裝配式住宅建筑電氣設計方法探究
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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計要點，重點分析疊合樓板和預制墻板中電氣設備的電氣拆分方法，同時針對智慧建筑的發(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。
關鍵詞：裝配式建筑；電氣設計；深化設計；預制構件；拆分設計；BIM技術；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，多個省市也下發(fā)了具體實施意見［1］，到2025年，我國新建建筑裝配率需達到50%。電氣專業(yè)作為裝配式建筑中的重要部分，直接關系著后續(xù)施工效果，但由于預制混凝土（PC）構件內(nèi)預埋管及預埋接線盒的數(shù)量、定位尺寸經(jīng)常出現(xiàn)錯誤，而生產(chǎn)階段是一步成型的，施工階段易出現(xiàn)問題，因此預制構件的電氣設計方法仍需不斷完善［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計的一般流程，以及預制構件中電氣設備拆分設計方法，為相關專業(yè)設計人員提供參考，以免因設計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
裝配式建筑是由結構系統(tǒng)、外維護系統(tǒng)、設備與管線系統(tǒng)、內(nèi)裝系統(tǒng)的主要部分采用預制構件集成的建筑［5］。裝配式建筑分為三類：裝配式混凝土結構建筑、裝配式木結構建筑、裝配式鋼結構建筑［6］。本文主要研究裝配式混凝土結構建筑，其中的預制構件包括：預制柱、預制梁、預制樓梯、預制復合墻板、預制疊合樓板等。涉及電氣部分的預制構件主要有墻板和樓板。預制構件目前一般采用半預制半現(xiàn)場澆筑方式，具體方法為設計完成后進入生產(chǎn)車間，按拆分圖紙生產(chǎn)預制構件，預留線槽、線盒和洞口，在施工現(xiàn)場進行裝配、線管連接，完成后現(xiàn)場澆筑［7］。施工過程中禁止對構件進行再加工，開槽、鑿洞和改變形狀都會對建筑質(zhì)量產(chǎn)生影響。因此在裝配式建筑設計過程中，設計人員需要繪制施工圖、深化圖、拆分圖，以免后續(xù)破壞構件，保證生產(chǎn)和施工正常進行。
2裝配式住宅建筑電氣設計要點分析
2.1項目簡介
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試點項目。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構，樓板為鋼筋桁架樓承板，墻板為現(xiàn)澆鋼筋混凝土新型復合剪力墻結構，地下采用樁筏基礎。建筑整體裝配率達到85%，配套實施水暖電專業(yè)設計、生產(chǎn)和施工任務。
2.2裝配式住宅建筑電氣設計基本流程
電氣設計人員在裝配式住宅建筑電氣設計過程中需要堅持完整性原則［8］。裝配式住宅建筑的電氣設計不同于傳統(tǒng)住宅，需要進行深化設計和電氣拆分設計。深化設計是指在施工圖的基礎上，結合各專業(yè)設計問題綜合考慮，對各個強/弱配電箱、燈、開關、插座和洞口精準定位的同時進行尺寸標注。電氣拆分設計是裝配式住宅建筑電氣設計的一大特點，同時也是難點。這一步需要設計、生產(chǎn)與施工三者之間密切配合。設計過程中結構專業(yè)設計人員對樓板和墻板進行結構拆分，電氣專業(yè)設計人員在結構拆分圖上進行電氣拆分設計，主要設計任務是對每一塊預制構件進行電氣編號、預留線盒的精準定位、暗敷導管的具體定位、強/弱電箱的孔洞預留定位，確定線路大致走向，防雷接地線的型號及位置等。
2.3裝配式住宅建筑電氣深化設計方法
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計示例。由圖1可以看出，在布置和定位衛(wèi)生間燈具時，需要考慮衛(wèi)生間內(nèi)給排水專業(yè)設備及水管是否與電氣設備碰撞，根據(jù)專業(yè)知識與設計經(jīng)驗給出定位尺寸。在起居室的空調(diào)預留洞口布置和定位時，需要考慮該洞口是否與室外雨水管碰撞。
2.4預制構件電氣設備拆分設計方法
