装配式建筑电气接口设计研究*

季 晨

(华东建筑设计研究总院华东建筑设计研究院有限公司，上海201100)

0 引言

工业化建筑发展多年，虽然我国已经有了很多相关的标准和设计规范，但是主要侧重点围绕着建筑结构，至今机电相关内容尤其是接口部分几乎仍是一片空白，有关装配式建筑的机电接口的技术体系、标准规范都没有明确，与其相关的标准化、通用化的产品、施工方法、维护措施也严重缺失，这些内容的空缺滞后，严重影响着电气接口设计以及工业化建筑的发展。本文将从我国工业化建筑的概念与现状展开，分析研究装配式建筑电气接口设计的要求及做法。

1 我国工业化建筑的概念与现状

工业化建筑是指按照大工业生产方式改造建筑业，使之逐步从手工业生产转向社会化大生产的过程。它的基本途径是建筑标准化、构配件生产工厂化、施工机械化和组织管理科学化并逐步采用现代科学技术的新成果，以提高劳动生产率、加快建设速度、降低工程成本、提高工程质量。

我国的工业化建筑发展分为两个阶段。第一个阶段是在五十年代以快捷、节省地解决居住问题为目标的建筑工业化。虽然这一阶段建造的房屋工业化(装配率)程度较高，但房屋数量和质量都不尽如人意。改革开放后，伴随着大量房地产开发商的涌现，建设差异化住房的同时，也使得房地产开发的标准化程度降低。尤其随着预拌混凝土等相关技术的成熟，钢筋混凝土结构的建造几乎全采用现浇方式施工。

随着人民日益增长的需求，建筑行业的弊病愈发明显:仍为粗放型、劳动密集型的产业；工业化程度低、手工作业太多、劳动生产率低、资源消耗过高；施工及产品质量参差不齐，总体质量较差。鉴于此，我国提出了要推进工业化建筑的健康发展，至此为工业化建筑发展的第二阶段。

目前我国有较多建筑结构专业的装配式建筑研究成果，但涉及机电内容的标准规范和技术体系却寥寥无几，尤其对于接口的内容更是一片空白。因此装配式建筑的电气接口设计的研究就显得尤为重要，只有解决设计问题，才能更好地开发产品和施工，进而推动工业化建筑的发展。

2 装配式建筑电气接口的现状

装配式建筑电气接口设计应该综合考虑标准规范、设计和施工方法等内容，以防“纸上谈兵”无法落实。经过初期的研究，笔者从下面几方面展开分析介绍。

2.1 装配式建筑相关标准规范的分析

(1)国内相关标准规范

目前我国装配式建筑标准规范涉及电气内容较少，主要对“设备尺寸及位置需要精确定位”提出过明确要求，但对于接口设计仍未提及。

(2)国外先进标准和理念

欧洲大部分地区的装配式建筑主要用于独栋住宅建筑，对于中国的高层住宅而言，适用性较低。

日本的住宅建筑虽然与中国类似，但是与我国大量采用结构和墙体中埋设管线的做法不同，其采用的管线分离SI体系，极大程度上规避了电气管线对主体结构的影响。所谓“管线分离SI体系”是支撑体S(Skeletion)和填充体I(Infill)相分离的建筑体系，其中支撑体是指除了主体结构外还包括外围护和公共管井等长久不变的部分，填充体是指填充进支撑体的部分，包括内装和内部设备管线等。

以上的差异导致我国缺乏合适的学习参考对象，仍需要自行摸索。

2.2 装配式建筑设计图纸的研究

如图1所示，相比于传统设计，目前装配式建筑电气图纸中会对电气设备有更精准的定位，使楼板和墙身的预留预埋有了装配式的可能性。但除此之外，仍缺少对电气管线、电箱(盒)以及防雷接地接口的相关描述，导致施工仍困难重重。

