姚建平 徐能成 王春平 朱林標(biāo)

上海南匯建工建設(shè)（集團(tuán)）有限公司 上海 201399

當(dāng)前的建筑物屋面，有的建成了屋頂花園、停車(chē)場(chǎng)、網(wǎng)球場(chǎng)、滑雪場(chǎng)，有的建成了汽車(chē)影院、球幕影院及婚宴會(huì)所等，甚至有的大型建筑還將屋面打造成了摩天輪經(jīng)濟(jì)圈，在取得經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也提升了人們的休閑理念和生活品質(zhì)。

但是，由于大量的機(jī)電設(shè)備以及配套管線(xiàn)、電纜橋架需要布置于屋面上，特別是一些大超市、科研樓、商務(wù)樓、辦公樓的排煙排風(fēng)、通風(fēng)空調(diào)、熱泵機(jī)組和消防水箱等設(shè)備眾多，如果沒(méi)有合理有效的布置，將會(huì)影響屋面的利用效果和視覺(jué)效果。

目前針對(duì)建筑物屋面的設(shè)備布置狀況，大部分建筑的設(shè)計(jì)往往只關(guān)注于如何滿(mǎn)足使用功能和結(jié)構(gòu)安全的要求，而對(duì)設(shè)備布局合理性、美觀協(xié)調(diào)性、空間利用率、減震降噪和成本控制等方面的考慮有所欠缺[1-6]。

針對(duì)上述情況，結(jié)合背景工程屋面設(shè)備布置實(shí)際情況，對(duì)屋面機(jī)電設(shè)備布置存在的主要問(wèn)題作了分析，而后在滿(mǎn)足相關(guān)要求的前提下，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，對(duì)絕大多數(shù)機(jī)電設(shè)備采取了優(yōu)化布置的施工技術(shù)措施，取得了極為明顯的效果。

1 工程概況

復(fù)旦大學(xué)江灣校區(qū)某發(fā)育生物學(xué)研究所實(shí)驗(yàn)動(dòng)物房項(xiàng)目，總建筑面積為9 990 m2，其中凈化區(qū)面積為7 102 m2，框架4層，高度為23.6 m。本工程為國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物房，1層為功能實(shí)驗(yàn)室和隔離檢疫室區(qū)域，2層為動(dòng)物實(shí)驗(yàn)區(qū)域，4層為動(dòng)物繁殖區(qū)域。

本工程屋面有各類(lèi)機(jī)電設(shè)備80余臺(tái)，以及電纜橋架和供回水管等，原屋面設(shè)備、管線(xiàn)、橋架平面布置如圖所示1。1～3層辦公區(qū)、實(shí)驗(yàn)室區(qū)域有VRF空調(diào)室外主機(jī)（12個(gè)系統(tǒng)）26臺(tái)；2、4層凈化區(qū)域有風(fēng)冷熱泵機(jī)組4臺(tái)；1～4層區(qū)域有消防排煙風(fēng)機(jī)2臺(tái)、熱泵機(jī)組系統(tǒng)水泵8臺(tái)；1、2、4層動(dòng)物房區(qū)域有等離子除臭設(shè)備3臺(tái)；1、2、3層動(dòng)物房區(qū)域有室外排風(fēng)箱9臺(tái)；2、4層準(zhǔn)備間、安樂(lè)死間、處置間、純水間、儲(chǔ)存間區(qū)域有室外排風(fēng)箱21臺(tái)；整個(gè)消防系統(tǒng)有消防水箱1只；洗衣房、衛(wèi)生間、垃圾房、尸檢實(shí)驗(yàn)室、清洗間等區(qū)域有室外排風(fēng)機(jī)10臺(tái)。

圖1 原屋面設(shè)備、管線(xiàn)、橋架平面布置

2 重點(diǎn)、難點(diǎn)分析

2.1 既要考慮有限空間又要考慮減震降噪

本工程機(jī)電安裝工程專(zhuān)業(yè)齊全，但屋面空間有限，各類(lèi)設(shè)備、管線(xiàn)和電纜橋架布置密集，安裝過(guò)程中需要考慮到既要滿(mǎn)足使用功能、結(jié)構(gòu)安全及便于今后日常維修保養(yǎng)，又要盡可能減少各種設(shè)備運(yùn)行所產(chǎn)生的震動(dòng)和噪聲對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的影響。因此，如何有效合理布置、優(yōu)化綜合排布是一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)。

