酒店建筑机电一体化设计探讨

2021-07-27陈莹，张争

智能建筑电气技术 2021年3期

陈莹，张争

(北京市建筑设计研究院有限公司，北京 100045)

0 引言

酒店建筑和其他类型民用建筑相比，有以下特点:(1)建筑功能复杂，酒店是集餐饮、住宿、娱乐、康体、会议等功能于一体的建筑；(2)机电系统复杂，国际品牌的星级酒店管理公司对机电系统的设计有严格明确的技术要求，通常设计标准要高于规范的要求；(3)顾问公司多，设计界面复杂，通常有室内精装设计顾问、灯光顾问、厨洗顾问、景观顾问、标识顾问、AV/会议系统顾问、智能化专项设计、幕墙设计、钢结构设计、BIM 设计、机电顾问、消防顾问、声学顾问等。

目前酒店项目工程设计合同约定一般有两种方式:一种是业主和主设计方签订的设计合同，不包括各个顾问公司深化设计范围，所有的专项深化设计由业主与顾问公司另行签约委托合同；另外一种方式是业主与主设计方签订设计总包合同，包括所有的专项设计内容。

不管采用以上哪种委托设计方式，工程设计基本还是按照现有的设计模式进行工作，经过大量的工程设计实践，特别是在设计周期越来越短，业主要求越来越高且经常发生变化的大环境下，现有设计模式的弊端也逐渐显露:(1)各专业之间配合不到位，特别是机电专业之间缺乏空间协调；在施工图设计的阶段，机电设备选型只提供技术参数，后期订货产品规格尺寸与设计预留尺寸存在差异；(2)酒店的精装区域范围大，精装要求高且进度滞后，造成建筑空间变化引起机电系统的调整、设备管线与末端定位不准；(3)由于酒店各个顾问公司切入节点不合理、设计界面划分不清淅、业主或者总包协调不到位导致设计进度推进缓慢、设计内容重复修改等；(4)有些酒店在土建设计阶段甚至土建施工完成后还没有确定酒店品牌，设计成果仅能满足政府职能部门审查的最低要求，建筑功能及机电系统配置远达不到品牌酒店的需求标准，导致后期二次设计工作量大，现场施工拆改量大。

1 机电一体化设计的意义

鉴于酒店建筑的特点，特别是酒店项目的机电系统复杂，顾问公司多，机电系统设计成果的质量，如机电系统是否安全可靠、是否绿色节能、是否运维便捷等，决定着酒店运营的品质和客户的体验。希望对酒店项目提出机电一体化设计的概念，打破传统的思维模式和设计体制，运用系统理论，在一个项目的内部，暖通专业、给排水专业、电气专业、智能化专业以及各顾问公司之间统一协调、最大限度地协同施工进度与设计变化之间的矛盾，通过分步细化设计阶段时间节点，以及对应的机电专业和各顾问公司应完成的工作内容，包括给其他专业的提资要求。给顾问公司深化设计、机电深化设计的交叉反复融合留出必要的时间，力争从图纸到施工无异议，施工过程避免出现返工、拆改现象，避免投资浪费。在机电深化设计阶段整合设计、采购、施工的各个环节，降低修正成本。通过BIM 模型的管线碰撞干涉，实现机电系统之间的精准匹配。酒店建筑机电一体化设计，是实现绿色建筑、节能低碳建设理念的重要手段。

2 工程实例

2.1 工程概况

北京某酒店，总建筑面积约为9.5 万m2，建筑主要功能是度假型酒店和少量办公。酒店有约800间客房。建筑类别为一类高层民用公共建筑。建筑层数为地上10 层(最高)，地下1 层。建筑高度42.0m，最高60.90m。抗震设防烈度为8 度。

