模块化集成建筑强弱电设计与施工技术

高冠新,赵宝军,彭建成,曾维来

(1.深圳市建筑工务署,广东 深圳 518027; 2.中建海龙科技有限公司,广东 深圳 518110)

0 引言

模块化集成建筑技术(modular integrated construction)是集成化、工业化程度更高的新型装配式建造技术。其将建筑物的结构、内装与外饰、强弱电、给排水与暖通等90%以上的元素在工厂自动化制造和系统化集成;现场只需吊装、处理模块拼接处的管线接驳及装饰等少量工作。大量减少现场作业,缓解高峰期资源需求和作业面冲突,是目前建造速度最快、工业化与集成化程度最高、废弃物排放最少的建造技术[2-6]。

中建海龙研发的模块化集成建筑,具有标准化设计、工厂化生产、一体化装修、便捷化施工和信息化管理“五化一体”的特点,是一种绿色低碳、高效、高品质的新型建造模式,在缩短工期、提高工程质量、解放现场劳动力、提高资源利用率、减少建筑垃圾排放等方面具有显著优势[7]。该建造方式可以实现现场施工和工厂生产同步进行,相较于传统建筑项目工期可缩短40%～90%;可实现95%以上的部品化率,结构、装修、设备一体化,高度工业化;现场工人减少60%以上,保证现场作业质量;工厂生产时材料浪费减少约25%,固废排放减少50%以上。模块化集成建筑吊装过程如图1所示。

图1 模块化集成建筑吊装过程Fig.1 Hoisting process of modular integrated building

模块化集成建筑技术的重点在于基于面向制造和装配设计理念的集成化设计,其要求建筑、结构、机电、内装等专业做到协同,并针对集成化和标准化的需求进行设计优化,既能满足模块单元的使用功能,又便捷模块单元的工厂生产和现场安装。本文将基于适用于抢险救灾项目的模块化集成建筑技术,研究强弱电的集成设计技术,并分析相关技术在深圳坝光国际酒店项目中的应用成效。

1 强弱电集成设计技术

模块化集成建筑的总体理念是将目标建筑进行拆分,以单独的空间小单元形式存在,进行拼装组合[8]。模块化集成建筑的拆分设计涉及建筑、结构、水暖电等专业[9]。

建筑结构的拆分通常只需考虑拆分后小单元间的联系是否相对独立,小单元组合安装后即可完成建筑主体[10-12]。但对于机电(水暖电专业)而言,并不能直接套用建筑结构的拆分方法。因为机电部分是多专业、多系统性的,类似人体的神经脉络,讲究“路”的概念,即从系统前端到末端都需保持联系与顺畅。为最大化满足模块化集成建筑的设计,机电部分拆分时,会将末端相对独立的单元做成一个整体;待建筑结构的小单元拼接后,再将末端机电与前端系统相连通,从形式上完成机电的内容。

模块化集成建筑机电中的强弱电系统与水暖专业有较大差异,主要是强弱电拼接过程中,需尽可能地减少“断点”,但又要在末端小单元中自成系统。因此,设计上预留与前端系统连接的统一接口,便可实现末端单元独立,与前端系统连接界面清晰明确,施工操作简单快速。

机电部分强弱电系统末端内容主要有:照明配电、弱电通信与智能化、火灾自动报警、防雷接地等。从以下几个方面进行模块单元的强弱电设计。

1.1 系统末端模块单元内全部安装到位

全部安装到位是指系统末端设备及管线安装完成后可以就单元模块进行调试与测试。这就要求强弱电末端系统内容需在模块单元完整地表达,单元内部作业均需在工厂内完成,模块运至现场后无需再操作。

