全功能集成型一體化衛(wèi)生間設(shè)計研究

張明亮 陳 浩 戴清峰 石 拓 陳維超 王江營

1. 湖南建工集團有限公司 湖南 長沙 410004；

2. 湖南建工集團裝配式建筑技術(shù)研究院 湖南 長沙 410004；

3. 湖南建工集團工程設(shè)計研究院有限公司 湖南 長沙 410004

裝配式建筑[1-2]因具有施工速度快、節(jié)能環(huán)保、節(jié)省模版、可工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點，是綠色建造[3]和智能建造技術(shù)的重要基礎(chǔ)，亦是建筑業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的重要舉措。為此，國家先后出臺了許多相關(guān)政策和文件，裝配式建筑已成為國家戰(zhàn)略性重點發(fā)展產(chǎn)業(yè)。

隨著裝配式建筑不斷發(fā)展，市場對各類部品的要求也隨之提高。其中，整體式衛(wèi)生間便是目前廣受關(guān)注的產(chǎn)品之一。衛(wèi)生間是現(xiàn)代住宅建筑中的核心組成和最復(fù)雜部分之一，需同時滿足防水、防滲、通風(fēng)、保溫、隔聲、防滑等諸多功能要求，涉及房屋結(jié)構(gòu)、給排水、暖通、電氣、裝飾裝修等專業(yè)，設(shè)計與施工工序繁多、耗時費力，而且易出現(xiàn)滲水、漏水等質(zhì)量問題，對使用者的生活品質(zhì)有非常大的影響。日本在1964年研制了在工廠預(yù)制、現(xiàn)場安裝的一體式衛(wèi)生間，并在歐美得到了比較廣泛的應(yīng)用[4]；李文藻等[5]結(jié)合建筑工業(yè)化相關(guān)理念，研究了裝配式盒子式衛(wèi)生間；何蘭[6]針對我國南方衛(wèi)生間設(shè)計中普遍存在干濕不分、設(shè)計不細、空間利用和產(chǎn)品布局不合理等問題，結(jié)合衛(wèi)生間功能多元化和細致化的特點展開了相關(guān)研究。徐新華等[7]分別對裝配整體式衛(wèi)生間和適應(yīng)性裝配式衛(wèi)生間的優(yōu)、劣進行了比較詳細的分析，可為相關(guān)設(shè)計與施工提供一定參考。高穎[8]針對城市住宅衛(wèi)生間存在的問題，提出了整體設(shè)計方案，并對其中關(guān)鍵參數(shù)和技術(shù)進行了研究。柏萬林等[9]結(jié)合具體工程項目，對整體式衛(wèi)生間工廠預(yù)制和現(xiàn)場安裝中的一些常見問題進行了分析研究。

目前，裝配式預(yù)制衛(wèi)生間基本可分為兩類，一類是采用預(yù)制單元構(gòu)件在現(xiàn)場拼裝成衛(wèi)生間；另一類是在工廠預(yù)制整體衛(wèi)生間，然后在現(xiàn)場直接安裝。但是，預(yù)制單元構(gòu)件組裝而成的衛(wèi)生間存在單元板連接以及接縫處理的問題，其整體性較差；預(yù)制整體衛(wèi)生間雖然解決了構(gòu)件連接、結(jié)構(gòu)整體性等問題，但衛(wèi)生間與主體結(jié)構(gòu)連接復(fù)雜，與建筑墻體不共軸，且使用前需二次裝飾施工，不僅會造成污染和材料浪費，且質(zhì)量不易于保證，影響施工進度和用戶使用體驗。

為此，湖南建工集團基于全國裝配式科技創(chuàng)新基地，自主開發(fā)了一種新型的共軸承插型預(yù)制一體化衛(wèi)生間體系[10-12]，以期解決當前衛(wèi)生間結(jié)構(gòu)整體性、安裝便捷性、保溫性、結(jié)構(gòu)與裝飾、使用面積以及同層排水等方面存在的問題，提高預(yù)制衛(wèi)生間功能性要求。該衛(wèi)生間體系由建筑結(jié)構(gòu)體系、裝修體系、防水體系、保溫隔熱體系所組成，集結(jié)構(gòu)、管線、防水、裝修“四位一體”。

