基于大型公共建筑的机电深化及多专业协同设计研究

王 越

（北京城建安装集团有限公司，北京 102600）

机电深化设计的效率与质量会直接影响建筑工程的成本控制、进度管理、质量管理以及安全管理等。机电深化设计的依据主要包括工程初次设计图、施工图、招标补充资料、国家设计规范、工程验收标准以及工程现场实际状态等。实施机电深化设计的主要目的是解决初次设计中沟通不彻底、设计深度无法满足现场施工要求等问题。机电深化设计的对象主要包括机械系统工作原理图、综合机电协调图、配合精装末端追位图、机电专业施工平面图以及综合机电预留预埋图等。

建筑工程中，机电工程涉及质量、进度、成本以及安全等要素。特别是在一些大型公共建筑的机电深化设计中，它的综合性与复杂性尤为显著。各影响因素、各专业间只有充分协调，才能保证机电深化设计达到预期。此外，随着建筑工程的发展与建筑工程设计理念的转变，机电设计已经由以往的平面设计转变为目前的立体设计，如建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技术、3D打印技术、“互联网+”技术以及现实捕捉与计算技术等新兴技术对于现代建筑工程设计的发展起到了重要的推动作用[1]。建筑工程设计的这些变革要求机电深化设计需要兼顾建筑、结构、精装、钢构以及幕墙与给排水等多种专业的要求与规范，提高了建筑机电深化设计与这些专业的匹配性与协调性。可见，针对建筑工程机电深化设计进行优化具有较强的现实意义。

1 与土建结构设计的协同分析

大型公共建筑工程项目中，土建结构设计会在板洞与墙洞预埋、机电设备动载平衡以及机电设备运行条件辅助等方面，对机电深化设计产生较为显著的影响，因此机电深化设计过程中需要强化与土建结构专业的设计协同。具体来说，机电深化与土建结构的设计协同包括预留与预埋协同、设备动载保证协同以及机电设备运行条件协同。

1.1 孔洞预留预埋协同

参照大型公共建筑工程项目的一般施工工序，机电深化设计需要先考虑与土建结构设计中的预留预埋孔洞的相互配合。土建结构工程中，常见的孔洞包括墙洞和板洞两大类。为了提高机电设备与土建结构孔洞的协同配合精度，需要保证所有预留孔洞位置精度能够达到图纸要求。若项目中相关管线排布复杂度高，则应优先考虑机电管线的规划与整体工程在标高方面的限制。实践中，孔洞的定位和预留预埋应安排在各类机电管线布局规划与定位完成后。

1.1.1 预留板洞

预留板洞是为了便于后期布设机电管线，防止楼板施工完成后再开洞造成内部钢筋被破坏而对工程质量造成不良影响进行的操作。板洞的预留设计需要综合已详细标注楼板与板洞尺寸的楼板结构施工图和机电管线综合平面图。一方面需要检查在垂直方面是否存在机电管线与梁交叉，另一方面需要检查符合土建结构施工图中预留的板洞是否全面。

需要指出的是，预留板洞应注意以下3个方面[2]。第一，预留板洞时应在建筑图的基础上将结构柱边（墙）作为基准点来定位，以提高现场施工的可操作性。第二，土建结构专业平面图中的楼层分布可能与机电专业平面图中的楼层分布不一致，会出现第二层土建结构专业的楼板在机电专业平面图中是第三层的情况，因此协同深化设计时需要特别关注。第三，各楼层间的机电管线走向通常沿着竖直方向，屋面处需要特别保证机电管线的定位精度，定位完成后进行预留孔洞施工，并保证孔洞启用前处于封堵状态。

1.1.2 预留墙洞

土建结构专业中预留墙洞时，需要综合已标注尺寸的梁图与机电管线综合平面图，重点关注机电管线是否与梁存在交叉情况。工程实践中，若预留的墙洞高度低于梁高度的33%，且在吊顶标高与路由位置均不允许改变的情况下，可以在符合工程规范的前提下在梁中间位置预留机电管线墙洞。需要注意的是，在梁中部实施预留墙洞施工前应经设计单位确认。

1.2 设备基础协同

除墙洞与孔洞的预留预埋外，机电设备基础的预留预埋与土建结构的设计协同同样重要。若机电设备的基础使用了钢筋混凝土，那么在深化设计土建结构专业时要考虑机电设备的基础尺寸大小和运行时的动载情况。对于大型公共建筑而言，若机电设备较大，则需要考虑将基础设计为长形，以降低大型设备基础本身的重量。如果大型机电设备基础设计中涉及预埋件，需要结合机电设备的样本与标准设计图集来完成机电深化设计。设备基础的预留预埋深化设计，一方面要考虑排水沟与板洞的位置，避免设备基础与其干涉；另一方面，要了解机电设备的安装工艺。在规划管线布局与通风设备布局时，考虑管线的软连接是否有足够的空间和管线布局是否符合天圆地方的要求等[3]。

1.3 机电设备运行条件协同

相较于常规建筑，大型公共建筑在外观方面可能会有一些特殊要求。因此，针对大型公共建筑的机电深化设计需要考虑外观设计的要求。在进行机电深化设计时，要考虑大型公共建筑的空间布局、结构及外观形状等因素。对于一些在结构或者外观方面有特殊要求的大型公共建筑，机电深化设计要先保证机电设备的运行不受空间的干扰，防止在施工过程中因返工出现工程量增加、影响工期、增加成本等问题。

2 与建筑专业设计的协同

大型公共建筑中，机电深化设计与建筑专业设计的协同主要包括二次墙预留预埋协同、机电设备转运路径协同以及建筑外形协同等。

2.1 二次墙预留预埋协同

二次墙指的是工程主要承重结构浇筑完成后，进行二次砌筑的内墙、窗口墙等非承重墙。针对大型公共建筑的机电深化设计与建筑专业设计的协同与土建专业设计协同存在一定的相似之处，二次墙的预留预埋也是基于机电设备管线布设考虑。为了保证以柱边与结构墙作为基准点时的定位精确度，应在机电管线综合图上预留定位。

