超高層綜合體建筑的機電深化設計

卜真良 洪 瀟

上海建工集團工程研究總院 上海 201114

近年來，由于城市居民愈加快節奏的生活方式，致使城市開發進程中對集方便、快捷、經濟等功能于一體的綜合生活空間的需求日趨高漲。其中尤以將辦公、住宅、酒店、購物、飲食、文化娛樂及軌道交通等城市生活空間進行有機融合，形成相互助益、相互依存的多功能、高效益的超高層綜合體建筑備受矚目。建筑高度的提升與建筑業態的多元化引領了城市的革新，同時也由于其復雜性致使機電各專業與結構、裝飾、幕墻之間相互限制、相互影響，增大機電安裝難度、降低施工質量。因此，在綜合體項目機電安裝前對機電專業進行深化設計，充分協調各專業之間的相互關系，是降低安裝難度、保證施工質量、提升經濟效益的重要手段[1-6]。

1 工程概況

浙江省某地標型超高層綜合體項目，其主體由2棟集甲級寫字樓、國際服務公寓、品牌酒店、居家式辦公及高檔住宅為一體的近250 m超高層塔樓和1棟商業裙房組成。工程總建筑面積392 931.5 m2，其中地上建筑面積為283 567.5 m2，地下建筑面積為109 364 m2。因其多元化業態、工程體量大、建筑結構復雜等因素，致使其機電設計與安裝面臨前所未有的挑戰，存在以下難特點：

1）業態多元化，各業態間機電系統交錯、繁復。

2）結構異形，建筑實體與設計偏差嚴重。

3）建筑品質高，裝飾變動頻繁。

4）分包單位多，各參建單位間配合難度高。

5）工程量大、工期緊，施工方自主出圖節點與質量難以保證。

為保證項目有序開展，在進度計劃周期內保質保量完成項目，由業主方聘請專業機電深化單位對該項目進行機電深化設計，并提供駐場服務直至項目竣工運營。

2 機電深化設計概念

傳統意義的機電深化設計是通過三維軟件對設計院所提供的設計圖進行三維建模，并對各專業之間的碰撞檢查及配合裝飾進行凈高分析。然而，此類深化設計已無法滿足超高層綜合體建筑對于機電深化設計的需求。

適用于超高層綜合體建筑的機電深化設計更注重于機電安裝過程中進行的一系列設計協調和輔助管理措施。在施工準備階段，以不改變原設計理念和設計意圖為基礎，根據業主與機電各專業顧問要求，對設計圖進行設計補充及專項深化，并結合裝飾圖對機電末端點位進行調整。同時，基于現場實際情況對各專業機電管線進行綜合排布和設計優化，以降低施工難度并提高經濟效益。在施工階段，為保證深化施工圖能準確指導施工，機電深化設計團隊進行駐場配合，對安裝過程中的機電問題進行協調處理，并定期進行安裝質量巡查。在竣工驗收階段，配合相關方進行設備調試，繪制竣工圖并歸檔項目實施過程中各類機電相關資料。機電深化設計工作流程如圖1所示。

圖1 機電深化設計工作流程

3 深化設計各階段工作

3.1 前期準備階段

3.1.1 團隊建立

在深化設計工作開展前，深化設計項目經理根據合同要求與業主方項目部充分溝通項目難、特點，根據實際需求組建項目團隊，明確人員分工及崗位職責（圖2）。

圖2 深化設計團隊組織架構

3.1.2 資料收集及編制專項深化設計方案

該項目是多種業態相互融合的綜合體建筑，各業態擁有獨特的機電系統、裝飾風格及交付要求。深化設計團隊需對項目資料進行系統性收集，其中主要包括：酒店設計標準、專項顧問設計要求、全套設計施工圖、裝飾設計圖（初稿）、裝飾區域限高要求、商鋪招商機電預留標準、物業管理檢修要求、RCH各業態交付及驗收標準匯總表等。

為使各業態機電深化設計能夠滿足業主方整體機電設計要求，由業主方協調機電顧問及設計院在項目伊始與深化設計團隊就各業態設計要求及意圖進行深度講解。同時，組織各業態專項深化人員進行經驗交流，梳理各業態專有特點，就酒店業態的設計優化、商業業態的商鋪機電條件預留、住宅業態的毛坯交付及精品裝飾、辦公業態的大空間改造等業態特點編制專項深化設計方案，并分配小組對專項業態進行設計補充及深化設計。減少深化人員因對某些業態的設計經驗不足而造成的設計錯漏、影響深化質量，確保深化設計能切實提高項目機電品質。

