发育生物学实验动物房屋面机电设备的优化布置

姚建平 徐能成 王春平 朱林标

上海南汇建工建设（集团）有限公司 上海 201399

当前的建筑物屋面，有的建成了屋顶花园、停车场、网球场、滑雪场，有的建成了汽车影院、球幕影院及婚宴会所等，甚至有的大型建筑还将屋面打造成了摩天轮经济圈，在取得经济效益的同时，也提升了人们的休闲理念和生活品质。

但是，由于大量的机电设备以及配套管线、电缆桥架需要布置于屋面上，特别是一些大超市、科研楼、商务楼、办公楼的排烟排风、通风空调、热泵机组和消防水箱等设备众多，如果没有合理有效的布置，将会影响屋面的利用效果和视觉效果。

目前针对建筑物屋面的设备布置状况，大部分建筑的设计往往只关注于如何满足使用功能和结构安全的要求，而对设备布局合理性、美观协调性、空间利用率、减震降噪和成本控制等方面的考虑有所欠缺[1-6]。

针对上述情况，结合背景工程屋面设备布置实际情况，对屋面机电设备布置存在的主要问题作了分析，而后在满足相关要求的前提下，根据现场实际，对绝大多数机电设备采取了优化布置的施工技术措施，取得了极为明显的效果。

1 工程概况

复旦大学江湾校区某发育生物学研究所实验动物房项目，总建筑面积为9 990 m2，其中净化区面积为7 102 m2，框架4层，高度为23.6 m。本工程为国家级实验动物房，1层为功能实验室和隔离检疫室区域，2层为动物实验区域，4层为动物繁殖区域。

本工程屋面有各类机电设备80余台，以及电缆桥架和供回水管等，原屋面设备、管线、桥架平面布置如图所示1。1～3层办公区、实验室区域有VRF空调室外主机（12个系统）26台；2、4层净化区域有风冷热泵机组4台；1～4层区域有消防排烟风机2台、热泵机组系统水泵8台；1、2、4层动物房区域有等离子除臭设备3台；1、2、3层动物房区域有室外排风箱9台；2、4层准备间、安乐死间、处置间、纯水间、储存间区域有室外排风箱21台；整个消防系统有消防水箱1只；洗衣房、卫生间、垃圾房、尸检实验室、清洗间等区域有室外排风机10台。

图1 原屋面设备、管线、桥架平面布置

2 重点、难点分析

2.1 既要考虑有限空间又要考虑减震降噪

本工程机电安装工程专业齐全，但屋面空间有限，各类设备、管线和电缆桥架布置密集，安装过程中需要考虑到既要满足使用功能、结构安全及便于今后日常维修保养，又要尽可能减少各种设备运行所产生的震动和噪声对实验动物的影响。因此，如何有效合理布置、优化综合排布是一个重点和难点。

2.2 屋面布置合理协调性及美观度要求高

建筑物处于复旦大学江湾校区内，与该区域内附近其他建筑物相比高度较低，要充分考虑高远处看过来的视觉感受。同时，打造一项精品工程，做到精益求精，是每个建设者的不断追求。因此，屋面布局的合理协调性、美观度控制也是一项重点工作。

3 原机电设备布置存在的主要问题

1）屋面上设备、管线的整体布局以平面布置为主，而忽视了分层立体布置，未充分利用立体空间。

2）屋面上各功能用房的排风机较多，排风口方向不一，且未集中分区布置，随意性较强。既挤占了屋面空间，看上去又很凌乱，缺乏协调性。

3）风冷热泵机组、VRF空调室外主机等大型设备布置以纵向为主，设备安装后几乎挤占了整个屋面；电缆桥架敷设走向以屋面中轴线为主线，贯穿整个屋面的横向，然后再纵向分支敷设，未考虑贴边布置，使得整个屋面管线纵横交叉，剩余的可利用空间相当有限，人员进出也极为不便。

4）屋面设备、管道、桥架等布置位置过于靠近楼梯口，没有腾出足够的通道，给人员进出带来不便。

5）未充分考虑屋面预留或后续可能增加机电设备的位置，导致需要增加设备时，破坏了原屋面机电设备布置的整体性和协调性，同时也造成不必要的返工。

6）屋面各类设备、管线、电缆桥架由于布置不太合理，导致线路长度增加，造成材料浪费，成本增加。

4 优化布置技术措施

4.1 风冷热泵机组

屋面有4台风冷热泵机组，风冷热泵机组体积庞大，平面尺寸7 900 mm×2 260 mm，风冷热泵机组之间间隔3 000 mm，呈南北方向靠屋面中部北侧布置，挤占了屋面一大块区域。优化布置如下：

