裝配式住宅建筑電氣設(shè)計(jì)方法探究

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摘要：以陜西某小區(qū)裝配式住宅樓為例，介紹裝配式建筑電氣設(shè)計(jì)要點(diǎn)，重點(diǎn)分析疊合樓板和預(yù)制墻板中電氣設(shè)備的電氣拆分方法，同時(shí)針對(duì)智慧建筑的發(fā)展方向，闡述基于信息化手段的裝配式建筑智能化發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：裝配式建筑；電氣設(shè)計(jì)；深化設(shè)計(jì)；預(yù)制構(gòu)件；拆分設(shè)計(jì)；BIM技術(shù)；智能建筑；智慧建造

0引言

隨著建筑工業(yè)化的發(fā)展，我國多次提出發(fā)展裝配式建筑的政策要求，多個(gè)省市也下發(fā)了具體實(shí)施意見［1］，到2025年，我國新建建筑裝配率需達(dá)到50%。電氣專業(yè)作為裝配式建筑中的重要部分，直接關(guān)系著后續(xù)施工效果，但由于預(yù)制混凝土（PC）構(gòu)件內(nèi)預(yù)埋管及預(yù)埋接線盒的數(shù)量、定位尺寸經(jīng)常出現(xiàn)錯(cuò)誤，而生產(chǎn)階段是一步成型的，施工階段易出現(xiàn)問題，因此預(yù)制構(gòu)件的電氣設(shè)計(jì)方法仍需不斷完善［2-4］。本文以陜西某小區(qū)裝配式住宅樓為例，介紹裝配式住宅建筑電氣設(shè)計(jì)的一般流程，以及預(yù)制構(gòu)件中電氣設(shè)備拆分設(shè)計(jì)方法，為相關(guān)專業(yè)設(shè)計(jì)人員提供參考，以免因設(shè)計(jì)階段考慮不周而影響后續(xù)生產(chǎn)和施工。

1裝配式建筑概況

裝配式建筑是由結(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［5］。裝配式建筑分為三類：裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑、裝配式木結(jié)構(gòu)建筑、裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑［6］。本文主要研究裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑，其中的預(yù)制構(gòu)件包括：預(yù)制柱、預(yù)制梁、預(yù)制樓梯、預(yù)制復(fù)合墻板、預(yù)制疊合樓板等。涉及電氣部分的預(yù)制構(gòu)件主要有墻板和樓板。預(yù)制構(gòu)件目前一般采用半預(yù)制半現(xiàn)場澆筑方式，具體方法為設(shè)計(jì)完成后進(jìn)入生產(chǎn)車間，按拆分圖紙生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件，預(yù)留線槽、線盒和洞口，在施工現(xiàn)場進(jìn)行裝配、線管連接，完成后現(xiàn)場澆筑［7］。施工過程中禁止對(duì)構(gòu)件進(jìn)行再加工，開槽、鑿洞和改變形狀都會(huì)對(duì)建筑質(zhì)量產(chǎn)生影響。因此在裝配式建筑設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員需要繪制施工圖、深化圖、拆分圖，以免后續(xù)破壞構(gòu)件，保證生產(chǎn)和施工正常進(jìn)行。

2裝配式住宅建筑電氣設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

2.1項(xiàng)目簡介

某裝配式住宅小區(qū)位于陜西省南部，為裝配式混凝土住宅建設(shè)試點(diǎn)項(xiàng)目。該小區(qū)包括200戶，每戶住宅占地232.45m2。建筑為鋼筋混凝土框架支撐結(jié)構(gòu)，樓板為鋼筋桁架樓承板，墻板為現(xiàn)澆鋼筋混凝土新型復(fù)合剪力墻結(jié)構(gòu)，地下采用樁筏基礎(chǔ)。建筑整體裝配率達(dá)到85%，配套實(shí)施水暖電專業(yè)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和施工任務(wù)。

