装配式建筑, 是指由土建以及机电设施的预制部品部件在工地装配而成的建筑。由于装配式建筑具有建造速度快, 生产成本较低的特点, 因此迅速在世界各地推广开来。装配式建筑主要包括钢筋混凝土、钢结构及木结构3种, 本文研究主要是针对钢筋混凝土装配式建筑。

　　 根据装配式建筑的特点, 可以将装配式建筑分为可复制单元与不可复制单元两种进行讨论。

　　 可复制单元是指诸如医院病房、宾馆客房、学校教室、学生宿舍、住宅等在一个工程项目中会大量重复出现的标准单元;不可复制单元是指医院的诊室等非病房区域、宾馆的餐厅等非住宿区域、住宅小区的配套设施等在一个工程项目中不会大量重复出现的非标准单元。

　　 目前我国对于装配式建筑的研究工作, 主要集中在建筑与结构专业, 而国内关于装配式建筑中机电管线的技术研究还停留在预留洞与预埋套管的阶段, 对于机电管线集成的技术研究尚为空白。建筑给水排水工程设计作为建筑机电设计的一部分, 在装配式建筑中的研究也刚刚起步。本文研究的目的, 是将建筑给水排水设计中所涉及的常规系统进行分类探讨, 探寻一种或者多种适合装配式建筑的给水排水系统形式。

　　 针对已经建成以及在建的装配式建筑的考察发现, 给水、热水的主系统在装配式建筑中的系统选择, 与传统建筑差异不大, 一般均采用预留主管井, 后期安装主立管的方式 (见图1) ;而对于末端系统, 一般在找平层或架空层内暗敷或者沿内墙明装。给水、热水系统末端设计和安装主要分以下3种。

　　 即给水、热水管道与主体结构脱开, 在结构施工完毕后现场明装或者开槽暗敷。这种安装方式与传统的家装类似, 可以根据业主需求做到用水点位灵活机动, 但明装影响建筑美观, 暗敷开槽又与装配式建筑快捷施工、低碳环保的理念不完全契合。

　　 即在装配式构件生产过程中, 将所有的管道精准定位, 预留出管道敷设的空间, 当构件运送到工地安装完毕后, 只需要将管道敷设在预留好的管槽中即可。但这种做法对于构件的设计和生产要求较高, 一旦预留管槽定位不准或者遗漏, 仍需要进行开槽补救。

　　 即在工厂内将大量可预埋的管道全部埋设在预制的PC构件内, 当构件运送到工地安装完毕后, 只需进行预埋管道接口与卫生器具的连接。但预埋的管线如果出现漏水等质量问题, 其修补的可能性小, 如采用可更换管道的预埋技术, 虽然能较好解决管道维修的问题 (如外设套管技术) , 但限制了大多数类型管材的使用, 而且可能增加结构部件的厚度, 进而增加造价。

　　 无论采取上述哪种安装方式, 从目前研究成果看, 比较先进的做法是采用分水器 (见图2) 技术, 分水器技术具有如下优点:

　　 (1) 分水器设于吊顶或者侧墙预留的凹槽内, 有保护措施, 检修方便。

　　 (2) 管道与分水器的连接多采用活动式连接, 拆卸相对便捷。

　　 (3) 管道多采用软盘管, 中间无接头, 大大降低暗敷管道漏水的可能性, 常用的管道材质有PEX、PB、PE等。

　　 (4) 管道敷设可采用预埋管道保护套, 以避免管道与混凝土直接接触, 在检修时方便管道从保护套内抽出更换, 或者也可采用在现场开槽暗敷的方法。

　　 (5) 分水器能够均衡配置流量, 减小系统压差, 显著提高用水舒适度。

　　 分水器技术虽然大幅度增加了管道材料及附件, 也增加了建设成本, 但由于其自身的优势使得这种技术非常适合应用在装配式建筑中^[1]。

　　 针对已经建成以及在建的装配式建筑的考察发现, 排水系统与给水、热水系统有着相同的结论, 即排水系统主系统与传统建筑基本没有差异, 根据施工方法的不同, 生活排水系统在装配式建筑中主要分为以下2种。

