裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑電氣設(shè)計(jì)淺析

劉飛

（中集建筑科技有限公司）

1 引言

住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部《2021-2025年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》提出：“十四五”期間，著力增強(qiáng)智能化、BIM、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)集成應(yīng)用能力，建筑業(yè)的智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化要取得突破性進(jìn)展，中國(guó)建筑業(yè)全面進(jìn)入智能建造的時(shí)代。而針對(duì)建筑業(yè)的智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，必將使建筑產(chǎn)品化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，走裝配式建筑的道路。從傳統(tǒng)建造方式向智能建造方向發(fā)展。

國(guó)家“十四五”期間，在實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”綠色低碳目標(biāo)的進(jìn)程中，多個(gè)省市陸續(xù)出臺(tái)工程領(lǐng)域超低能耗建筑的相關(guān)支持政策，要求到2025 年，新建建筑裝配率達(dá)到50%。相比國(guó)外，我國(guó)裝配式建筑技術(shù)的推廣較晚，整個(gè)建筑工業(yè)化生產(chǎn)流程尚未達(dá)到發(fā)達(dá)國(guó)家的精細(xì)化程度，各環(huán)節(jié)工業(yè)化程度還需要不斷提高。

本文以蘇州市太倉(cāng)某廠區(qū)裝配式鋼結(jié)構(gòu)宿舍為例（見圖1），重點(diǎn)闡述建筑一次機(jī)電設(shè)計(jì)時(shí)在裝配式這方面需要注意的事項(xiàng)，以及建筑墻板、結(jié)構(gòu)梁柱等預(yù)制構(gòu)件深化生產(chǎn)階段，與深化設(shè)計(jì)單位配合過(guò)程中遇到的問(wèn)題以及解決措施，以此總結(jié)出公寓宿舍類建筑電氣設(shè)備管線深化階段需注意的一些要點(diǎn)，為未來(lái)實(shí)現(xiàn)智能化建造、提高建筑裝配率探索一條最優(yōu)途徑。

圖1 蘇州市太倉(cāng)某廠區(qū)裝配式鋼結(jié)構(gòu)宿舍實(shí)景圖

2 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目為7層宿舍樓，總建筑面積20104.5m2，建筑高度23.95m，為多層建筑，一層為架空層，按綠色二星建筑設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目為鋼結(jié)構(gòu)體系裝配式建筑，相較當(dāng)前普遍采用的混凝土體系裝配式建筑（PC）有較大區(qū)別，具體做法如下：

1）結(jié)構(gòu)體系

采用鋼框架結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)柱采用鋼管混凝土柱，梁采用工字鋼梁，樓板采用鋼筋桁架樓承板；屋面采用現(xiàn)澆樓板；樓梯采用鋼筋混凝裝配式樓梯。相較傳統(tǒng)混凝土建筑，鋼結(jié)構(gòu)具有更高強(qiáng)度，抗震性強(qiáng)，便于工廠加工，回收利用率高，是更適合用于裝配式建筑的結(jié)構(gòu)體系，符合綠色、低碳、節(jié)能、環(huán)保的發(fā)展理念，將逐漸成為主流體系，是未來(lái)建筑發(fā)展的方向。鋼筋桁架樓承板可利用底層鋼板作為建筑模板，減少工程量，加快施工進(jìn)度[1]。

2）圍護(hù)分隔體系

外墻采用ALC 墻板圍護(hù)體系（寬度600mmx 厚度200mm），采用內(nèi)保溫做法，內(nèi)墻采用ALC 墻板（寬度600mmx 厚度150mm）或局部輕鋼龍骨隔墻。ALC 墻板是蒸壓輕質(zhì)混凝土的簡(jiǎn)稱，是高性能蒸壓加氣混凝土的一種，具有質(zhì)量輕，隔音、耐火、抗震等性能好等特性，且可以回收利用。ALC 板既可作為墻體材料，又可作屋面板，是一種性能優(yōu)越的新型建材[2-3]。