1）将4台风冷热泵机组由呈南北方向调整为呈东西方向布置，紧靠屋面中部北侧呈一字排开贴边布置，且间距缩小至1 800 mm，大大节省了屋面空间位置。

2）风冷热泵机组采用钢结构设备基础，可降低设备运行产生的震动和噪声。钢结构设备基础上下维修时，一般采用固定式检修爬梯，既挤占了屋面空间，又给屋面活动人员、检修人员进出带来不便。通过优化，采用一种可以翻转隐藏的活动式检修爬梯，具有节省空间、安全便捷的优点，使得屋面布局更加合理。

4.2 水泵

屋面风冷热泵机组系统水泵共8台，原设计处于风冷热泵机组的东侧E ～F/⑧轴处，呈南北向一字排开并延伸至屋面中间部位。优化布置如下：

将水泵调整隐藏安装于⑤～⑥轴间的空调供回水管管底（图2），呈东西方向布置。既腾出了原有的空间，又充分利用了空调供回水管管底的立体空间。

图2 水泵安装于供回水管管底

4.3 VRF空调室外主机

屋面上有12个系统共26台VRF空调室外主机，平面尺寸较大，空调室外主机之间间距1 200 mm。分2块区域布置，一块布置于④～⑥/ D ～E 轴区域，另一块布置于⑦～⑧/D～E 轴区域，呈分散状布置，这些设备呈南北纵向靠屋面中部南侧布置，挤占了屋面一大块区域。优化布置如下：

将所有VRF空调室外主机集中于一块狭长区域内，同时分成2排，呈东西横向一字排开贴边（南侧）布置，且主机之间间距缩小至1 000 mm内，遵循了集中布置的原则，大大提高了屋面空间利用率。

4.4 室外排风箱和排风机

4.4.1 动物房室外排风箱

动物房室外排风箱共有9台，单个排风箱最大平面尺寸为3 360 mm× 3 480 mm，高1 800 mm。分2块区域布置，一块布置于屋面东南角，共6台；另一块布置于屋面东北角，共3台。

在屋面东南角的6台中，⑧～⑨轴区域2台室外排风箱与⑨～ 轴区域4台室外排风箱的排风口参差不齐。另外，由于仅靠排风功能难以排除动物房的异味、臭味，因此动物房增加了3台等离子除臭设备需安装于屋面，对屋面设备的整体布局带来了影响。优化布置如下：

1）3台新增等离子除臭设备布置：将东南角原来布置的4层动物房的室外排风箱（编号PHF4F03）调整至⑧～⑨/D 轴处位置，原位置布置1台新增加的等离子除臭设备；将东北角2层动物房的室外排风箱（编号PHF2F04）向西平移约4.00 m，再向北平移约0.70 m，调整至 ～ 轴处位置，原位置布置1台新增加的等离子除臭设备；将东北角1层动物房的室外排风箱（编号PHF1F02）向西平移约0.75 m，调整至 ～ /F 轴处位置，原位置布置1台新增加的等离子除臭设备。

2）将东南角⑧～⑨轴1层动物房室外排风箱（编号PHF1F01）和2层动物房室外排风箱（编号PHF2F03）的位置向南平移3.00 m，将这2台室外排风箱排风口调整至与⑨～ 轴4台室外排风箱排风口一样齐平。

通过以上对设置排布的优化，既解决了屋面新增加设备、排风口布置参差不齐的问题，又充分利用了屋面贴边空余的空间。

4.4.2 笼盒清洗设备间、安乐死间、动物处置间、纯水间、储存间室外排风箱

2、3层笼盒清洗设备间、安乐死间、动物处置间、纯水间、储存间室外排风箱共21台，分3块区域分散布置于屋面西北角。第1块区域为②～③/ E 轴处，共布置8台，第2块区域为③～④/ E 轴处，共布置4台，2块区域间隔3 720 mm，呈东西向一字排开布置；第3块区域为③～④/ E ～F 轴处，共布置9台，呈南北向一字排开布置。21台室外排风箱排风口方向不一，且由于一字排开平铺布置，也挤占了屋面很大的空间，且相应的附属管道靠近楼梯出入口。优化布置如下：

1）将分3块区域一字排开平铺布置的全部21台室外排风箱，集中布置于原第3块区域③～④/ E ～F 轴处，由单层布置调整为双层叠加立体布置，在腾出1倍屋面空间的同时，还有效降低了设备运行所产生的震动和噪声对实验动物的影响。