1 建筑結(jié)構(gòu)體系設(shè)計

1.1 共軸、承插設(shè)計理念

通過研制專門的模具，將共軸承插型預(yù)制一體化衛(wèi)生間采用輕骨料混凝土在工廠一次整體預(yù)制成形，其由四周側(cè)壁和底板形成一個整體結(jié)構(gòu)，衛(wèi)生間側(cè)壁與建筑隔墻重合共軸，替代了傳統(tǒng)衛(wèi)生間的磚砌隔墻；衛(wèi)生間底部設(shè)置250 mm高沉箱，安裝時沉箱直接插入建筑樓面預(yù)留洞口中，衛(wèi)生間擱置在樓面預(yù)留洞口四周凹口梁或剪力墻的挑耳上，即采用類似于企口的構(gòu)造，形成“共軸”“承插”的技術(shù)特點，如圖1（a）、圖1（b）所示，圖1（c）為衛(wèi)生間整體模型。

安裝該一體化衛(wèi)生間時，若衛(wèi)生間側(cè)壁外側(cè)有現(xiàn)澆混凝土剪力墻，則在剪力墻上設(shè)置挑耳來擱置和承載；若外側(cè)為樓面梁，則樓面梁下沉120 mm，在梁頂設(shè)置凹口，衛(wèi)生間直接擱置在凹口梁上，衛(wèi)生間底部四周的安裝空隙不小于15 mm，安裝完成后，安裝空隙采用聚氨酯建筑密封膏嵌實。當下一層衛(wèi)生間安裝完成后，衛(wèi)生間側(cè)壁頂部可作為上一層四周凹口梁或剪力墻上挑耳的底模，吊鉤直接埋入上一層四周凹口梁或剪力墻上挑耳內(nèi)，作為構(gòu)造連接件使用。

此外，當衛(wèi)生間側(cè)壁為建筑外墻時，則在工廠生產(chǎn)時于衛(wèi)生間側(cè)壁外側(cè)預(yù)埋對拉螺桿連接件，以滿足現(xiàn)澆剪力墻的模板固定要求，此時該側(cè)壁可作為外墻澆筑的內(nèi)模板。

圖1 一體化衛(wèi)生間建筑結(jié)構(gòu)示意

1.2 衛(wèi)生間尺寸、配筋設(shè)計

根據(jù)長沙某實際工程的建設(shè)需要，設(shè)計一種一體化衛(wèi)生間，其外輪廓尺寸長、寬、高分別為2 740、1 670、2 670 mm，側(cè)壁厚度100 mm，底板厚度在長向由120 mm變化至100 mm，形成一定的結(jié)構(gòu)找坡，側(cè)壁設(shè)置φ8 mm@200 mm×200 mm單層鋼筋網(wǎng)，底板設(shè)置φ8 mm@150 mm×150 mm雙層雙向鋼筋網(wǎng)；在衛(wèi)生間側(cè)壁頂部的四角及中部設(shè)置有吊鉤，并在吊鉤部位的側(cè)壁內(nèi)設(shè)置φ14 mm加強筋，加強筋下端彎入底板內(nèi)；衛(wèi)生間側(cè)壁和底板內(nèi)預(yù)埋水電管線和預(yù)留洞口；衛(wèi)生間側(cè)壁和底板采用密度1 500 kg/m3、強度等級LC25的輕骨料混凝土澆筑。該一體化衛(wèi)生間的結(jié)構(gòu)自重約4.3 t，預(yù)制成品質(zhì)量約4.6 t。