　　 即器具排水管和排水横支管不穿越本层结构楼板到下层空间, 且与卫生器具同层敷设并接入排水立管的排水方式。这种技术在国内外应用多年, 已有相当成熟的经验。同层排水技术一般分为降板式和墙排式 (见图3) , 两种方式各有其不足。降板式同层排水一般需要降板高度250 mm以上, 不但增加结构构件施工难度, 且一旦发生管道或者卫生器具漏水, 降板区域将会成为一个“污水蓄水池”, 继而带来卫生问题;而墙排式同层排水技术面临的最大难题是淋浴间的排水地漏无法设置在距离排水立管较远的位置。近年来, 随着国内同层排水技术的发展, 研发出了一系列仅借助卫生间与室内地坪高差 (一般为50 mm) 的零降板, 或者微降板 (降板高度不大于80 mm) 的同层排水技术 (见图4) , 有效解决了降板高度和淋浴间地漏必须设置在立管附近的问题。

　　 即传统的排水方式。其所有的排水预留孔洞均在预制构件工厂内浇筑完成, 在施工现场只需连接排水管道和安装卫生器具。下层排水的优点是施工方便, 成本低廉, 但由于这种排水方式并没有解决隔层检修的难题, 因此在实际装配式建筑工程中愈来愈少采用。

　　 可复制单元建筑物的特点是使用功能变化的可能性较小, 即使是后期进行二次装修也仅限于末端卫生洁具微调, 例如医院病房、宾馆客房的装修, 一般不涉及建筑平面功能的调整, 给水排水点位相对固定。

　　 不可复制单元建筑物的特点是未来功能变化的可能性较大, 例如骨科医院改为肿瘤医院, 酒店会议室改为配套独立卫生间的餐饮包房, 一般涉及建筑平面功能的调整, 给水排水点位较为分散。

　　 因此, 本文主要从给水排水系统可靠性、卫生安全、可重复利用、经济节能的角度考虑系统形式、管道材料、连接方式的选择。

　　 为了描述方便, 同时使得结论更具普遍性, 本文涉及的可复制单元与不可复制单元建筑, 均按同时设有冷热水系统考虑。

　　 无论可复制单元与不可复制单元建筑, 冷水、热水系统均应做到同源同程。如果局部热水支管供水管道较长, 可采用电伴热技术维持供热水支管的温度, 以保证末端用水点的出热水速度满足设计要求。

　　 在可复制单元里, 以竖向冷热水系统为宜, 根据业主对热水出水时间的需求, 设置主管或支管回水。考虑到可复制单元的标准化、模块化生产, 降低现场安装的繁琐程度, 建议采用主管回水, 以使回水管道尽量在主管井内全部安装完毕。

　　 在不可复制单元里, 由于建筑平面面积往往较大, 给水排水点位较为分散, 且上下层平面布局往往不一致, 因此以水平系统为宜, 设置末端回水, 在回水管设置静态平衡阀, 以平衡系统压力, 降低调试难度。

　　 在装配式建筑可复制单元的冷热水末端系统中, 考虑到可复制单元重复性、标准性的特点, 建议采用分水器系统+工厂预留管槽的方式。利用BIM模型, 在设计阶段就考虑所有管道、洁具的安装位置;在工厂生产构件的阶段预留好所有支管管槽、管套。由于可复制单元是大量生产的标准部件, 无论是设计还是生产环节, 均有条件做到仔细校对、步步复核, 因此可以将因设计或者生产环节出错而导致现场开槽的概率降到最低。这种做法既可以兼顾分水器的优点, 又可以提高现场安装效率, 同时还能减小污染, 符合装配式建筑低碳环保的理念。

