裝配式建筑電氣設計分析

張丹丹

甘肅省城鄉(xiāng)規(guī)劃設計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000

0 引言

裝配式建筑是由預制部品、部件在工地裝配而成的建筑，以工廠預制化生產(chǎn)、現(xiàn)場裝配化施工為模式，以標準化設計、構件化生產(chǎn)、裝配化施工、一體化裝修和信息化管理為特征，集成了設計、工業(yè)化生產(chǎn)、現(xiàn)場裝配化施工各個業(yè)務領域的特點，可以實現(xiàn)建筑的節(jié)能、環(huán)保、全生命周期價值的最大化。裝配式建筑是全專業(yè)全過程的系統(tǒng)集成結果，以工業(yè)化建造方式為基礎，可以實現(xiàn)結構系統(tǒng)、外圍護系統(tǒng)、設備與管線系統(tǒng)、內(nèi)裝系統(tǒng)四大系統(tǒng)的一體化，以及策劃、設計、生產(chǎn)與施工的一體化。裝配式建筑強調(diào)少規(guī)格、多組合的設計標準化；高質(zhì)量、環(huán)保的生產(chǎn)工廠化；減少濕作業(yè)的施工裝配化；基于BIM協(xié)同和條碼的管理信息化；安全、便捷的技術智能化。近年來，隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，用電設備不斷更新，各類規(guī)范正在逐漸完善。為此，針對裝配式建筑，必須著眼于電氣設計，使設計更合理、科學，以提高建筑的安全性。

1 推廣裝配式建筑的意義

1.1 滿足節(jié)能減排要求

有關資料顯示，在預制件系數(shù)超過90%時，工地上的模板使用率將會降低85%，而腳手架的使用率將會降低50%，在材料上，鋼材和混凝土的使用率分別降低2%和7%，能源消耗也會大幅降低（電力節(jié)省10%，節(jié)水40%）。相對于傳統(tǒng)建筑方式，裝配式建筑在節(jié)能和減排上全面領先。

1.2 提升施工、設計水平

通過標準化設計，以系列化、工業(yè)化為基礎的預制裝配型建筑可確保構件與部件的品質(zhì)平衡，使結構尺寸精度最大化，確保后期裝飾及設計部件的質(zhì)量。隨著社會生產(chǎn)的集約化，農(nóng)村實施規(guī)?；ㄔO，機械化代替人工，社會化和規(guī)模化生產(chǎn)成為當務之急。在大規(guī)模的裝配式建筑中，采用機械設備取代人工進行現(xiàn)場維護，可以消除傳統(tǒng)施工的安全隱患，提高建筑的質(zhì)量和性能。

標準化、模塊化的機電產(chǎn)品充分體現(xiàn)了“整體的設計，工廠的制造，裝配式施工，信息化管理，智能化應用”，可以將BIM技術應用于圖紙的深化設計，通過綜合考慮各個專業(yè)的施工技術和施工過程，對設備和管線進行合理分段，然后在工廠預制成模塊化機電部品，最后運輸至工地現(xiàn)場進行裝配化施工。與現(xiàn)場施工、焊接、安裝相比，現(xiàn)場施工不需明火作業(yè)，極大地降低了施工的風險，提高了安裝的效率，節(jié)省了人力和材料的費用，提升了設備的安裝精度，進而縮短了施工周期，提升了安裝質(zhì)量。

1.3 便于維修更換

在不影響主體安全的前提下，裝配式建筑中的設備與管線和主體分離、管線分層，便于維修更換。所有功能空間的固定面裝修和設備設施全部安裝完成，可以達到建筑使用功能和建筑性能的狀態(tài)。應用綜合管線集成技術，可以利用內(nèi)間系統(tǒng)內(nèi)部空間敷設各系統(tǒng)管線，使住宅支撐體系的結構體與填充體系的各系統(tǒng)管線完全分離，便于日后維修更換。

2 裝配式建筑的電氣設計流程

在傳統(tǒng)建筑中，電氣設計的一般過程是確定整體規(guī)劃；裝修設計，后期再進行精裝深化設計，對原有方案進行修改。裝配式建筑的設計程序包括科學論證方案，促進項目設備的優(yōu)化配置；做好室內(nèi)的精裝定位，按照精裝設計要求進行電氣設計；各方確定設計成果，通過深化設計，對圖紙進行優(yōu)化；構件廠根據(jù)深化圖紙生產(chǎn)加工。

在裝配式電氣設計中，應在方案確定階段確定電源線與預制件之間的聯(lián)系；在施工圖設計階段，按照精裝要求實現(xiàn)規(guī)范設計、規(guī)范安裝[1]；在深化設計時，應在預埋管箱中預留空洞，并根據(jù)客戶的需求預留線路槽等，這需要由專業(yè)的裝配型設計師完成；最終，經(jīng)過室內(nèi)設計、電氣、PC設計及制造廠商等多方的確認，由各廠家進行生產(chǎn)和加工。

