装配式建筑机电管线与新型建筑材料预制构配件的设计研究

张莹

（北京凯盛建材工程有限公司，北京 100024）

1 装配式建筑的发展过程及展望

2016年，中共中央、国务院《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》指出，要大力推广装配式建筑，减少建筑垃圾和扬尘污染，缩短建造工期，提升工程质量。要求“制定装配式建筑设计、施工和验收规范。完善部品部件标准，实现建筑部品部件工厂化生产。鼓励建筑企业现场装配式施工。建设国家级装配式建筑预制构配件生产基地。加大政策支持力度，力争在10年左右时间，使装配式建筑占新建建筑的比例达到30%”。同年3月17日《国家十三五纲要》正式发布，“提高建筑水平，安全标准和工程质量，推广装配式建筑结构和钢结构”。由此，装配式建筑被列为建筑业发展的方向，并作为结构转型、产业升级、绿色环保、节能减排的国家战略方针。

2 当前推广装配式建筑存在的难点和问题

当前装配式建筑在我国处于起步阶段，严重缺乏国家层面的相关标准及施工图集，主要存在以下难点和问题：

1）传统的设计模型理念不能满足当前装配式建筑的需要；

2）缺乏关键的新型建筑材料的预制构配件；

3）构件集成连接点的构造组合、装配技术方式还不够成熟；

4）BIM信息技术应用还不够普遍，深度不够；

5）产业化联盟建设还不够专业配套；

6）装配式专业施工队伍资质认证体系尚未出台，整体水平不高。

3 装配式建筑机电管线与新型建筑材料预制构配件的设计实施要点

3.1 装配式机电管线的特点

1）装配式给排水专业、电气专业设计应首先满足国家标准、行业标准及相关配套规范，在此基础上深入研究装配式构造特点，结合预制构配件生产企业的加工能力，调整制定合理机电预埋机电管线的拆分、组合、装配敷设方式，从而达到整体建筑构配件的加工制作更加趋于合理，更加符合施工工艺，通过综合设计，制定出技术先进、安全可靠、经济合理的建筑机电管线一体化布局总体方案。

2）装配式机电管线宜与室内装修一体化设计，充分考虑模块化、标准化、满足建筑物的使用功能。

3）充分考虑装配式建筑结构特点、合理分配机电设备管线路由走向，竖向主管线充分利用机房、管道井和电井空间，其他竖向支管线设计原则是在满足后期使用功能的前提下，应尽量避开剪力墙，使预制构件的加工、施工更加方便，减少预制构配件的预埋件和预埋孔，简化节点，避免预制板的规格过多及造价过高，使其尽量敷设在二次结构及新型绿色建筑材料的预制构配件中。水平顶面机电管线敷设方式应结合精装修吊顶图纸，尽量安装在吊顶内或尽可能明装，水平地面的电气管线应敷设在叠合板的现浇层内，给排水的地面管线应在垫层内，各种管线应尽量减少交叉，尤其是三层交叉，应精确安装位置。实施前，设计单位应与施工单位结合具体区域的预制墙体，叠合楼板的构造进行图纸深化，并编制预制构件的建筑专业、机电专业的深化图纸，绘制节点大样图，深化图纸主要包括预制构件上给排水专业、电气专业需预留预埋的孔洞、套管以及预埋件等，节点大样图应标明具体管线的路由排布、位置尺寸、管径规格、操作步骤，敷设方式、施工顺序。最终编制成切合实际的、可行的专项实施方案报设计、监理审批。

3.2 装配式建筑的特点

1）装配式建筑可分为框架式和剪力墙式。施工材料大量采用预制构配件，如叠合楼板、阳台板、楼梯、梁、柱、轻质墙等。在施工过程中，对预制构配件进行现场装配与连接，对关键框架梁柱节点和楼板叠合，进行现场浇筑，由此构成了装配式建筑施工的两大特点。由于大量使用标准化、通用化、系列化的预制构配件，从而取代了原有大量的现场浇筑、二次墙体砌筑工作，使得工厂加工预制构配件与施工现场分离，不但降低建造成本，还可以减少施工过程中的环境污染。

2）叠合楼板是装配式建筑里的一个新概念，是结合传统的方式的现浇楼板和预制板两者的优点复合而成。预制构配件厂加工成型的薄楼板运抵现场后，进行初装配，一方面减少现场的浇筑量，另一方面取消了现场的模板支撑体系，提高了工作效率，在预制叠合楼板的基础楼板上层，同时有保留一定高度的现浇层用作现场预埋机电管线的空间，更重要是还能提高复合后的楼板整体稳定性和抗震性能（见图1）。

图1 叠合层楼板地面做法

3.3 机电管线敷设方式设计实施要点

3.3.1 室外主管线的敷设方式

装配式住宅的给排水立管，电气竖向电缆应设在独立的管道井、电井内及设备机房内。

3.3.2 室内主管线的敷设方式

1）电气专业的室内配电箱（强弱电户箱）应合理确定位置，尽量避免在预制墙体上，同时避免或减少在常规分户墙两侧对应布置。必要时应由建筑专业复核是否满足结构强度、隔声效果及防火要求。

