隨著國家住宅工業(yè)化進(jìn)程的加快，已有大量的預(yù)制裝配式住宅建成投入使用，本文以住宅傳統(tǒng)內(nèi)裝為基礎(chǔ)，分析了我國裝配式剪力墻住宅預(yù)制構(gòu)件中機(jī)電管線預(yù)留預(yù)埋的設(shè)計(jì)方法，并提出了對(duì)實(shí)現(xiàn)內(nèi)裝工業(yè)化的機(jī)電設(shè)計(jì)展望。
引言
預(yù)制裝配式住宅，顧名思義就是用工廠預(yù)制的構(gòu)件在現(xiàn)場(chǎng)裝配而成的住宅。而裝配式剪力墻住宅，是指結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件主要由鋼筋混凝土墻體來承擔(dān)的裝配式住宅。近年來，隨著國家住宅工業(yè)化進(jìn)程的加快，已有大量的裝配式剪力墻住宅建成投入使用，這種建筑建造速度快、節(jié)約人力成本，并很大程度上提高了建筑質(zhì)量。
裝配式剪力墻住宅常用技術(shù)主要有：保溫裝飾一體化混凝土外墻板、預(yù)制樓梯、預(yù)制陽臺(tái)板、疊合樓板等結(jié)構(gòu)工業(yè)化技術(shù)以及整體衛(wèi)浴、整體廚房、架空地板、同層排水等內(nèi)裝工業(yè)化技術(shù)。其中內(nèi)裝工業(yè)化技術(shù)的應(yīng)用很大程度受住宅交付使用形式的制約。
目前，我國住宅仍以傳統(tǒng)裝修為主，內(nèi)裝工業(yè)化技術(shù)還未全面普及推廣，因此，在預(yù)制結(jié)構(gòu)體上的預(yù)留預(yù)埋則是當(dāng)下機(jī)電設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。下面對(duì)這種形式下的裝配式剪力墻住宅機(jī)電管線預(yù)留預(yù)埋設(shè)計(jì)進(jìn)行分析總結(jié)。
裝配式住宅機(jī)電管線預(yù)留預(yù)埋設(shè)計(jì)
毛坯房中電氣設(shè)備管線及采暖設(shè)備管線一般安裝到位，給排水管線只預(yù)留總管。一部分簡(jiǎn)裝房，則是在毛坯房基礎(chǔ)上將衛(wèi)生間潔具安裝到位。在這種形式下，機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)及管線敷設(shè)基本沿用了現(xiàn)行的常規(guī)做法：地暖、給水管線墊層敷設(shè)、排水管線異層敷設(shè)、電氣管線澆筑于結(jié)構(gòu)體內(nèi)。
裝配式住宅機(jī)電的關(guān)鍵技術(shù)就是做好預(yù)制結(jié)構(gòu)體內(nèi)管線的預(yù)留預(yù)埋。設(shè)計(jì)人員需在設(shè)計(jì)階段精確定位設(shè)備管線并與土建構(gòu)件一起生成BIM 模型提供給預(yù)制構(gòu)件廠，預(yù)制人員按照?qǐng)D紙，根據(jù)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各預(yù)制板、墻中的線、盒、箱、套管、洞等進(jìn)行精確定位的預(yù)留預(yù)埋。
電氣管線
電線管的預(yù)留預(yù)埋在機(jī)電中占非常大的比重。對(duì)于毛坯交房的住宅，電線管基本上是澆筑在結(jié)構(gòu)體內(nèi)的：預(yù)制墻體內(nèi)的電線管及線盒，是隨結(jié)構(gòu)體在工廠內(nèi)一次性澆筑成型的；當(dāng)采用疊合樓板時(shí)，水平電線管，是敷設(shè)在樓板的現(xiàn)澆疊合層內(nèi)，仍需要在現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)完成。疊合板現(xiàn)澆層厚度的確定除考慮結(jié)構(gòu)安全外，還要考慮走線的要求，若管線敷設(shè)出現(xiàn)交叉的情況，現(xiàn)澆層的厚度至少需要80mm。
進(jìn)行管線優(yōu)化布置，減少管線交叉是電氣設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，合理的設(shè)計(jì)可減小結(jié)構(gòu)層厚度，從而降低工程造價(jià)。
1 點(diǎn)位預(yù)留
