装配式钢结构建筑电气设计浅析

刘飞

（中集建筑科技有限公司）

1 引言

住房和城乡建设部《2021-2025年建筑业信息化发展纲要》提出：“十四五”期间，着力增强智能化、BIM、大数据等信息技术集成应用能力，建筑业的智能化、数字化、网络化要取得突破性进展，中国建筑业全面进入智能建造的时代。而针对建筑业的智能化、数字化、网络化，必将使建筑产品化、标准化、模块化，走装配式建筑的道路。从传统建造方式向智能建造方向发展。

国家“十四五”期间，在实现“碳达峰、碳中和”绿色低碳目标的进程中，多个省市陆续出台工程领域超低能耗建筑的相关支持政策，要求到2025 年，新建建筑装配率达到50%。相比国外，我国装配式建筑技术的推广较晚，整个建筑工业化生产流程尚未达到发达国家的精细化程度，各环节工业化程度还需要不断提高。

本文以苏州市太仓某厂区装配式钢结构宿舍为例（见图1），重点阐述建筑一次机电设计时在装配式这方面需要注意的事项，以及建筑墙板、结构梁柱等预制构件深化生产阶段，与深化设计单位配合过程中遇到的问题以及解决措施，以此总结出公寓宿舍类建筑电气设备管线深化阶段需注意的一些要点，为未来实现智能化建造、提高建筑装配率探索一条最优途径。

图1 苏州市太仓某厂区装配式钢结构宿舍实景图

2 项目概况

本项目为7层宿舍楼，总建筑面积20104.5m2，建筑高度23.95m，为多层建筑，一层为架空层，按绿色二星建筑设计。本项目为钢结构体系装配式建筑，相较当前普遍采用的混凝土体系装配式建筑（PC）有较大区别，具体做法如下：

1）结构体系

采用钢框架结构体系，结构柱采用钢管混凝土柱，梁采用工字钢梁，楼板采用钢筋桁架楼承板；屋面采用现浇楼板；楼梯采用钢筋混凝装配式楼梯。相较传统混凝土建筑，钢结构具有更高强度，抗震性强，便于工厂加工，回收利用率高，是更适合用于装配式建筑的结构体系，符合绿色、低碳、节能、环保的发展理念，将逐渐成为主流体系，是未来建筑发展的方向。钢筋桁架楼承板可利用底层钢板作为建筑模板，减少工程量，加快施工进度[1]。

2）围护分隔体系

外墙采用ALC 墙板围护体系（宽度600mmx 厚度200mm），采用内保温做法，内墙采用ALC 墙板（宽度600mmx 厚度150mm）或局部轻钢龙骨隔墙。ALC 墙板是蒸压轻质混凝土的简称，是高性能蒸压加气混凝土的一种，具有质量轻，隔音、耐火、抗震等性能好等特性，且可以回收利用。ALC 板既可作为墙体材料，又可作屋面板，是一种性能优越的新型建材[2-3]。

3）设备及管线系统

采用SI 管线分离体系，即设备管线与结构体相分离，可增加建筑寿命耐久性、内部空间灵活性。除标准层走廊应急照明疏散指示回路管线外，未考虑管线暗敷于楼板现浇层的方式，其余电气管线均明敷于顶部或暗敷于ALC 空腔墙体内或轻钢龙骨隔墙内，可以达到电气设备管线分离率达95%以上。

3 电气深化设计配合

3.1 深化设计资料条件收集

建筑、结构专业图纸：需要了解建筑围护结构、建筑内隔墙、结构梁板柱形式，了解建筑、结构各衔接位置节点大样。

①强弱电图纸：根据图纸要求确定设备、管线的安装敷设高度及方式；

②给排水、暖通图纸：了解相关系统类型及管线路由；

③精装图纸：根据吊顶高度、内隔墙处理方式以及强弱电、给排水、暖通相关点位确定精装区域管线安装敷设高度及方式。

3.2 明确设备管线安装敷设技术措施

①建筑设备之间的连接采用标准化接口设计。

③设备管线进行综合设计，减少管线的交叉，竖向管线宜集中设计，满足维修更换的要求。

④预制构件中的电气接口及吊挂配件的孔洞、沟槽根据装修和设备安装的要求预留。

⑤竖向电气管线统一设计在预制板内或装修墙面内；水平管线或桥架穿梁明装或隐藏于吊顶内。

各部位具体做法如下：

1）强弱电竖井

a.结合不同厂家ALC 墙板技术标准，重量小的设备挂墙安装，重量较大的设备采用落地安装或ALC墙板上设置角钢固定安装；

b.桥架母线等采用ALC墙板上设置角钢支架固定安装；顶板采用传统支吊架固定安装；

c.钢管采用沿墙体、楼板明敷。

有些行业设计规范对使用高强钢筋无明确的强制性要求，设计人员也就依照固有的设计理念进行工程设计。此外，随着城镇化的推进和对各类基础设施的持续投入，设计院承担的任务也日益繁重，设计人员已经习惯于采用335 MPa钢筋，若在图纸设计中全面推广应用高强钢筋，则整套设计思路需要改变，对各种应力、强度、安全系数等参数要重新进行计算、试验和验证，因此，设计人员在主观上不愿投入精力将高强钢筋的应用研究融入到设计工作中。

