裝配式住宅建筑電氣設(shè)計(jì)方法及發(fā)展趨勢(shì)分析

侯 盼

（杭州浙經(jīng)建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司蘭州分公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

裝配式建筑是指結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、外維護(hù)系統(tǒng)、設(shè)備與管線系統(tǒng)、內(nèi)裝系統(tǒng)的主要部分采用預(yù)制構(gòu)件集成的建筑。相關(guān)構(gòu)件的制作會(huì)在工廠內(nèi)完成，然后運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)并將構(gòu)件裝配成設(shè)計(jì)好的建筑樣式。這種建筑具有較為明顯的優(yōu)勢(shì)，不但能夠?qū)⒔ㄖ漠a(chǎn)生控制在更小范圍內(nèi)，還能夠使施工效率和質(zhì)量得到提升。近年來(lái)，我國(guó)很多領(lǐng)域也開始應(yīng)用現(xiàn)代意義上的裝配式建筑，并不斷完善了相關(guān)政策和技術(shù)方案，很大程度上提升了建筑施工的能力。

電氣設(shè)計(jì)作為裝配式建筑設(shè)計(jì)中非常重要的組成部分，對(duì)后續(xù)施工效果有直接的影響。由于預(yù)制混凝土構(gòu)件內(nèi)預(yù)埋管以及預(yù)埋接線盒的數(shù)量和定位尺寸經(jīng)常出現(xiàn)錯(cuò)誤，而生產(chǎn)過(guò)程是一步成型的，施工階段容易出現(xiàn)問(wèn)題，因此預(yù)制構(gòu)件的電氣設(shè)計(jì)方法需要不斷完善。

基于此，本文從現(xiàn)代意義上的裝配式住宅建筑的發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)，分析其電氣設(shè)計(jì)的流程、原則以及要點(diǎn)，然后再與相關(guān)工程實(shí)例相結(jié)合詳細(xì)論述電氣拆分設(shè)計(jì)方法，最后對(duì)其電氣設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行探討，以期為裝配式建筑電氣設(shè)計(jì)人員提供參考。

1 裝配式住宅建筑發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)外已經(jīng)擁有較為成熟的現(xiàn)代意義上的裝配式住宅建筑建造理論和技術(shù)。早在20世紀(jì)初期，國(guó)外的建筑工程中已經(jīng)開始應(yīng)用裝配式建筑技術(shù)。剛出現(xiàn)時(shí)裝配式住宅只存在相對(duì)簡(jiǎn)單的外形，后來(lái)相關(guān)人員進(jìn)行不斷探索，設(shè)計(jì)出了各種各樣的裝配式住宅[1]。很多國(guó)家的裝配式住宅采用鋼結(jié)構(gòu)或混凝土結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)相關(guān)構(gòu)件的水平較高，現(xiàn)階段已經(jīng)達(dá)到商品化供應(yīng)的水平。德國(guó)的裝配式住宅則在節(jié)能方面更具優(yōu)勢(shì)，主要采用剪力墻、混凝土以及疊合板的結(jié)構(gòu)體系，同時(shí)還會(huì)在設(shè)計(jì)過(guò)程中融入先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)。日本約束裝配式住宅構(gòu)件質(zhì)量的法律體系非常完善，從而有效約束了相關(guān)企業(yè)的不規(guī)范行為。

1.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)在遠(yuǎn)古（河姆渡文化）時(shí)代就開創(chuàng)了“梁柱式”建筑的“榫卯結(jié)構(gòu)”，開始實(shí)施“裝配式建筑”，并一直流傳至今。我國(guó)的建筑工業(yè)化發(fā)展始于20世紀(jì)50年代，在“一五”計(jì)劃中提出借鑒蘇聯(lián)及東歐各國(guó)經(jīng)驗(yàn)，在國(guó)內(nèi)推行標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化、機(jī)械化的預(yù)制構(gòu)件和裝配式建筑。此后，我國(guó)不斷發(fā)展和優(yōu)化裝配式建造理論和技術(shù)。現(xiàn)階段，很多領(lǐng)域裝配式建造技術(shù)已經(jīng)得到了有效應(yīng)用，并且施工質(zhì)量也實(shí)現(xiàn)了極大的提升。結(jié)合裝配式建筑的實(shí)際情況，國(guó)家相關(guān)部門出臺(tái)了各種指導(dǎo)方針和意見，制定了裝配式建筑的相關(guān)規(guī)范，為提升建筑工程的質(zhì)量和效率構(gòu)建了更有利的外部環(huán)境。各級(jí)政府對(duì)相關(guān)政策進(jìn)行了細(xì)化，對(duì)建筑產(chǎn)業(yè)工業(yè)化起到了積極的促進(jìn)作用。雖然不斷加強(qiáng)探索和研究的力度，從目前實(shí)際情況來(lái)看，仍然有很多挑戰(zhàn)和難題亟需解決。

