超高层综合体建筑的机电深化设计

卜真良 洪 潇

上海建工集团工程研究总院 上海 201114

近年来，由于城市居民愈加快节奏的生活方式，致使城市开发进程中对集方便、快捷、经济等功能于一体的综合生活空间的需求日趋高涨。其中尤以将办公、住宅、酒店、购物、饮食、文化娱乐及轨道交通等城市生活空间进行有机融合，形成相互助益、相互依存的多功能、高效益的超高层综合体建筑备受瞩目。建筑高度的提升与建筑业态的多元化引领了城市的革新，同时也由于其复杂性致使机电各专业与结构、装饰、幕墙之间相互限制、相互影响，增大机电安装难度、降低施工质量。因此，在综合体项目机电安装前对机电专业进行深化设计，充分协调各专业之间的相互关系，是降低安装难度、保证施工质量、提升经济效益的重要手段[1-6]。

1 工程概况

浙江省某地标型超高层综合体项目，其主体由2栋集甲级写字楼、国际服务公寓、品牌酒店、居家式办公及高档住宅为一体的近250 m超高层塔楼和1栋商业裙房组成。工程总建筑面积392 931.5 m2，其中地上建筑面积为283 567.5 m2，地下建筑面积为109 364 m2。因其多元化业态、工程体量大、建筑结构复杂等因素，致使其机电设计与安装面临前所未有的挑战，存在以下难特点：

1）业态多元化，各业态间机电系统交错、繁复。

2）结构异形，建筑实体与设计偏差严重。

3）建筑品质高，装饰变动频繁。

4）分包单位多，各参建单位间配合难度高。

5）工程量大、工期紧，施工方自主出图节点与质量难以保证。

为保证项目有序开展，在进度计划周期内保质保量完成项目，由业主方聘请专业机电深化单位对该项目进行机电深化设计，并提供驻场服务直至项目竣工运营。

2 机电深化设计概念

传统意义的机电深化设计是通过三维软件对设计院所提供的设计图进行三维建模，并对各专业之间的碰撞检查及配合装饰进行净高分析。然而，此类深化设计已无法满足超高层综合体建筑对于机电深化设计的需求。

适用于超高层综合体建筑的机电深化设计更注重于机电安装过程中进行的一系列设计协调和辅助管理措施。在施工准备阶段，以不改变原设计理念和设计意图为基础，根据业主与机电各专业顾问要求，对设计图进行设计补充及专项深化，并结合装饰图对机电末端点位进行调整。同时，基于现场实际情况对各专业机电管线进行综合排布和设计优化，以降低施工难度并提高经济效益。在施工阶段，为保证深化施工图能准确指导施工，机电深化设计团队进行驻场配合，对安装过程中的机电问题进行协调处理，并定期进行安装质量巡查。在竣工验收阶段，配合相关方进行设备调试，绘制竣工图并归档项目实施过程中各类机电相关资料。机电深化设计工作流程如图1所示。

图1 机电深化设计工作流程

3 深化设计各阶段工作

3.1 前期准备阶段

3.1.1 团队建立

在深化设计工作开展前，深化设计项目经理根据合同要求与业主方项目部充分沟通项目难、特点，根据实际需求组建项目团队，明确人员分工及岗位职责（图2）。

图2 深化设计团队组织架构

3.1.2 资料收集及编制专项深化设计方案

该项目是多种业态相互融合的综合体建筑，各业态拥有独特的机电系统、装饰风格及交付要求。深化设计团队需对项目资料进行系统性收集，其中主要包括：酒店设计标准、专项顾问设计要求、全套设计施工图、装饰设计图（初稿）、装饰区域限高要求、商铺招商机电预留标准、物业管理检修要求、RCH各业态交付及验收标准汇总表等。

为使各业态机电深化设计能够满足业主方整体机电设计要求，由业主方协调机电顾问及设计院在项目伊始与深化设计团队就各业态设计要求及意图进行深度讲解。同时，组织各业态专项深化人员进行经验交流，梳理各业态专有特点，就酒店业态的设计优化、商业业态的商铺机电条件预留、住宅业态的毛坯交付及精品装饰、办公业态的大空间改造等业态特点编制专项深化设计方案，并分配小组对专项业态进行设计补充及深化设计。减少深化人员因对某些业态的设计经验不足而造成的设计错漏、影响深化质量，确保深化设计能切实提高项目机电品质。

