裝配式機電標準化設計研究*

張文文，彭 鵬，李 丹，王連濱

(1.中建科技集團有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518000；2.深圳市建筑設計研究總院有限公司，廣東 深圳 518031)

0 引言

機電系統是裝配式建筑的重要組成部分，可有效保障空間舒適性與功能性，但其造成的機電損耗卻高達運營成本的70%。突破現有的裝配式機電技術瓶頸，解決機電管線在裝配式建筑中的適配難題，實現機電精細化管理，有效降低裝配式機電設計、施工、安裝與運營成本，是現代建筑發展的必然趨勢。

通過歸納總結多個裝配式建筑項目的機電設計要點，最終形成一套標準化機電設計體系，為機電系統的標準化設計與裝配化施工提供依據[1]。

1 標準化機電設計體系

機電系統主要由給排水、暖通空調、電氣等系統構成。區別于傳統現澆建筑設計，裝配式建筑機電系統設計重點為正確處理好管線與主體結構、構件、裝修及管線的關系。標準化機電設計體系以完整的建筑產品為對象，通過系統集成，采用模數協調、模塊組合、管線分離、模塊化設計、預留預埋等集成設計方法，實現建筑、結構、機電、裝修一體化，設計、生產、施工一體化，以滿足系統性裝配要求，符合建筑全生命周期的可持續發展[2]。

設計過程中宜通過標準化、模塊化設計[3]，將機電與裝修設計相結合，重點突出“集成化”概念，實現系統功能模塊化、接口標準化與體系網絡化。管線綜合設計時，應結合預制構件的鋼筋網片，綜合考慮模數網格，避免管線與結構鋼筋沖突碰撞，應減少平面管線交叉與過度集中，豎向管線布置應相對集中，套內管線戶界分明。

2 機電管線分離技術

機電管線分離技術可有效避免剔鑿結構墻體，除必要的預制構件預留孔洞外，大幅度減少了預制構件種類，實現部品部件生產工業化。采用立管外置、架空地面、輕鋼龍骨隔墻、集成吊頂等，將機電管線隱藏，實現與主體結構的分離，在裝配式建筑評價標準與機電系統相關項可達滿分[4]。

對于住宅建筑，在常年溫度較高的南方地區，可采用立管外置分離、建筑內部不設管道豎井的做法(見圖1)。選用側排地漏，將存水彎置于室外，滿足不降板同層排水技術要求，戶內不再設置管道豎井，大幅度提高建筑實際使用面積[5]。在裝配式公共建筑中，常采用管道豎井，將機電管線從核心筒管井內引出，與結構形式、精裝樣式充分結合，采用局部吊頂遮擋橫管(見圖2)。若條件允許，也可采用管線穿梁、架空地面或設備夾層的形式，或將管線敷設于裝飾墻面內，實現空間最優化。

圖1 某裝配式保障性住房立管外置

暖通空調系統設計中，一般需設置獨立管道井，將裝配式建筑風管管線與主體結構分離，也可采用梁下或穿梁等方式，將風管與結構形式相結合，滿足空間凈高要求。對于超高層住宅建筑，宜在避難層設置風機房，加壓送風機、風井內襯風管、風管及送風口等采用標準化、模數化設計，以減少風管和風口形式(見圖3)。某裝配式鋼結構公共建筑中，因風管尺寸較大，將其布置于鋼結構桁架中，并結合桁架間距，優化送風管線，如圖4所示。

圖3 某裝配式住宅加壓送風機房布置

圖4 某會展項目風管與桁架節點

裝配式建筑中干法施工的地板輻射供暖系統包括預制溝槽保溫板和預制輕薄供暖板，架空地板采用木龍骨支撐，空間內敷設管線。

電氣管線分離主要利用天花吊頂、輕鋼龍骨空腔、ALC條板、GRC墻板、架空地板等，與給排水管線分離原理相似。架空地板內敷設管線時，應與水暖專業緊密配合，避免交叉，如圖5所示。

圖5 某項目架空地板管線安裝示意

3 模塊化機電技術

模塊化機電采用工廠預制、現場拼接的方式，提高安裝效率，降低安裝人工及材料成本，極大地改善了機電施工質量、速度，保障施工安全。模塊化機電主要包括裝配式機房、整體功能區、模塊化管道井、模塊化機電管線、綜合支吊架等方面。

裝配式機房、模塊化管道井、預制水表井、預制檢查井等部品部件的設計生產，可大大提高施工速度；集成廚衛和整體廚衛在制作和加工階段實現裝配化、模塊標準化設計可滿足多種場所需求[6]；機電管線預制技術利用BIM形成整段機電管線模型，進行分段預制，可提高安裝精度[7]。

4 預制構件中預留預埋

不同類型(住宅、公共建筑等)、不同結構體系的建筑，適配不同的裝配式機電技術。通常情況下，裝配式機電系統以管線與結構分離為基本原則，將公共管線設置于公共空間內，結構不再進行機電管線的預留預埋。

管線穿越預制構件時，在設計階段應結合構件規格化、模數化，對預留孔洞、預埋套管進行精準定位，避免施工現場剔槽開洞。常見的處理手段有預制管線溝槽(見圖6)、預留孔洞及預埋套管、預埋設備配件。條件允許時，模塊化設備的預埋件(散熱器掛件、太陽能集熱器、儲水罐等)可與建筑一體化設計，避免剔槽。

圖6 預制管線溝槽

空調室外機安裝應與建筑設計一體化，可放置在預制空調板或設備陽臺上，建筑外墻需預留冷媒管穿墻洞口，孔洞位置應綜合考慮構件模數，避開鋼筋。衛生間排氣可通過設置在外墻或外窗的排氣扇直接排向室外，排風口應預留孔洞及安裝位置，孔洞尺寸根據產品確定。

電氣管線的預留預埋應根據構件配筋，對管線走向及接線盒位置進行優化，合理利用鋼筋間縫隙。在預制樓板內敷設時，宜將電氣管線埋于樓板現澆層中，以減少疊合板種類。預埋電箱、電箱預留洞及預埋套管的布置應緊密結合建筑結構專業，避開鋼筋密集、結構復雜的區域[8]。

5 結語

1)裝配式機電系統是裝配式建筑品質提升的關鍵。裝配式標準化機電設計體系解決了機電管線集成化設計、預留預埋、安裝施工等系列問題。

2)工廠預制、現場拼接可大幅度減少人工投入，降低投資成本，有效縮短施工周期。