為方便和規(guī)范構(gòu)件制作，在預(yù)制件中預(yù)留的箱體、接線盒應(yīng)遵照預(yù)制件的模數(shù)，在預(yù)制構(gòu)件上準(zhǔn)確和標(biāo)準(zhǔn)化定位。在預(yù)制墻體上設(shè)置的插座、開關(guān)、弱電設(shè)備、消防設(shè)備等需要在設(shè)計(jì)階段提前預(yù)留接線盒，這里采用標(biāo)準(zhǔn)的86型接線盒為宜。另外，疊合樓板內(nèi)的照明燈具、消防探測(cè)器等設(shè)備需要預(yù)留深型接線盒，以便與疊合樓板現(xiàn)澆層內(nèi)的管線相連接（詳見圖1），接線盒的具體位置應(yīng)先由電氣專業(yè)做初步定位，再由結(jié)構(gòu)專業(yè)做精確定位。
2 點(diǎn)位綜合
電氣專業(yè)系統(tǒng)眾多，每個(gè)系統(tǒng)都有單獨(dú)的一套圖紙，為確保預(yù)制件中的設(shè)備點(diǎn)位齊全，避免在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行剔鑿、切割時(shí)傷及預(yù)制構(gòu)件，應(yīng)將各系統(tǒng)所需的預(yù)留孔洞、預(yù)埋件綜合在一張圖紙上，方便查漏補(bǔ)缺的同時(shí)也便于檢查各個(gè)系統(tǒng)間的設(shè)備點(diǎn)位是否存在沖突、管線路徑是否重合，在設(shè)計(jì)階段能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并將其解決。
3 管線預(yù)留
設(shè)備管線應(yīng)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，減少平面交叉，由于裝配式建筑的特殊形式，其內(nèi)部的管道綜合尤為重要。當(dāng)水平管線必須暗敷時(shí)，應(yīng)敷設(shè)于疊合樓板的現(xiàn)澆層內(nèi)，采用包含BIM技術(shù)在內(nèi)的多種手段開展三維管線綜合設(shè)計(jì)，避免在同一地點(diǎn)出現(xiàn)多根電氣管線交叉敷設(shè)的現(xiàn)象。
混凝土結(jié)構(gòu)裝配式建筑中，電氣豎向管線宜集中敷設(shè)，滿足維修更換的需要；鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑中無須穿鋼梁的豎向管線宜集中敷設(shè)，必須穿鋼梁的豎向管線宜分散敷設(shè)以確保結(jié)構(gòu)的安全性。
此外，鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑應(yīng)盡量避免豎向管線穿越鋼梁及在有梁處布置需要由頂板敷設(shè)至墻面的管線。公共區(qū)域應(yīng)盡量選用燈頭自帶聲光控開關(guān)的燈具，聲光警報(bào)器、應(yīng)急廣播盡量選用吸頂安裝的方式，另外可通過電井內(nèi)明敷的方式減少穿鋼梁的暗埋管線。
4 管線銜接
管線間的銜接十分關(guān)鍵，主要分為預(yù)制構(gòu)件之間的管線及預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)澆層中管線之間的銜接，若連接不好，輕則影響建筑的美觀，重則會(huì)破壞結(jié)構(gòu)的墻體以及梁板。
預(yù)制墻內(nèi)的管線與現(xiàn)澆層內(nèi)管線連接一般有向上接及向下接兩種方式。依據(jù)管線最短原則，距地面近的插座等可采用向下與現(xiàn)澆層內(nèi)管線連接；距樓面近的開關(guān)等可采用向上與現(xiàn)澆層內(nèi)管線連接的方法。需要特別注意的是，預(yù)制墻內(nèi)預(yù)埋線路與現(xiàn)澆相應(yīng)線路連接時(shí)，墻面預(yù)埋盒上（下）應(yīng)預(yù)留接線空間，一般為150mm( 寬)x150mm( 高)x80mm(深)， 連接后用混凝土澆筑。
對(duì)于插座、戶內(nèi)配電（線）箱等，由于管線是由設(shè)備向下敷設(shè)至本層樓板內(nèi)的現(xiàn)澆層，與現(xiàn)澆層內(nèi)的水平管線連接以確保管線之間能夠順利連接，所以通常在預(yù)制墻體下方的連接處留有管線連接孔洞，詳見圖2。
