裝配式建筑電氣接口設計研究*

季 晨

(華東建筑設計研究總院華東建筑設計研究院有限公司，上海201100)

0 引言

工業(yè)化建筑發(fā)展多年，雖然我國已經(jīng)有了很多相關的標準和設計規(guī)范，但是主要側重點圍繞著建筑結構，至今機電相關內(nèi)容尤其是接口部分幾乎仍是一片空白，有關裝配式建筑的機電接口的技術體系、標準規(guī)范都沒有明確，與其相關的標準化、通用化的產(chǎn)品、施工方法、維護措施也嚴重缺失，這些內(nèi)容的空缺滯后，嚴重影響著電氣接口設計以及工業(yè)化建筑的發(fā)展。本文將從我國工業(yè)化建筑的概念與現(xiàn)狀展開，分析研究裝配式建筑電氣接口設計的要求及做法。

1 我國工業(yè)化建筑的概念與現(xiàn)狀

工業(yè)化建筑是指按照大工業(yè)生產(chǎn)方式改造建筑業(yè)，使之逐步從手工業(yè)生產(chǎn)轉向社會化大生產(chǎn)的過程。它的基本途徑是建筑標準化、構配件生產(chǎn)工廠化、施工機械化和組織管理科學化并逐步采用現(xiàn)代科學技術的新成果，以提高勞動生產(chǎn)率、加快建設速度、降低工程成本、提高工程質量。

我國的工業(yè)化建筑發(fā)展分為兩個階段。第一個階段是在五十年代以快捷、節(jié)省地解決居住問題為目標的建筑工業(yè)化。雖然這一階段建造的房屋工業(yè)化(裝配率)程度較高，但房屋數(shù)量和質量都不盡如人意。改革開放后，伴隨著大量房地產(chǎn)開發(fā)商的涌現(xiàn)，建設差異化住房的同時，也使得房地產(chǎn)開發(fā)的標準化程度降低。尤其隨著預拌混凝土等相關技術的成熟，鋼筋混凝土結構的建造幾乎全采用現(xiàn)澆方式施工。

隨著人民日益增長的需求，建筑行業(yè)的弊病愈發(fā)明顯:仍為粗放型、勞動密集型的產(chǎn)業(yè)；工業(yè)化程度低、手工作業(yè)太多、勞動生產(chǎn)率低、資源消耗過高；施工及產(chǎn)品質量參差不齊，總體質量較差。鑒于此，我國提出了要推進工業(yè)化建筑的健康發(fā)展，至此為工業(yè)化建筑發(fā)展的第二階段。

目前我國有較多建筑結構專業(yè)的裝配式建筑研究成果，但涉及機電內(nèi)容的標準規(guī)范和技術體系卻寥寥無幾，尤其對于接口的內(nèi)容更是一片空白。因此裝配式建筑的電氣接口設計的研究就顯得尤為重要，只有解決設計問題，才能更好地開發(fā)產(chǎn)品和施工，進而推動工業(yè)化建筑的發(fā)展。

2 裝配式建筑電氣接口的現(xiàn)狀

裝配式建筑電氣接口設計應該綜合考慮標準規(guī)范、設計和施工方法等內(nèi)容，以防“紙上談兵”無法落實。經(jīng)過初期的研究，筆者從下面幾方面展開分析介紹。

2.1 裝配式建筑相關標準規(guī)范的分析

(1)國內(nèi)相關標準規(guī)范

目前我國裝配式建筑標準規(guī)范涉及電氣內(nèi)容較少，主要對“設備尺寸及位置需要精確定位”提出過明確要求，但對于接口設計仍未提及。

(2)國外先進標準和理念

歐洲大部分地區(qū)的裝配式建筑主要用于獨棟住宅建筑，對于中國的高層住宅而言，適用性較低。

日本的住宅建筑雖然與中國類似，但是與我國大量采用結構和墻體中埋設管線的做法不同，其采用的管線分離SI體系，極大程度上規(guī)避了電氣管線對主體結構的影響。所謂“管線分離SI體系”是支撐體S(Skeletion)和填充體I(Infill)相分離的建筑體系，其中支撐體是指除了主體結構外還包括外圍護和公共管井等長久不變的部分，填充體是指填充進支撐體的部分，包括內(nèi)裝和內(nèi)部設備管線等。

以上的差異導致我國缺乏合適的學習參考對象，仍需要自行摸索。

2.2 裝配式建筑設計圖紙的研究

如圖1所示，相比于傳統(tǒng)設計，目前裝配式建筑電氣圖紙中會對電氣設備有更精準的定位，使樓板和墻身的預留預埋有了裝配式的可能性。但除此之外，仍缺少對電氣管線、電箱(盒)以及防雷接地接口的相關描述，導致施工仍困難重重。