a.疊合樓板。預制樓板和現(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］。預制部分在生產(chǎn)車間生產(chǎn)，加工生產(chǎn)時根據(jù)電氣拆分圖來預留線盒、線管、洞口，加工完成的預制底板如圖2所示；然后運送至施工現(xiàn)場進行安裝固定，將線管穿鋼筋鋪設在預制底板上方，線管連接見圖3；線管連接完成后進行現(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.復合墻板。涉及到電氣的復合墻板，強電開關、插座接線盒、弱電接線盒、預留管線和洞口設計需要精確定位，因此在墻板電氣拆分設計時，需要同時對比施工平面圖、深化平面圖、設備表、系統(tǒng)圖來確定各個強/弱配電箱、開關、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，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，同時還需確定好配電箱每根進出線管之間的間距。在繪制電氣拆分圖時，要重點考慮各個開關、線盒、管線在墻板上的正反。結構專業(yè)提供的結構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方式要進行區(qū)分。繪制完成后，檢查各個開關、線盒、管線是否與預制復合墻板的肋梁和肋柱位置碰撞，應盡量將其放置在復合墻板中粉煤灰加氣硅酸鹽砌塊區(qū)域位置，必要時可對原有電氣設計平面圖中各開關、線盒、管線的位置進行適當調(diào)整。裝配式復合墻板電氣拆分設計示意圖如圖5所示。
3裝配式建筑智能化技術應用
隨著智能化和信息化的不斷發(fā)展，將智能化技術應用于裝配式建筑已成為新時代裝配式建筑發(fā)展的新趨勢［10］。BIM技術是建筑智能化與信息化的產(chǎn)物，貫穿于整個項目建設周期，即包括設計、生產(chǎn)、建造、運營維護的全生命過程。BIM技術的可視化、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，將對裝配式建筑在設計、生產(chǎn)、建造和運營維護的全過程產(chǎn)生巨大的影響［11-13］。
3.1設計方案優(yōu)化
BIM技術可以實現(xiàn)各專業(yè)并行協(xié)同設計，系統(tǒng)信息實時更新交互，同時可以自動檢查各專業(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、智能化設計中的預留開關、線盒、管線、洞口設計更加準確合理。生成的碰撞檢測報告，按照“檢測→優(yōu)化→再檢測”的原則，不斷完善設計方案，以保證裝配式生產(chǎn)和施工的順利進行。且三維視圖更有利于設計模型可視化，從而提高設計精度和設計效率。3.2生產(chǎn)精度優(yōu)化生產(chǎn)工廠在生產(chǎn)PC構件時可以通過BIM模型了解到各個構件的全部屬性信息，通過標準化構件生產(chǎn)與3D打印等核心技術的集成作業(yè)，快速進行PC構件的規(guī)模化打印生產(chǎn)，提高構件精準度。
3.3施工進度優(yōu)化
通過BIM三維模擬施工，預留開關、線盒、管線、洞口與結構鋼筋或其他專業(yè)設備等是否沖突都一目了然。完成現(xiàn)澆預制模型以及現(xiàn)澆節(jié)點深化后，利用BIM可視化技術提前模擬現(xiàn)場裝配，避免預制構件與現(xiàn)澆連接節(jié)點位置碰撞問題發(fā)生。同時還可以綜圖合各種碰撞結果，自動選取最優(yōu)安裝及施工方案。3.4運營維護控制優(yōu)化基于BIM模型，整合項目各參與方和項目各階段數(shù)據(jù)的信息至BIM數(shù)據(jù)庫中，后期運營維護人員擁有訪問該數(shù)據(jù)庫的權限，利用BIM數(shù)據(jù)庫的完整性和準確性，可以掌握建筑各種設備的實際運行情況，基于此進行運行狀態(tài)的調(diào)整與各專業(yè)設備的維護，實現(xiàn)運營維護工作的可視化和智能化，構建完整的裝配式建筑全生命周期控制體系。
4結語
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計方法仍需不斷完善。將原有的建筑電氣設計方法與裝配式住宅建筑相融合，結合建筑、結構、設備各專業(yè)技術，利用“施工圖、深化圖、拆分圖”三步走的設計方法，精準完成裝配式住宅建筑的電氣設計工作，節(jié)省生產(chǎn)階段時間成本，提高施工階段裝配建造效率。同時，未來的裝配式建筑將利用信息化與智能化技術，全面提高裝配式建筑的智慧化水平，實現(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