从表4可以看出，不同处理的青稞产量均有差别，各处理折合产量在3 750～4 339.5 kg/hm2。其中，A5处理的产量最高，折合产量达4 339.5 kg/hm2，较A1增产15.72%；A4处理的产量居第二位，折合产量4 122 kg/hm2，较A1增产9.92%；A3产量居第三位，折合产量4 102.5 kg/hm2，较A1增产9.4%；A2产量居第四位，折合产量4 081.5 kg/hm2，较A1增产8.84%；对照处理产量最低，折合产量3750kg/hm2。从产量变化趋势来看，在氮肥和磷肥施用量固定的情况下，随着钾肥施用量的增加，青稞产量也不断增加。

系统末端,如模块单元的照明配电系统,内部将照明灯具、插座点位布置完成后,仅需从模块单元内的配电箱通电即可完成照明插座的调试与测试。如网络与通信,外界与单元模块内的弱电设备连通,内部的网络与通信即可正常使用。但也有模块单元无法自成系统内容,如防雷接地系统。

该系统是针对整体建筑而言的,单个模块单元无法直接体现整体效果,设计时应考虑多个模块连接时的预留作业面与连接方式。

1.2 模块单元设置统一的连接接口

模块单元内部按实施内容,最终以线管和设备的方式体现。模块间接口的线管数量较多,若没有统一的连接方式,在工厂施工及模块组装时,常会出现较多失误,从而影响单元模块的质量与施工工期。这里所说统一连接接口,指接口位置统一设置在某点处,或统一采用同等规格的产品,或两种的组合,如图2所示。

图2 统一接口的设置Fig.2 Setting of unified interface

以常规办公室单元模块为例。回路线管包括:照明(1)、插座(1)、动力(1)、火灾报警系统(2)、弱电智能化系统(3)。当模块单元内未设置强弱电箱时,模块拼接共有8根管需与前端系统连接。若接口不统一设置在同一位置,则显得极其凌乱。

1.3 设计需与实际施工方式紧密联系

模块化的建造方式决定了施工方式与传统项目施工有所不同。强弱电部分主要体现在线管施工时,路径选择有区别。例如,由钢柱钢梁构成的六面体边框,其顶棚与地面采用混凝土形式,传统插座的布置从墙面配电箱引线至地面,经地面再引至末端点位处。但模块单元中,墙面引线至地面时需绕过墙面与地面交线的钢结构梁,此处若裸露,严重影响美观。因此,只能考虑配电箱往天花引线,再经天花至墙面到达末端点位处,墙面与顶棚交线的钢结构处裸露部分以天花的形式遮盖。

2 项目应用

2.1 项目概况

深圳坝光国际酒店项目是深圳市用于对入境人员提供隔离及应急医疗服务的大型防疫项目,位于大鹏新区排牙山路两侧,占地面积8.1万m2,总建筑面积25.65万m2。建设内容包括6栋7层酒店、1栋7层宿舍、4栋18层高层酒店、1栋18层宿舍及医废处置站、污水处理站等独立配套用房。项目在多层酒店首层配置综合门诊部,可满足各类人员在隔离期间的需求。酒店建成后可满足隔离人数约4 400人(其中隔离人员3 800人、服务人员600人)。单栋按照隔离人员、服务人员分区分组团规划,统筹考虑防疫人员、应急基本医疗、警务安保、社区网格办公。国际酒店在疫情后将作为周边资源配套建筑,统筹做好“平战”功能转换衔接。市海洋大学筹建办委托南方科技大学重点办提出未来可作为海洋大学学生宿舍。深圳坝光国际酒店项目如图3所示。

图3 深圳坝光国际酒店项目Fig.3 Shenzhen Baguang International Hotel project

考虑到时间紧、任务重,项目采用中建海龙研发的模块化集成建筑技术,实现了124d内的高质量建成交付,其中2栋7层三星级酒店44d建成,创造了新的建造速度纪录,在我国工程建造史上又一次创造了“深圳速度、深圳奇迹”,为深圳乃至大湾区疫情防控提供了重要设施,取得了良好的社会和经济效益。