1.3 衛(wèi)生間使用功能設(shè)計

一體化衛(wèi)生間分為干、濕兩區(qū)，具有沐浴、如廁、洗漱三方面的使用功能。其中，可在干區(qū)內(nèi)進行如廁和洗漱，在濕區(qū)內(nèi)淋浴。干、濕區(qū)通過玻璃門隔斷，實現(xiàn)了空間零浪費，如圖2所示。

2 管線布置及裝修體系設(shè)計

共軸承插型預(yù)制一體化衛(wèi)生間采用BIM正向設(shè)計技術(shù)，通過建立三維模型，并綜合考慮結(jié)構(gòu)形式、材料、鋼筋骨架、水電管線（盒）的預(yù)留、預(yù)埋、裝飾、浴室設(shè)備布置等多個方面，完成了管線布置與裝修設(shè)計，通過BIM模型直接導(dǎo)出各專業(yè)施工圖指導(dǎo)衛(wèi)生間的生產(chǎn)與安裝。

2.1 衛(wèi)生間管線布置

圖2 一體化衛(wèi)生間功能示意

在澆筑衛(wèi)生間混凝土之前，將水電管線預(yù)埋在墻體中。其中，吊頂內(nèi)的電線與側(cè)壁內(nèi)預(yù)埋的電氣管線相接，側(cè)壁內(nèi)預(yù)埋的電氣管線在樓面標高處與外部樓面預(yù)埋管線對接；在吊頂高度范圍內(nèi)的現(xiàn)澆混凝土剪力墻上預(yù)留直徑110 mm孔洞，作為換氣扇排氣管道口；衛(wèi)生間的給水和排水管線敷設(shè)在架空地板與混凝土底板之間的沉箱內(nèi)，不占用衛(wèi)生間凈空間，且同層排水，方便檢修；冷熱水通過側(cè)壁上的預(yù)埋管道與外部管道相接并從廚房引入，相關(guān)布置如圖3所示。

圖3 衛(wèi)生間管線BIM模型

2.2 衛(wèi)生間裝修體系設(shè)計

該衛(wèi)生間采用SMC復(fù)合材料（即片狀模塑料，以下簡稱SMC）進行內(nèi)裝飾，SMC具有輕質(zhì)高強、耐污染、易清潔、防水性好、耐水煮性能高、環(huán)保無污染等諸多優(yōu)點。

衛(wèi)生間吊頂采用SMC集成吊頂，照明燈、換氣扇、浴霸和檢修口均集成在吊頂內(nèi)；內(nèi)墻面采用SMC干掛墻板，干掛墻板與衛(wèi)生間混凝土側(cè)壁通過輕鋼龍骨固定，整塊拼裝，不僅施工速度快，而且可拆卸，便于后期維修，在豎向管道井的外包墻板上設(shè)置管道維修口以便檢修；地面采用SMC一體成形防水底盤，按干、濕分區(qū)采用2個獨立的防水底盤進行拼裝，防水底盤下設(shè)扁鋼龍骨，再通過螺桿支座支承在衛(wèi)生間混凝土底板上，形成架空地板；此外，在干、濕區(qū)的防水底盤上各設(shè)一個地漏，并設(shè)置一道推拉玻璃隔斷門。圖4為衛(wèi)生間BIM模型及成品裝修效果。

圖4 一體化衛(wèi)生間裝飾效果

3 防水體系設(shè)計

共軸承插型預(yù)制一體化衛(wèi)生間設(shè)計了3道防水保障措施＋2道排水措施的防水體系。

第1道防水保障措施為SMC防水底盤。由于SMC本身具有優(yōu)異的防水性能，且不變形、不龜裂、耐水煮、耐老化，也是本衛(wèi)生間的主要防水措施。第2道防水保障措施為在衛(wèi)生間內(nèi)裝施工前，在混凝土底板面上涂抹厚聚氨酯防水涂料。第3道防水保障措施為一體化衛(wèi)生間混凝土底板的自防水性能，即通過特制的輕骨料混凝土配合比，在滿足混凝土強度的同時，使其抗?jié)B等級達到了P8，同時在立管部位，在底板內(nèi)預(yù)埋排漏寶管件，既可保證預(yù)埋件與底板混凝土間的緊密結(jié)合，又方便立管與預(yù)埋件的連接。