3 裝配式建筑的電氣設計要點

3.1 施工圖設計

在對裝配式建筑的電氣圖紙進行初步設計時，首先要確定總體設計方案，在具體的設計中，有關設計者必須在預制構件的設計中清楚地標明預制構件的位置、預留的孔洞數(shù)量和孔洞的位置，確保預制管道的使用。在預裝部件中，必須對配電箱和插座等設備進行精確的定位；在預留空位時，設計者必須標注出空位的高度和位置，以便在以后的工程中將預埋件與預埋件相連[2]。在完成初步設計后，設計師應該重新審視整個設計方案，以便及時找出設計中的缺陷。

3.2 電井位置的選擇

在裝配式建筑的電氣設計中，電井位置的選擇是最關鍵的一個環(huán)節(jié)。通常情況下，盡量將電井布置在負載中心，這既可以縮小電力系統(tǒng)的供電范圍，又可以降低有色金屬的消耗，提高電力品質(zhì)，滿足各方面的需要，有效防止電力消耗。從設計者的角度來看，在選擇電井時，應綜合考慮各種因素，以防止在預制構件區(qū)域布置電井。預制裝配式建筑的電井部件在工廠內(nèi)進行加工和組裝，在施工過程中要盡量減少開鑿、鑿洞等對其的影響，避免破壞結構的穩(wěn)定性，提高安裝工程和電氣設備的運行風險，危及居民的生命安全。另外，由于電力井內(nèi)的電力管道很多，為了避免在預制板上預先埋設大量管道，必須對電井內(nèi)的管道進行科學的處理[3]。

3.3 防雷設計

以某十二層住宅建筑為例分析防雷設計要點。按照規(guī)范要求，該十二層住宅建筑的防雷等級為三級。在房屋屋頂利用Φ12鍍鋅圓鋼作為接閃器，屋頂接閃帶連接線網(wǎng)格不大于20 m×20 m或24 m×16 m。屋頂所有接閃裝置連接成電氣通路，不同標高接閃帶用鍍鋅扁鋼連接，女兒墻鋁合金壓頂作接閃器與引下線連接。利用所有預制剪力墻現(xiàn)澆邊緣構件內(nèi)主筋作防雷引下線，邊緣構件內(nèi)2根直徑不小于Φ10的主筋從接地網(wǎng)至女兒墻鋁合金壓頂通長焊接。所有暴露于屋面的金屬管道、金屬爬梯、金屬欄桿、建筑裝飾金屬構件及設備金屬外殼、鋼構架等金屬體，均就近與防雷裝置相連。

金屬欄桿、金屬門窗、鋼構架等金屬物通過金屬預埋件、支撐構件與防雷裝置可靠連接。外墻內(nèi)、外豎直敷設的金屬管道每三層與混凝土結構內(nèi)鋼筋通過預埋件互相連接，并在其頂端和底端與防雷裝置等電位連接。由于預制墻下連，鋼筋并不相連，鋼筋用套管注漿縱向連接，必須在預制墻柱中增加1根導線，然后用鋼筋焊接聯(lián)通預埋件內(nèi)部，并將其與其他預埋件內(nèi)的導線聯(lián)通，從而使附加導線與其他預埋件內(nèi)部的導線進行電連通。

3.4 點位預留設計

無論是接線盒還是箱體，在進行點位預留時，應按預定的模數(shù)進行精確的定位，以保證預留部件的標準化、標準化。在預制墻壁上安裝開關、插座等與電力系統(tǒng)有關的設施時，應事先預留安裝在墻壁上的接線箱，并優(yōu)先選用86型接線箱。對于需要安裝在地面上的裝置，也要留出深式接線箱的空間，以保證接線箱與管道的可靠連接。在接線箱定位后，應經(jīng)電力專業(yè)人士鑒定，并經(jīng)結構專家審核，如有問題，應立即處理。

3.5 戶內(nèi)配電箱位置的選擇

合理調(diào)整優(yōu)化戶內(nèi)強弱電箱的位置，既要美觀，又要保證使用方便。裝配式建筑一般都有一個配電箱，為了便于維護，一般安裝在套內(nèi)靠近住宅公共區(qū)域的位置。在走廊和其他地方，各層的電源柜位置都一樣，但因為電源柜的體積太大，而且箱體中的管道數(shù)量較多，很難保證其結構的安全，應盡量避免在預制的墻壁和承重墻上安裝配電箱。若工程全部采用預制構件，需在預制構件上安裝配電箱，則應按設計尺寸預留孔洞，既能確保工程質(zhì)量，又方便后期維修保養(yǎng)。