2.2 一体化设计模式的应用

在施工图设计之初，业主方就提出了一体化设计的概念，采用了与其他项目不同的工程设计推进模式。

传统的设计模式，会在土建施工图完成之后，再进行精装二次机电配合，施工单位会接到两版图纸，非精装区域按照土建施工图施工，精装区域按照二次机电配合图纸施工，这两版图纸经常会有精装界面划分不清、机电系统无法根据精装界面进行简单切分的情况，导致施工单位无从下手或者被迫拆改返工的情况。另外，目前的BIM 设计通常由施工总包单位进行，用以指导施工，施工单位进行BIM管综设计，一旦发生机电管线碰撞必须修改原设计时，就会产生设计变更或者工程洽商，对工程造价成本预算和结算产生影响。机电设备招标订货也比较滞后，通常订货后的产品参数和尺寸与原设计图纸会或多或少存在差异，机电设计工程师需要根据订货产品再一次调整原有的土建施工图纸和二次机电配合图纸，导致设计师工作量增加，施工方手中图纸版本过多，造成施工过程和设备加工生产环节的出现混乱、纰漏的情况。

本项目将施工图的设计节点细化到30%、60%、90%、100%四个阶段，每一个阶段节点对主设计方的各专业、各分包单位、各顾问公司需要提交的成果全部做以详细的要求，这其中包括精装设计、机电BIM 模型、室内外照明设计、机电专业一次设计和二次深化设计等。在这个过程中，重要的设备，业主均按时间节点提供详细的产品技术参数和规格尺寸，确保设计图纸与实际订货后的系统配置和土建预留条件保持一致。表1 仅以施工图设计说明、电气干线系统图、非精装区照明平面及系统三项内容为例，列出30%、60%阶段节点完成内容及深度等要求。

100%施工图成果将精装设计、二次机电设计、BIM 管综碰撞分析、招标订货的差异调整、各顾问公司的深化设计全部融合消化其中。施工单位只接受一版100%施工图成果文件，按照这一版施工图纸达到工程精装交付标准的要求，且施工过程最大限度地做到无差异、少变更、无拆改，真正实现建筑机电一体化设计的目标。

精装设计阶段、二次机电配合阶段、机电设备招标、各个顾问公司深化设计阶段、BIM 管综设计阶段等全部前置，是本项目完成一体化设计目标的前提条件。

2.3 机电一体化设计技术要点

本项目对全专业一体化设计模式进行了尝试，本文仅从机电专业的角度，对本工程机电一体化设计的技术要点进行总结。

(1)机电设备集成产品的使用

设备集成产品的运用有利于节约机房面积，安装简洁、维护方便、提高品质。本项目机电设备集成产品的使用主要包括以下内容。

1)变频给水泵组:变频给水设备通过微机控制变频调速来实现恒压供水，本项目采用成套变频给水泵组，集成设备同时提供变频控制装置，电气专业只提供三相电源即可。

2)电机综合保护器:集断路器、接触器、过载继电器、隔离开关等多种分离元器件的主要功能于一体，将控制与保护特性在产品内部的相配合，体积小、运行安全、节能节材。本项目没有采用传统的断路器、接触器加热继电器的电机保护形式，而是采用的电机综合保护器，二次控制回路简单，配电箱盘厂加工生产接线简单，后期运维元器件更换方便快捷

表1 电气施工图工作计划及出图清单

3)客房控制单元(RCU):本酒店客房采用RCU客房控制器单元实现客人对客房内灯光、空调、音响等设备设施的控制，基于RCU 构成的客房控制管理系统也可以实时监测客房状态、宾客需求、服务状况以及设备情况等。

(2)装配式机电一体化技术的应用

本项目在屋面穹顶部分采用装配式技术，装配式穹顶结构的建筑电气设备与管线采用集成化技术，标准化设计，减少平面交叉，合理利用空间，准确定位。电气设备与管线安装满足结构专业相关要求，不在预制构件安装后凿剔沟槽、开孔、洞等。

本项目顶部由于受到限高及有关部门要求，需要顶部构筑物的设计方案能够满足非金属结构、燃烧性能及耐火极限等要求、并同时满足结构计算的要求。

本项目屋面标高49.05m 以上为穹顶部分，穹顶顶部标高为60.20m，穹顶内部空间高度约为11m，穹顶顶部位于建筑的最顶端，必须考虑防雷击的做法，同时，该项目要求设置航空障碍灯，所以制作装配式穹顶的时候，应考虑接闪器和航空障碍灯的做法。

