裝配式醫(yī)療建筑機電一體化設計

李 楠

(中國中元國際工程有限公司, 北京 100089)

0 引 言

北京懷柔醫(yī)院又名“首都醫(yī)科大學附屬北京朝陽醫(yī)院懷柔醫(yī)院”,是懷柔區(qū)域醫(yī)療中心、中國科學院大學附屬醫(yī)院、首都醫(yī)科大學教學醫(yī)院?，F(xiàn)有編制床位651張,實際開放床位為735張,二期擴建工程于2019年開始建設,擬2021年底建成投入使用,建成后醫(yī)院編制床位總數(shù)由651張增加至990張。

根據(jù)北京市規(guī)劃和國土資源管理委員會2017年11月印發(fā)的《北京市裝配式建筑項目設計管理辦法》文件,該項目醫(yī)療綜合樓地上部分全部采用基于BIM的裝配式建筑結構機電體系,地上為鋼結構,機電管線分離率達到70%,整體工廠預制化比率超過40%,裝配率超過50%,是北京市較早采用裝配式建筑體系的醫(yī)療建筑。

1 工程概況

懷柔醫(yī)院二期擴建工程總建筑面積為98 932.22 m2,其中地上建筑面積為61 963.85 m2,地下建筑面積為36 968.37 m2。主要建設內容包括:醫(yī)療綜合樓、門房、垃圾站、洗衣房、鍋爐房、液氧站改擴建等。項目實景如圖1所示,框內區(qū)域為二期擴建工程。

圖1 項目實景

2020年初,項目新增建設了3 700 m2應急感染救治區(qū)及感染樓擴建,全部采用裝配式集裝箱結構。

2 主要機電系統(tǒng)

水系統(tǒng)包括給排水、生活熱水、開水、空調冷卻循環(huán)水、污水處理、消防、室外工程、醫(yī)用純水系統(tǒng)等。給水由院區(qū)已建成DN200低壓給水管網(wǎng)引入;熱水系統(tǒng)低、中區(qū)由熱交換站換熱器供給,高區(qū)熱水無動力太陽能熱水供應,換熱器補熱;室外排水雨、污、廢分流,室內排水采用污、廢分流;核醫(yī)學放射性污廢水,檢驗檢疫含酸堿的廢水等醫(yī)療排水單獨收集經(jīng)衰變池、中和池處理后匯入污水管網(wǎng),排入院區(qū)污水處理站;院區(qū)新建750 m3和1 200 m3兩個雨水收集池,調蓄雨水洪峰;擴建現(xiàn)狀污水處理站至日處理量為850 m3/d的污水處理站;消防水系統(tǒng)按規(guī)范設計。

動力:現(xiàn)狀鍋爐房僅承擔院區(qū)洗衣房所需蒸汽用量。目前采暖、空調、生活熱負荷由水源熱泵機房承擔,一期水源熱泵機房提供2 400 kW的熱量供二期使用。二期改造現(xiàn)狀鍋爐房,新增4臺熱水鍋爐,供應生活熱水及過渡季采暖熱負荷。

醫(yī)用氣體:拆除現(xiàn)狀液氧站,新建一座液氧站,設4臺容積5 m3液氧貯罐。引出5路氧氣管線,至全院區(qū)各建筑氧氣管道;真空吸引及壓縮空氣根據(jù)院方需求設置。

燃氣:改造擴容院區(qū)燃氣調壓站,擴大天然氣主支管道,滿足全院區(qū)供氣需求。

供暖:散熱器與地板采暖相結合。

空調:一期8臺水源熱泵機組,為二期預留2 730 kW制冷量、2 400 kW制熱量。二期剩余冷負荷由新增冷水機組負擔,剩余熱負荷由地下?lián)Q熱站負擔。一、二期新建冷熱源的分配及耦合:一期預留冷熱源,管道共用,夏季供冷水,冬季供熱水,從-2F引到二期地下熱源正常工作狀態(tài)下,不與二期新建冷熱源并聯(lián)耦合在一起。一期預留的冷熱源劃定供科研樓及裙房區(qū)域。

供配電:二期-1F新建總變配電所,內設4臺2 000 kVA變壓器,原一期變配電所作為分變配電所,二期新建一柴油發(fā)電機房,內設一常載功率1 200 kW柴油發(fā)電機組為二期保障負荷提供電源。

智能化系統(tǒng)工程架構滿足三級醫(yī)院的信息化應用需求,支持各智能化系統(tǒng)的信息關聯(lián)和功能匯聚。消防安防控制室:消防安防控制室改造升級后與一期合用;二期新建信息中心,作為全院區(qū)的網(wǎng)絡主機房,一期現(xiàn)狀信息機房改為全院災備機房。智能化系統(tǒng)按照GB 50314—2015《智能建筑設計標準》中醫(yī)療建筑相關標準設計。

院區(qū)采用氣動式物流傳輸系統(tǒng),二期共設36個站點,由垂直輸送分揀系統(tǒng)和水平輸送系統(tǒng)組成,將藥房、靜配中心、檢驗科、影像中心、血透中心、病區(qū)護士站等主要功能科室連接到一起,水平輸送設備布置在設備層,與一期物流傳輸系統(tǒng)整合成一套系統(tǒng),構成一個聯(lián)通全院的物流網(wǎng)絡。此外,設置一套投放污染被服的專用污衣收集系統(tǒng),整個系統(tǒng)由排風管、垂直管道、檢修門站、投入門站、減速緩沖管道、排放門站等部分組成。