2）将21台室外排风箱的排风口方向调整为一致朝东、风口齐平，达到了布局合理、美观协调的效果。

通过集中和叠加立体优化布置，使得附属的管材、保温层、铝皮保护壳等材料大大节省，成本大大降低，也为楼梯出入口腾出了较大的空间。

4.4.3 室外排风机

室外排风机共有10台，分别应用于洗衣房、卫生间、垃圾房、尸检实验室、清洗间、药品通风柜等区域，位置分散，排风口参差不齐、方向不一、平铺布置。优化布置措施如下：

1）将处于①轴处的1层洗衣房室外排风机由风管井北侧调整至风管井南侧，与处于风管井南侧的3层大开间实验室室外排风机集中布置，排风口均朝南（图3）。

图3 排风机风口调整至一致

2）将⑨～ 轴电镜准备室通风柜排风机和卫生间室外排风机由平铺布置调整为双层叠加立体布置，同时将这2台室外排风机排风口调整成与生物安全柜排风机排风口方向一致朝北，风口齐平。

3）由于排风箱立体布置后，腾出了较大空间，因此将②～③/E ～D轴1层垃圾房和3层尸检室室外排风机叠加立体布置后（图4），与3层药品房室外排风机整体向北平移至E ～F 之间的原排风箱腾出的位置，大大节省了管线材料和空间。

图4 排风机双层叠加布置

4）处于③轴处的1层器皿清洗间通风柜排风机和1层清洗区灭菌锅排风机，由于靠近风管井处布置了其他排风机，故管线较长，排风口朝东（屋面中间）。由于将②～③/E ～D 轴3台排风机向北平移后，风管井处腾出了充裕的空间，故将1层器皿清洗间通风柜排风机和1层清洗区灭菌锅排风机移至靠近风管井处（图5），节省了很多的管线材料，并且排风口也全部朝南贴边布置，避开屋面中间部位。

通过以上优化调整，既腾出了大量的屋面空间，又使排风口方向一致、齐平。

图5 设备靠近风管井节省材料

4.5 消防排烟风机

消防排烟风机有2台，消防排烟风机SE-RF-1位于⑪～⑫轴处，与相邻的电镜准备室室外通风柜排风机、卫生间室外排风机、生物安全柜排风机排风口方向不一致，呈3个方向。消防排烟风机SE-RF-2位于③轴处，与相邻的1层器皿清洗间通风柜排风机、1层灭菌锅排风机排风口均朝东，且位置也参差不齐（图6）。优化布置如下：

图6 消防排烟机与相邻排风机风口参差不齐

1）消防排烟风机SE-RF-1排风口由朝东调整为朝北，相邻的3台排风机风口也均调整为朝北，且排风口齐平。

2）消防排烟风机SE-RF-2排风口与相邻的2台排风机排风口由超东均调整为朝南，且排风口齐平（图7）。

图7 消防排烟机与相邻排风机风口齐平

通过以上优化调整，解决了原排风口方向不一、位置参差不齐的问题，也节省了材料，降低了成本。

4.6 屋面电缆桥架

屋面电缆桥架由西北角的强电间引出，原布置自西向东穿过屋面中间，然后超南、朝北敷设。这种布置方法，使得整个屋面布满了管线，屋面中间部位不能充分利用。优化布置如下：

将屋面电缆桥架沿屋面南、北两侧贴边敷设，避开屋面中间位置，给屋面腾出了充裕的空间位置，布局也更加紧凑合理。

5 结语

通过将原设计的设备平铺布置调整为分层叠加立体布置，设备分散布置调整为集中分区布置，某一集中区域设备排风口参差不齐、方向不一调整为风口齐平、方向一致，大型设备以纵向布置为主调整为以横向布置为主，电缆桥架敷设走向以屋面中间为主调整为沿屋面两侧贴边敷设为主，并对靠近楼梯出入口的设备和管线作了优化调整以保证楼梯出入口有足够的通道，同时对一些新增加的设备布置问题通过调整原有设备位置也作了很好的解决，均取得了很好的效果（图8）。

图8 优化布置后的屋面设备布置

在整个施工优化布置过程中，BIM技术发挥了较大作用。经优化后，不但提升了屋面空间利用率，使屋面布局更加协调合理，还起到了设备运行时减震降噪的作用，同时大大降低了成本，取得了社会和经济效益双丰收。