)。當(dāng)模塊單元內(nèi)未設(shè)置強(qiáng)弱電箱時(shí),模塊拼接共有8根管需與前端系統(tǒng)連接。若接口不統(tǒng)一設(shè)置在同一位置,則顯得極其凌亂。

1.3 設(shè)計(jì)需與實(shí)際施工方式緊密聯(lián)系

模塊化的建造方式?jīng)Q定了施工方式與傳統(tǒng)項(xiàng)目施工有所不同。強(qiáng)弱電部分主要體現(xiàn)在線管施工時(shí),路徑選擇有區(qū)別。例如,由鋼柱鋼梁構(gòu)成的六面體邊框,其頂棚與地面采用混凝土形式,傳統(tǒng)插座的布置從墻面配電箱引線至地面,經(jīng)地面再引至末端點(diǎn)位處。但模塊單元中,墻面引線至地面時(shí)需繞過(guò)墻面與地面交線的鋼結(jié)構(gòu)梁,此處若裸露,嚴(yán)重影響美觀。因此,只能考慮配電箱往天花引線,再經(jīng)天花至墻面到達(dá)末端點(diǎn)位處,墻面與頂棚交線的鋼結(jié)構(gòu)處裸露部分以天花的形式遮蓋。

2 項(xiàng)目應(yīng)用

2.1 項(xiàng)目概況

深圳壩光國(guó)際酒店項(xiàng)目是深圳市用于對(duì)入境人員提供隔離及應(yīng)急醫(yī)療服務(wù)的大型防疫項(xiàng)目,位于大鵬新區(qū)排牙山路兩側(cè),占地面積8.1萬(wàn)m2,總建筑面積25.65萬(wàn)m2。建設(shè)內(nèi)容包括6棟7層酒店、1棟7層宿舍、4棟18層高層酒店、1棟18層宿舍及醫(yī)廢處置站、污水處理站等獨(dú)立配套用房。項(xiàng)目在多層酒店首層配置綜合門診部,可滿足各類人員在隔離期間的需求。酒店建成后可滿足隔離人數(shù)約4 400人(其中隔離人員3 800人、服務(wù)人員600人)。單棟按照隔離人員、服務(wù)人員分區(qū)分組團(tuán)規(guī)劃,統(tǒng)籌考慮防疫人員、應(yīng)急基本醫(yī)療、警務(wù)安保、社區(qū)網(wǎng)格辦公。國(guó)際酒店在疫情后將作為周邊資源配套建筑,統(tǒng)籌做好“平戰(zhàn)”功能轉(zhuǎn)換銜接。市海洋大學(xué)籌建辦委托南方科技大學(xué)重點(diǎn)辦提出未來(lái)可作為海洋大學(xué)學(xué)生宿舍。深圳壩光國(guó)際酒店項(xiàng)目如圖3所示。

圖3 深圳壩光國(guó)際酒店項(xiàng)目Fig.3 Shenzhen Baguang International Hotel project

考慮到時(shí)間緊、任務(wù)重,項(xiàng)目采用中建海龍研發(fā)的模塊化集成建筑技術(shù),實(shí)現(xiàn)了124d內(nèi)的高質(zhì)量建成交付,其中2棟7層三星級(jí)酒店44d建成,創(chuàng)造了新的建造速度紀(jì)錄,在我國(guó)工程建造史上又一次創(chuàng)造了“深圳速度、深圳奇跡”,為深圳乃至大灣區(qū)疫情防控提供了重要設(shè)施,取得了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 模塊單元的強(qiáng)弱電設(shè)計(jì)方案

本項(xiàng)目中,6棟7層酒店采用模塊化集成建造技術(shù),建筑平面布置如圖4所示。該建筑按結(jié)構(gòu)體系將核心筒及公共走道拆分進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)作業(yè),樓梯采用預(yù)制構(gòu)件,客房全部采用模塊化集成建造技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)吊裝。電氣按照防疫隔離酒店與平戰(zhàn)結(jié)合的要求,設(shè)置強(qiáng)電系統(tǒng)(照明、插座、動(dòng)力)、弱電系統(tǒng)(電視、電話、網(wǎng)絡(luò)、視頻監(jiān)控、可視對(duì)講、門禁系統(tǒng)、無(wú)線AP)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、消防應(yīng)急照明系統(tǒng)和防雷接地系統(tǒng)等。

圖4 7層酒店建筑平面與結(jié)構(gòu)形式布置Fig.4 Layout of 7-storey hotel building plane and structural form

結(jié)合模塊化集成建筑強(qiáng)弱電設(shè)計(jì)要點(diǎn),本項(xiàng)目的強(qiáng)弱電設(shè)計(jì)方案和實(shí)施效果如下。

