裝配式建筑電氣設(shè)計(jì)優(yōu)化探究

【摘要】研究過(guò)程以鋁?，F(xiàn)澆裝配式建筑為分析對(duì)象，根據(jù)民用建筑電氣設(shè)計(jì)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范，文章結(jié)合該項(xiàng)目的特點(diǎn)，從電氣管井、照明、防雷設(shè)施、強(qiáng)弱電箱四個(gè)方面出發(fā)，開(kāi)展設(shè)計(jì)優(yōu)化。重點(diǎn)討論了電氣管井凈深、照明燈具的照度標(biāo)準(zhǔn)值和功率密度值、防雷等級(jí)劃分和防雷設(shè)施體系、電箱定位等內(nèi)容的設(shè)計(jì)方法，制定了可行的實(shí)施方案，為同類(lèi)建筑物提供參考借鑒。

【關(guān)鍵詞】裝配式建筑；電氣設(shè)計(jì)優(yōu)化；照明設(shè)計(jì)；防雷設(shè)計(jì)；強(qiáng)弱電箱定位

【中圖分類(lèi)號(hào)】TU85 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-6028（2024）09-0116-03

0 引言

裝配式建筑中存在大量的預(yù)制構(gòu)件，而建筑電氣設(shè)計(jì)需要進(jìn)行預(yù)留、預(yù)埋，因此電氣設(shè)計(jì)必須根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)提前進(jìn)行提資，與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆類(lèi)建筑物相比，其設(shè)計(jì)方法既有共性也有差異。借鑒傳統(tǒng)建筑電氣設(shè)計(jì)，本研究提出了裝配式建筑電氣系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)重點(diǎn)和方法，有助于推動(dòng)該領(lǐng)域的創(chuàng)新和發(fā)展。

1 工程背景

某高層住宅項(xiàng)目占地面積為12.01萬(wàn) m2，總建筑面積約為45萬(wàn) m2，建設(shè)內(nèi)容包括18棟高層住宅（樓層30～33層）、配套商業(yè)建筑設(shè)施（面積4 600 m2）、地下車(chē)庫(kù)（面積7.01萬(wàn) ㎡）以及配套物業(yè)。項(xiàng)目采用鋁?，F(xiàn)澆裝配式建造體系，結(jié)合了現(xiàn)澆施工工藝和預(yù)制裝配式施工工藝的優(yōu)點(diǎn)。預(yù)制部分包括陽(yáng)臺(tái)、樓梯、內(nèi)置隔墻板等標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件，外墻為全現(xiàn)澆施工，利用鋁合金模板和爬架逐層推進(jìn)。

2 裝配式建筑電氣設(shè)計(jì)優(yōu)化內(nèi)容及方法

2.1 電氣管井優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1.1 電氣管井分類(lèi)及問(wèn)題描述

電氣管井分為強(qiáng)電井和弱電井，強(qiáng)電井內(nèi)裝有公共照明電箱、進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)總電箱、入戶(hù)線(xiàn)纜、電纜線(xiàn)槽等強(qiáng)電設(shè)備，弱電井內(nèi)裝有通信線(xiàn)路、視頻監(jiān)控線(xiàn)路、電話(huà)線(xiàn)、有線(xiàn)電視線(xiàn)路、消防報(bào)警線(xiàn)路等弱電設(shè)備。在高層住宅建筑中，電氣管井通常被設(shè)計(jì)為通用性的公共模塊，以便在整個(gè)建筑中實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。每個(gè)樓層的電氣管井采用相同的設(shè)計(jì)方案，這樣做不僅有助于簡(jiǎn)化施工過(guò)程，還能確保電氣系統(tǒng)的一致性。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)，施工團(tuán)隊(duì)可以更加高效地進(jìn)行安裝和維護(hù)工作，同時(shí)也便于未來(lái)的檢修、升級(jí)等作業(yè)。電氣管井作為公攤面積的重要組成部分，在設(shè)計(jì)時(shí)既要滿(mǎn)足使用需求，又要盡量減少其在建筑面積中的占比[1]。