2 裝配式住宅建筑電氣設(shè)計(jì)分析

2.1 設(shè)計(jì)流程

裝配式住宅建筑電氣設(shè)計(jì)流程為：首先，詳細(xì)分析方案，對(duì)室內(nèi)精裝定位和項(xiàng)目設(shè)備配置進(jìn)行全面掌握。其次，結(jié)合實(shí)際要求開展電氣設(shè)計(jì)，進(jìn)行設(shè)計(jì)成果的溝通與確認(rèn)。第三，裝配式設(shè)計(jì)人員進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，完成深化圖紙的確認(rèn)，最后結(jié)合深化圖紙，由工廠進(jìn)行生產(chǎn)加工[2]。另外，在深化設(shè)計(jì)階段尤其需要注意線槽預(yù)留、管盒預(yù)留和孔洞預(yù)留等，從而更好地滿足深化設(shè)計(jì)的要求。最終，各個(gè)工序負(fù)責(zé)部門和人員確認(rèn)之后，由廠家正式生產(chǎn)加工。

2.2 設(shè)計(jì)原則

進(jìn)行裝配式住宅電氣設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格遵循以下原則：（1）設(shè)計(jì)電氣管線和設(shè)備時(shí)，應(yīng)使預(yù)制構(gòu)件的種類盡可能少，同時(shí)對(duì)預(yù)制構(gòu)件的規(guī)格進(jìn)行充分考慮，方便工業(yè)化生產(chǎn)。（2）不能將接線盒和孔洞設(shè)置在預(yù)制構(gòu)件的受力部位，不能直接連通隔墻的電氣設(shè)備。（3）消防設(shè)施、插座和開關(guān)等電氣點(diǎn)位的布置要嚴(yán)格遵守建筑電氣設(shè)計(jì)要求。（4）防雷接地方面，防雷引下線應(yīng)該優(yōu)先選擇現(xiàn)澆混凝土內(nèi)的鋼筋。

2.3 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（1）根據(jù)工程設(shè)計(jì)合同，理清各種預(yù)制構(gòu)件的規(guī)格，預(yù)埋套管位，管線定點(diǎn)，線盒以及孔洞等。

（2）熟悉構(gòu)件類型和結(jié)構(gòu)體系，然后與實(shí)際管線情況相結(jié)合，合理地進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)[3]。

（3）在確定相關(guān)構(gòu)件位置的基礎(chǔ)上，合理選擇安裝定點(diǎn)和安裝方式，針對(duì)具體情況選擇有效的接地方式。

（4）對(duì)于連接預(yù)制構(gòu)件管線的方式、電氣設(shè)備定點(diǎn)、溝槽的高度尺寸、管線位置、構(gòu)件規(guī)格、孔洞位置都應(yīng)該標(biāo)注在設(shè)計(jì)圖中。

3 電氣設(shè)計(jì)工程實(shí)例

3.1 工程概況

某移民搬遷安置小區(qū)，擁有3800m2的規(guī)劃占地面積和24893.16m2的總建筑面積。共有5棟樓，18個(gè)單元，樓高6層，采用預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)，約有86%的建筑整體裝配率，同時(shí)基礎(chǔ)設(shè)施工程齊全，如暖、氣、路、電、水等。

3.2 電氣拆分設(shè)計(jì)

3.2.1 設(shè)計(jì)要求

電氣設(shè)計(jì)是裝配式住宅建筑的重要環(huán)節(jié)，高質(zhì)量的電氣設(shè)計(jì)需要各個(gè)部門之間的緊密配合。裝配式住宅建筑電氣拆分設(shè)計(jì)時(shí)，既要使各種基本要求得到滿足，還要對(duì)裝配式建筑的基本架構(gòu)進(jìn)行充分了解，明確各個(gè)階段的構(gòu)件分布情況和裝配式建造體系。在嚴(yán)格遵守相關(guān)要求的基礎(chǔ)上，結(jié)合各建筑的構(gòu)件預(yù)制情況和原始電氣設(shè)計(jì)圖紙，科學(xué)合理地制定電氣設(shè)備管線的預(yù)制方案。

3.2.2 預(yù)制電氣管線拆分設(shè)計(jì)方法

預(yù)制電氣管線拆分設(shè)計(jì)主要包括弱電線路、照明控制回路、設(shè)備箱等。同時(shí)要注意強(qiáng)電插座的管線預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)預(yù)留以及疊合樓板內(nèi)各種接線盒的設(shè)計(jì)預(yù)留，如照明設(shè)備、排氣扇、消防探頭等的設(shè)計(jì)預(yù)留。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程相比，拆分設(shè)計(jì)能夠保證電氣設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊密結(jié)合，提升建筑的整體性。