3）設(shè)備及管線系統(tǒng)

采用SI 管線分離體系，即設(shè)備管線與結(jié)構(gòu)體相分離，可增加建筑壽命耐久性、內(nèi)部空間靈活性。除標(biāo)準(zhǔn)層走廊應(yīng)急照明疏散指示回路管線外，未考慮管線暗敷于樓板現(xiàn)澆層的方式，其余電氣管線均明敷于頂部或暗敷于ALC 空腔墻體內(nèi)或輕鋼龍骨隔墻內(nèi)，可以達(dá)到電氣設(shè)備管線分離率達(dá)95%以上。

3 電氣深化設(shè)計(jì)配合

3.1 深化設(shè)計(jì)資料條件收集

建筑、結(jié)構(gòu)專業(yè)圖紙：需要了解建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、建筑內(nèi)隔墻、結(jié)構(gòu)梁板柱形式，了解建筑、結(jié)構(gòu)各銜接位置節(jié)點(diǎn)大樣。

①?gòu)?qiáng)弱電圖紙：根據(jù)圖紙要求確定設(shè)備、管線的安裝敷設(shè)高度及方式；

②給排水、暖通圖紙：了解相關(guān)系統(tǒng)類型及管線路由；

③精裝圖紙：根據(jù)吊頂高度、內(nèi)隔墻處理方式以及強(qiáng)弱電、給排水、暖通相關(guān)點(diǎn)位確定精裝區(qū)域管線安裝敷設(shè)高度及方式。

3.2 明確設(shè)備管線安裝敷設(shè)技術(shù)措施

①建筑設(shè)備之間的連接采用標(biāo)準(zhǔn)化接口設(shè)計(jì)。

③設(shè)備管線進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，減少管線的交叉，豎向管線宜集中設(shè)計(jì)，滿足維修更換的要求。

④預(yù)制構(gòu)件中的電氣接口及吊掛配件的孔洞、溝槽根據(jù)裝修和設(shè)備安裝的要求預(yù)留。

⑤豎向電氣管線統(tǒng)一設(shè)計(jì)在預(yù)制板內(nèi)或裝修墻面內(nèi)；水平管線或橋架穿梁明裝或隱藏于吊頂內(nèi)。

各部位具體做法如下：

1）強(qiáng)弱電豎井

a.結(jié)合不同廠家ALC 墻板技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，重量小的設(shè)備掛墻安裝，重量較大的設(shè)備采用落地安裝或ALC墻板上設(shè)置角鋼固定安裝；

b.橋架母線等采用ALC墻板上設(shè)置角鋼支架固定安裝；頂板采用傳統(tǒng)支吊架固定安裝；

c.鋼管采用沿墻體、樓板明敷。

有些行業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)使用高強(qiáng)鋼筋無(wú)明確的強(qiáng)制性要求，設(shè)計(jì)人員也就依照固有的設(shè)計(jì)理念進(jìn)行工程設(shè)計(jì)。此外，隨著城鎮(zhèn)化的推進(jìn)和對(duì)各類基礎(chǔ)設(shè)施的持續(xù)投入，設(shè)計(jì)院承擔(dān)的任務(wù)也日益繁重，設(shè)計(jì)人員已經(jīng)習(xí)慣于采用335 MPa鋼筋，若在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)中全面推廣應(yīng)用高強(qiáng)鋼筋，則整套設(shè)計(jì)思路需要改變，對(duì)各種應(yīng)力、強(qiáng)度、安全系數(shù)等參數(shù)要重新進(jìn)行計(jì)算、試驗(yàn)和驗(yàn)證，因此，設(shè)計(jì)人員在主觀上不愿投入精力將高強(qiáng)鋼筋的應(yīng)用研究融入到設(shè)計(jì)工作中。