2.2.1系統(tǒng)末端的模塊單元拆分

客房是系統(tǒng)末端的獨(dú)立單元模塊,該部分可在工廠大批量生產(chǎn),然后運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)吊裝安裝即可。因此,客房強(qiáng)弱電系統(tǒng)末端內(nèi)容均在工廠內(nèi)完成,配合模塊化建造。

強(qiáng)弱電設(shè)置內(nèi)容有:照明、插座、衛(wèi)生間統(tǒng)一控制的排氣扇、有線電視、網(wǎng)絡(luò)與通信、應(yīng)急照明、感煙火災(zāi)探測(cè)器、消防應(yīng)急廣播、防雷接地與局部等點(diǎn)位,具體如表1所示。

表1 模塊單元強(qiáng)弱電具體施工內(nèi)容Table 1 Module unit strong and weak specific construction content

2.2.2模塊單元統(tǒng)一的連接接口設(shè)置

由表1可知,客房與公共區(qū)的連接共有8根管,設(shè)計(jì)前期乃至生產(chǎn)時(shí)均需做統(tǒng)一規(guī)整排序,節(jié)省生產(chǎn)與現(xiàn)場(chǎng)施工閱讀圖紙的時(shí)間,提升模塊的生產(chǎn)安裝效率。

統(tǒng)一接口的位置選在靠近強(qiáng)弱電箱處,因強(qiáng)弱電的線纜數(shù)較多且線徑較大,方便施工。統(tǒng)一接口位置處線管的排列依次為:強(qiáng)電箱進(jìn)線、熱水器及排氣扇進(jìn)線管,應(yīng)急照明、感煙火災(zāi)探測(cè)器、消防應(yīng)急廣播進(jìn)線,有線電視、網(wǎng)絡(luò)與通信進(jìn)線管。不同類別線管駁接段在統(tǒng)一接口處做顏色區(qū)分標(biāo)識(shí)(見(jiàn)圖5)。模塊現(xiàn)場(chǎng)駁接時(shí),按顏色標(biāo)識(shí)匹配系統(tǒng)前端。電氣駁接線管較其他專業(yè)易彎曲,為滿足規(guī)范要求,電氣線管上翻水管、風(fēng)管駁接至線槽。

圖5 模塊單元內(nèi)部與外面連接BIM模型Fig.5 The BIM model is connected inside and outside the module unit

2.2.3模塊內(nèi)部線管路徑的選擇(線管全部為暗敷設(shè))

該項(xiàng)目的模塊采用鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)成的鋼柱鋼梁,頂棚與地面采用混凝土形式。從該項(xiàng)目模塊內(nèi)部設(shè)置內(nèi)容來(lái)看,除照明插座與有線電視、網(wǎng)絡(luò)與通信是從內(nèi)部強(qiáng)弱電箱引至外,其他內(nèi)容(含強(qiáng)弱電箱進(jìn)線)從公共走道線槽引出,穿過(guò)結(jié)構(gòu)梁,經(jīng)天花直接引至末端點(diǎn)位(天花與墻面梁底齊平或高于梁底時(shí),需在梁上開(kāi)洞;天花比墻面處梁底低50mm以上時(shí)可直接穿越墻面引至天花)。照明、插座、有線電視、網(wǎng)絡(luò)與通信路徑為:電箱→墻面→天花,墻面到天花的線管彎頭在吊頂上方,從而不影響美觀。模塊單元強(qiáng)弱電安裝位置如表2所示,模塊單元內(nèi)部強(qiáng)弱電線管路徑走向BIM模型如圖6所示。

表2 模塊單元強(qiáng)弱電安裝位置Table 2 Installation position of strong and weak current of module unit

圖6 模塊單元內(nèi)部強(qiáng)弱電線管路徑走向BIM模型Fig.6 The BIM model of the path of the strong and weak wire tubes inside the module unit

3 結(jié)語(yǔ)

模塊化集成建筑技術(shù)具有建造速度快、質(zhì)量高等優(yōu)勢(shì)[13],可滿足搶險(xiǎn)救災(zāi)項(xiàng)目的需求,是應(yīng)對(duì)搶險(xiǎn)救災(zāi)類項(xiàng)目的最佳方案之一。為了提高模塊化集成建筑的建造效率,集成化模塊單元設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵。其中,強(qiáng)弱電的集成化設(shè)計(jì)有別于傳統(tǒng)的強(qiáng)弱電設(shè)計(jì)方法,需進(jìn)一步優(yōu)化。基于深圳壩光國(guó)際酒店項(xiàng)目的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)提出,在進(jìn)行模塊單元的強(qiáng)弱電設(shè)計(jì)時(shí),可通過(guò)系統(tǒng)末端的模塊單元拆分、統(tǒng)一的連接接口設(shè)置及合適的路徑選擇,將模塊單元內(nèi)部的強(qiáng)弱電內(nèi)容細(xì)致化、標(biāo)準(zhǔn)化、定量化和可操作化,進(jìn)而滿足強(qiáng)弱電模塊化集成建筑的建造技術(shù)要求。