3.1.3 编制出图计划

对于近400 000 m2总建筑面积的超大型综合体项目，在不降低图纸质量的前提下，如何按时为项目施工方提供深化施工图是影响机电安装工程质量的关键问题之一。

为保证项目总体进度计划，不影响整体工期，深化设计团队在增加项目绘图人员的同时，协同业主与施工总承包根据分项进度计划及工段安排编制出图计划，在最短时间内保质保量完成现场需求度最为迫切的深化设计图纸。避免因深化施工图纸未到位，导致施工班组以设计施工图进行施工的情况发生，确保项目机电设计意图得以实现。

3.2 图纸深化阶段

3.2.1 设计补充、深化

在设计阶段，设计院因酒店品牌尚未最终定标、精品公寓装饰设计未完成、商业招商未确定等因素，仅能根据业主和机电顾问要求进行机电条件预留。针对这一情况，深化设计团队在收集完前述各类项目资料后，依据酒店设计标准、专项顾问设计要求配合装饰设计图对酒店区域、精品公寓的机电系统进行设计补充及专项深化；根据商铺招商机电预留标准和物业管理检修要求，对商业区域各商铺进行机电预留调整，无法满足预留条件的店铺进行整理汇总并提交业主商管部门进行报备。

同时，在设计补充及专项深化完成后，对调整区域机电系统进行设计校验时，发现前期商业及酒店区域预留电量、酒店区域空调设备及厨房排油烟风机预留风量无法满足实际使用需求。基于此情况，深化设计团队对整体机电系统进行梳理、校核，在项目机电安装全面开展前向业主、机电顾问及设计院提交校验报告并提出改进建议。经由各方确认，在设备采购前由设计院出具设计变更，避免了因设计预估不足而造成的机电功能缺失。

此外，原设计方预留的水处理机房、景观、弱电等需专项深化的区域，由深化设计团队配合专项设计师与供应商进行设计深化。

3.2.2 结构复核

作为地标性建筑的超高层综合体，因其震撼视觉、引人入胜的特殊建筑形态，致使建筑结构并不规则。在土建施工过程中，为满足结构安全及施工可行性，结构顾问及施工方进行了大量的现场结构变动，且因工期紧张无法逐一在结构模型中完整体现。

有别于传统“现场是现场，图纸是图纸”的出图模式，为提升深化设计质量，深化设计团队在管线综合排布前，对结构复杂区域的现场梁、柱进行实测，并以实测数据调整既有深化设计模型，降低因实物结构偏差导致的管线碰撞。

3.2.3 管线综合

管线综合作为机电深化设计工作中的重要组成部分，在机电安装工程中发挥着越来越重要的作用，一定程度上决定了机电安装及运行质量。

该项目境外装饰设计方秉承“精益求精、可持续性发展”的设计理念，装饰调整频繁且变动量大，如何高效、准确地完成管线综合进行装饰协调成为项目中面临的核心问题。

由于市场主流的Revit软件无法满足项目需求，故深化设计团队选择了更适用于管线综合的TFAS软件进行管综，并直接导出可用于施工的深化施工图，极大地提高了管综效率，缩减了出图周期。

高质量的管线综合应满足以下基本原则：

1）符合设计要求——在管综过程中，为使建筑空间得到最大化利用，不可避免地会出现管线移位的情况，而此类变动须忠于原设计意图。

2）符合国家质量验收规范——管线综合在满足装饰需求及建筑空间最大化利用的同时，必须符合国家有关的施工质量验收规范。

3）合理排布、空间最大化利用——根据建筑功能分区，结合施工现场实际情况，分析各专业管线相对位置关系，综合考虑管线安装工序及间距，合理布设机电管线，避免管线冲突，充分利用建筑空间。

4）预留安装、检修空间——机电管线及设备的安装可操作性及运营维护的便利性是评判管线综合成效的重要标准，盲目追求建筑空间极致化利用而忽视安装、检修空间的合理预留是管线综合的大忌。