2.2 屋面布置合理協(xié)調(diào)性及美觀度要求高

建筑物處于復(fù)旦大學(xué)江灣校區(qū)內(nèi)，與該區(qū)域內(nèi)附近其他建筑物相比高度較低，要充分考慮高遠(yuǎn)處看過(guò)來(lái)的視覺(jué)感受。同時(shí)，打造一項(xiàng)精品工程，做到精益求精，是每個(gè)建設(shè)者的不斷追求。因此，屋面布局的合理協(xié)調(diào)性、美觀度控制也是一項(xiàng)重點(diǎn)工作。

3 原機(jī)電設(shè)備布置存在的主要問(wèn)題

1）屋面上設(shè)備、管線(xiàn)的整體布局以平面布置為主，而忽視了分層立體布置，未充分利用立體空間。

2）屋面上各功能用房的排風(fēng)機(jī)較多，排風(fēng)口方向不一，且未集中分區(qū)布置，隨意性較強(qiáng)。既擠占了屋面空間，看上去又很凌亂，缺乏協(xié)調(diào)性。

3）風(fēng)冷熱泵機(jī)組、VRF空調(diào)室外主機(jī)等大型設(shè)備布置以縱向?yàn)橹?，設(shè)備安裝后幾乎擠占了整個(gè)屋面；電纜橋架敷設(shè)走向以屋面中軸線(xiàn)為主線(xiàn)，貫穿整個(gè)屋面的橫向，然后再縱向分支敷設(shè)，未考慮貼邊布置，使得整個(gè)屋面管線(xiàn)縱橫交叉，剩余的可利用空間相當(dāng)有限，人員進(jìn)出也極為不便。

4）屋面設(shè)備、管道、橋架等布置位置過(guò)于靠近樓梯口，沒(méi)有騰出足夠的通道，給人員進(jìn)出帶來(lái)不便。

5）未充分考慮屋面預(yù)留或后續(xù)可能增加機(jī)電設(shè)備的位置，導(dǎo)致需要增加設(shè)備時(shí)，破壞了原屋面機(jī)電設(shè)備布置的整體性和協(xié)調(diào)性，同時(shí)也造成不必要的返工。

6）屋面各類(lèi)設(shè)備、管線(xiàn)、電纜橋架由于布置不太合理，導(dǎo)致線(xiàn)路長(zhǎng)度增加，造成材料浪費(fèi)，成本增加。

4 優(yōu)化布置技術(shù)措施

4.1 風(fēng)冷熱泵機(jī)組

屋面有4臺(tái)風(fēng)冷熱泵機(jī)組，風(fēng)冷熱泵機(jī)組體積龐大，平面尺寸7 900 mm×2 260 mm，風(fēng)冷熱泵機(jī)組之間間隔3 000 mm，呈南北方向靠屋面中部北側(cè)布置，擠占了屋面一大塊區(qū)域。優(yōu)化布置如下：

1）將4臺(tái)風(fēng)冷熱泵機(jī)組由呈南北方向調(diào)整為呈東西方向布置，緊靠屋面中部北側(cè)呈一字排開(kāi)貼邊布置，且間距縮小至1 800 mm，大大節(jié)省了屋面空間位置。

2）風(fēng)冷熱泵機(jī)組采用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)備基礎(chǔ)，可降低設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的震動(dòng)和噪聲。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)備基礎(chǔ)上下維修時(shí)，一般采用固定式檢修爬梯，既擠占了屋面空間，又給屋面活動(dòng)人員、檢修人員進(jìn)出帶來(lái)不便。通過(guò)優(yōu)化，采用一種可以翻轉(zhuǎn)隱藏的活動(dòng)式檢修爬梯，具有節(jié)省空間、安全便捷的優(yōu)點(diǎn)，使得屋面布局更加合理。