2）门厅、走廊、楼梯间等公共区域

a.公共区域设备均为小型设备，采用嵌入ALC墙板安装方式；

b.门厅为有吊顶区域顶部桥架管线采用吊顶内敷设方式；

c.走廊为无吊顶区域桥架管线沿顶板明敷；墙侧钢管暗敷于ALC墙体空腔内；

d.楼梯间内设备管线沿顶板明敷，沿墙面明敷。

3）公寓户内

a.强弱电设备嵌入ALC墙板安装；

b.入户盥洗区、起居区为吊顶区域，管线在吊顶内敷设，阳台区域为无吊顶区域，管线沿顶板明敷；

c.墙侧管线ALC墙体空腔内敷设。

⑥单块ALC墙板上存在多个电气点位时，需综合排布，进行强弱电箱体、预埋盒、预留管定位，并与ALC 板厂确认相关技术要求，确保设计合理，施工方便。

⑦设备管线穿过楼板的部位，应采取防火、防水、隔声等措施。

4 项目过程问题及解决方案、深化设计注意点

4.1 项目过程问题及解决方案

①一层总配电间引出电缆桥架数量多，规格尺寸较大，600mm宽ALC板纵向排布无法满足桥架开洞尺寸和加固的要求。在进行ALC隔墙排版时，部分ALC墙体可考虑横向排布，开洞后需采取加固封堵措施。针对总配电间引出主干桥架或保护管，应评估其单位长度重量，按相应抗震等级进行抗震设防。

②项目走廊无吊顶，且需要控制净高在2.4m，由此各系统设备管线均外露，影响观感。设计时利用BIM 建模进行综合排布，电气专业和给排水专业管线分别敷设于走廊两侧，为保证净高，于钢梁上开洞，桥架管线敷设于梁洞内，需要注意与结构专业配合以满足其相关标准规范要求。

③入户电缆保护管由走廊引入宿舍时，为保证走廊净高，保护管穿梁上预留洞口引入室内，考虑保护管转弯半径的因素，如果考虑宿舍内配电箱嵌入ALC墙体内，由于出线回路较多，梁与墙体交接处很难处理。深化时，配电箱尽量设置于与走廊的分隔墙侧，并且与精装专业沟通，设置轻钢龙骨装饰层，配电箱设置于装饰层内，再利用吊顶，可以隐藏局部外漏管线，以保证施工便捷和整体美观[5]。

④由于宿舍内部有吊顶，阳台未设置吊顶，导致引至阳台水平管线裸露，钢管转弯半径较大，难以保证美观性。可以考虑转弯处采用成品弯头，可以减小钢管转弯半径大带来的施工难度。

⑤楼梯间内，涉及强电弱电专业引上引下管线较多，暗埋管线在钢梁处比较难处理，楼梯间无吊顶，无法作隐蔽处理。可以与给排水专业管道一起综合考虑，于楼梯间内统一位置明管敷设引上引下，或楼梯间内设置线缆井。

⑥钢结构柱与屋面衔接处，由于利用钢结构作为防雷引下线，钢柱顶端需与屋面接闪带做可靠电气连接。设计时需要与结构专业配合，于柱顶焊接热镀锌扁钢，并引出至建筑面层，便于与接闪带相连。

4.2 深化设计注意点

①任何深化设计均应保证设计的合理合规，在满足国家规范标准的前提下进行，保障设计、施工、使用、维护各环节的安全性。

②配合过程需要有全局思维，不仅应对本专业系统设备管线应有全面的认知，还应对土建及其他机电专业系统有一定了解，才能保证与土建及机电专业之间良好配合，实现建筑机电管线综合设计。

③具体配合设计过程中需要能见微知著，能从细部着手，涉及任何设备、管线、安装固定配件等，能预知可能的问题，并提出针对性的措施，以保障预制构件、预制墙板的生产制造，增加良品率。

④深化设计过程需考虑施工安装简单便捷性，减少现场湿式作业，减少后期开孔开槽。

⑤深化产品应保证安全可靠、环保节能，后期维护检修方便。

5 结语

钢结构装配式建筑具有施工建造快速等特点，故在主体建筑梁、板、柱、墙体深化过程中，设备专业应及早配合，确定设备管线需要嵌墙、暗埋、穿梁、穿墙、穿楼板的位置和做法，多环节、多专业会审深化成果，确保装配式各构件的深化预留满足设备安装要求，否则各种错漏碰缺问题容易对成本造成影响，并且严重影响工期。

最后，工业化建筑的机电管线及其通用接口，应符合建筑、结构专业的模数，并做好建筑机电管线综合排布设计，力争全专业部品部件标准化设计、工厂化生产、装配式施工、一体化装修和信息化管理的全寿命周期原则[6-7]。应用集成化、模块化、标准化、通用化部品部件以实现快速装配，如成品卫浴、整体式厨房、各类模块化设备等；针对建筑功能规律性重复性较高的空间，可利用模块化设计，基于BIM数字孪生技术的生产制造方式[8]，结合物联网技术，工厂批量制造，现场装配施工，设计-生产-装配-运维全生命周期掌控部品部件信息，为建筑行业智能建造，实现“双碳”目标创造有利条件。