　　 在装配式建筑不可复制单元的冷热水末端系统中, 考虑到建筑功能的多样性, 并为未来预留多种改造的可能性, 以常见的8 m柱跨为例, 除建筑平面已经明确的用水点外, 笔者建议每隔两个柱跨, 即16 m×16 m范围内, 另外预留一套冷、热、回水阀门组以供改造时使用。在建筑平面已经明确的用水点, 同可复制单元一样, 建议采用分水器配水, 但由于不可复制单元的多样性和唯一性, 构件在设计、生产时难以考虑面面俱到, 建议配水支管采用明装后找平的安装方式。

　　 考虑到系统安全性, 无论可复制单元与不可复制单元建筑, 主管管材宜尽量采用不锈钢管等金属管材, 并采用卡凸式、卡套式或承插接等可拆卸化的连接方式。同时引入与管道材料同材质的金属波纹软管, 在立管中心发生偏差时加以校正。

　　 连接分水器的支管管道应采用中间无接口的软盘管, 管道末端与其他设施的连接处应采用丝扣连接或夹紧式连接, 当中间管道确需连接时, 应尽量采用电熔连接, 以求最大限度保证供水安全性。另外也可采用卡凸式连接、卡套式插接等连接方式的支管, 通过专用工具在现场进行拆卸。

　　 在本课题的调研过程中, 参观过苏州某企业生产的PB中央集成给水系统, 该企业产品融合了日本的先进技术和经验, 对原有的分水器和管道材料都进行了创新和改进 (见图5) 。分水器采用了塑料材质的成品和保护箱;管道采用了性能更好的PB聚丁烯塑料给水管, 有更好的抑菌、防结垢效果;采用直插式接头的连接方式, 安装更为快捷简便;所有管道均设有保护套管, 可随时抽出检修更换。适用于分离式、预留式、预埋式的装配式建筑末端给水系统。

　　 装配式建筑与传统建筑的排水区域以及点位相同, 主要集中在卫生间、淋浴房、阳台、厨房等区域。

　　 装配式建筑可复制单元的生活排水系统, 应尽量在每个可复制单元内设置排水立管与通气立管, 排水横支管就近接入排水立管, 另根据需要设置环形通气, 不同复制单元的排水横支管应避免相互交叉。这样既可以保证每组立管的排水通畅性, 又可以减少现场安装时的管道碰撞问题。有条件的工程, 可采用单立管排水系统。

　　 装配式建筑不可复制单元, 由于上下层之间建筑平面布局差异较大的特点, 建议其排水系统在核心筒、楼梯间、电梯厅等平面位置相对固定的区域附近, 设置排水主管井, 管井内预留各类排水及通气管道。

　　 在装配式建筑可复制单元的排水末端系统中, 同传统建筑一样, 为了同时兼顾检修不干扰下层住户、降低渗水几率、排水噪声不影响下层住户、降低结构造价、维持卫生器具布置灵活性等因素, 建议采用零降板或者微降板的同层排水形式。

　　 在本课题的调研过程中, 参观过云南省某企业, 该企业产品技术核心是采用了新颖的排水汇集器, 除坐便器之外的所有排水均汇入共用水封的排水汇集器 (见图6) 。排水汇集器上除设有DN75的废水接纳口、DN100的污水接纳口之外, 还设有一处卫生间底板渗水口, 一旦卫生间给排水管道发生渗漏, 可以起到临时排水的作用。

　　 针对不可复制单元的卫生间、淋浴房等建筑面积相对较大的区域, 考虑到所需要的管道敷设高差, 建议采用目前应用较为广泛、技术成熟的降板式同层排水系统;降板范围内可能存在的渗水问题, 可通过在降板底部设置排水地漏, 接入独立的排水立管来解决。