圖2 管線連接預(yù)留孔洞
對(duì)于戶內(nèi)的照明開關(guān)、公共區(qū)域的手動(dòng)報(bào)警按鈕和消火栓按鈕、安全出口指示燈具等設(shè)備管線需要與上一層疊合板現(xiàn)澆層內(nèi)的水平管線連接，通常在預(yù)制墻體上方的連接處留有管線連接孔洞。
由于向上敷設(shè)管線可能需要穿結(jié)構(gòu)梁，因此預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)梁應(yīng)提前在疊合梁中預(yù)留管線；鋼結(jié)構(gòu)梁需提前預(yù)留孔洞（預(yù)留位置不應(yīng)影響結(jié)構(gòu)安全），以便于預(yù)制墻體中的豎向管線連接，詳見圖3。
防雷與接地
裝配式住宅的防雷等級(jí)劃分原則、防雷措施以及接地做法等與非裝配式住宅相同，且均是優(yōu)先利用鋼筋混凝土中的鋼筋作為防雷裝置，區(qū)別主要在于防雷接地的具體做法。住宅的防雷設(shè)計(jì)首先要確定防雷等級(jí)，然后采取相應(yīng)的防雷措施，防雷措施又分為外部防雷措施（直擊雷、側(cè)擊雷）、內(nèi)部防雷措施（防閃電感應(yīng)、防反擊以及防閃電電涌侵入和防生命危險(xiǎn)）以及防雷擊電磁脈沖。
在防直擊雷措施方面，裝配式住宅與普通住宅相同，均是在屋頂設(shè)置接閃器，利用柱內(nèi)或剪力墻內(nèi)鋼筋作為防雷引下線，借用建筑物基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋作為接地極，其中接閃器以及接地極的做法相同，主要的差異在于防雷引下線的做法：對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)形式的裝配式住宅，可以利用鋼結(jié)構(gòu)中的鋼柱作為防雷引下線；對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)的裝配式住宅，可以采用預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)柱或剪力墻內(nèi)滿足防雷要求的鋼筋作為防雷引下線，并確保接閃器、引下線及接地極之間通長、可靠的連接。
裝配整體式框架結(jié)構(gòu)中，框架柱的縱筋連接宜采用套筒灌漿連接；裝配式整體剪力墻結(jié)構(gòu)中，預(yù)制剪力墻豎向鋼筋的連接可根據(jù)不同部位，分別采用套筒灌漿連接、漿錨搭接連接。套筒灌漿連接與漿錨搭接連接做法大同小異，即一側(cè)柱體端部為鋼套筒，另一側(cè)柱體端部為鋼筋，鋼筋插入套筒后注漿，鋼筋與套筒之間隔著混凝土砂漿。由于鋼筋之間不連續(xù)，不能滿足電氣貫通的要求，因此，若采用實(shí)體柱內(nèi)的鋼筋作為防雷引下線，同時(shí)連接處采用套筒灌漿連接或漿錨搭接連接，則連接處需采用同等截面積的鋼筋進(jìn)行跨接，以達(dá)到電氣貫通的目的，具體做法詳見圖5。
在防側(cè)擊雷措施方面，裝配式住宅防側(cè)擊雷的設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于均壓環(huán)和外墻上的欄桿、門窗以及太陽能熱水器、太陽能面板等較大金屬物防雷接地的做法：普通住宅一般采用結(jié)構(gòu)圈梁內(nèi)滿足防雷要求的主筋可靠連接作為均壓環(huán)；混凝土結(jié)構(gòu)裝配式住宅的結(jié)構(gòu)梁一般采用疊合梁，可以利用疊合梁（圈梁）現(xiàn)澆層中滿足防雷要求的主筋可靠連接作為均壓環(huán)；鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅的圈梁為鋼結(jié)構(gòu)且施工時(shí)均可靠連接，可以直接利用每層的鋼結(jié)構(gòu)圈梁作為均壓環(huán)。
排水管線
住宅產(chǎn)業(yè)化的要求和建筑技術(shù)的提高，使衛(wèi)生間同層排水技術(shù)得到了一定的發(fā)展。但在現(xiàn)階段毛坯房衛(wèi)生間設(shè)計(jì)基本上仍沿用了異層排水的形式。原因是毛坯房交房時(shí)衛(wèi)生潔具無法安裝到位，即使是安裝到位的簡(jiǎn)裝房，衛(wèi)生潔具采購的也是市面上價(jià)格較便宜的產(chǎn)品，而同層排水對(duì)潔具及管道都有特殊的要求，價(jià)格也相對(duì)要高。
