裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅內(nèi)設(shè)備管線集成管廊的研究＊

張志毅 張紅 劉莉馨

中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院有限公司

建筑工程的綠色建造技術(shù)是我國(guó)建筑業(yè)現(xiàn)今發(fā)展的一個(gè)方向，其中研究采用新的標(biāo)準(zhǔn)化、裝配式的設(shè)計(jì)建造技術(shù)，將大大提高設(shè)計(jì)施工效率，同時(shí)也能更好地實(shí)現(xiàn)節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材，最大限度減少對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。

1 裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅需要集成的設(shè)備管線種類(lèi)規(guī)格及現(xiàn)今做法存在的問(wèn)題

根據(jù)家庭生活習(xí)慣，一般住宅家庭內(nèi)的設(shè)備管線包含：水（冷水、熱水、排水）、暖（采暖、新風(fēng)、空調(diào)）、電（照明、插座、有線、網(wǎng)絡(luò)）。具體管線名稱(chēng)及規(guī)格詳見(jiàn)表1。

國(guó)內(nèi)裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅戶(hù)內(nèi)設(shè)備管線雖然已采用SI體系，且百年建筑體系中也提出設(shè)備管線宜設(shè)置在架空地板或吊頂內(nèi)，但考慮到敷設(shè)架空地板難度大且造價(jià)高，現(xiàn)實(shí)中管線的安裝方式仍然為結(jié)構(gòu)板上鋪裝為主，即三個(gè)專(zhuān)業(yè)的管線多數(shù)在地面上完成綜合。如此一來(lái)，由于管線較多，水平方向不可避免存在交叉，隨之帶來(lái)施工難度增加，同時(shí)影響各種管線特別是給排水、暖通水管的后期實(shí)際運(yùn)行效果。故筆者認(rèn)為，如何解決管線交叉是設(shè)備管線集成里最核心、難度最大的問(wèn)題。

經(jīng)過(guò)多個(gè)裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅施工現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研查看，現(xiàn)今主要采用以下兩種方案解決管線地面交叉。

（1）采用破壞結(jié)構(gòu)板、局部挖槽的方式（圖1）。顯然，此種施工方法簡(jiǎn)單粗暴，對(duì)樓板的破壞影響是不言而喻的。

（2）采用過(guò)彎彎頭的方式（圖2）。由于彎頭需要下翻空間，此種方式也難免對(duì)樓板產(chǎn)生破壞，只是破壞程度稍小于第一種方式而已。

除了采用以上方法解決地面管線交叉的問(wèn)題外，從很多現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際調(diào)研情況來(lái)看，還存在豎直管線現(xiàn)場(chǎng)直接墻上開(kāi)槽的做法，顯然是不符合裝配式建筑施工安裝要求的（圖3）。

表1 設(shè)備集成管線名稱(chēng)及規(guī)格

1，2 管道交叉示意

3 墻面開(kāi)槽示意

為什么在裝配式建筑的施工現(xiàn)場(chǎng)會(huì)出現(xiàn)很多同前所述的問(wèn)題呢？究其原因，主要是因?yàn)樵O(shè)備管線的確存在現(xiàn)實(shí)安裝的復(fù)雜性及繁瑣性，但這點(diǎn)從未得到廣大設(shè)計(jì)師及施工方的真正重視及從根本上的解決。

首先，從裝配式建筑的管線設(shè)計(jì)角度講，將如此多的管線準(zhǔn)確定位布置在預(yù)制好的墻板或隔墻里，本身就有很大難度；其次，即便是圖紙?jiān)O(shè)計(jì)完成，在裝配式工廠實(shí)施作業(yè)時(shí)，由于工藝落后、工人素質(zhì)較低等不確定因素，很多本該設(shè)計(jì)好的預(yù)留管槽無(wú)法真正實(shí)現(xiàn)其與現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接；最后，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管線安裝人員進(jìn)場(chǎng)后，隨著工程的不斷推進(jìn)，甲方經(jīng)常會(huì)根據(jù)后期不斷變化的實(shí)際需求進(jìn)行方案調(diào)整，對(duì)設(shè)備專(zhuān)業(yè)的管線布置會(huì)造成極大變動(dòng)，使得現(xiàn)場(chǎng)施工安裝方無(wú)法按照既定圖紙中的管線定位正常施工。

如此一來(lái)，各種不利因素綜合到一起，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工安裝方造成了很大影響，然而在工期普遍緊張的現(xiàn)實(shí)因素催動(dòng)下，在沒(méi)有更好的管線安裝布線方式的情況下，只能根據(jù)最終現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需求進(jìn)行開(kāi)槽布管，施工確實(shí)方便，大大降低了裝配式建筑的美觀度，破壞了裝配式管線安裝方便快捷的這一最根本初衷，使裝配式建筑的裝配率大打折扣。