3 相關裝配式工程現(xiàn)場的調研

(1)施工工藝

如圖2所示，目前裝配式的施工工藝基本上由以上環(huán)節(jié)組成，但是僅有1項“管線敷設”明確與機電相關，這說明目前與土建相結合的機電工業(yè)化程度不高。相反，設計階段開始就應該有與建筑結構PC構件的整體統(tǒng)一考慮，接口的設置應該貫穿整個工藝流程。

(2)管線、電箱(盒)預留預埋

疊合樓板分為現(xiàn)澆層和預制層，一般電氣的接線盒都在現(xiàn)澆層內(nèi)設置，而管線在鋼筋桁架內(nèi)設置，如圖3所示。當電氣管線設置于預制隔墻上時，需預留操作空間，如圖4所示。

圖1 裝配式建筑電氣圖紙示意圖

圖2 裝配式建筑施工工藝示意圖

圖3 現(xiàn)澆層預埋電氣管線、接線盒

圖4 預制墻板中預埋電氣管線

傳統(tǒng)做法中認為出線困難是考慮電箱(盒)不宜設置在預制墻板中，但是通過實際考察發(fā)現(xiàn)，電箱(盒)可以在設計階段完成精準定位。將與其相連接的管線在預制墻板內(nèi)預埋的同時，在預制墻板和樓板疊合層連接的部位預留操作空間及管線連接頭，用于后期的管線連接，即可實現(xiàn)其預制。如圖5和圖6所示，分別為施工現(xiàn)場和預制工廠的預制墻板預埋電箱。

4 裝配式建筑電氣接口設計的要求及做法

4.1 接口設計的一般通用要求

根據(jù)國家標準GB/T 50002-2013《建筑模數(shù)協(xié)調標準》的規(guī)定，裝配式建筑設計需采用系統(tǒng)性的設計方法，滿足構件和部品標準化和通用化的要求，應按照建筑模數(shù)化要求，采用基本模數(shù)或擴大模數(shù)的設計方法。

圖5 預制墻板預埋電箱(施工現(xiàn)場)

圖6 預制墻板預埋電箱(預制工廠)

如圖7所示，裝配式建筑的建筑和結構采用模數(shù)化、網(wǎng)格化的體系，故接口在設計的過程中應與建筑結構協(xié)同整體設計，在模塊上精準定位并避開節(jié)點，并以此為依據(jù)制造PC構件。

圖7 裝配式建筑模數(shù)化設計示意圖

需要強調的是，基于接口處施工與維護的重要性，需在接口處預留操作空間。

4.2 電氣布線接口的設計

如圖3所示，目前裝配式建筑中預制樓板上的電氣布線以設置在現(xiàn)澆層為主，由于布線位于鋼筋桁架之下，且受限于現(xiàn)澆層高度，實際走線高度大約只有40mm。所以電氣布線應盡量錯位排布，減少交叉，不宜多于兩層，并且現(xiàn)澆層的電氣管徑宜≤25mm。

電氣布線接口的材質應該與電氣管線相對應，保證其管線性能的一致性。下文主要以PVC套管接口(如圖8所示)、可撓性金屬軟接口(如圖9所示)為例進行說明。

(1)PVC套管接口

1)PVC線管接口處應有余量(建議≥50mm)，便于今后套管的安裝連接；2)PVC套管接口應彎曲套接在預制墻或者現(xiàn)澆板的穿線管端，并做好密封措施；3)PVC套管接口應與線管尺寸匹配，便于安裝。

圖8 PVC套管接口示意圖

(2)可撓性金屬軟接口

1)金屬線管在接口處應有余量(建議≥50mm)，便于今后套管的安裝連接；2)可撓性金屬軟管接口應套絲連接至預制墻或者現(xiàn)澆板的金屬線管，并做好密封措施；3)可撓性金屬軟管接口應與金屬線管尺寸匹配，便于安裝。

圖9 可撓性金屬軟管接口示意圖

其中，金屬槽盒的設置應與主體結構分離，對于其連接、彎頭、三通等連接處，建議采用插接方式便于安裝，槽盒的支架安裝可參見裝配式支吊架安裝的相關標準及圖集。穿越結構梁柱的金屬槽盒及管線與傳統(tǒng)設計的差異在于，為避免對PC構件產(chǎn)生破壞，即使是小管徑的管線也應該預先精準定位并標明尺寸大小，以便預留孔洞。

當沿預制樓板、預制墻體預埋的接線盒及其管路與現(xiàn)澆電氣管路連接時，應在墻面與樓板交界的墻面預埋接線盒或接線空間，接線空間尺寸不宜小于150mm×200mm(寬×高)，如圖10所示。