4.2 水泵

屋面風(fēng)冷熱泵機(jī)組系統(tǒng)水泵共8臺(tái)，原設(shè)計(jì)處于風(fēng)冷熱泵機(jī)組的東側(cè)E ～F/⑧軸處，呈南北向一字排開(kāi)并延伸至屋面中間部位。優(yōu)化布置如下：

將水泵調(diào)整隱藏安裝于⑤～⑥軸間的空調(diào)供回水管管底（圖2），呈東西方向布置。既騰出了原有的空間，又充分利用了空調(diào)供回水管管底的立體空間。

圖2 水泵安裝于供回水管管底

4.3 VRF空調(diào)室外主機(jī)

屋面上有12個(gè)系統(tǒng)共26臺(tái)VRF空調(diào)室外主機(jī)，平面尺寸較大，空調(diào)室外主機(jī)之間間距1 200 mm。分2塊區(qū)域布置，一塊布置于④～⑥/ D ～E 軸區(qū)域，另一塊布置于⑦～⑧/D～E 軸區(qū)域，呈分散狀布置，這些設(shè)備呈南北縱向靠屋面中部南側(cè)布置，擠占了屋面一大塊區(qū)域。優(yōu)化布置如下：

將所有VRF空調(diào)室外主機(jī)集中于一塊狹長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)，同時(shí)分成2排，呈東西橫向一字排開(kāi)貼邊（南側(cè)）布置，且主機(jī)之間間距縮小至1 000 mm內(nèi)，遵循了集中布置的原則，大大提高了屋面空間利用率。

4.4 室外排風(fēng)箱和排風(fēng)機(jī)

4.4.1 動(dòng)物房室外排風(fēng)箱

動(dòng)物房室外排風(fēng)箱共有9臺(tái)，單個(gè)排風(fēng)箱最大平面尺寸為3 360 mm× 3 480 mm，高1 800 mm。分2塊區(qū)域布置，一塊布置于屋面東南角，共6臺(tái)；另一塊布置于屋面東北角，共3臺(tái)。

在屋面東南角的6臺(tái)中，⑧～⑨軸區(qū)域2臺(tái)室外排風(fēng)箱與⑨～ 軸區(qū)域4臺(tái)室外排風(fēng)箱的排風(fēng)口參差不齊。另外，由于僅靠排風(fēng)功能難以排除動(dòng)物房的異味、臭味，因此動(dòng)物房增加了3臺(tái)等離子除臭設(shè)備需安裝于屋面，對(duì)屋面設(shè)備的整體布局帶來(lái)了影響。優(yōu)化布置如下：

1）3臺(tái)新增等離子除臭設(shè)備布置：將東南角原來(lái)布置的4層動(dòng)物房的室外排風(fēng)箱（編號(hào)PHF4F03）調(diào)整至⑧～⑨/D 軸處位置，原位置布置1臺(tái)新增加的等離子除臭設(shè)備；將東北角2層動(dòng)物房的室外排風(fēng)箱（編號(hào)PHF2F04）向西平移約4.00 m，再向北平移約0.70 m，調(diào)整至 ～ 軸處位置，原位置布置1臺(tái)新增加的等離子除臭設(shè)備；將東北角1層動(dòng)物房的室外排風(fēng)箱（編號(hào)PHF1F02）向西平移約0.75 m，調(diào)整至 ～ /F 軸處位置，原位置布置1臺(tái)新增加的等離子除臭設(shè)備。

2）將東南角⑧～⑨軸1層動(dòng)物房室外排風(fēng)箱（編號(hào)PHF1F01）和2層動(dòng)物房室外排風(fēng)箱（編號(hào)PHF2F03）的位置向南平移3.00 m，將這2臺(tái)室外排風(fēng)箱排風(fēng)口調(diào)整至與⑨～ 軸4臺(tái)室外排風(fēng)箱排風(fēng)口一樣齊平。

通過(guò)以上對(duì)設(shè)置排布的優(yōu)化，既解決了屋面新增加設(shè)備、排風(fēng)口布置參差不齊的問(wèn)題，又充分利用了屋面貼邊空余的空間。