2 設(shè)備管線集成的創(chuàng)新性思路與方法研究

為了更好地實(shí)現(xiàn)設(shè)備管線在裝配式建筑中的設(shè)計(jì)及安裝，達(dá)到預(yù)期的效果，必須在施工安裝前對(duì)設(shè)備管線進(jìn)行集成化布局，采用模塊化部品進(jìn)行合理布線。對(duì)此，特提出一種新的解決設(shè)備管線集成的內(nèi)裝部品，即可開(kāi)啟式地面集成管廊+吊頂集成管廊。從以下幾部分進(jìn)行闡述。

2.1 設(shè)備管線集成化的前提

設(shè)備管線集成化的前提是各種管線的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化。裝配式建筑分為三類(lèi)預(yù)制體系：結(jié)構(gòu)體系、外圍護(hù)體系、內(nèi)裝部品體系。內(nèi)裝部品體系是裝配式建筑中的重要組成部分，采用模塊化的內(nèi)裝相比傳統(tǒng)內(nèi)裝更節(jié)省人力，縮短工期，檢修方便，部品更有質(zhì)量保障。很多國(guó)家已經(jīng)具有相當(dāng)成熟的技術(shù)并形成了各自的標(biāo)準(zhǔn)體系，國(guó)際上比較知名的有BL 體系、KSI 體系、MATURA體系。我國(guó)也在學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)形成自己的體系模式，如CSI體系、SI體系、VSI體系等[1]。

2010年住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了《CSI 住宅建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則（試行）》，為我國(guó)工業(yè)化住宅明確了發(fā)展方向。其核心內(nèi)容之一即為“所有機(jī)電管線應(yīng)與結(jié)構(gòu)體分離”。這樣不僅能夠省去在結(jié)構(gòu)體內(nèi)預(yù)留預(yù)埋設(shè)備管線的過(guò)程，更是使設(shè)備管線具有可維修性和可更替性，從而延長(zhǎng)住宅的使用壽命[2]。設(shè)備管線可歸屬為內(nèi)裝部品體系，不可否認(rèn)，設(shè)備管線集成的順利實(shí)施將需要模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的管線及布線構(gòu)造載體的精心設(shè)計(jì)。

2.2 設(shè)備管線集成化的具體做法

設(shè)備管線集成化需按照現(xiàn)今的規(guī)范要求提出一種新的排布方案，繼而催生一套新的管線模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的組件。水暖電三個(gè)專(zhuān)業(yè)的管線需統(tǒng)一考慮配件安裝位置、管線走向、出線位置，重點(diǎn)及難點(diǎn)是避免甚至杜絕管線的相互交叉。筆者特選取一種住宅中常見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)戶(hù)型作為本次研究分析使用，在該戶(hù)型中各專(zhuān)業(yè)管線敷設(shè)方式如下：

（1）暖通

由于在《裝配式住宅建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T 398-2017）中8.3.3條提到：“供暖系統(tǒng)采用地面輻射供暖系統(tǒng)時(shí)，宜采用干式工法施工?！惫试诒痉治鰧?duì)象中，我們也遵循規(guī)范要求，房間內(nèi)采用干式模塊化地暖，即地暖由許多模塊化的保溫板上設(shè)置溝槽，然后根據(jù)地暖環(huán)路需求進(jìn)行盤(pán)管地面鋪裝的一種技術(shù)。

干式地板采暖技術(shù)是近十年針對(duì)我國(guó)輻射式地面采暖技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀研發(fā)出來(lái)的一種新型采暖方式。它不采用傳統(tǒng)的混凝土澆筑，直接將加熱管預(yù)制在由絕熱層、托梁和覆蓋層組成的封閉夾層里。因?yàn)闆](méi)有填埋層，采用干式地板采暖結(jié)構(gòu)的地面不易變形。與現(xiàn)行地面采暖的濕式做法相比，干式地板采暖結(jié)構(gòu)的承重降低了40%～50%，節(jié)省了30%～40%的空間，減少了15%～20%的材料用量。如此一來(lái)，干式采暖具有荷載輕、地面不易變形、易維修等優(yōu)點(diǎn)。一方面緩解了填埋的管材受熱后縱向膨脹轉(zhuǎn)化的內(nèi)應(yīng)力，避免混凝土層開(kāi)裂；另一方面消除了絕熱保溫墊層長(zhǎng)期承壓造成地面變形的隱患。過(guò)去地板采暖系統(tǒng)是隱蔽性工程，而干式地板采暖系統(tǒng)更便于施工、查漏、維修和質(zhì)量控制。