装配式穹顶用于防雷接闪的避雷针长度超过7m，露出穹顶的部分超过5m，航空障碍灯固定在避雷针露出穹顶部分的根部。避雷针与防雷引下线的联结以及穹顶内部灯具的安装方式，管线预留位置，都在深化设计图中明确标注。此方案经过分包顾问公司、主设计方的建筑、结构、电气专业多次沟通修改才最终确定下来。

(3)抗震机电一体化设计

关于抗震设计标准，目前国家标准有GB 50011－2010《建筑抗震设计规范》属于建筑设计标准，GB 50981－2014《建筑机电工程抗震设计规范》属于机电工程抗震设计标准，GB/T 37267－2018《建筑抗震支吊架通用技术条件》属于产品技术标准，另外还有产品技术的行业标准CJ 476T－2015《建筑机电设备抗震支吊架通用技术条件》，安装验收的团体标准CECS420－2015《抗震支吊架安装及验收规程》。

本工程对以下机电管道设置抗震支吊架:室内给水、中水、热水、消防及喷淋管径≥DN65 的水平管道；防排烟风管、事故风管和矩形截面面积≥0.38m2、圆形直径≥0.7m 的空调通风风管系统；对于内径≥60mm 的电气配管及重力≥150N/m 的电缆梯架、电缆槽盒、母线槽。

抗震专项设计顾问在机电综合管线平面图的基础上进行抗震支吊架深化设计，确定抗震支吊架位置及类型。在满足规范的前提下，优化抗震支吊架的数量、尽量压缩占用的空间。由于抗震支吊架斜撑占用空间比较大，通过BIM 模型进行碰撞检查、管综和空间分析，保证机电工程抗震支吊架现场安装达到标准，满足抗震要求，同时管线排布美观、方便施工和检修。

(4)室外机电管线一体化设计

本项目红线范围内的室外机电管线包括室外给水、室外排水、室外中水、室外污水、室外雨水、室外消防、室外冷热源管线、室外强电、室外智能化、室外景观等管线。所有管线的敷设位置和埋深，手孔井、人孔井、市政接口位置的确定均应体现在室外管线综合图上。

本项目还为酒店草坪举办室外活动预留活动用电、室外视频监控、背景音乐等机电条件。

室外景观由专项公司深化设计，供电范围包括室外水景设备、各类景观灯具、可变标识标志、室外显示屏建筑物夜景照明等各类景观用电设施。

在本地块建筑物东、南、西、北四个方向地下一层外墙处，均预留室外景观电源等线路穿墙套管。

本项目室外照明由专项设计完成，主设计方预留电源、控制线等管线位置、敷设方式、标高。

室外型灯具的防护等级不低于IP54，安装于地面时不低于IP66，安装于水中不低于IP68(0 区)。

机电管线综合配合应注意:直埋敷设的电缆不得平行敷设于地下管道的正上方或正下方。电缆与电缆、管道、道路、构筑物等之间允许最小距离，应符合GB 50217－2018《电力工程电缆设计标准》和国家现行的施工规范要求设计与施工。在隧道、沟、浅槽、竖井、夹层等封闭式电缆通道中，不得布置热力管道，严禁有易燃气体或可燃液体的管道穿越。

(5)BIM 模型的应用

本项目在90%施工图完成之后，由总包BIM 设计团队建立机电BIM 模型，提出机电管线碰撞报告，主设计单位机电专业进行核对，并将修改结果体现在100%的施工图成果文件中。 BIM 模型主要应用于以下几个阶段。

1)管线综合阶段:将建筑、结构、机电等各专业的设计内容叠加综合，做到三维可视化，对给排水专业、暖通专业、电气专业、智能化专业等各系统的管线路由进行综合排布。

建筑工程设计机电管线综合设计时，主要步骤和原则有:①优先布置较大管线。项目中较大的通风管道、主干水管、母线、较大的电气桥架等是优先考虑的对象。 ②避让原则。当所有管线交叉布置在一起时，有压管线避让重力流管线，可弯曲管线避让不可弯曲管线，控制、通信等智能化管线避让强电管线，桥架或水管避开通风专业送风口，输送液体管线不能设置在电气管线正上方等。 ③空间排布。电气专业桥架需考虑施工检修和操作空间，一般桥架与水管分别布置在走道两侧，中间预留500～600mm 操作空间。

