装配式住宅建筑电气设计方法探究
摘要：以陕西某小区装配式住宅楼为例，介绍装配式建筑电气设计要点，重点分析叠合楼板和预制墙板中电气设备的电气拆分方法，同时针对智慧建筑的发展方向，阐述基于信息化手段的装配式建筑智能化发展前景。
关键词：装配式建筑；电气设计；深化设计；预制构件；拆分设计；BIM技术；智能建筑；智慧建造
0引言
随着建筑工业化的发展，我国多次提出发展装配式建筑的政策要求，多个省市也下发了具体实施意见［1］，到2025年，我国新建建筑装配率需达到50%。电气专业作为装配式建筑中的重要部分，直接关系着后续施工效果，但由于预制混凝土（PC）构件内预埋管及预埋接线盒的数量、定位尺寸经常出现错误，而生产阶段是一步成型的，施工阶段易出现问题，因此预制构件的电气设计方法仍需不断完善［2-4］。本文以陕西某小区装配式住宅楼为例，介绍装配式住宅建筑电气设计的一般流程，以及预制构件中电气设备拆分设计方法，为相关专业设计人员提供参考，以免因设计阶段考虑不周而影响后续生产和施工。
1装配式建筑概况
装配式建筑是由结构系统、外维护系统、设备与管线系统、内装系统的主要部分采用预制构件集成的建筑［5］。装配式建筑分为三类：装配式混凝土结构建筑、装配式木结构建筑、装配式钢结构建筑［6］。本文主要研究装配式混凝土结构建筑，其中的预制构件包括：预制柱、预制梁、预制楼梯、预制复合墙板、预制叠合楼板等。涉及电气部分的预制构件主要有墙板和楼板。预制构件目前一般采用半预制半现场浇筑方式，具体方法为设计完成后进入生产车间，按拆分图纸生产预制构件，预留线槽、线盒和洞口，在施工现场进行装配、线管连接，完成后现场浇筑［7］。施工过程中禁止对构件进行再加工，开槽、凿洞和改变形状都会对建筑质量产生影响。因此在装配式建筑设计过程中，设计人员需要绘制施工图、深化图、拆分图，以免后续破坏构件，保证生产和施工正常进行。
2装配式住宅建筑电气设计要点分析
2.1项目简介
某装配式住宅小区位于陕西省南部，为装配式混凝土住宅建设试点项目。该小区包括200户，每户住宅占地232.45m2。建筑为钢筋混凝土框架支撑结构，楼板为钢筋桁架楼承板，墙板为现浇钢筋混凝土新型复合剪力墙结构，地下采用桩筏基础。建筑整体装配率达到85%，配套实施水暖电专业设计、生产和施工任务。
2.2装配式住宅建筑电气设计基本流程
电气设计人员在装配式住宅建筑电气设计过程中需要坚持完整性原则［8］。装配式住宅建筑的电气设计不同于传统住宅，需要进行深化设计和电气拆分设计。深化设计是指在施工图的基础上，结合各专业设计问题综合考虑，对各个强/弱配电箱、灯、开关、插座和洞口精准定位的同时进行尺寸标注。电气拆分设计是装配式住宅建筑电气设计的一大特点，同时也是难点。这一步需要设计、生产与施工三者之间密切配合。设计过程中结构专业设计人员对楼板和墙板进行结构拆分，电气专业设计人员在结构拆分图上进行电气拆分设计，主要设计任务是对每一块预制构件进行电气编号、预留线盒的精准定位、暗敷导管的具体定位、强/弱电箱的孔洞预留定位，确定线路大致走向，防雷接地线的型号及位置等。
2.3装配式住宅建筑电气深化设计方法
图1给出了本文工程案例中的装配式住宅建筑电气深化设计示例。由图1可以看出，在布置和定位卫生间灯具时，需要考虑卫生间内给排水专业设备及水管是否与电气设备碰撞，根据专业知识与设计经验给出定位尺寸。在起居室的空调预留洞口布置和定位时，需要考虑该洞口是否与室外雨水管碰撞。
2.4预制构件电气设备拆分设计方法