2）門廳、走廊、樓梯間等公共區(qū)域

a.公共區(qū)域設(shè)備均為小型設(shè)備，采用嵌入ALC墻板安裝方式；

b.門廳為有吊頂區(qū)域頂部橋架管線采用吊頂內(nèi)敷設(shè)方式；

c.走廊為無(wú)吊頂區(qū)域橋架管線沿頂板明敷；墻側(cè)鋼管暗敷于ALC墻體空腔內(nèi)；

d.樓梯間內(nèi)設(shè)備管線沿頂板明敷，沿墻面明敷。

3）公寓戶內(nèi)

a.強(qiáng)弱電設(shè)備嵌入ALC墻板安裝；

b.入戶盥洗區(qū)、起居區(qū)為吊頂區(qū)域，管線在吊頂內(nèi)敷設(shè)，陽(yáng)臺(tái)區(qū)域?yàn)闊o(wú)吊頂區(qū)域，管線沿頂板明敷；

c.墻側(cè)管線ALC墻體空腔內(nèi)敷設(shè)。

⑥單塊ALC墻板上存在多個(gè)電氣點(diǎn)位時(shí)，需綜合排布，進(jìn)行強(qiáng)弱電箱體、預(yù)埋盒、預(yù)留管定位，并與ALC 板廠確認(rèn)相關(guān)技術(shù)要求，確保設(shè)計(jì)合理，施工方便。

⑦設(shè)備管線穿過(guò)樓板的部位，應(yīng)采取防火、防水、隔聲等措施。

4 項(xiàng)目過(guò)程問(wèn)題及解決方案、深化設(shè)計(jì)注意點(diǎn)

4.1 項(xiàng)目過(guò)程問(wèn)題及解決方案

①一層總配電間引出電纜橋架數(shù)量多，規(guī)格尺寸較大，600mm寬ALC板縱向排布無(wú)法滿足橋架開洞尺寸和加固的要求。在進(jìn)行ALC隔墻排版時(shí)，部分ALC墻體可考慮橫向排布，開洞后需采取加固封堵措施。針對(duì)總配電間引出主干橋架或保護(hù)管，應(yīng)評(píng)估其單位長(zhǎng)度重量，按相應(yīng)抗震等級(jí)進(jìn)行抗震設(shè)防。

②項(xiàng)目走廊無(wú)吊頂，且需要控制凈高在2.4m，由此各系統(tǒng)設(shè)備管線均外露，影響觀感。設(shè)計(jì)時(shí)利用BIM 建模進(jìn)行綜合排布，電氣專業(yè)和給排水專業(yè)管線分別敷設(shè)于走廊兩側(cè)，為保證凈高，于鋼梁上開洞，橋架管線敷設(shè)于梁洞內(nèi)，需要注意與結(jié)構(gòu)專業(yè)配合以滿足其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求。

③入戶電纜保護(hù)管由走廊引入宿舍時(shí)，為保證走廊凈高，保護(hù)管穿梁上預(yù)留洞口引入室內(nèi)，考慮保護(hù)管轉(zhuǎn)彎半徑的因素，如果考慮宿舍內(nèi)配電箱嵌入ALC墻體內(nèi)，由于出線回路較多，梁與墻體交接處很難處理。深化時(shí)，配電箱盡量設(shè)置于與走廊的分隔墻側(cè)，并且與精裝專業(yè)溝通，設(shè)置輕鋼龍骨裝飾層，配電箱設(shè)置于裝飾層內(nèi)，再利用吊頂，可以隱藏局部外漏管線，以保證施工便捷和整體美觀[5]。

④由于宿舍內(nèi)部有吊頂，陽(yáng)臺(tái)未設(shè)置吊頂，導(dǎo)致引至陽(yáng)臺(tái)水平管線裸露，鋼管轉(zhuǎn)彎半徑較大，難以保證美觀性。可以考慮轉(zhuǎn)彎處采用成品彎頭，可以減小鋼管轉(zhuǎn)彎半徑大帶來(lái)的施工難度。