　　 排水系统一般采用塑料排水管道, 管道材料建议采用HDPE, 虽然在造价上有所增加, 但其具备更加安全、环保、舒适的性能, 更能适应当代和未来技术发展的要求。采用HDPE热熔或者电熔连接, 既能实现现场快速安装, 又能适应工厂整体预制, 同时基本可以杜绝漏水的可能性^[1]。另外, 这里推荐一种新的管道连接方式, 即沟槽或法兰连接 (统称机械式连接) , 这种连接方式不仅便捷, 且方便拆卸, 也有利于调整安装中出现的误差, 尤其适用于不可复制单元降板范围之外的排水管道。

　　 预制整体卫浴是指由一件或者一件以上的卫生洁具、构件和配件经工厂组装或现场组装而成的具有卫浴功能的整体空间。早在1964年, 东京奥运会为保证高品质、快速完成大量运动员公寓建造, 日本人发明了可以现场装配的整体卫浴。时至今日, 日本的SI集成建筑中, 有90%以上的住宅、宾馆、医院采用整体卫浴;在欧、美、澳等劳动力昂贵的发达国家, 安装简单、节省人工的整体卫浴也占据着很大的市场份额。

　　 随着设计的发展和完善, 整体卫浴有了新的诠释:即在有限空间内实现洗漱、沐浴、梳妆、如厕等多种功能的独立卫生单元。它用一体化防水底盘 (见图7a) 、壁板 (见图7b) 、顶盖构成整体框架, 并将卫浴洁具、浴室家具、浴屏、浴缸、龙头、花洒、瓷砖配件等都融入到一个整体的环境中 (见图7c) 。

　　 在本课题的调研过程中, 参观过长沙某企业生产的预制整体卫浴产品, 安装时只需在现场将底盘直接放在基层上固定, 采用的是干法施工, 无需砂子和水泥, 只用螺钉、粘合剂即可。装配整体卫浴就像搭积木一样, 从开始安装到结束, 所有配件均有特定的用途, 两个工人约4 h即可装配完成一套整体浴室, 大大缩短了工期, 节约了劳动力成本。每套整体卫浴, 只需要分别预留一个给水、排水总接驳口, 即可满足给排水专业的使用要求。

　　 由于整体卫浴的防水底盘模具价格尤其昂贵, 只有大量生产同规格的产品才能摊低单套生产成本, 因此这种技术适合于应用在装配式建筑的可复制单元。

　　 所谓装配式建筑通用给水排水系统, 即针对本文所描述的可复制单元与不可复制单元均可以适用的给水排水系统。根据一般公共建筑及住宅所涵盖的给水排水系统, 即主要对前文所未涉及的雨水排水系统、消火栓系统、自动喷水灭火系统加以简单阐述。

　　 由于装配式建筑的大部分构件需要在工厂里预制生产完成, 而雨水管道的数量和位置一般根据汇水面积和排水区域划分, 因此从立管设置位置的灵活性及排水可靠性的角度考虑, 当采用重力流排水时, 建议采用建筑物外墙就近设置外挂雨水立管方式, 以尽量减小对各装配式构件的影响;当采用压力流排水时, 由于压力流雨水排水管道可以平坡敷设, 采用立管相对集中布置的方式, 分区域将压力流雨水立管设置在楼梯间、电梯厅等附近的集中管井。

　　 装配式建筑的消火栓系统基本与传统建筑相同, 消火栓尽量设置在楼梯间及其休息平台和前室、走道等明显易于取用且平面位置相对固定的区域, 并在工厂生产PC构件的过程中, 预埋消火栓箱。

　　 装配式建筑的自动喷水灭火系统与传统建筑相同。

　　 装配式建筑的给水排水系统设计不是一成不变的, 应根据建筑物自身的特点和类型选用合理的系统构架、材料、安装连接方式, 才能真正实现装配式建筑的低碳环保、节能减排、提升效率的初衷。对土建专业可装配化建筑的分解和部品部件的拆分也应该有完整的理解, 以便给排水管道的安装能与装配式结构构件实现完美的结合。另外, 还需紧密结合BIM技术的应用, 将设计、拆分、研发和生产结合起来, 才能真正实现给水排水技术在装配式建筑中的大发展。