4.4.2 籠盒清洗設(shè)備間、安樂(lè)死間、動(dòng)物處置間、純水間、儲(chǔ)存間室外排風(fēng)箱

2、3層籠盒清洗設(shè)備間、安樂(lè)死間、動(dòng)物處置間、純水間、儲(chǔ)存間室外排風(fēng)箱共21臺(tái)，分3塊區(qū)域分散布置于屋面西北角。第1塊區(qū)域?yàn)棰凇? E 軸處，共布置8臺(tái)，第2塊區(qū)域?yàn)棰邸? E 軸處，共布置4臺(tái)，2塊區(qū)域間隔3 720 mm，呈東西向一字排開(kāi)布置；第3塊區(qū)域?yàn)棰邸? E ～F 軸處，共布置9臺(tái)，呈南北向一字排開(kāi)布置。21臺(tái)室外排風(fēng)箱排風(fēng)口方向不一，且由于一字排開(kāi)平鋪布置，也擠占了屋面很大的空間，且相應(yīng)的附屬管道靠近樓梯出入口。優(yōu)化布置如下：

1）將分3塊區(qū)域一字排開(kāi)平鋪布置的全部21臺(tái)室外排風(fēng)箱，集中布置于原第3塊區(qū)域③～④/ E ～F 軸處，由單層布置調(diào)整為雙層疊加立體布置，在騰出1倍屋面空間的同時(shí)，還有效降低了設(shè)備運(yùn)行所產(chǎn)生的震動(dòng)和噪聲對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的影響。

2）將21臺(tái)室外排風(fēng)箱的排風(fēng)口方向調(diào)整為一致朝東、風(fēng)口齊平，達(dá)到了布局合理、美觀協(xié)調(diào)的效果。

通過(guò)集中和疊加立體優(yōu)化布置，使得附屬的管材、保溫層、鋁皮保護(hù)殼等材料大大節(jié)省，成本大大降低，也為樓梯出入口騰出了較大的空間。

4.4.3 室外排風(fēng)機(jī)

室外排風(fēng)機(jī)共有10臺(tái)，分別應(yīng)用于洗衣房、衛(wèi)生間、垃圾房、尸檢實(shí)驗(yàn)室、清洗間、藥品通風(fēng)柜等區(qū)域，位置分散，排風(fēng)口參差不齊、方向不一、平鋪布置。優(yōu)化布置措施如下：

1）將處于①軸處的1層洗衣房室外排風(fēng)機(jī)由風(fēng)管井北側(cè)調(diào)整至風(fēng)管井南側(cè)，與處于風(fēng)管井南側(cè)的3層大開(kāi)間實(shí)驗(yàn)室室外排風(fēng)機(jī)集中布置，排風(fēng)口均朝南（圖3）。

圖3 排風(fēng)機(jī)風(fēng)口調(diào)整至一致

2）將⑨～ 軸電鏡準(zhǔn)備室通風(fēng)柜排風(fēng)機(jī)和衛(wèi)生間室外排風(fēng)機(jī)由平鋪布置調(diào)整為雙層疊加立體布置，同時(shí)將這2臺(tái)室外排風(fēng)機(jī)排風(fēng)口調(diào)整成與生物安全柜排風(fēng)機(jī)排風(fēng)口方向一致朝北，風(fēng)口齊平。

3）由于排風(fēng)箱立體布置后，騰出了較大空間，因此將②～③/E ～D軸1層垃圾房和3層尸檢室室外排風(fēng)機(jī)疊加立體布置后（圖4），與3層藥品房室外排風(fēng)機(jī)整體向北平移至E ～F 之間的原排風(fēng)箱騰出的位置，大大節(jié)省了管線(xiàn)材料和空間。

圖4 排風(fēng)機(jī)雙層疊加布置

4）處于③軸處的1層器皿清洗間通風(fēng)柜排風(fēng)機(jī)和1層清洗區(qū)滅菌鍋排風(fēng)機(jī)，由于靠近風(fēng)管井處布置了其他排風(fēng)機(jī)，故管線(xiàn)較長(zhǎng)，排風(fēng)口朝東（屋面中間）。由于將②～③/E ～D 軸3臺(tái)排風(fēng)機(jī)向北平移后，風(fēng)管井處騰出了充裕的空間，故將1層器皿清洗間通風(fēng)柜排風(fēng)機(jī)和1層清洗區(qū)滅菌鍋排風(fēng)機(jī)移至靠近風(fēng)管井處（圖5），節(jié)省了很多的管線(xiàn)材料，并且排風(fēng)口也全部朝南貼邊布置，避開(kāi)屋面中間部位。