3 裝配式建筑體系及機電一體化設計

該項目裝配率滿足GB/T 51129—2017《裝配式建筑評價標準》中A級裝配式建筑要求。裝配式建筑體系評分如表1所示。

表1 裝配式建筑體系評分

設計過程中盡可能考慮將建筑機電各專業(yè)設備及管線按模塊化、集成化的思路,設計、生產(chǎn)到安裝調試緊密結合,BIM與裝配式預制化技術結合,根據(jù)BIM模型對機電設備管線規(guī)?；A加工,工廠化流水線制作生產(chǎn),實現(xiàn)建筑機電安裝標準化、產(chǎn)品模塊化及集成化。不僅能提高生產(chǎn)效率、質量水平,降低機電工程安裝成本,減少現(xiàn)場施工工程量、縮短工期、減少污染、實現(xiàn)建筑機電安裝全過程綠色施工[1-2]。

(1)送排風系統(tǒng)及空調風系統(tǒng)均采用裝配化金屬(內保溫)風管工廠一次成型,無二次保溫工序,節(jié)省二次保溫工時,自動化設備生產(chǎn)效率高、制作精度高,風管成型美觀,接口安裝簡便、施工快捷,施工過程中不必留保溫施工空間,節(jié)省安裝空間。

(2)配電豎井等重點電氣用房內橋架、配電箱精細設計,工廠通過BIM模型對設備加工預制,現(xiàn)場安裝一次性完成,降低安裝時間的同時提高了配電設備安裝質量。

(3)制冷機房內機電管線錯綜復雜、密集交錯、施工空間有限,機電交叉作業(yè),安裝質量要求高。本項目結合BIM與裝配式制冷機房機電一體化設計,設計過程充分考慮施工安裝、節(jié)能環(huán)保、運營維護,合理調整管線走向、標高、閥門位置,結合裝配式安裝工藝,待施工條件具備后,將預制好的模塊化構件運輸至現(xiàn)場進行裝配,通過可靠的連接方式安全高效地完成機房的拼裝,保證施工質量,并且提高效率,降低成本?？照{機房、水泵房內設備盡量采用標準模塊化設計,泵組、空調機組等設備形成自成支撐體系、便于運輸安裝的單元模塊。大型機電設備拆分成若干單元模塊制作,在工廠車間進行預拼裝、現(xiàn)場分段組裝。

(4)每層空調機組采用半嵌式強弱電一體化變頻柜控制。傳統(tǒng)空調機組DDC控制示意圖如圖2所示?？照{機組強弱電一體柜示意圖如圖3所示。

圖2 傳統(tǒng)空調機組DDC控制示意圖

圖3 空調機組強弱電一體柜示意圖

與傳統(tǒng)區(qū)域DDC控制空調機組相比較,強弱電一體化變頻柜控制只需工廠安裝少量電纜,大量減少安裝、時間成本,節(jié)約工期;其次,強弱電一體柜中傳感器出廠時完成安裝,工廠完成調試工作,無需現(xiàn)場調試,保障空調機組與控制系統(tǒng)完美匹配,使空調機組充分發(fā)揮效能。

(5)衛(wèi)生間排水管道同層模塊化設計,便于實現(xiàn)建筑排水系統(tǒng)工廠化加工、批量性生產(chǎn)以及快速安裝,保證安裝質量,有效規(guī)避排水管道漏水等隱患。

(6)現(xiàn)狀室外施工場地機電管線一體化遷改:由于二期工程屬于現(xiàn)有建設項目改擴建工程,本次建設范圍內原有地面下敷設了為現(xiàn)狀建筑提供市政供給的管線。故本次建設項目需包含管線改造工程,需在保證醫(yī)院整體正常運行的前提下進行場地內的機電管線遷移,并需充分考慮今后永久管線路由恢復;場地內一期水源熱泵管線、強弱電纜、給排水管線均需臨時遷移,經(jīng)過方案論證,機電管線一體化統(tǒng)籌考慮,將所有現(xiàn)場原埋地管線遷移至施工場地旁的綠地中,采用綜合管線支架明敷方式,二期建設到一定程度時分專業(yè)進行永久恢復。機電管線綜合支架及剖面圖如圖4所示。

圖4 機電管線綜合支架及剖面圖

(7)地上全部采用鋼結構,傳統(tǒng)機電管線支吊架由角鐵、槽鋼制作,不同專業(yè)管線吊架不宜大批量直接焊接鋼結構上;綜合考慮采用機電管線一體化綜合支吊架及抗震支吊架方案,節(jié)省空間、節(jié)約投資。與傳統(tǒng)支吊架相比,成品支吊架簡化施工安裝過程,增強施工安裝質量,縮短施工安裝工期,優(yōu)化施工效果。

(8)其他:各類工程管線均按國家有關標準涂刷不同顏色油漆,便于維修管理。

4 結 語

該項目屬于院區(qū)改造工程,各機電系統(tǒng)均需與一期現(xiàn)有系統(tǒng)統(tǒng)籌考慮合理對接,改造過程不能影響醫(yī)院正常運營,設計及施工配合難度均大于常規(guī)新建醫(yī)院項目。此外,本項目為北京市“一會三函”項目,“一會”指集體會議審議決策,“三函”指建設項目前期工作函、設計方案審查意見函、施工意見登記函。施工主體結構封頂后可行性研究報告才批復,項目即將竣工投入使用,初步設計還正在審批過程中。所有建設程序倒置,配合施工過程要嚴控預算,規(guī)避超可研投資無法竣工決算風險。

近幾年,國家大力發(fā)展裝配式建筑,各種裝配廠商技術不斷完善,今后醫(yī)療建筑整體裝配比率越來越高,現(xiàn)場施工更快捷高效,自動化程度更高。作為機電工程師要有一體化思維,加強新技術應用研究,結合新材料工藝,考慮建設施工成本,設計更先進合理的工程項目。