4 強(qiáng)電吊頂照明線路點(diǎn)位布置（燈具）

5 吊頂集成管廊剖面示意圖

6 吊頂集成管廊安裝示意圖

7 戶(hù)內(nèi)給排水管線

8 戶(hù)內(nèi)干式地暖管線

9 戶(hù)內(nèi)弱電管線

10 戶(hù)內(nèi)強(qiáng)電管線

（2）給排水

給排水專(zhuān)業(yè)也采用裝配式建筑中經(jīng)常使用的同層排水技術(shù)，但冷、熱水管線也延續(xù)水平敷設(shè)的原則進(jìn)行地面敷設(shè)。

（3）電氣

電氣專(zhuān)業(yè)的強(qiáng)、弱電管線則按照管線分離的原則，布置在樓板之外的空腔內(nèi)（隔墻、吊頂及地面）。

2.3 設(shè)備管線集成管廊

2.3.1 吊頂集成管廊

在本次分析對(duì)象中，我們也考慮到新風(fēng)的潔凈度及吊頂照明布線的實(shí)際需求，將除了暖通專(zhuān)業(yè)的新風(fēng)系統(tǒng)和電氣專(zhuān)業(yè)吊頂照明系統(tǒng)所需管線布置在吊頂集成管廊內(nèi)，其余所有管線均交由地面集成管廊綜合布置。

吊頂集成管廊相對(duì)簡(jiǎn)單，僅僅是一個(gè)模塊化的空腔，沿戶(hù)內(nèi)外墻一圈吊頂敷設(shè)，其內(nèi)敷設(shè)電氣專(zhuān)業(yè)的吊頂照明系統(tǒng)電線，如有戶(hù)內(nèi)新風(fēng)系統(tǒng)，同時(shí)可作為新風(fēng)系統(tǒng)的輸送通道，設(shè)置弧形送風(fēng)口，可向有新風(fēng)需求的房間輸送新鮮空氣。如此一來(lái)，吊頂集成管廊兼具兩個(gè)專(zhuān)業(yè)的管線需求。吊頂式集成管廊構(gòu)造簡(jiǎn)單，結(jié)合內(nèi)裝部品的要求，采用圓弧形截面，美觀大方，安裝簡(jiǎn)捷方便；同時(shí)，照明走線用管槽及新風(fēng)送風(fēng)口均為可開(kāi)啟式，方便今后照明線路的檢修更換及新風(fēng)口的清洗（圖4～6）。

2.3.2 地面集成管廊

鑒于戶(hù)內(nèi)管線絕大多數(shù)集中在地面，本文將著重介紹承擔(dān)管線綜合量最大的載體，即地面集成管廊。

各專(zhuān)業(yè)管線均從公共樓梯間管道井內(nèi)埋地敷設(shè)至室內(nèi)，然后經(jīng)過(guò)各自的集成設(shè)備進(jìn)行房間的二次輸配（圖7～10）。地暖盤(pán)管沿整個(gè)戶(hù)型中間區(qū)域布置，給排水、電氣專(zhuān)業(yè)管線經(jīng)集成后沿戶(hù)型外墻設(shè)一圈，由隔墻空腔解決豎向點(diǎn)位輸送。考慮到住宅戶(hù)型布局的不同，對(duì)于未設(shè)置分隔墻的客廳，擬采用地面插座（防水型）的方式解決電氣專(zhuān)業(yè)的點(diǎn)位需求。

創(chuàng)新性地提出地面集成管廊，即將給排水、電氣的管線（含冷熱水、強(qiáng)弱電）集中至模塊化的管廊內(nèi)，暖通專(zhuān)業(yè)的干式地暖管線布置在管廊所圍成的區(qū)域以?xún)?nèi)（圖11～13）。地面集成管廊的最左側(cè)為電氣專(zhuān)業(yè)的弱電管線線槽，中間為電氣專(zhuān)業(yè)強(qiáng)電管線線槽，最右邊為給排水冷熱水管道線槽。管廊總寬度為450mm，長(zhǎng)度方向與建筑模數(shù)匹配，高度為50mm，與模塊化干式地暖完成面齊平。如此一來(lái)，用管廊的方式巧妙地解決了水平交叉問(wèn)題，同時(shí)電氣及給排水專(zhuān)業(yè)管線的出管處均在內(nèi)裝隔墻腔體內(nèi)，管線豎向也無(wú)交叉。

3 結(jié)論

設(shè)置地面集成管廊的出發(fā)點(diǎn)是為了解決設(shè)備管線水平敷設(shè)時(shí)的交叉問(wèn)題，集成管廊均為靠外墻敷設(shè)，很好地解決了地暖盤(pán)管與其他管線交叉的問(wèn)題，同時(shí)也解決了強(qiáng)弱電管線埋墻埋地的問(wèn)題；設(shè)置吊頂集成管廊解決了新風(fēng)和電氣吊頂照明線路走線的問(wèn)題，共用腔體且各自出線，采用流線型截面，美觀大方。故采用集成管廊的優(yōu)勢(shì)不言而喻，可以將水暖電三個(gè)專(zhuān)業(yè)的管線進(jìn)行合理規(guī)整和布置。