2.1.2 規(guī)范要求及設(shè)計(jì)調(diào)研

1）設(shè)計(jì)規(guī)范及要求。根據(jù)GB 51348—2019《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，豎井內(nèi)箱體前后的操作空間不應(yīng)＜0.8 m。GB 50352—2005《民用建筑設(shè)計(jì)通則》規(guī)定電氣豎井的凈寬度不宜＜0.8 m，高層建筑弱電電井的凈寬度不宜＜0.6 m。

2）電井凈深設(shè)計(jì)調(diào)研。規(guī)范中對(duì)電氣管井的寬度作出了規(guī)定，但并未提及凈深。顯然，寬度和深度都能影響管井的面積和建筑公攤，因此采用調(diào)研的方式對(duì)比不同項(xiàng)目中電氣管井的凈深[2]。項(xiàng)目建設(shè)單位是大型房地產(chǎn)企業(yè)，擁有較多自建樓盤(pán)，調(diào)研對(duì)象為競(jìng)品樓盤(pán)和自建樓盤(pán)，調(diào)研結(jié)果見(jiàn)表1。在電井凈深這一指標(biāo)中，大部分樓盤(pán)的選擇在800 mm以?xún)?nèi)，其中以800 mm凈深占比最大。

3）優(yōu)化設(shè)計(jì)。為減少公攤面積，項(xiàng)目采用強(qiáng)弱電井合并的結(jié)構(gòu)，即設(shè)計(jì)一個(gè)共用的豎井整合。設(shè)計(jì)人員將強(qiáng)電配電箱與弱電設(shè)施錯(cuò)層布置，這一措施降低了對(duì)電井尺寸的要求。電井寬度設(shè)計(jì)為1.4 m，大于規(guī)范要求的0.8 m，電井深度根據(jù)調(diào)研結(jié)果設(shè)計(jì)為0.8 m，為設(shè)備維護(hù)和操作提供了充足的空間。

2.2 照明優(yōu)化設(shè)計(jì)

1）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。照明設(shè)計(jì)是住宅建筑電氣設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容，其設(shè)計(jì)依據(jù)為GB 50034—2013《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。照度標(biāo)準(zhǔn)值反映出單位面積上接收的可見(jiàn)光能量，照明功率密度限值指明了每平方米內(nèi)所需安裝的燈具功率。

2）基本設(shè)計(jì)方法。照度設(shè)計(jì)可采用平均照度法或單位容量計(jì)算法，以前者為例，其計(jì)算方法如式（1）所示。

（1）

式中：Eav為平均照度值；N為光源的數(shù)量；為每盞照明燈具的光通量；U為光照的利用系數(shù)；A為空間面積；K為燈具的維護(hù)系數(shù)[3]。

關(guān)于維護(hù)系數(shù)，如果燈具設(shè)置在臥室、餐廳、客房、起居室等相對(duì)干凈的環(huán)境內(nèi)，K的取值為0.8，如果燈具位于廚房?jī)?nèi)，則維護(hù)系數(shù)降低至0.6。照明功率密度（lighting powerdensity，LPD）的計(jì)算方法如式（2）所示。

LPD=E/P" " " " " " " " " " " " " " " " （2）

式中：E為照度；P為燈具的功率。

3）優(yōu)化設(shè)計(jì)示例。該項(xiàng)目所有照明光源均為L(zhǎng)ED燈具，與熒光燈相比，LED光源具有光通量高、功率低的特點(diǎn)，在節(jié)能方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。以地下車(chē)庫(kù)為例，介紹照明優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。車(chē)庫(kù)的照度標(biāo)準(zhǔn)值為30 lx，照明功率密度控制在1.8 W/m2以?xún)?nèi)，地下車(chē)庫(kù)為矩形平面，燈具控制方式為微波感應(yīng)、紅外感應(yīng)，同時(shí)配備有自帶蓄電池應(yīng)急照明。車(chē)庫(kù)照度計(jì)算過(guò)程如下[4] 。

將計(jì)算區(qū)域的長(zhǎng)度L、寬度B、空間高度H取值為15.60、11.20、2.65 m，在計(jì)算區(qū)域內(nèi)單個(gè)LED照明光源的功率為18 W，其光通量為1.9 klm，利用系數(shù)取值為0.82，則需要配置的光源數(shù)量如式（3）所示。