第1道排水措施為干、濕區(qū)防水底盤周邊自帶排水槽加上設(shè)置的配套地漏，可有效將底板積水及時排走。第2道排水措施為在一體化衛(wèi)生間混凝土底板內(nèi)預(yù)埋排漏寶管件，此管件周邊帶有排漏孔，同時具防臭、防返流功能，當沉箱內(nèi)有少量滲水時，可通過排漏寶周邊排漏孔排走。

通過上述“防水＋排水”措施，可確保該一體化衛(wèi)生間在正常使用條件下滴水不漏，同時還能預(yù)防沉箱內(nèi)年久積水致臭的問題。

4 保溫隔熱體系設(shè)計

共軸承插型預(yù)制一體化衛(wèi)生間的墻體通過3種材料以實現(xiàn)保溫隔熱的效果。

衛(wèi)生間側(cè)墻材料為由水泥、砂、碎石、粉煤灰、陶粒、外加劑等拌和、澆筑、養(yǎng)護而成的輕質(zhì)混凝土，其密度為1 400～1 700 kg/m3，強度為LC25～LC30，導(dǎo)熱系數(shù)為0.45～0.75 W/（m·k），保溫性能優(yōu)于普通混凝土。

衛(wèi)生間內(nèi)壁采用SMC進行裝飾，SMC自身具有良好的隔熱保溫性能。

SMC干掛墻板與衛(wèi)生間混凝土側(cè)壁間由于安裝龍骨會存在50 mm的空隙，故在此空隙中填充保聚苯板，以進一步提高衛(wèi)生間的保溫性能。

5 工程應(yīng)用

2019年，在湖南長沙的建工·象山國際項目的7棟住宅建筑中，共安裝了416個共軸承插型預(yù)制一體化衛(wèi)生間。通過應(yīng)用證實，現(xiàn)場施工速度快、質(zhì)量高、效果好，節(jié)省了大量人力、材料及工期，徹底解決了衛(wèi)生間二次裝修所造成的施工煩瑣、環(huán)境污染、資源浪費等問題，完全符合國家裝配式建筑和綠色建筑的要求，社會效益和經(jīng)濟效益頗為顯著。

在此基礎(chǔ)上，進一步開發(fā)了8種不同規(guī)格、不同檔次、不同裝飾的共軸承插型預(yù)制一體化衛(wèi)生間，以滿足不同地區(qū)裝配式建筑特別是精裝房建設(shè)的要求，具有廣闊的市場空間。

6 結(jié)語

1）通過建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、電氣等多專業(yè)綜合設(shè)計，該共軸承插型預(yù)制一體化衛(wèi)生間可達到結(jié)構(gòu)、管線、防水、裝飾等“四位一體”的有效結(jié)合。

2）共軸承插型預(yù)制一體化衛(wèi)生間在結(jié)構(gòu)整體性、質(zhì)量可靠性、施工便捷性、成本可控性等方面均明顯優(yōu)于傳統(tǒng)衛(wèi)生間。

3）共軸承插型預(yù)制一體化衛(wèi)生間完全符合國家裝配式建筑和綠色建筑發(fā)展戰(zhàn)略要求，未來可進一步與智能建造相結(jié)合，具有廣闊的市場空間與發(fā)展前景。

通過具體工程的實施應(yīng)用，同時為滿足市場的需要，下階段將開展共軸承插型預(yù)制一體化衛(wèi)生間的標準化與模數(shù)化研制以及相關(guān)技術(shù)規(guī)程、圖集的編制工作，目前已經(jīng)得到住建部科技與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中心以及湖南省住建廳的政策支持。