為減少不同形式預(yù)制板數(shù)量，節(jié)約成本，裝配式住宅衛(wèi)生間等管線較多區(qū)域一般采用現(xiàn)澆樓板，現(xiàn)場(chǎng)定位。當(dāng)采用疊合樓板時(shí)，設(shè)計(jì)人員則要在圖紙上精確定位每一個(gè)排水管孔洞。在加工廠內(nèi)要根據(jù)準(zhǔn)確定位的設(shè)計(jì)圖紙將每一個(gè)排水點(diǎn)在預(yù)制疊合板上進(jìn)行留洞，在施工現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)澆層內(nèi)對(duì)照原先預(yù)留好的預(yù)留洞口，進(jìn)行同樣規(guī)格的二次留洞，預(yù)留洞孔徑一般比排水管道外徑大50mm~100mm。
給水管線
毛坯房給水管的敷設(shè)方式主要有沿室內(nèi)樓板下明裝敷設(shè)、在樓（地）面的墊層內(nèi)敷設(shè)或沿墻在管槽內(nèi)敷設(shè)。
在我國北方地區(qū)，由于做地板采暖需一定厚度的墊層，所以給水管一般與采暖管一起敷設(shè)在墊層內(nèi)；南方地區(qū)則多明裝在樓板下，由住戶二次裝修時(shí)處理。接給水點(diǎn)的垂直管線一般均為暗裝，需在墻板上預(yù)留出至少60mmx40mm（寬x深）的墻槽，這對(duì)于預(yù)制剪力墻是很難實(shí)現(xiàn)的。
圖5為某項(xiàng)目一塊預(yù)制剪力墻開墻槽的設(shè)計(jì)圖，圖中兩對(duì)墻槽，左側(cè)為1.2m 高的燃?xì)鉄崴骼錈崴茴A(yù)留墻槽，右側(cè)為0.55m高的洗菜盆冷熱水管預(yù)留墻槽。預(yù)制墻體厚度為200mm，墻體內(nèi)鋼筋邊距墻內(nèi)皮只有35mm 左右，如果按40mm 深預(yù)留，鋼筋只能外漏，而實(shí)際上鋼筋尚需至少15mm 的保護(hù)層，對(duì)于右側(cè)墻槽只涉及到少量鋼筋時(shí)，可局部鋼筋打彎避開，而對(duì)于左側(cè)墻槽，大量鋼筋外漏，很難處理。經(jīng)與結(jié)構(gòu)專業(yè)人員協(xié)商，留出15mm 深墻槽，管線砂漿保護(hù)層不得小于10mm，需在二次裝修時(shí)增加裝飾面厚度。要注意的是開槽位置一定要避開結(jié)構(gòu)墻連接套筒的部位，見圖6豎向鋼筋底部，套筒比鋼筋粗，無法再開槽。
在預(yù)制裝配式住宅設(shè)計(jì)中，我們應(yīng)與建筑專業(yè)密切配合，通過調(diào)整房間布局，避免將給水點(diǎn)設(shè)在預(yù)制剪力墻上，否則不僅二次裝修時(shí)墻體加厚，占用室內(nèi)空間，還會(huì)增加預(yù)制板規(guī)格，增加造價(jià)。
供暖管線
現(xiàn)階段毛坯房供暖系統(tǒng)主要為散熱器供暖及熱水地板輻射供暖兩種方式。且管線及設(shè)備均安裝到位。
1 點(diǎn)采用散熱器供暖
一般情況下，為保證供暖效果，散熱器宜在外墻安裝。裝配式剪力墻住宅建筑的外墻一般采用預(yù)制夾芯保溫外墻板，無法現(xiàn)場(chǎng)打孔，所以預(yù)制外墻上安裝的散熱器支托架螺栓，必須在工廠預(yù)留好。由于不同形式的散熱器或同一形式不同片數(shù)散熱器支托架位置都有所不同，從而增加了預(yù)制板的規(guī)格數(shù)量，基于上述原因，現(xiàn)有預(yù)制裝配式住宅很少采用散熱器供暖的方式。統(tǒng)一預(yù)制板的規(guī)格，可以使預(yù)制裝配式住宅選擇散熱器供暖形式不再受限。
在設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)不同形式的散熱器或同一形式不同片數(shù)散熱器支托架位置，可以總結(jié)出一定的設(shè)置規(guī)律，通過適當(dāng)增加預(yù)埋螺栓孔的數(shù)量，從而統(tǒng)一預(yù)制板的規(guī)格，使預(yù)制墻板標(biāo)準(zhǔn)化。