3.1.3 編制出圖計劃

對于近400 000 m2總建筑面積的超大型綜合體項目，在不降低圖紙質量的前提下，如何按時為項目施工方提供深化施工圖是影響機電安裝工程質量的關鍵問題之一。

為保證項目總體進度計劃，不影響整體工期，深化設計團隊在增加項目繪圖人員的同時，協同業主與施工總承包根據分項進度計劃及工段安排編制出圖計劃，在最短時間內保質保量完成現場需求度最為迫切的深化設計圖紙。避免因深化施工圖紙未到位，導致施工班組以設計施工圖進行施工的情況發生，確保項目機電設計意圖得以實現。

3.2 圖紙深化階段

3.2.1 設計補充、深化

在設計階段，設計院因酒店品牌尚未最終定標、精品公寓裝飾設計未完成、商業招商未確定等因素，僅能根據業主和機電顧問要求進行機電條件預留。針對這一情況，深化設計團隊在收集完前述各類項目資料后，依據酒店設計標準、專項顧問設計要求配合裝飾設計圖對酒店區域、精品公寓的機電系統進行設計補充及專項深化；根據商鋪招商機電預留標準和物業管理檢修要求，對商業區域各商鋪進行機電預留調整，無法滿足預留條件的店鋪進行整理匯總并提交業主商管部門進行報備。

同時，在設計補充及專項深化完成后，對調整區域機電系統進行設計校驗時，發現前期商業及酒店區域預留電量、酒店區域空調設備及廚房排油煙風機預留風量無法滿足實際使用需求。基于此情況，深化設計團隊對整體機電系統進行梳理、校核，在項目機電安裝全面開展前向業主、機電顧問及設計院提交校驗報告并提出改進建議。經由各方確認，在設備采購前由設計院出具設計變更，避免了因設計預估不足而造成的機電功能缺失。

此外，原設計方預留的水處理機房、景觀、弱電等需專項深化的區域，由深化設計團隊配合專項設計師與供應商進行設計深化。

3.2.2 結構復核

作為地標性建筑的超高層綜合體，因其震撼視覺、引人入勝的特殊建筑形態，致使建筑結構并不規則。在土建施工過程中，為滿足結構安全及施工可行性，結構顧問及施工方進行了大量的現場結構變動，且因工期緊張無法逐一在結構模型中完整體現。

有別于傳統“現場是現場，圖紙是圖紙”的出圖模式，為提升深化設計質量，深化設計團隊在管線綜合排布前，對結構復雜區域的現場梁、柱進行實測，并以實測數據調整既有深化設計模型，降低因實物結構偏差導致的管線碰撞。

3.2.3 管線綜合

管線綜合作為機電深化設計工作中的重要組成部分，在機電安裝工程中發揮著越來越重要的作用，一定程度上決定了機電安裝及運行質量。

該項目境外裝飾設計方秉承“精益求精、可持續性發展”的設計理念，裝飾調整頻繁且變動量大，如何高效、準確地完成管線綜合進行裝飾協調成為項目中面臨的核心問題。

由于市場主流的Revit軟件無法滿足項目需求，故深化設計團隊選擇了更適用于管線綜合的TFAS軟件進行管綜，并直接導出可用于施工的深化施工圖，極大地提高了管綜效率，縮減了出圖周期。

高質量的管線綜合應滿足以下基本原則：

1）符合設計要求——在管綜過程中，為使建筑空間得到最大化利用，不可避免地會出現管線移位的情況，而此類變動須忠于原設計意圖。

2）符合國家質量驗收規范——管線綜合在滿足裝飾需求及建筑空間最大化利用的同時，必須符合國家有關的施工質量驗收規范。

3）合理排布、空間最大化利用——根據建筑功能分區，結合施工現場實際情況，分析各專業管線相對位置關系，綜合考慮管線安裝工序及間距，合理布設機電管線，避免管線沖突，充分利用建筑空間。

4）預留安裝、檢修空間——機電管線及設備的安裝可操作性及運營維護的便利性是評判管線綜合成效的重要標準，盲目追求建筑空間極致化利用而忽視安裝、檢修空間的合理預留是管線綜合的大忌。