5）保证结构安全——当管线综合涉及结构开洞、大载荷设备及管道移位时，应当与结构设计师充分沟通，以保障结构安全为第一要义。

3.2.4 参数核算

为满足装饰净高要求，在管线综合过程中对大部分机电管线进行翻弯和改变路由，以及由于部分空间功能变化出现末端设备增加等情况，导致原设计图纸所提供的前端的空调设备压头、水泵设备扬程均无法满足使用需求。同理，在电气专业配合装饰设计时，为保证装饰效果和使用功能，需增加大面积用电灯具及高能耗用电设备，造成原设计预留的楼层总箱，乃至前端干线负载不足。

因此，深化设计团队在管线综合完成后重新编制设备参数表，对空调设备压头、水泵扬程、用电负荷等参数进行全面校核，提交机电顾问进行审核，经机电顾问确认后由甲方指示施工方进行设备采购及安装。避免在设备调试阶段因设备参数不满足设计需求而造成的风口风速偏低、水栓出水过缓、用电跳闸等情况。

3.3 施工安装阶段

3.3.1 安装协调

超大型项目全面施工时通常存在为数众多的机电分包单位，各分包单位施工能力参差不齐、分包合同中施工界面杂乱无章、施工前工序无统一协调，往往导致机电安装无法按图施工。此外，因分包众多，一个安装问题需要涉及多家单位进行整改，当整改发生延误时，各分包单位避重就轻、相互推诿，严重影响安装进度及施工质量。

本项目深化设计团队进场后，在施工前对各区域管线施工顺序进行细致交底，包括图纸基准线、标高计算方法、施工安装顺序、重要设备安装与检修方案、难点区域解析等，降低因识图问题造成返工，并协同业主及机电顾问对各分包单位施工界面进行系统梳理，避免发生重复施工、工区遗漏等问题。

3.3.2 设计变更

在机电安装过程中的设计变更可分为三类：

1）施工方现场安装过程中发现设计问题，提出的技术变更。深化设计时进行现场复核，并对技术变更进行可行性验证，以最小的改动量确保机电系统的完整性。

2）依据建筑最新装饰调整或空间使用功能变动，进行的设计变更。对于精品建筑装饰调整不可避免，深化设计团队在收到变更装饰图后，在极短时间内完成管线综合、净高分析、装饰协调等工作，避免图纸调整周期过长影响安装进度。

3）施工前因资料不全无法进行设计的区域，在施工阶段进行设计补充。安装过程中的设计补充不仅是图纸的调整，还须由深化设计团队对需补充设计区域内现场机电管线和建筑结构进行勘测，以实测数据为基础进行设计补充，减少因图纸脱离现场而造成的拆改。

3.3.3 现场巡查

为保证深化设计成果能切实指导现场安装，深化设计团队协同业主及监理定期进行现场巡查并形成书面报告，对于问题点，明确各分包单位职责和整改措施，确保现场实物与深化图纸一致，避免不必要的大面积返工。同时，对过往安装质量问题的整改情况进行追踪，提升质量问题关闭率。

3.4 竣工验收阶段

深化设计团队在项目调试验收阶段需要参加机电各系统设备调试会议，协同业主参与消防验收与竣工验收。同时，汇总设计变更单、技术核定单及最终版深化施工图，绘制竣工图提交业主、机电顾问及设计院、监理单位、施工单位进行审核。审核无误后，由各参建单位盖章确认，并整理项目实施过程中全部的机电深化资料提交业主进行归档。

4 结语

随着当前建筑行业日新月异的发展，深化设计在机电安装工程中的应用价值愈加显著。深化设计不再局限于传统的管线综合、净高分析，通过其“知设计、懂施工、善协调”的专有特色，能够在施工端弥补设计的不足、指导现场施工有序进行、沟通协调各参建方的实施工作。机电深化设计是“建筑装饰得以实现、机电性能得以保障、经济效益得以提高”的最坚实的依靠。

实践表明，以设计协调和现场辅助管理为导向的机电深化设计在超高层综合体建筑中为项目带来的利益虽无法量化，但成效是有目共睹的。业主方在选择此类型机电深化设计服务时存在以下注意事项：

1）对于深化设计团队成员能力要求，不仅知设计，还需懂施工、善协调。

2）深化设计服务不仅限于施工准备阶段，还需横跨整个施工阶段直至竣工运营，高额的驻场服务费与项目成效之间的取舍需综合考量。

3）项目接入点是关键，在设计阶段介入是最佳的，但是如果晚于施工准备阶段，则深化设计所产生的效能是屈指可数的。