3.6 預埋電氣管線設計

預埋件中的接線盒、電線的溝槽等應在電路圖上標明并標記位置。針對預先埋入預制件的電力管道部件，線槽、線路等應作詳盡的描述，并詳細介紹其連接方式。針對在預埋件內(nèi)預留的施工設備、建筑電氣線路等應采取防火保溫措施。在建筑物的電氣深化設計中，應使用相應的軟件進行管道的碰撞測試，以避免發(fā)生重疊、交叉。將管道埋設在現(xiàn)澆層中，管道防護厚度不得低于15 mm。

在實際應用中，在燈具、開關、消防探測器的管線敷設安裝中，項目墻體可以選用水泥基復合夾心墻板。若按照常規(guī)設計，梁中線與墻中線重合，管線從樓板往下預埋敷設，需在預制件工字梁翼緣處開洞。但工字鋼梁開洞時，需要在開洞位置加補墻板，使工字梁制作過程煩瑣復雜，增加工程造價，同時延長了制作周期。通過在設計初期與建筑、結構、甲方、施工方的多方溝通，采取管線避開翼緣方式，工字梁偏移，管線避梁敷設，如圖1所示。

圖1 管線過翼緣示意圖

3.7 變配電系統(tǒng)設計

在設計變配電系統(tǒng)時，必須清楚了解項目狀態(tài)和特征，以便確定用電性質(zhì)和供電容量。同時，建筑用電需要采用變配電室統(tǒng)一配電，由變配電室放射引至各分配電箱，由分配電箱提供設備電源。變電所應位于負荷中心附近，需要考慮供電半徑，注意供電線纜電壓降。采用節(jié)能型干式變壓器時，需要控制變壓器工作負載率，以保證變壓器經(jīng)濟運行。

3.8 照明設計

在進行裝配式建筑照明設計時，必須按照國家有關法規(guī)和標準進行，根據(jù)照度要求科學選用光源，避免產(chǎn)生資源浪費。在充分利用光能資源的同時，采取合理的節(jié)能措施[4]。在選擇照明強度和功率密度時，應遵循國家有關法規(guī)和標準，以免發(fā)生問題?？梢圆捎肔ED綠色光源，LED光源有更高的光效和更長的使用壽命，可以降低項目的造價，達到節(jié)約能源和保護環(huán)境的目的；利用智能照明控制器可以隨時動態(tài)地掌握照明狀態(tài)，并根據(jù)公共區(qū)域的光照情況進行嚴密控制，達到節(jié)能發(fā)展的目的。

3.9 公用設施電氣配套節(jié)能設計

在公用設施的電氣配套設計中，必須保證節(jié)能性，達到節(jié)能減排的目的。在進行防雷和用電設備的接地設計時，要綜合考慮建筑的工程性能，保證其本身的防雷效果符合防雷要求和規(guī)范。在進行綠色建筑項目的設計時，要堅持綠色、節(jié)能的設計思想，從可持續(xù)發(fā)展的觀點出發(fā)，加大對綠色建筑的宣傳力度，以減少能耗，降低總建設費用。

3.10 防火設計

根據(jù)《建筑設計防火規(guī)范（2018年版）》（GB 50016—2014）第10.1.10條和《火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》（GB 50116—2013）第11.2條規(guī)范的規(guī)定，工程中所有管線在吊頂內(nèi)敷設時全部為鋼管，吊頂內(nèi)管線穿鋼管敷設，金屬線槽穿過防火隔墻及防火樓板時，采取防火隔離措施。不同電壓等級的線纜不應穿入同一根保護管內(nèi)，當合用同線槽時，線槽內(nèi)隔板分隔。

在實際工程中，住宅公共區(qū)域和商業(yè)建筑的所有消防電源及火災自動報警系統(tǒng)管線常為鋼管敷設，樓板會出現(xiàn)設備管線交叉的情況。由于敷設過程中鋼管不能彎曲，同時受疊合板鋼筋桁架高度限制，造成穿行困難。需要在公共區(qū)域選用混凝土現(xiàn)澆，某工程中一段預制樓板的側視圖如圖2所示。

圖2 工程中某段預制樓板的側視圖（單位：mm）

4 結束語

綜上所述，裝配式建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，但由于其電氣設計、電氣設備等方面的缺陷，以及技術上的不成熟，國家、設計人員需要給予高度關注，開展電氣設計的全面研究，通過科學、合理的設計對設計各個環(huán)節(jié)進行有效控制，不斷提升設計水平，以滿足裝配式建筑的電氣設計需求，提升裝配式建筑的質(zhì)量。