2.2 机电设备转运路径协同

针对大型公共建筑的机电深化设计需要特别考虑各类机电设备总数多、体积大等情况，为了保证所有机电设备能够顺利进场与就位，需要在进行机电深化设计时统筹机电设备的转运路径问题，做好机电深化与建筑专业设计的协同，并拟定机电设备的转运方案。机电设备转运方案确定后，在二次墙上预留设备转运孔洞，直到所有的机电设备转运完成后再将其进行封堵处理。

2.3 建筑外形协同

现代大型公共建筑的外形个性化特征越来越显著。做好机电深化与建筑外形设计协同是保证机电设备正常运行及大型公共建筑设计理念得以充分体现的重要保证。在机电深化设计工作中，不仅需要模拟机电设备的管线布局是否会影响建筑外形的美观度，还需要考虑粗管线对建筑视觉甚至声音反射的影响。

2.4 其他设计协同

2.4.1 防火分区设计协同

大型公共建筑机电深化与防火分区设计的协同，需要以各楼层的防火分区平面图为基础，确认各类管件是否完备和管线路由是否满足相关规范的要求，按照专业规范与安全要求检查工程实践中穿越防火分区的风管是否按照要求设置了防火阀等。

2.4.2 防火卷帘设计协同

为了保证大型公共建筑工程的安全，要求机电管线不得穿越防火卷帘下方，同时要注意做好机电管线的布局规划，防止防火卷帘上部空间不足。若在规划机电管线时发现防火卷帘上部空间不足，就需要视条件考虑穿梁走线或者重新进行管线路由设计。

2.4.3 专业规范协同

规范与标准是建筑工程中初次设计与深化设计的重要依据。因此，针对大型公共建筑的机电深化设计需要参照燃气锅炉房通风规范、地下车库进风面与排风面规范以及设备间门启闭方向要求等，通过机电深化设计与专业规范的协同提高机电工程专业设计质量。

3 与钢结构的协同设计分析

大型公共建筑的机电深化与钢结构协同设计主要涉及设备吊装与管线吊装等。在设计过程中，需要注意机电设备的载荷检验和机电设备各零部件的安装配合等。

3.1 机电设备荷载检验

当深化设计大型公共建筑的钢结构时，需要掌握与钢结构相关的机电设备载荷信息和大质量机电管线信息，并对这两种数据进行复核。

3.2 机电设备与管线的安装配合

完成机电设备与大质量管线的载荷检验后，需要确定响应的吊装方案。为了避免大型公共建筑钢结构与大质量管线在吊装时发生过大形变，同时为了防止发生安全事故，采用如图1所示的专用抱箍固定吊装方式[4]。此外，为了给大型机电设备的安装与后期运行维护提供便利，应增加副梁，并在副梁上布置吊装固定点。

图1 大型公共建筑管线抱箍固定吊装示意图（单位：mm）

4 与幕墙的协同设计分析

4.1 通风口与幕墙设计协同

为了保证机电设备运行性能与安全，大型公共建筑中的一些大型机电设备通常需要设置专门的风口。因此，在深化设计机电时，需要考虑风口形状、尺寸大小以及安装方式等，以便在幕墙设计协同中做好匹配性设计。设计通风口尺寸与形状时，不仅要考虑机电设计中是否就遮挡系数进行明确界定，还要考虑建筑物外观形式与幕墙设计方案，并综合建筑设计规范中关于通风口的有关规定，完成风口位置与安装方案的深化设计。

4.2 机电管线与幕墙设计协同

大型公共建筑的使用功能通常较为明确。为了满足功能性方面的要求，在进行机电深化设计时无法完全避免机电管线跨越幕墙的发生。为了不影响大型公共建筑工程整体建设质量与功能性要求，当在机电深化设计中发现机电管线可能会穿越幕墙时，应以机电管线综合规划为基础，充分做好机电管线与幕墙的设计协同。

5 与精装修的协同设计分析

精装修工程一般实施于建筑工程末期。它与机电深化设计的协同主要涉及吊顶标高配合、精装修方案配合以及机电设备后期运行维护与末端追位等[5]。

5.1 管线规划与吊顶标高协同

大型公共建筑工程中，为了提高吊顶下方的空间净高，通常将上层管线规划在梁底，但需要考虑工程完工后机电设备的运行维护难度。若机电管线过高，则可能会造成后期维护困难。大型公共建筑工程在进行机电管线规划设计时，精装方案可能还未完成，也无法确定吊顶标高。因此，在实际进行机电管线规划设计时需要考虑梁底高程是否过高，需与精装设计进行充分协调与沟通，以确定机电管线的最优布置高度。

5.2 机电末端与精装工程的协同

大型公共建筑的机电深化设计是为了在不影响建筑外观的基础上，保证各机电专业功能性得以完全实现。大型公共建筑工程中精装专业如风口、灯具、烟感、广播、空调以及水龙头等终端细节较多，在机电深化设计时应尽量符合建筑设计规范的相关要求，清楚标识喷淋头数量与位置、风口数量与位置以及灯具数量与位置等，为精装工程的深化设计提供依据[6]。

6 结语

大型公共建筑工程涉及多个专业工程，机电深化设计与土建结构设计、建筑设计、钢结构设计以及精装设计等均存在一定的关联。在机电深化设计中强化与其他各专业的设计协同，是保障大型公共建筑整体设计质量及功能性得以充分发挥的重要条件，也是推动大型公共建筑设计优化的必要条件。