3 相关装配式工程现场的调研

(1)施工工艺

如图2所示，目前装配式的施工工艺基本上由以上环节组成，但是仅有1项“管线敷设”明确与机电相关，这说明目前与土建相结合的机电工业化程度不高。相反，设计阶段开始就应该有与建筑结构PC构件的整体统一考虑，接口的设置应该贯穿整个工艺流程。

(2)管线、电箱(盒)预留预埋

叠合楼板分为现浇层和预制层，一般电气的接线盒都在现浇层内设置，而管线在钢筋桁架内设置，如图3所示。当电气管线设置于预制隔墙上时，需预留操作空间，如图4所示。

图1 装配式建筑电气图纸示意图

图2 装配式建筑施工工艺示意图

图3 现浇层预埋电气管线、接线盒

图4 预制墙板中预埋电气管线

传统做法中认为出线困难是考虑电箱(盒)不宜设置在预制墙板中，但是通过实际考察发现，电箱(盒)可以在设计阶段完成精准定位。将与其相连接的管线在预制墙板内预埋的同时，在预制墙板和楼板叠合层连接的部位预留操作空间及管线连接头，用于后期的管线连接，即可实现其预制。如图5和图6所示，分别为施工现场和预制工厂的预制墙板预埋电箱。

4 装配式建筑电气接口设计的要求及做法

4.1 接口设计的一般通用要求

根据国家标准GB/T 50002-2013《建筑模数协调标准》的规定，装配式建筑设计需采用系统性的设计方法，满足构件和部品标准化和通用化的要求，应按照建筑模数化要求，采用基本模数或扩大模数的设计方法。

图5 预制墙板预埋电箱(施工现场)

图6 预制墙板预埋电箱(预制工厂)

如图7所示，装配式建筑的建筑和结构采用模数化、网格化的体系，故接口在设计的过程中应与建筑结构协同整体设计，在模块上精准定位并避开节点，并以此为依据制造PC构件。

图7 装配式建筑模数化设计示意图

需要强调的是，基于接口处施工与维护的重要性，需在接口处预留操作空间。

4.2 电气布线接口的设计

如图3所示，目前装配式建筑中预制楼板上的电气布线以设置在现浇层为主，由于布线位于钢筋桁架之下，且受限于现浇层高度，实际走线高度大约只有40mm。所以电气布线应尽量错位排布，减少交叉，不宜多于两层，并且现浇层的电气管径宜≤25mm。

电气布线接口的材质应该与电气管线相对应，保证其管线性能的一致性。下文主要以PVC套管接口(如图8所示)、可挠性金属软接口(如图9所示)为例进行说明。

(1)PVC套管接口

1)PVC线管接口处应有余量(建议≥50mm)，便于今后套管的安装连接；2)PVC套管接口应弯曲套接在预制墙或者现浇板的穿线管端，并做好密封措施；3)PVC套管接口应与线管尺寸匹配，便于安装。

图8 PVC套管接口示意图

(2)可挠性金属软接口

1)金属线管在接口处应有余量(建议≥50mm)，便于今后套管的安装连接；2)可挠性金属软管接口应套丝连接至预制墙或者现浇板的金属线管，并做好密封措施；3)可挠性金属软管接口应与金属线管尺寸匹配，便于安装。

图9 可挠性金属软管接口示意图

其中，金属槽盒的设置应与主体结构分离，对于其连接、弯头、三通等连接处，建议采用插接方式便于安装，槽盒的支架安装可参见装配式支吊架安装的相关标准及图集。穿越结构梁柱的金属槽盒及管线与传统设计的差异在于，为避免对PC构件产生破坏，即使是小管径的管线也应该预先精准定位并标明尺寸大小，以便预留孔洞。

当沿预制楼板、预制墙体预埋的接线盒及其管路与现浇电气管路连接时，应在墙面与楼板交界的墙面预埋接线盒或接线空间，接线空间尺寸不宜小于150mm×200mm(宽×高)，如图10所示。