2.2裝配式住宅建筑電氣設(shè)計(jì)基本流程

電氣設(shè)計(jì)人員在裝配式住宅建筑電氣設(shè)計(jì)過程中需要堅(jiān)持完整性原則［8］。裝配式住宅建筑的電氣設(shè)計(jì)不同于傳統(tǒng)住宅，需要進(jìn)行深化設(shè)計(jì)和電氣拆分設(shè)計(jì)。深化設(shè)計(jì)是指在施工圖的基礎(chǔ)上，結(jié)合各專業(yè)設(shè)計(jì)問題綜合考慮，對(duì)各個(gè)強(qiáng)/弱配電箱、燈、開關(guān)、插座和洞口精準(zhǔn)定位的同時(shí)進(jìn)行尺寸標(biāo)注。電氣拆分設(shè)計(jì)是裝配式住宅建筑電氣設(shè)計(jì)的一大特點(diǎn)，同時(shí)也是難點(diǎn)。這一步需要設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與施工三者之間密切配合。設(shè)計(jì)過程中結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計(jì)人員對(duì)樓板和墻板進(jìn)行結(jié)構(gòu)拆分，電氣專業(yè)設(shè)計(jì)人員在結(jié)構(gòu)拆分圖上進(jìn)行電氣拆分設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)任務(wù)是對(duì)每一塊預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行電氣編號(hào)、預(yù)留線盒的精準(zhǔn)定位、暗敷導(dǎo)管的具體定位、強(qiáng)/弱電箱的孔洞預(yù)留定位，確定線路大致走向，防雷接地線的型號(hào)及位置等。

2.3裝配式住宅建筑電氣深化設(shè)計(jì)方法

圖1給出了本文工程案例中的裝配式住宅建筑電氣深化設(shè)計(jì)示例。由圖1可以看出，在布置和定位衛(wèi)生間燈具時(shí)，需要考慮衛(wèi)生間內(nèi)給排水專業(yè)設(shè)備及水管是否與電氣設(shè)備碰撞，根據(jù)專業(yè)知識(shí)與設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)給出定位尺寸。在起居室的空調(diào)預(yù)留洞口布置和定位時(shí)，需要考慮該洞口是否與室外雨水管碰撞。

2.4預(yù)制構(gòu)件電氣設(shè)備拆分設(shè)計(jì)方法

a.疊合樓板。預(yù)制樓板和現(xiàn)澆鋼筋混凝土疊合樓板是裝配式住宅建筑樓板采用的主要方式［9］。預(yù)制部分在生產(chǎn)車間生產(chǎn)，加工生產(chǎn)時(shí)根據(jù)電氣拆分圖來預(yù)留線盒、線管、洞口，加工完成的預(yù)制底板如圖2所示；然后運(yùn)送至施工現(xiàn)場進(jìn)行安裝固定，將線管穿鋼筋鋪設(shè)在預(yù)制底板上方，線管連接見圖3；線管連接完成后進(jìn)行現(xiàn)場澆筑，最后將疊合層抹平。疊合樓板的三維示意圖如圖4所示。b.復(fù)合墻板。涉及到電氣的復(fù)合墻板，強(qiáng)電開關(guān)、插座接線盒、弱電接線盒、預(yù)留管線和洞口設(shè)計(jì)需要精確定位，因此在墻板電氣拆分設(shè)計(jì)時(shí)，需要同時(shí)對(duì)比施工平面圖、深化平面圖、設(shè)備表、系統(tǒng)圖來確定各個(gè)強(qiáng)/弱配電箱、開關(guān)、線盒、管線、洞口在墻板上的具體位置。根據(jù)施工圖與深化圖來確定其距墻邊或門邊的水平距離，設(shè)備表用來確定其距墻板底邊的垂直距離，在涉及到配電箱的墻板時(shí)，需要利用施工圖中的系統(tǒng)圖以及平面布置圖來確定管線走向，同時(shí)還需確定好配電箱每根進(jìn)出線管之間的間距。在繪制電氣拆分圖時(shí)，要重點(diǎn)考慮各個(gè)開關(guān)、線盒、管線在墻板上的正反。結(jié)構(gòu)專業(yè)提供的結(jié)構(gòu)拆分圖中注明了每面墻板的箭頭方向，根據(jù)箭頭方向，正面、背面及穿墻布置的線盒和管線在電氣拆分圖中的表達(dá)方式要進(jìn)行區(qū)分。繪制完成后，檢查各個(gè)開關(guān)、線盒、管線是否與預(yù)制復(fù)合墻板的肋梁和肋柱位置碰撞，應(yīng)盡量將其放置在復(fù)合墻板中粉煤灰加氣硅酸鹽砌塊區(qū)域位置，必要時(shí)可對(duì)原有電氣設(shè)計(jì)平面圖中各開關(guān)、線盒、管線的位置進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。裝配式復(fù)合墻板電氣拆分設(shè)計(jì)示意圖如圖5所示。