2）室内电气主管线的水平进出线数量较多，管径相对较大，应采取如下方式解决：

①设法分流该处管线，合理布局；

②减少预制叠合楼板及建筑面层高度，提高叠合板上层的浇筑层高度；

③局部采用传统的全部现浇型式；

④预埋最大管径不宜超过浇筑层厚度的三分之一。

电气管线的竖向排布应考虑预埋后保护层的厚度，消防配电管保护层厚度不应小于30mm,普通管线不应小于15mm。

3）室内给排水主管线一般采用明管敷设或降板结构，排水管道采用同层排水方式，卫生间应使用柔性防水材料，薄弱环节应做加强层，具有可靠的防渗漏体系，宜做两层防水。

3.3.3 室内支管的敷设方式

室内支管的水平敷设应尽量在吊顶、叠合楼层的现浇层、垫层内。结合上述设计原则，一般没有太大问题。如果在预制叠合层的预制楼板内预埋电气管线，一来增加制作成本，二来会降低叠合楼板的强度，同时增加了现场设备管线的连接定位的难度，整体工期未能得到有效改善。因此在实际工作中，一般采用在浇筑层内敷设机电管线。给排水专业的管线，根据现有规范不允许在浇筑层内敷设。目前存在的主要问题是墙体内竖向、横向支管的敷设问题，如在剪力墙结构中预制难度大，标准化差，生产成本高，在现有轻质墙板预制构配件内敷设更是难于实现。

3.4 新型建筑材料预制轻质墙板、轻质保温墙板的设计实施要点

通常，预制轻质隔板墙截面内部是多个排列均匀、间隔一定间距的空心孔状形式和填充一定厚度的保温材料夹层形式，具有轻质、防火、抗震、保温、隔声等功效，是建筑业广泛所使用的材料，标准规格有90mm、120mm、140mm等。但由于原有结构设计时未考虑有关预埋机电管线造成强度降低、保温功能下降问题，因此没有采取相应的补强、补保温措施，只是不允许在轻质墙板上开槽敷设预埋机电管线，常规做法只能做成明管敷设或改为砌筑结构，由此成为推动装配式建筑进程的主要障碍。本人依据多年来的实际工作经验，结合装配式建筑特点，针对预埋管线特征，首次在国内外新型建筑领域里提出在预制轻体质隔墙内进行预埋机电管线等强度截面、等保温性能设计理念，彻底解决无法在预制轻体隔墙预埋机电管线的难题。

1）新型建筑材料预制轻质空心墙板等强度截面设计（见图2）

图2 轻质空心隔墙板等强度截面设计

①预埋管径设计

H=d+B+B+d

H=d+（H-D)+d

D=2d

d=D/2，同时可以表达d=（H-2B)/2

在实际工作中d的取值远远小于D,一般不会超过DN25。

②空心孔中心间距设计

A=D/2+B+d+B+D/2

A=（2B+D)+d

A=H+d

在实际工程中，当d≤DN25，A≥H+d时，预埋管线不但可以竖向开槽，还可以横向通长开槽，从而彻底解决轻质墙板设备管线预埋工作。

2）新型建筑材料预制轻质保温墙板等保温性能设计（见图3）

图3 保温墙板等保温性能设计

①加强点的高度设计 h=d+B

②加强点的宽度设计 L=d+2B

③预埋管中心间距设计 A=150-250mm

④保温隔热层厚度设计B1

保温隔热层厚度依据建筑物当地所处环境特点进行设计。

通常情况下，按照d≤DN25管径进行设计，管线中心间距按照150-250mm设计。完全满足现场的各类机电支管的预埋工作，同样可以满足横向通长开槽，但需要注意轻质保温墙板不得双向对称开槽，一般地，此板用于外围护结构上，不存在双向对称开槽问题，当使用在其他场合下必须双向对称布置时，可采取竖向错位，横向开槽追位的方式，满足上述要求。此种设计方法的新型绿色建筑材料预制的轻质隔墙板、保温墙板，不但施工操作简单，而且不降低墙板强度，不影响保温效果，同时还会提高隔声效果。

4 结语

在我国相关政策驱动下，装配式建筑技术的应用和相关配套产业、绿色建材风起云涌，但与之相配套的设计标准规范体系尚未完善成熟，推行建设工程总承包EPC模式迫在眉睫，其目的是加强沟通设计方、施工方，预制构配件方在工程实践中联合参与、积极探索及密切配合。联合深化设计是当今较为可行的措施之一，特别是设计单位和施工单位与构件厂商之间加强沟通力度，以便预制构配件更加科学、更加实效。改变原有单一设计院专业独自设计的理念，建筑专业不但要考虑本专业的需求，同时也要充分考虑机电专业预埋机电管线的特点，机电专业也要兼顾建筑专业的特点规范，调整本专业的常规设计理念。双方在满足本专业功能的前提下，进行统筹综合设计，做到信息沟通，实现整体把控、精细设计，制定出科学合理、经济高效的新型建筑材料预制构配件需求，以确保装配式建筑工程的整体质量。