預(yù)制電氣管線拆分設(shè)計(jì)，首先應(yīng)從整體上充分認(rèn)識(shí)裝配式建筑體系，同時(shí)還要對(duì)生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、安裝預(yù)制構(gòu)件的內(nèi)容精確掌握，只有這樣在拆分電氣管線時(shí)才能使設(shè)計(jì)更加標(biāo)準(zhǔn)化和專業(yè)化。桁架鋼筋混凝土疊合樓板構(gòu)造示意圖如圖1所示。

圖1 桁架鋼筋混凝土疊合樓板構(gòu)造示意圖

復(fù)合墻板中必須精確定位垂直預(yù)制管線、弱電接線盒、插座接線盒和強(qiáng)電開關(guān)。進(jìn)行電氣管線拆分設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該與建筑結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件拆分圖紙和原始電氣平面設(shè)計(jì)圖紙相結(jié)合，盡量在復(fù)合墻板的粉煤灰硅酸鹽砌塊區(qū)域放置弱電箱、配電箱以及強(qiáng)弱電接線盒。嚴(yán)禁放置在預(yù)制復(fù)合墻板的肋柱和肋梁位置，如果這一要求無(wú)法得到滿足，相關(guān)人員可以對(duì)電氣設(shè)計(jì)平面圖進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。設(shè)計(jì)中存在較多的管線交叉和較大的配電箱時(shí)，可以通過(guò)減少建筑面層來(lái)實(shí)現(xiàn)管線分流；如果無(wú)法滿足這一要求，可以協(xié)調(diào)相關(guān)人員調(diào)整部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，利用全現(xiàn)澆樓板替代，從而為結(jié)構(gòu)的安全提供保障。

疊合板內(nèi)需暗敷電氣管線時(shí)，應(yīng)該與建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)人員進(jìn)行有效溝通。對(duì)施工誤差和現(xiàn)澆層厚度等信息進(jìn)行準(zhǔn)確掌握，從而可以更加精確、合理地敷設(shè)電氣管線，保證結(jié)構(gòu)安全免受相關(guān)因素的影響。根據(jù)具體情況改善規(guī)劃的合理性，應(yīng)盡量在原有建筑設(shè)計(jì)中開展工作，并以滿足用戶需求為宗旨，對(duì)原有的電氣設(shè)計(jì)方案進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化。根據(jù)預(yù)制墻板設(shè)計(jì)和電氣管線預(yù)留，有效優(yōu)化疊合樓板現(xiàn)澆層存在的多層管線交叉問(wèn)題，避免設(shè)備結(jié)構(gòu)碰撞和管線交叉的情況。同時(shí)有效配合其他專業(yè)人員，保證設(shè)計(jì)具有較高的準(zhǔn)確性和科學(xué)性，最終完成預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)圖紙。

預(yù)制電氣管線拆分設(shè)計(jì)中，電氣專業(yè)人員必須精確定位預(yù)留孔洞和預(yù)埋管線。對(duì)墻板正反面位置進(jìn)行區(qū)分，對(duì)復(fù)合墻板預(yù)留的拼接縫大小、疊合樓板的疊合厚度等因素進(jìn)行充分考慮。由于工廠是生產(chǎn)裝配式預(yù)制構(gòu)件的主要場(chǎng)所，所以只有保證設(shè)計(jì)和制圖的標(biāo)準(zhǔn)化，才能保證相關(guān)的裝配式預(yù)制構(gòu)件能夠有效適應(yīng)電氣管線和建筑結(jié)構(gòu)。

預(yù)埋電氣管線時(shí)應(yīng)該注意以下要點(diǎn)：（1）當(dāng)線槽和接線盒等需要預(yù)埋在預(yù)制墻內(nèi)時(shí)，應(yīng)該準(zhǔn)確定位和標(biāo)注在電氣圖紙中；（2）電氣管線和設(shè)備預(yù)留在預(yù)制板中時(shí)，需要采取合理的保溫、防火等措施；（3）線路、線槽、電氣管件等預(yù)埋在預(yù)制構(gòu)件中需要配合詳細(xì)說(shuō)明，并且連接它們之間的具體方法也應(yīng)詳細(xì)說(shuō)明；（4）應(yīng)借助一些軟件完成管線碰撞實(shí)驗(yàn)，從而使交叉和重疊的情況得到避免；（5）現(xiàn)澆層內(nèi)暗敷的設(shè)備管線，應(yīng)設(shè)計(jì)15mm以上的管線保護(hù)層。