若電氣布線采用管線分離SI體系設計，則可避免在主體結構中預留預埋的工作，雖然可以整體預制，但目前多數(shù)還是現(xiàn)場施工操作，如圖11所示。

4.3 電箱(盒)接口的設計要求

圖10 接口預留操作空間圖示

圖11 管線分離SI體系時電氣布線示意圖

接線盒實際就是電氣管線接口，對于全預制樓板或墻板，接線盒采用普通的86型接線盒即可。但是對于疊合樓板，因管線和接線盒于現(xiàn)澆層內(nèi)預埋，普通接線盒的深度無法滿足接線要求，因此需要采用盒深100或以上的深型接線盒，如圖12所示。

圖12 深型接線盒示意圖

若預制墻板中預埋的電氣管線敷設較多時，每根管線都需要配置單獨的接口，并建議設置集中的過路箱以及操作空間，以便施工及今后維護，如圖13所示。

進入配電(控制)柜、箱內(nèi)的導管管口，當箱體無封板時，管口應多出基礎面不小于50mm的長度，便于今后接線。

圖13 電箱及其接口連接示意圖

考慮到預制構件不宜進行開槽等工作，電箱(盒)的開孔及預埋管線數(shù)量應該多于設計的管線，為今后擴容做預留。

4.4 防雷接地接口的設計要求

經(jīng)過筆者的前期調研與分析研究，發(fā)現(xiàn)目前的裝配式建筑鮮少考慮防雷接地的特殊性，但是由于結構體系的差異，防雷接地的不同做法更應值得注意。

(1)防雷引下線的接口設計

當建筑物內(nèi)含有從上到下電氣聯(lián)通的現(xiàn)澆混凝土鋼筋時，可優(yōu)先利用此鋼筋作為防雷引下線，與傳統(tǒng)做法一致。

當利用建筑物預制混凝土內(nèi)鋼筋作為防雷引下線時，由于電氣連通性無法保證，需要在預制柱內(nèi)提前預埋好連接件，并預留安裝操作空間。施工過程中，需于安裝孔洞處通過搭焊或其他方式實現(xiàn)電氣的可靠連接，具體如圖14所示。

圖14 防雷引下線連接示意圖

(2)防側擊雷的接口設計

對于預制外墻的裝配式建筑，由于外墻易與金屬門窗、金屬欄桿、玻璃幕墻等金屬構件相連接，因此建議所有預制外墻皆預留防側擊雷及接地預埋件。此預埋件通過預制外墻內(nèi)預埋的Φ10圓鋼或25×4扁鋼與樓板現(xiàn)澆層的均壓環(huán)進行可靠電氣連接，連接處預留安裝孔洞，如圖15所示。

(3)接閃帶的接口設計

圖15 防側擊雷及接地連接示意圖

對于預制女兒墻的裝配式建筑，固定支架(支持卡子)需連同接閃帶一同預制。女兒墻上方的支架通過其豎向的預埋圓鋼或扁鋼與預制樓板內(nèi)的扁鋼進行可靠電氣連接，連接處需預留安裝孔洞。預制樓板內(nèi)的扁鋼需與防雷引下線進行可靠電氣連接。

若有玻璃幕墻等高于女兒墻的金屬構件，則利用金屬構件作為接閃帶，其電氣連接做法可參照防側擊雷的做法，如圖16所示。

圖16 裝配式女兒墻防雷接口示意圖

(4)等電位的接口設計

帶淋浴設施的衛(wèi)生間、空調機房、泳池等需要設置等電位連接的場所，需在房間的預制隔墻內(nèi)預埋等電位端子箱，并通過豎向的預埋圓鋼或扁鋼與樓板或柱內(nèi)鋼筋進行可靠電氣連接，連接處需預留安裝孔洞，如圖17所示。

圖17 衛(wèi)生間的等電位端子連接圖

(5)接地引上線的接口設計

接地引上線的豎向干線做法與防雷引下線的做法相似，可參照設計施工。接地端子板設置于預制墻板中，其做法可參考衛(wèi)生間等電位端子連接做法。

5 結束語

目前裝配式建筑電氣接口設計缺失嚴重，導致產(chǎn)品的發(fā)展和現(xiàn)場施工及維護困難重重。本文通過對我國規(guī)范、設計、產(chǎn)品和施工的分析研究，提出裝配式建筑電器接口設計的要求及做法。

裝配式建筑電氣接口設計需要與建筑結構相協(xié)調，采用模數(shù)化、系統(tǒng)化的設計方式。接口設計需考慮施工的可行性、維修的便捷性及擴容的可能性，因此各接口處皆需要設置足夠的操作空間且預留備用接口。不同建筑結構類型對電氣接口的設置有著不同的要求，因此電氣布線接口、電箱(盒)接口和防雷接地接口需要根據(jù)實際情況分別考慮分析，使其滿足通用化、標準化、工業(yè)化的需要。