装配式医疗建筑机电一体化设计

李 楠

(中国中元国际工程有限公司, 北京 100089)

0 引 言

北京怀柔医院又名“首都医科大学附属北京朝阳医院怀柔医院”,是怀柔区域医疗中心、中国科学院大学附属医院、首都医科大学教学医院。现有编制床位651张,实际开放床位为735张,二期扩建工程于2019年开始建设,拟2021年底建成投入使用,建成后医院编制床位总数由651张增加至990张。

根据北京市规划和国土资源管理委员会2017年11月印发的《北京市装配式建筑项目设计管理办法》文件,该项目医疗综合楼地上部分全部采用基于BIM的装配式建筑结构机电体系,地上为钢结构,机电管线分离率达到70%,整体工厂预制化比率超过40%,装配率超过50%,是北京市较早采用装配式建筑体系的医疗建筑。

1 工程概况

怀柔医院二期扩建工程总建筑面积为98 932.22 m2,其中地上建筑面积为61 963.85 m2,地下建筑面积为36 968.37 m2。主要建设内容包括:医疗综合楼、门房、垃圾站、洗衣房、锅炉房、液氧站改扩建等。项目实景如图1所示,框内区域为二期扩建工程。

图1 项目实景

2020年初,项目新增建设了3 700 m2应急感染救治区及感染楼扩建,全部采用装配式集装箱结构。

2 主要机电系统

水系统包括给排水、生活热水、开水、空调冷却循环水、污水处理、消防、室外工程、医用纯水系统等。给水由院区已建成DN200低压给水管网引入;热水系统低、中区由热交换站换热器供给,高区热水无动力太阳能热水供应,换热器补热;室外排水雨、污、废分流,室内排水采用污、废分流;核医学放射性污废水,检验检疫含酸碱的废水等医疗排水单独收集经衰变池、中和池处理后汇入污水管网,排入院区污水处理站;院区新建750 m3和1 200 m3两个雨水收集池,调蓄雨水洪峰;扩建现状污水处理站至日处理量为850 m3/d的污水处理站;消防水系统按规范设计。

动力:现状锅炉房仅承担院区洗衣房所需蒸汽用量。目前采暖、空调、生活热负荷由水源热泵机房承担,一期水源热泵机房提供2 400 kW的热量供二期使用。二期改造现状锅炉房,新增4台热水锅炉,供应生活热水及过渡季采暖热负荷。

医用气体:拆除现状液氧站,新建一座液氧站,设4台容积5 m3液氧贮罐。引出5路氧气管线,至全院区各建筑氧气管道;真空吸引及压缩空气根据院方需求设置。

燃气:改造扩容院区燃气调压站,扩大天然气主支管道,满足全院区供气需求。

供暖:散热器与地板采暖相结合。

空调:一期8台水源热泵机组,为二期预留2 730 kW制冷量、2 400 kW制热量。二期剩余冷负荷由新增冷水机组负担,剩余热负荷由地下换热站负担。一、二期新建冷热源的分配及耦合:一期预留冷热源,管道共用,夏季供冷水,冬季供热水,从-2F引到二期地下热源正常工作状态下,不与二期新建冷热源并联耦合在一起。一期预留的冷热源划定供科研楼及裙房区域。

供配电:二期-1F新建总变配电所,内设4台2 000 kVA变压器,原一期变配电所作为分变配电所,二期新建一柴油发电机房,内设一常载功率1 200 kW柴油发电机组为二期保障负荷提供电源。

智能化系统工程架构满足三级医院的信息化应用需求,支持各智能化系统的信息关联和功能汇聚。消防安防控制室:消防安防控制室改造升级后与一期合用;二期新建信息中心,作为全院区的网络主机房,一期现状信息机房改为全院灾备机房。智能化系统按照GB 50314—2015《智能建筑设计标准》中医疗建筑相关标准设计。

院区采用气动式物流传输系统,二期共设36个站点,由垂直输送分拣系统和水平输送系统组成,将药房、静配中心、检验科、影像中心、血透中心、病区护士站等主要功能科室连接到一起,水平输送设备布置在设备层,与一期物流传输系统整合成一套系统,构成一个联通全院的物流网络。此外,设置一套投放污染被服的专用污衣收集系统,整个系统由排风管、垂直管道、检修门站、投入门站、减速缓冲管道、排放门站等部分组成。