采用集成管廊后，有以下幾個(gè)亮點(diǎn)：

（1）管廊組件簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化推廣。如前文所敘，集成管廊只有四根直管段加四個(gè)彎頭，組件數(shù)量較少，模數(shù)控制簡(jiǎn)單，標(biāo)準(zhǔn)化組件容易與室內(nèi)內(nèi)裝部品進(jìn)行銜接。

（2）管廊為可開(kāi)啟式，方便后期更換管線。顧名思義，集成管廊蓋板并不是死的，開(kāi)啟式蓋板的最大好處是如果需要更換內(nèi)裝管線，隨時(shí)可以方便地打開(kāi)管廊，對(duì)其中的管線進(jìn)行更換。

11 地面管廊剖面示意圖

12 地面管廊平面示意圖

13 地面管廊最終示意圖

（3）管廊內(nèi)的管線將強(qiáng)弱電及冷熱水管道分開(kāi)設(shè)置，可結(jié)合裝配式住宅墻體進(jìn)行管道布置，無(wú)需破墻開(kāi)槽，實(shí)現(xiàn)多種組合方式。

集成管廊集中布置了強(qiáng)弱電及冷熱水管道，水平走線，當(dāng)遇到裝配式隔墻時(shí)，管線根據(jù)設(shè)計(jì)需要及時(shí)上翻至地面以上。如此一來(lái)，垂直方向的管線均只需走在隔墻內(nèi)，無(wú)需像傳統(tǒng)布線方式那樣對(duì)墻體進(jìn)行開(kāi)槽，方便簡(jiǎn)捷，降低施工難度，節(jié)省施工周期。同時(shí)，各專(zhuān)業(yè)在水平布線過(guò)程中，可以采用新型布置方案，如強(qiáng)電采用地面插座等，均可以更好地為住戶(hù)帶來(lái)全新的體驗(yàn)。

如果管線較多，類(lèi)型或數(shù)量超過(guò)本文中所考慮到的管線，可在工廠加工前調(diào)整管廊內(nèi)的線槽規(guī)格或數(shù)量，達(dá)到滿(mǎn)足住戶(hù)實(shí)際需求。

4 展望

隨著國(guó)家的大力推廣，裝配式建筑特別是裝配式鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越普遍，然而作為建筑主體內(nèi)部“流動(dòng)血液”的設(shè)備專(zhuān)業(yè)各種管線，也會(huì)有集成化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的更高現(xiàn)實(shí)要求。如何結(jié)合裝配式建筑的自身特點(diǎn)，真正實(shí)現(xiàn)管線的合理布局，是擺在廣大機(jī)電工程師面前一個(gè)不可忽略的問(wèn)題。

放眼國(guó)內(nèi)外，確實(shí)缺少與住宅設(shè)備管線集成相關(guān)的文獻(xiàn)及資料，而筆者通過(guò)本研究試圖探討一種新的思路，著重解決水暖電專(zhuān)業(yè)管線在集中布置時(shí)產(chǎn)生的交叉問(wèn)題，希望能給廣大工程建設(shè)者提供一些新的參考。與此同時(shí)，筆者也發(fā)現(xiàn)在進(jìn)行設(shè)備管線集成這一研究過(guò)程當(dāng)中，還有很多問(wèn)題有待繼續(xù)進(jìn)行深入思考——如集成管廊的模數(shù)化是否真正實(shí)現(xiàn)與內(nèi)裝部品無(wú)縫銜接，是否存在不匹配；由于南北方居民生活習(xí)慣不同，住宅對(duì)設(shè)備專(zhuān)業(yè)管線有不同的需求，存在差異性布置，如何讓集成管廊兼具南北方特點(diǎn)等。

鑒于我國(guó)內(nèi)裝工業(yè)化仍處于初級(jí)階段，內(nèi)裝部品特別是設(shè)備管線集成化方面的研究甚少，存在部品模數(shù)協(xié)調(diào)、標(biāo)準(zhǔn)化、多樣化的問(wèn)題，同時(shí)也存在設(shè)計(jì)與施工的變革、質(zhì)量與成本的協(xié)調(diào)問(wèn)題，嚴(yán)重阻礙了集成化的發(fā)展。所以，裝配式住宅設(shè)備管線集成這一研究還應(yīng)該繼續(xù)深化下去，未來(lái)要走的路還相當(dāng)漫長(zhǎng)。＊

注：本研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)課題《裝配式交錯(cuò)桁架鋼結(jié)構(gòu)體系建筑產(chǎn)業(yè)化技術(shù)與示范》子課題4“裝配式交錯(cuò)桁架鋼結(jié)構(gòu)體系建筑設(shè)備空間集成化模塊研究”（2017YFC0703805）資助。