⑤樓梯間內(nèi)，涉及強(qiáng)電弱電專業(yè)引上引下管線較多，暗埋管線在鋼梁處比較難處理，樓梯間無(wú)吊頂，無(wú)法作隱蔽處理。可以與給排水專業(yè)管道一起綜合考慮，于樓梯間內(nèi)統(tǒng)一位置明管敷設(shè)引上引下，或樓梯間內(nèi)設(shè)置線纜井。

⑥鋼結(jié)構(gòu)柱與屋面銜接處，由于利用鋼結(jié)構(gòu)作為防雷引下線，鋼柱頂端需與屋面接閃帶做可靠電氣連接。設(shè)計(jì)時(shí)需要與結(jié)構(gòu)專業(yè)配合，于柱頂焊接熱鍍鋅扁鋼，并引出至建筑面層，便于與接閃帶相連。

4.2 深化設(shè)計(jì)注意點(diǎn)

①任何深化設(shè)計(jì)均應(yīng)保證設(shè)計(jì)的合理合規(guī)，在滿足國(guó)家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的前提下進(jìn)行，保障設(shè)計(jì)、施工、使用、維護(hù)各環(huán)節(jié)的安全性。

②配合過(guò)程需要有全局思維，不僅應(yīng)對(duì)本專業(yè)系統(tǒng)設(shè)備管線應(yīng)有全面的認(rèn)知，還應(yīng)對(duì)土建及其他機(jī)電專業(yè)系統(tǒng)有一定了解，才能保證與土建及機(jī)電專業(yè)之間良好配合，實(shí)現(xiàn)建筑機(jī)電管線綜合設(shè)計(jì)。

③具體配合設(shè)計(jì)過(guò)程中需要能見微知著，能從細(xì)部著手，涉及任何設(shè)備、管線、安裝固定配件等，能預(yù)知可能的問(wèn)題，并提出針對(duì)性的措施，以保障預(yù)制構(gòu)件、預(yù)制墻板的生產(chǎn)制造，增加良品率。

④深化設(shè)計(jì)過(guò)程需考慮施工安裝簡(jiǎn)單便捷性，減少現(xiàn)場(chǎng)濕式作業(yè)，減少后期開孔開槽。

⑤深化產(chǎn)品應(yīng)保證安全可靠、環(huán)保節(jié)能，后期維護(hù)檢修方便。

5 結(jié)語(yǔ)

鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑具有施工建造快速等特點(diǎn)，故在主體建筑梁、板、柱、墻體深化過(guò)程中，設(shè)備專業(yè)應(yīng)及早配合，確定設(shè)備管線需要嵌墻、暗埋、穿梁、穿墻、穿樓板的位置和做法，多環(huán)節(jié)、多專業(yè)會(huì)審深化成果，確保裝配式各構(gòu)件的深化預(yù)留滿足設(shè)備安裝要求，否則各種錯(cuò)漏碰缺問(wèn)題容易對(duì)成本造成影響，并且嚴(yán)重影響工期。

最后，工業(yè)化建筑的機(jī)電管線及其通用接口，應(yīng)符合建筑、結(jié)構(gòu)專業(yè)的模數(shù)，并做好建筑機(jī)電管線綜合排布設(shè)計(jì)，力爭(zhēng)全專業(yè)部品部件標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化生產(chǎn)、裝配式施工、一體化裝修和信息化管理的全壽命周期原則[6-7]。應(yīng)用集成化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化部品部件以實(shí)現(xiàn)快速裝配，如成品衛(wèi)浴、整體式廚房、各類模塊化設(shè)備等；針對(duì)建筑功能規(guī)律性重復(fù)性較高的空間，可利用模塊化設(shè)計(jì)，基于BIM數(shù)字孿生技術(shù)的生產(chǎn)制造方式[8]，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，工廠批量制造，現(xiàn)場(chǎng)裝配施工，設(shè)計(jì)-生產(chǎn)-裝配-運(yùn)維全生命周期掌控部品部件信息，為建筑行業(yè)智能建造，實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)創(chuàng)造有利條件。