圖7為目前住宅常用三種散熱器在客廳外墻上布置圖，對(duì)于1800mm 高的柱形鋼管散熱器最少3 個(gè)，最多8個(gè)螺栓可滿足4片~9片散熱器托架要求；對(duì)于銅鋁復(fù)合散熱器502系列由于單片散熱量較大，最少3個(gè)，最多5個(gè)螺栓就可以滿足要求。
對(duì)于預(yù)制裝配式住宅，我們希望業(yè)主能在預(yù)制板加工前確定散熱器形式，每一種外墻我們可以按照最多散熱器數(shù)量預(yù)留螺栓，從而有效地減少了預(yù)制板數(shù)量，降低了造價(jià)。
2 采用熱水地板輻射供暖
熱水地板輻射供暖從安裝方式上主要有混凝土填充式、預(yù)置溝槽保溫板及預(yù)置輕薄供暖板�；炷撂畛涫剑怯盟嗌皾{或豆石混凝土作為固定加熱管的填充層，雖未埋設(shè)在結(jié)構(gòu)層內(nèi)，但現(xiàn)場(chǎng)填充，仍為濕法施工，與裝配式建筑理念不符，但由于價(jià)格便宜，目前應(yīng)用較多。
預(yù)置溝槽保溫板及預(yù)置輕薄供暖板均為工廠預(yù)制，按一定的模數(shù)制成板塊，現(xiàn)場(chǎng)拼裝。這兩種干式地暖安裝方式體現(xiàn)了裝配式建筑的節(jié)材、降低現(xiàn)場(chǎng)揚(yáng)塵及提高安裝效率的特點(diǎn)，是裝配式建筑應(yīng)提倡和推廣的技術(shù)。
裝配式住宅機(jī)電設(shè)計(jì)展望
近年來隨著人們對(duì)可直接入住的高品質(zhì)精裝修房的需求越來越大，內(nèi)裝工業(yè)化體系中的整體廚房、整體衛(wèi)浴、架空地板技術(shù)等也在一些示范項(xiàng)目中得到了應(yīng)用。2010年住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)部了《CSI住宅建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》（試行），為我國工業(yè)化住宅明確了發(fā)展方向。其核心內(nèi)容之一即為“所有機(jī)電管線應(yīng)與結(jié)構(gòu)體分離”。這樣不僅省去了在結(jié)構(gòu)體內(nèi)預(yù)留預(yù)埋設(shè)備管線的過程，主要使設(shè)備管線具有了可維修性和可更替性，從而延長住宅的使用壽命。借鑒日本KSI住宅經(jīng)驗(yàn)，可采用的機(jī)電技術(shù)主要有：
一、電線管及通風(fēng)管在吊頂內(nèi)安裝，給排水及采暖干管敷設(shè)在架空地板內(nèi)。
二、貼面墻技術(shù)。隔墻內(nèi)部空間敷設(shè)機(jī)電管線，即所謂的雙層貼面墻；外墻與室內(nèi)裝飾面層間作為機(jī)電管線敷設(shè)的空間。
三、采用排水集合器的技術(shù)。在公共空間管道井設(shè)置公用立管，室內(nèi)各衛(wèi)生器具排水橫管以一定坡度接至排水集合器再與公用立管相接；室內(nèi)采用同層排水技術(shù)。
四、施工現(xiàn)場(chǎng)拼裝的整體浴室技術(shù)。
五、采用預(yù)制模塊化供暖板直接鋪設(shè)于架空地板上，供暖干管敷設(shè)于架空地板下方的干式地暖技術(shù)。
在住宅工業(yè)化推進(jìn)過程中，發(fā)現(xiàn)我們很難完全復(fù)制國外的先進(jìn)技術(shù)。除了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)及通用性部品工作滯后的原因外，還有經(jīng)濟(jì)的原因、結(jié)構(gòu)體系不同的原因等。我們需要找到一種近期可實(shí)現(xiàn)的裝配式建筑機(jī)電技術(shù)體系。
結(jié)語
“十三五”期間，全國仍有大量保障性住房需要建設(shè)，為住宅工業(yè)化的發(fā)展提供了良好契機(jī)。在現(xiàn)有的預(yù)制裝配式住宅體系下，通過利用合理的豎井布置及管線排布，降低管線占用空間高度，最大限度地在滿足管線可維修和更新的情況下降低成本，是機(jī)電設(shè)計(jì)的關(guān)鍵；配合做好預(yù)制構(gòu)件預(yù)留預(yù)埋是機(jī)電設(shè)計(jì)師的責(zé)任，如何在設(shè)計(jì)方法上引導(dǎo)大眾使用習(xí)慣，實(shí)現(xiàn)附合我國國情的工業(yè)化住宅體系，是廣大設(shè)計(jì)師的奮斗目標(biāo)。