3 装配式建筑体系及机电一体化设计

该项目装配率满足GB/T 51129—2017《装配式建筑评价标准》中A级装配式建筑要求。装配式建筑体系评分如表1所示。

表1 装配式建筑体系评分

设计过程中尽可能考虑将建筑机电各专业设备及管线按模块化、集成化的思路,设计、生产到安装调试紧密结合,BIM与装配式预制化技术结合,根据BIM模型对机电设备管线规模化预加工,工厂化流水线制作生产,实现建筑机电安装标准化、产品模块化及集成化。不仅能提高生产效率、质量水平,降低机电工程安装成本,减少现场施工工程量、缩短工期、减少污染、实现建筑机电安装全过程绿色施工[1-2]。

(1)送排风系统及空调风系统均采用装配化金属(内保温)风管工厂一次成型,无二次保温工序,节省二次保温工时,自动化设备生产效率高、制作精度高,风管成型美观,接口安装简便、施工快捷,施工过程中不必留保温施工空间,节省安装空间。

(2)配电竖井等重点电气用房内桥架、配电箱精细设计,工厂通过BIM模型对设备加工预制,现场安装一次性完成,降低安装时间的同时提高了配电设备安装质量。

(3)制冷机房内机电管线错综复杂、密集交错、施工空间有限,机电交叉作业,安装质量要求高。本项目结合BIM与装配式制冷机房机电一体化设计,设计过程充分考虑施工安装、节能环保、运营维护,合理调整管线走向、标高、阀门位置,结合装配式安装工艺,待施工条件具备后,将预制好的模块化构件运输至现场进行装配,通过可靠的连接方式安全高效地完成机房的拼装,保证施工质量,并且提高效率,降低成本。空调机房、水泵房内设备尽量采用标准模块化设计,泵组、空调机组等设备形成自成支撑体系、便于运输安装的单元模块。大型机电设备拆分成若干单元模块制作,在工厂车间进行预拼装、现场分段组装。

(4)每层空调机组采用半嵌式强弱电一体化变频柜控制。传统空调机组DDC控制示意图如图2所示。空调机组强弱电一体柜示意图如图3所示。

图2 传统空调机组DDC控制示意图

图3 空调机组强弱电一体柜示意图

与传统区域DDC控制空调机组相比较,强弱电一体化变频柜控制只需工厂安装少量电缆,大量减少安装、时间成本,节约工期;其次,强弱电一体柜中传感器出厂时完成安装,工厂完成调试工作,无需现场调试,保障空调机组与控制系统完美匹配,使空调机组充分发挥效能。

(5)卫生间排水管道同层模块化设计,便于实现建筑排水系统工厂化加工、批量性生产以及快速安装,保证安装质量,有效规避排水管道漏水等隐患。

(6)现状室外施工场地机电管线一体化迁改:由于二期工程属于现有建设项目改扩建工程,本次建设范围内原有地面下敷设了为现状建筑提供市政供给的管线。故本次建设项目需包含管线改造工程,需在保证医院整体正常运行的前提下进行场地内的机电管线迁移,并需充分考虑今后永久管线路由恢复;场地内一期水源热泵管线、强弱电缆、给排水管线均需临时迁移,经过方案论证,机电管线一体化统筹考虑,将所有现场原埋地管线迁移至施工场地旁的绿地中,采用综合管线支架明敷方式,二期建设到一定程度时分专业进行永久恢复。机电管线综合支架及剖面图如图4所示。

图4 机电管线综合支架及剖面图

(7)地上全部采用钢结构,传统机电管线支吊架由角铁、槽钢制作,不同专业管线吊架不宜大批量直接焊接钢结构上;综合考虑采用机电管线一体化综合支吊架及抗震支吊架方案,节省空间、节约投资。与传统支吊架相比,成品支吊架简化施工安装过程,增强施工安装质量,缩短施工安装工期,优化施工效果。

(8)其他:各类工程管线均按国家有关标准涂刷不同颜色油漆,便于维修管理。

4 结 语

该项目属于院区改造工程,各机电系统均需与一期现有系统统筹考虑合理对接,改造过程不能影响医院正常运营,设计及施工配合难度均大于常规新建医院项目。此外,本项目为北京市“一会三函”项目,“一会”指集体会议审议决策,“三函”指建设项目前期工作函、设计方案审查意见函、施工意见登记函。施工主体结构封顶后可行性研究报告才批复,项目即将竣工投入使用,初步设计还正在审批过程中。所有建设程序倒置,配合施工过程要严控预算,规避超可研投资无法竣工决算风险。

近几年,国家大力发展装配式建筑,各种装配厂商技术不断完善,今后医疗建筑整体装配比率越来越高,现场施工更快捷高效,自动化程度更高。作为机电工程师要有一体化思维,加强新技术应用研究,结合新材料工艺,考虑建设施工成本,设计更先进合理的工程项目。