在管线综合设计时，利用BIM 的可视化功能，形象且直观的进行管线碰撞检测，根据其碰撞检测结果，及时做出调整，大大减少现场施工的管线碰撞及返工，降低其成本，确保施工进度。

案例项目中变配电室设置于地下一层，电气专业的主干路均匀排布在此层。图1 为B1 层电气管线通向主要电气竖井的路由，该位置也是暖通与给排水专业的路由通道。通过管线的碰撞检测，各专业调整路由走向的位置及高度。图2 为客房标准层的机电管线综合图，利用BIM 技术对建筑净高进行精细控制，考虑管线的排布、施工与维护，最终吊顶高度控制在2.8m。

图1 B1 层管线综合图

图2 客房标准层管线综合图

2)精细化设计阶段:根据项目内设备元件的实际技术参数，精确和完善各处设计内容，力求实现高精度BIM 模型的建立。

变配电室作为核心机房，不仅有配电柜及各路桥架还有送排风及补风系统。机房的设计原则:首先，系统及安装质量安全可靠；第二，节省空间，便于安装和检修；第三，美观且实用，设备与管线排布整齐。

如图3 所示，案例项目变配电室设置4 台1 600kVA 变压器，共47 面低压柜，10 面高压柜，以及母线和桥架若干、送风机及补风机各一台，风道风口若干。将实际设备参数导入BIM 模型中，按规范要求进行箱柜布置、桥架排布、设备管线安装模拟等，从而建立变配电室的高精度模型。通过该模型，根据碰撞检查结果优化桥架与暖通风系统的综合排布；预留检修通道，校验并确定支吊架的设置。利用BIM 技术的可视化和模拟性特点，实现了变配电室内管线的虚拟施工，从而有效避免了实际操作中的拆改和返工，降低施工成本，提高工作效率，有效控制施工周期。

图3 变电室管线综合图

电气间是建筑配电中的重要功能房间，该房间内设置配电箱(柜)及相关桥架，用于为防火分区或楼层内用电负荷供电。该房间的主要问题是桥架及配电箱(柜)等设备较多，而可使用的建筑面积有限。如按规范要求，设计中应考虑设备的检修维护800mm 的操作距离要求。精确设计的前提是确定房间内各配电箱(柜)的实际尺寸，以及桥架和线槽的规格及走向。传统设计中，竖向墙面设备布置很难表达清楚。如图4 所示(H2 标准层管井)，在BIM 模型中，墙面上桥架的走向以及桥架与配电箱(柜)之间的连接可精确地表达和显现。与传统的二维平面设计相比，BIM 技术最大的优势是对实际安装效果的显现，不仅能形象展示设备及管线布置，对电气间内设备尺寸及定位进行精确设计，还能进行通过空间漫游体验空间效果。

图4 电气小间布置图

图5 装修后大堂区域管线综合图

3)装修配合设计阶段:对所有机电点位的艺术整合，通过综合天花、立面排布、管线综合等，让空间更加安全、舒适和有序(图5)。

综合天花是在天花造型的基础上，表达和反应天花灯具、喷淋、烟感、广播扬声器、送排风口、监控摄像头、安全出口或疏散指示标志、检修口、防火卷帘门、挡烟垂壁等机电元件位置关系的图纸。综合天花既让复杂的顶面施工变得有序，又减少了机电专业点位间的冲突。装修阶段的天花造型，也是机电管线综合时需要考量的重要因素。此阶段的BIM模型成为精确模拟的重要环节。案例项目的首层为进户大堂，建筑层高5.4m，结构梁高为650mm，而根据精装方案，大堂不同区域的吊顶标高要求控制在3.38m、3.7m、3.8m 不等，遵循此要求，重新进行管线碰撞试验，调整BIM 模型中管线综合设计，而使得最终吊顶高度满足精装设计要求。