3裝配式建筑智能化技術(shù)應(yīng)用

隨著智能化和信息化的不斷發(fā)展，將智能化技術(shù)應(yīng)用于裝配式建筑已成為新時(shí)代裝配式建筑發(fā)展的新趨勢［10］。BIM技術(shù)是建筑智能化與信息化的產(chǎn)物，貫穿于整個(gè)項(xiàng)目建設(shè)周期，即包括設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、建造、運(yùn)營維護(hù)的全生命過程。BIM技術(shù)的可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性、信息完備性、一體化和參數(shù)化等特點(diǎn)，將對(duì)裝配式建筑在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、建造和運(yùn)營維護(hù)的全過程產(chǎn)生巨大的影響［11-13］。

3.1設(shè)計(jì)方案優(yōu)化

BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)各專業(yè)并行協(xié)同設(shè)計(jì)，系統(tǒng)信息實(shí)時(shí)更新交互，同時(shí)可以自動(dòng)檢查各專業(yè)之間的碰撞情況，代替人工繪制圖紙過程中的碰撞考慮，使裝配式建筑電氣、智能化設(shè)計(jì)中的預(yù)留開關(guān)、線盒、管線、洞口設(shè)計(jì)更加準(zhǔn)確合理。生成的碰撞檢測報(bào)告，按照“檢測→優(yōu)化→再檢測”的原則，不斷完善設(shè)計(jì)方案，以保證裝配式生產(chǎn)和施工的順利進(jìn)行。且三維視圖更有利于設(shè)計(jì)模型可視化，從而提高設(shè)計(jì)精度和設(shè)計(jì)效率。3.2生產(chǎn)精度優(yōu)化生產(chǎn)工廠在生產(chǎn)PC構(gòu)件時(shí)可以通過BIM模型了解到各個(gè)構(gòu)件的全部屬性信息，通過標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件生產(chǎn)與3D打印等核心技術(shù)的集成作業(yè)，快速進(jìn)行PC構(gòu)件的規(guī)模化打印生產(chǎn)，提高構(gòu)件精準(zhǔn)度。

3.3施工進(jìn)度優(yōu)化

通過BIM三維模擬施工，預(yù)留開關(guān)、線盒、管線、洞口與結(jié)構(gòu)鋼筋或其他專業(yè)設(shè)備等是否沖突都一目了然。完成現(xiàn)澆預(yù)制模型以及現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)深化后，利用BIM可視化技術(shù)提前模擬現(xiàn)場裝配，避免預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)澆連接節(jié)點(diǎn)位置碰撞問題發(fā)生。同時(shí)還可以綜圖合各種碰撞結(jié)果，自動(dòng)選取最優(yōu)安裝及施工方案。3.4運(yùn)營維護(hù)控制優(yōu)化基于BIM模型，整合項(xiàng)目各參與方和項(xiàng)目各階段數(shù)據(jù)的信息至BIM數(shù)據(jù)庫中，后期運(yùn)營維護(hù)人員擁有訪問該數(shù)據(jù)庫的權(quán)限，利用BIM數(shù)據(jù)庫的完整性和準(zhǔn)確性，可以掌握建筑各種設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況，基于此進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)的調(diào)整與各專業(yè)設(shè)備的維護(hù)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)營維護(hù)工作的可視化和智能化，構(gòu)建完整的裝配式建筑全生命周期控制體系。

4結(jié)語

目前，裝配式住宅建筑正處于快速發(fā)展的狀態(tài)，與裝配式建筑配套的電氣設(shè)計(jì)方法仍需不斷完善。將原有的建筑電氣設(shè)計(jì)方法與裝配式住宅建筑相融合，結(jié)合建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備各專業(yè)技術(shù)，利用“施工圖、深化圖、拆分圖”三步走的設(shè)計(jì)方法，精準(zhǔn)完成裝配式住宅建筑的電氣設(shè)計(jì)工作，節(jié)省生產(chǎn)階段時(shí)間成本，提高施工階段裝配建造效率。同時(shí)，未來的裝配式建筑將利用信息化與智能化技術(shù)，全面提高裝配式建筑的智慧化水平，實(shí)現(xiàn)裝配式建筑的智慧建造。

作者:周昕瑋 于軍琪 黃煒 張萬虎 單位:西安建筑科技大學(xué)