2.2 模块单元的强弱电设计方案

本项目中,6栋7层酒店采用模块化集成建造技术,建筑平面布置如图4所示。该建筑按结构体系将核心筒及公共走道拆分进行现场作业,楼梯采用预制构件,客房全部采用模块化集成建造技术现场吊装。电气按照防疫隔离酒店与平战结合的要求,设置强电系统(照明、插座、动力)、弱电系统(电视、电话、网络、视频监控、可视对讲、门禁系统、无线AP)、火灾自动报警系统、消防应急照明系统和防雷接地系统等。

图4 7层酒店建筑平面与结构形式布置Fig.4 Layout of 7-storey hotel building plane and structural form

结合模块化集成建筑强弱电设计要点,本项目的强弱电设计方案和实施效果如下。

2.2.1系统末端的模块单元拆分

客房是系统末端的独立单元模块,该部分可在工厂大批量生产,然后运至现场吊装安装即可。因此,客房强弱电系统末端内容均在工厂内完成,配合模块化建造。

强弱电设置内容有:照明、插座、卫生间统一控制的排气扇、有线电视、网络与通信、应急照明、感烟火灾探测器、消防应急广播、防雷接地与局部等点位,具体如表1所示。

表1 模块单元强弱电具体施工内容Table 1 Module unit strong and weak specific construction content

2.2.2模块单元统一的连接接口设置

由表1可知,客房与公共区的连接共有8根管,设计前期乃至生产时均需做统一规整排序,节省生产与现场施工阅读图纸的时间,提升模块的生产安装效率。

统一接口的位置选在靠近强弱电箱处,因强弱电的线缆数较多且线径较大,方便施工。统一接口位置处线管的排列依次为:强电箱进线、热水器及排气扇进线管,应急照明、感烟火灾探测器、消防应急广播进线,有线电视、网络与通信进线管。不同类别线管驳接段在统一接口处做颜色区分标识(见图5)。模块现场驳接时,按颜色标识匹配系统前端。电气驳接线管较其他专业易弯曲,为满足规范要求,电气线管上翻水管、风管驳接至线槽。

图5 模块单元内部与外面连接BIM模型Fig.5 The BIM model is connected inside and outside the module unit

2.2.3模块内部线管路径的选择(线管全部为暗敷设)

该项目的模块采用钢结构构成的钢柱钢梁,顶棚与地面采用混凝土形式。从该项目模块内部设置内容来看,除照明插座与有线电视、网络与通信是从内部强弱电箱引至外,其他内容(含强弱电箱进线)从公共走道线槽引出,穿过结构梁,经天花直接引至末端点位(天花与墙面梁底齐平或高于梁底时,需在梁上开洞;天花比墙面处梁底低50mm以上时可直接穿越墙面引至天花)。照明、插座、有线电视、网络与通信路径为:电箱→墙面→天花,墙面到天花的线管弯头在吊顶上方,从而不影响美观。模块单元强弱电安装位置如表2所示,模块单元内部强弱电线管路径走向BIM模型如图6所示。

表2 模块单元强弱电安装位置Table 2 Installation position of strong and weak current of module unit

图6 模块单元内部强弱电线管路径走向BIM模型Fig.6 The BIM model of the path of the strong and weak wire tubes inside the module unit

3 结语

模块化集成建筑技术具有建造速度快、质量高等优势[13],可满足抢险救灾项目的需求,是应对抢险救灾类项目的最佳方案之一。为了提高模块化集成建筑的建造效率,集成化模块单元设计尤为关键。其中,强弱电的集成化设计有别于传统的强弱电设计方法,需进一步优化。基于深圳坝光国际酒店项目的应用经验提出,在进行模块单元的强弱电设计时,可通过系统末端的模块单元拆分、统一的连接接口设置及合适的路径选择,将模块单元内部的强弱电内容细致化、标准化、定量化和可操作化,进而满足强弱电模块化集成建筑的建造技术要求。