通過(guò)以上優(yōu)化調(diào)整，既騰出了大量的屋面空間，又使排風(fēng)口方向一致、齊平。

圖5 設(shè)備靠近風(fēng)管井節(jié)省材料

4.5 消防排煙風(fēng)機(jī)

消防排煙風(fēng)機(jī)有2臺(tái)，消防排煙風(fēng)機(jī)SE-RF-1位于?～?軸處，與相鄰的電鏡準(zhǔn)備室室外通風(fēng)柜排風(fēng)機(jī)、衛(wèi)生間室外排風(fēng)機(jī)、生物安全柜排風(fēng)機(jī)排風(fēng)口方向不一致，呈3個(gè)方向。消防排煙風(fēng)機(jī)SE-RF-2位于③軸處，與相鄰的1層器皿清洗間通風(fēng)柜排風(fēng)機(jī)、1層滅菌鍋排風(fēng)機(jī)排風(fēng)口均朝東，且位置也參差不齊（圖6）。優(yōu)化布置如下：

圖6 消防排煙機(jī)與相鄰排風(fēng)機(jī)風(fēng)口參差不齊

1）消防排煙風(fēng)機(jī)SE-RF-1排風(fēng)口由朝東調(diào)整為朝北，相鄰的3臺(tái)排風(fēng)機(jī)風(fēng)口也均調(diào)整為朝北，且排風(fēng)口齊平。

2）消防排煙風(fēng)機(jī)SE-RF-2排風(fēng)口與相鄰的2臺(tái)排風(fēng)機(jī)排風(fēng)口由超東均調(diào)整為朝南，且排風(fēng)口齊平（圖7）。

圖7 消防排煙機(jī)與相鄰排風(fēng)機(jī)風(fēng)口齊平

通過(guò)以上優(yōu)化調(diào)整，解決了原排風(fēng)口方向不一、位置參差不齊的問(wèn)題，也節(jié)省了材料，降低了成本。

4.6 屋面電纜橋架

屋面電纜橋架由西北角的強(qiáng)電間引出，原布置自西向東穿過(guò)屋面中間，然后超南、朝北敷設(shè)。這種布置方法，使得整個(gè)屋面布滿(mǎn)了管線(xiàn)，屋面中間部位不能充分利用。優(yōu)化布置如下：

將屋面電纜橋架沿屋面南、北兩側(cè)貼邊敷設(shè)，避開(kāi)屋面中間位置，給屋面騰出了充裕的空間位置，布局也更加緊湊合理。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)將原設(shè)計(jì)的設(shè)備平鋪布置調(diào)整為分層疊加立體布置，設(shè)備分散布置調(diào)整為集中分區(qū)布置，某一集中區(qū)域設(shè)備排風(fēng)口參差不齊、方向不一調(diào)整為風(fēng)口齊平、方向一致，大型設(shè)備以縱向布置為主調(diào)整為以橫向布置為主，電纜橋架敷設(shè)走向以屋面中間為主調(diào)整為沿屋面兩側(cè)貼邊敷設(shè)為主，并對(duì)靠近樓梯出入口的設(shè)備和管線(xiàn)作了優(yōu)化調(diào)整以保證樓梯出入口有足夠的通道，同時(shí)對(duì)一些新增加的設(shè)備布置問(wèn)題通過(guò)調(diào)整原有設(shè)備位置也作了很好的解決，均取得了很好的效果（圖8）。

圖8 優(yōu)化布置后的屋面設(shè)備布置

在整個(gè)施工優(yōu)化布置過(guò)程中，BIM技術(shù)發(fā)揮了較大作用。經(jīng)優(yōu)化后，不但提升了屋面空間利用率，使屋面布局更加協(xié)調(diào)合理，還起到了設(shè)備運(yùn)行時(shí)減震降噪的作用，同時(shí)大大降低了成本，取得了社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益雙豐收。