（3）

因此在計(jì)算區(qū)域內(nèi)應(yīng)配置4盞18 W的LED燈具。

根據(jù)式（3）計(jì)算，設(shè)定Eav的標(biāo)準(zhǔn)值為30 lx，在實(shí)際計(jì)算中，Eav的值為4×1 900×0.82×0.8÷（15.6

×11.2），計(jì)算結(jié)果為28.53 lx，略低于標(biāo)準(zhǔn)值，但仍能滿(mǎn)足使用要求。實(shí)際照明功率密度為18×4÷（15.6×11.2），得到結(jié)果為0.412 W/m2，小于目標(biāo)值1.8 W/m2，表明設(shè)計(jì)性能達(dá)標(biāo)。

2.3 防雷優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.3.1 設(shè)計(jì)規(guī)范

建筑物的防雷設(shè)計(jì)主要依據(jù)GB 50057—2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》，其中防雷等級(jí)被劃分為三個(gè)級(jí)別。對(duì)于民用高層建筑，當(dāng)其高度＞100 m時(shí)，屬于一級(jí)防雷；當(dāng)高度在50～100 m時(shí)，屬于二級(jí)防雷；50 m以下的民用建筑屬于三級(jí)防雷，不同等級(jí)的防雷建筑對(duì)防雷措施提出了差異化的要求[5]。防雷等級(jí)的劃分還可以依據(jù)基于雷擊次數(shù)，住宅類(lèi)建筑的分類(lèi)依據(jù)見(jiàn)表3。關(guān)于預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)N′，計(jì)算方法如式（4）、式（5）所示。

N′= K′.Ng .Ae" " " " " " " "（4）" " " " " " " " " " " " " " " " "（5）

式中：Ng為所在地區(qū)雷擊大地的年平均密度；Ae為計(jì)算區(qū)域的等效面積；K′為校正系數(shù)；L′為建筑物的長(zhǎng)度；W為建筑物的寬度；H為建筑物的高度。

2.3.2 防雷裝置及設(shè)計(jì)要求

防雷裝置主要由接閃器、引下線(xiàn)和接地裝置三大部分組成。為確保高層建筑在雷電天氣中的安全，接閃器通常采用熱鍍鋅圓鋼制成的接閃網(wǎng)，這種接閃網(wǎng)能夠有效地引導(dǎo)雷電電流，從而保護(hù)建筑物免受雷擊損害。此外，接閃短桿也是一種常見(jiàn)的接閃器形式，同樣具備引導(dǎo)雷電電流的功能。具體實(shí)踐中，接閃器通常安裝在建筑物的頂部或其他關(guān)鍵部位，以確保整個(gè)建筑的防雷效果。引下線(xiàn)則負(fù)責(zé)將接閃器吸引的雷電電流安全地傳導(dǎo)至接地裝置，接地裝置則將電流導(dǎo)入地下，從而避免電流對(duì)建筑物內(nèi)部設(shè)備以及人員造成危害。整個(gè)防雷裝置的設(shè)計(jì)及安裝工作，需要嚴(yán)格遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，確保其在實(shí)際應(yīng)用中能夠發(fā)揮出應(yīng)有的作用。以接閃網(wǎng)為例，其設(shè)計(jì)規(guī)格與建筑物的防雷等級(jí)密切相關(guān)，接閃網(wǎng)的網(wǎng)格尺寸與防雷等級(jí)的關(guān)系見(jiàn)表4。引下線(xiàn)可采用熱鍍鋅圓鋼或者鍍鋅扁鋼，圓鋼直徑≥12 mm，扁鋼的厚度和截面積≥4 mm、100 m2。接地網(wǎng)設(shè)置在建筑的基礎(chǔ)部分，可采用接地扁鋼或者鍍鋅圓鋼，埋設(shè)深度≥0.6 m。引下線(xiàn)將接閃器和接地網(wǎng)連接在一起，雷擊產(chǎn)生的瞬時(shí)電流可通過(guò)這一路徑導(dǎo)入地下。