若电气布线采用管线分离SI体系设计，则可避免在主体结构中预留预埋的工作，虽然可以整体预制，但目前多数还是现场施工操作，如图11所示。

4.3 电箱(盒)接口的设计要求

图10 接口预留操作空间图示

图11 管线分离SI体系时电气布线示意图

接线盒实际就是电气管线接口，对于全预制楼板或墙板，接线盒采用普通的86型接线盒即可。但是对于叠合楼板，因管线和接线盒于现浇层内预埋，普通接线盒的深度无法满足接线要求，因此需要采用盒深100或以上的深型接线盒，如图12所示。

图12 深型接线盒示意图

若预制墙板中预埋的电气管线敷设较多时，每根管线都需要配置单独的接口，并建议设置集中的过路箱以及操作空间，以便施工及今后维护，如图13所示。

进入配电(控制)柜、箱内的导管管口，当箱体无封板时，管口应多出基础面不小于50mm的长度，便于今后接线。

图13 电箱及其接口连接示意图

考虑到预制构件不宜进行开槽等工作，电箱(盒)的开孔及预埋管线数量应该多于设计的管线，为今后扩容做预留。

4.4 防雷接地接口的设计要求

经过笔者的前期调研与分析研究，发现目前的装配式建筑鲜少考虑防雷接地的特殊性，但是由于结构体系的差异，防雷接地的不同做法更应值得注意。

(1)防雷引下线的接口设计

当建筑物内含有从上到下电气联通的现浇混凝土钢筋时，可优先利用此钢筋作为防雷引下线，与传统做法一致。

当利用建筑物预制混凝土内钢筋作为防雷引下线时，由于电气连通性无法保证，需要在预制柱内提前预埋好连接件，并预留安装操作空间。施工过程中，需于安装孔洞处通过搭焊或其他方式实现电气的可靠连接，具体如图14所示。

图14 防雷引下线连接示意图

(2)防侧击雷的接口设计

对于预制外墙的装配式建筑，由于外墙易与金属门窗、金属栏杆、玻璃幕墙等金属构件相连接，因此建议所有预制外墙皆预留防侧击雷及接地预埋件。此预埋件通过预制外墙内预埋的Φ10圆钢或25×4扁钢与楼板现浇层的均压环进行可靠电气连接，连接处预留安装孔洞，如图15所示。

(3)接闪带的接口设计

图15 防侧击雷及接地连接示意图

对于预制女儿墙的装配式建筑，固定支架(支持卡子)需连同接闪带一同预制。女儿墙上方的支架通过其竖向的预埋圆钢或扁钢与预制楼板内的扁钢进行可靠电气连接，连接处需预留安装孔洞。预制楼板内的扁钢需与防雷引下线进行可靠电气连接。

若有玻璃幕墙等高于女儿墙的金属构件，则利用金属构件作为接闪带，其电气连接做法可参照防侧击雷的做法，如图16所示。

图16 装配式女儿墙防雷接口示意图

(4)等电位的接口设计

带淋浴设施的卫生间、空调机房、泳池等需要设置等电位连接的场所，需在房间的预制隔墙内预埋等电位端子箱，并通过竖向的预埋圆钢或扁钢与楼板或柱内钢筋进行可靠电气连接，连接处需预留安装孔洞，如图17所示。

图17 卫生间的等电位端子连接图

(5)接地引上线的接口设计

接地引上线的竖向干线做法与防雷引下线的做法相似，可参照设计施工。接地端子板设置于预制墙板中，其做法可参考卫生间等电位端子连接做法。

5 结束语

目前装配式建筑电气接口设计缺失严重，导致产品的发展和现场施工及维护困难重重。本文通过对我国规范、设计、产品和施工的分析研究，提出装配式建筑电器接口设计的要求及做法。

装配式建筑电气接口设计需要与建筑结构相协调，采用模数化、系统化的设计方式。接口设计需考虑施工的可行性、维修的便捷性及扩容的可能性，因此各接口处皆需要设置足够的操作空间且预留备用接口。不同建筑结构类型对电气接口的设置有着不同的要求，因此电气布线接口、电箱(盒)接口和防雷接地接口需要根据实际情况分别考虑分析，使其满足通用化、标准化、工业化的需要。