4 裝配式住宅建筑電氣設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)

裝配式住宅建筑在很大程度上改變了建筑的建造方式，能夠在新型城鎮(zhèn)化發(fā)展和供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革方面發(fā)揮重要作用，也更加重視形成相互協(xié)調(diào)與集成的技術(shù)體系。隨著相關(guān)人員對(duì)科學(xué)技術(shù)和裝配式住宅建筑建設(shè)體系研究的不斷深入，裝配式住宅建筑會(huì)向著智能化方向發(fā)展[4]。

裝配式智能建筑的本質(zhì)就是提升建筑的智能化和工業(yè)化水平。“互聯(lián)網(wǎng)+”的背景下，裝配式智能建造通過(guò)利用BIM 技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工全過(guò)程的可視化和可模擬化，實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈的信息共享和信息傳遞，從而為電氣設(shè)計(jì)提供便利，使電氣設(shè)計(jì)更加科學(xué)合理。

開展設(shè)計(jì)時(shí)，借助BIM 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，各專業(yè)的設(shè)計(jì)師能夠同時(shí)開展設(shè)計(jì)工作，能夠?qū)崟r(shí)共享和交流相關(guān)的設(shè)計(jì)信息，能夠自動(dòng)對(duì)不同設(shè)計(jì)工作中存在的問(wèn)題進(jìn)行檢查，能夠有效提升綜合管線設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和科學(xué)性[5]。通過(guò)設(shè)計(jì)模型能夠使各種設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)得到準(zhǔn)確展現(xiàn)，從而使設(shè)計(jì)工作的效率和精度得到提升。

進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，各個(gè)預(yù)制構(gòu)件的詳細(xì)信息都能夠在BIM 模型中展現(xiàn)。生產(chǎn)構(gòu)件的工廠能夠更加直接、完整、精確地掌握各個(gè)構(gòu)件的參數(shù)信息，再加上規(guī)范的構(gòu)件生產(chǎn)流程，能夠有效提升工廠生產(chǎn)構(gòu)件的質(zhì)量。同時(shí)還可以有效利用3D打印技術(shù)對(duì)BIM模型中各個(gè)構(gòu)件參數(shù)進(jìn)行提取，最后實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件的規(guī)?；蛴∩a(chǎn)，不但能夠提升構(gòu)件生產(chǎn)的整體質(zhì)量，還能夠使構(gòu)件生產(chǎn)效率得到有效提升。

進(jìn)行施工時(shí)，工程實(shí)體信息能夠在BIM模型中得到體現(xiàn)。與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，能夠通過(guò)唯一識(shí)別碼代表構(gòu)件身份，采用科學(xué)的方式向施工地點(diǎn)運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件并保證擺放合理。有效結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際吊裝施工與BIM三維模型，能夠使裝配效率和準(zhǔn)確度得到極大程度的提升。同時(shí)，通過(guò)BIM技術(shù)的應(yīng)用能夠模擬施工方案的實(shí)施情況，從而幫助施工方選擇最優(yōu)的施工方案。

運(yùn)行維護(hù)階段，在建筑全生命周期中花費(fèi)最高、占時(shí)最長(zhǎng)。裝配式建筑運(yùn)行維護(hù)過(guò)程中，利用BIM模型來(lái)表達(dá)實(shí)際建筑設(shè)備信息，再結(jié)合AR和VR技術(shù)的利用，能夠更加清晰直觀地了解建筑物各種設(shè)施的運(yùn)行情況。

需要改建或者拆除建筑時(shí)，通過(guò)對(duì)BIM數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息進(jìn)行有效利用，能夠合理篩選可利用和可回收的建筑構(gòu)件，從而滿足可持續(xù)發(fā)展的要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，裝配式建筑想要實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)，必須依靠管理創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新，嚴(yán)格遵守國(guó)家相關(guān)政策法規(guī)，有效結(jié)合現(xiàn)代先進(jìn)管理技術(shù)、信息自動(dòng)化技術(shù)以及生產(chǎn)制造技術(shù)，促進(jìn)項(xiàng)目管理、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率的全面提升，使裝配式住宅建筑擁有更高層次的品質(zhì)和性能，推動(dòng)其快速發(fā)展?，F(xiàn)階段裝配式住宅建筑建造過(guò)程中仍然需要不斷優(yōu)化和改進(jìn)電氣設(shè)計(jì)，要與其他先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合，提升裝配式住宅建筑電氣設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量，進(jìn)而保證裝配式建造的整體質(zhì)量，提升施工效率。