2.3.3 防雷優(yōu)化設(shè)計(jì)示例

項(xiàng)目所在地區(qū)屬于雷暴多發(fā)區(qū)，年平均雷暴天數(shù)可達(dá)到78 d。以7#住宅樓為例，其長(zhǎng)、寬、高分別為34.5、32.2、93.0 m。根據(jù)式（4）和式（5），可以計(jì)算出該地區(qū)的預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)為0.361，超過(guò)了0.25，故屬于第二類(lèi)防雷建筑。其防雷設(shè)計(jì)方案為使用直徑為12 mm的鍍鋅圓鋼制作接閃網(wǎng)，網(wǎng)格大小為10 m×10 m，引下線(xiàn)和接地網(wǎng)均采用鍍鋅圓鋼。

2.4 強(qiáng)弱電箱的定位優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.4.1 裝配式建筑強(qiáng)弱電箱設(shè)計(jì)特點(diǎn)

在進(jìn)行強(qiáng)弱電箱設(shè)計(jì)的過(guò)程中，由于強(qiáng)弱電箱的布局以及安裝位置需要與建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況相匹配，因此電氣專(zhuān)業(yè)工程師需提前與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行充分的溝通，以確保電氣系統(tǒng)能夠高效運(yùn)行。特別是在鋁模裝配式建筑中，強(qiáng)弱電箱的定位設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑物相比存在一定的差異。由于預(yù)制構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化以及模塊化特點(diǎn)，強(qiáng)弱電箱的定位設(shè)計(jì)需要考慮到預(yù)制構(gòu)件的接口和連接方式，以確保電氣管線(xiàn)的順利布置，以及后期維護(hù)的便利性，主要區(qū)別見(jiàn)表5。

2.4.2 項(xiàng)目?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)方案

該項(xiàng)目每戶(hù)室內(nèi)空間都需要設(shè)置一個(gè)強(qiáng)電箱和弱電箱，強(qiáng)電箱長(zhǎng)、寬、高分別為475、240、95 mm，弱電箱長(zhǎng)、寬、高分別為300、200、100 mm。根據(jù)高度設(shè)計(jì)要求，強(qiáng)電箱底部距離樓地面高度為1.6 m，弱電箱高度為0.4 m。由電氣專(zhuān)業(yè)向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)提資，強(qiáng)電預(yù)留洞口尺寸為0.575 m×0.34 m×0.1 m，弱電預(yù)留尺寸為0.4 m×0.3 m×0.11 m。在裝配式建筑中，將電箱位置設(shè)置在現(xiàn)澆剪力墻上，這樣雖然有利于減少對(duì)預(yù)制結(jié)構(gòu)的干擾，卻降低了電箱的隱蔽性，因此在后期的裝修過(guò)程中需要對(duì)電箱采取裝飾性措施。

3 結(jié)語(yǔ)

裝配式建筑與傳統(tǒng)建筑在電氣設(shè)計(jì)方面存在一些差異，主要體現(xiàn)在電氣管井、照明燈具、防雷裝置、強(qiáng)弱電箱等方面，電氣專(zhuān)業(yè)必須向土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)提供電氣設(shè)計(jì)資料，以便后者制定預(yù)埋預(yù)留方案。從優(yōu)化設(shè)計(jì)的角度看，裝配式建筑的電氣管井要錯(cuò)層設(shè)置強(qiáng)弱電設(shè)施，以減小所需空間，與傳統(tǒng)建筑不同，其強(qiáng)弱電箱可優(yōu)先設(shè)置在現(xiàn)澆墻體上。在照明設(shè)計(jì)中應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范，進(jìn)行照度和功率密度計(jì)算，選擇靈活的控制方式，如紅外、電磁控制。在防雷設(shè)計(jì)中要根據(jù)建筑防雷等級(jí)，合理控制網(wǎng)格尺寸，避免過(guò)度設(shè)計(jì)。

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[作者簡(jiǎn)介]馬海祥（1987—），男，甘肅臨洮人，本科，工程師，研究方向：建筑電氣設(shè)計(jì)。