a.叠合楼板。预制楼板和现浇钢筋混凝土叠合楼板是装配式住宅建筑楼板采用的主要方式［9］。预制部分在生产车间生产，加工生产时根据电气拆分图来预留线盒、线管、洞口，加工完成的预制底板如图2所示；然后运送至施工现场进行安装固定，将线管穿钢筋铺设在预制底板上方，线管连接见图3；线管连接完成后进行现场浇筑，最后将叠合层抹平。叠合楼板的三维示意图如图4所示。b.复合墙板。涉及到电气的复合墙板，强电开关、插座接线盒、弱电接线盒、预留管线和洞口设计需要精确定位，因此在墙板电气拆分设计时，需要同时对比施工平面图、深化平面图、设备表、系统图来确定各个强/弱配电箱、开关、线盒、管线、洞口在墙板上的具体位置。根据施工图与深化图来确定其距墙边或门边的水平距离，设备表用来确定其距墙板底边的垂直距离，在涉及到配电箱的墙板时，需要利用施工图中的系统图以及平面布置图来确定管线走向，同时还需确定好配电箱每根进出线管之间的间距。在绘制电气拆分图时，要重点考虑各个开关、线盒、管线在墙板上的正反。结构专业提供的结构拆分图中注明了每面墙板的箭头方向，根据箭头方向，正面、背面及穿墙布置的线盒和管线在电气拆分图中的表达方式要进行区分。绘制完成后，检查各个开关、线盒、管线是否与预制复合墙板的肋梁和肋柱位置碰撞，应尽量将其放置在复合墙板中粉煤灰加气硅酸盐砌块区域位置，必要时可对原有电气设计平面图中各开关、线盒、管线的位置进行适当调整。装配式复合墙板电气拆分设计示意图如图5所示。
3装配式建筑智能化技术应用
随着智能化和信息化的不断发展，将智能化技术应用于装配式建筑已成为新时代装配式建筑发展的新趋势［10］。BIM技术是建筑智能化与信息化的产物，贯穿于整个项目建设周期，即包括设计、生产、建造、运营维护的全生命过程。BIM技术的可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图性、信息完备性、一体化和参数化等特点，将对装配式建筑在设计、生产、建造和运营维护的全过程产生巨大的影响［11-13］。
3.1设计方案优化
BIM技术可以实现各专业并行协同设计，系统信息实时更新交互，同时可以自动检查各专业之间的碰撞情况，代替人工绘制图纸过程中的碰撞考虑，使装配式建筑电气、智能化设计中的预留开关、线盒、管线、洞口设计更加准确合理。生成的碰撞检测报告，按照“检测→优化→再检测”的原则，不断完善设计方案，以保证装配式生产和施工的顺利进行。且三维视图更有利于设计模型可视化，从而提高设计精度和设计效率。3.2生产精度优化生产工厂在生产PC构件时可以通过BIM模型了解到各个构件的全部属性信息，通过标准化构件生产与3D打印等核心技术的集成作业，快速进行PC构件的规模化打印生产，提高构件精准度。
3.3施工进度优化
通过BIM三维模拟施工，预留开关、线盒、管线、洞口与结构钢筋或其他专业设备等是否冲突都一目了然。完成现浇预制模型以及现浇节点深化后，利用BIM可视化技术提前模拟现场装配，避免预制构件与现浇连接节点位置碰撞问题发生。同时还可以综图合各种碰撞结果，自动选取最优安装及施工方案。3.4运营维护控制优化基于BIM模型，整合项目各参与方和项目各阶段数据的信息至BIM数据库中，后期运营维护人员拥有访问该数据库的权限，利用BIM数据库的完整性和准确性，可以掌握建筑各种设备的实际运行情况，基于此进行运行状态的调整与各专业设备的维护，实现运营维护工作的可视化和智能化，构建完整的装配式建筑全生命周期控制体系。
4结语
目前，装配式住宅建筑正处于快速发展的状态，与装配式建筑配套的电气设计方法仍需不断完善。将原有的建筑电气设计方法与装配式住宅建筑相融合，结合建筑、结构、设备各专业技术，利用“施工图、深化图、拆分图”三步走的设计方法，精准完成装配式住宅建筑的电气设计工作，节省生产阶段时间成本，提高施工阶段装配建造效率。同时，未来的装配式建筑将利用信息化与智能化技术，全面提高装配式建筑的智慧化水平，实现装配式建筑的智慧建造。
周昕玮 于军琪 黄炜 张万虎 西安建筑科技大学
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