5）保證結構安全——當管線綜合涉及結構開洞、大載荷設備及管道移位時，應當與結構設計師充分溝通，以保障結構安全為第一要義。

3.2.4 參數核算

為滿足裝飾凈高要求，在管線綜合過程中對大部分機電管線進行翻彎和改變路由，以及由于部分空間功能變化出現末端設備增加等情況，導致原設計圖紙所提供的前端的空調設備壓頭、水泵設備揚程均無法滿足使用需求。同理，在電氣專業配合裝飾設計時，為保證裝飾效果和使用功能，需增加大面積用電燈具及高能耗用電設備，造成原設計預留的樓層總箱，乃至前端干線負載不足。

因此，深化設計團隊在管線綜合完成后重新編制設備參數表，對空調設備壓頭、水泵揚程、用電負荷等參數進行全面校核，提交機電顧問進行審核，經機電顧問確認后由甲方指示施工方進行設備采購及安裝。避免在設備調試階段因設備參數不滿足設計需求而造成的風口風速偏低、水栓出水過緩、用電跳閘等情況。

3.3 施工安裝階段

3.3.1 安裝協調

超大型項目全面施工時通常存在為數眾多的機電分包單位，各分包單位施工能力參差不齊、分包合同中施工界面雜亂無章、施工前工序無統一協調，往往導致機電安裝無法按圖施工。此外，因分包眾多，一個安裝問題需要涉及多家單位進行整改，當整改發生延誤時，各分包單位避重就輕、相互推諉，嚴重影響安裝進度及施工質量。

本項目深化設計團隊進場后，在施工前對各區域管線施工順序進行細致交底，包括圖紙基準線、標高計算方法、施工安裝順序、重要設備安裝與檢修方案、難點區域解析等，降低因識圖問題造成返工，并協同業主及機電顧問對各分包單位施工界面進行系統梳理，避免發生重復施工、工區遺漏等問題。

3.3.2 設計變更

在機電安裝過程中的設計變更可分為三類：

1）施工方現場安裝過程中發現設計問題，提出的技術變更。深化設計時進行現場復核，并對技術變更進行可行性驗證，以最小的改動量確保機電系統的完整性。

2）依據建筑最新裝飾調整或空間使用功能變動，進行的設計變更。對于精品建筑裝飾調整不可避免，深化設計團隊在收到變更裝飾圖后，在極短時間內完成管線綜合、凈高分析、裝飾協調等工作，避免圖紙調整周期過長影響安裝進度。

3）施工前因資料不全無法進行設計的區域，在施工階段進行設計補充。安裝過程中的設計補充不僅是圖紙的調整，還須由深化設計團隊對需補充設計區域內現場機電管線和建筑結構進行勘測，以實測數據為基礎進行設計補充，減少因圖紙脫離現場而造成的拆改。

3.3.3 現場巡查

為保證深化設計成果能切實指導現場安裝，深化設計團隊協同業主及監理定期進行現場巡查并形成書面報告，對于問題點，明確各分包單位職責和整改措施，確保現場實物與深化圖紙一致，避免不必要的大面積返工。同時，對過往安裝質量問題的整改情況進行追蹤，提升質量問題關閉率。

3.4 竣工驗收階段

深化設計團隊在項目調試驗收階段需要參加機電各系統設備調試會議，協同業主參與消防驗收與竣工驗收。同時，匯總設計變更單、技術核定單及最終版深化施工圖，繪制竣工圖提交業主、機電顧問及設計院、監理單位、施工單位進行審核。審核無誤后，由各參建單位蓋章確認，并整理項目實施過程中全部的機電深化資料提交業主進行歸檔。

4 結語

隨著當前建筑行業日新月異的發展，深化設計在機電安裝工程中的應用價值愈加顯著。深化設計不再局限于傳統的管線綜合、凈高分析，通過其“知設計、懂施工、善協調”的專有特色，能夠在施工端彌補設計的不足、指導現場施工有序進行、溝通協調各參建方的實施工作。機電深化設計是“建筑裝飾得以實現、機電性能得以保障、經濟效益得以提高”的最堅實的依靠。

實踐表明，以設計協調和現場輔助管理為導向的機電深化設計在超高層綜合體建筑中為項目帶來的利益雖無法量化，但成效是有目共睹的。業主方在選擇此類型機電深化設計服務時存在以下注意事項：

1）對于深化設計團隊成員能力要求，不僅知設計，還需懂施工、善協調。

2）深化設計服務不僅限于施工準備階段，還需橫跨整個施工階段直至竣工運營，高額的駐場服務費與項目成效之間的取舍需綜合考量。

3）項目接入點是關鍵，在設計階段介入是最佳的，但是如果晚于施工準備階段，則深化設計所產生的效能是屈指可數的。