建筑室內(nèi)空間凈高控制分析與優(yōu)化措施

陳 石（上海市市政工程建設(shè)發(fā)展有限公司，上海 200025）

公共建筑為人們進(jìn)行各種公共活動(dòng)提供相應(yīng)場(chǎng)所，一般設(shè)置有較多平面敞開(kāi)大空間。從人的心理感受方面分析，在一定范圍里內(nèi)，建筑的平面空間越大，視覺(jué)通透性就越好。這是設(shè)計(jì)公共建筑的空間凈高所必須考 BIM 慮的一個(gè)方面。

按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB 50096—2011《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，臥室、起居室（廳）的室內(nèi)凈高 ≥2.40 m，局部?jī)舾摺?.10 m；廚房、衛(wèi)生間的室內(nèi)凈高 ≥2.20 m。

GB 51251—2017《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定了最小清晰高度并給出了計(jì)算公式，見(jiàn)式（1）。

式中 ：Hq—最小清晰高度；

H '—為排煙場(chǎng)所凈高。

GB 51251—2017 對(duì)建筑物的空間凈高的規(guī)定，設(shè)計(jì)師在施工圖設(shè)計(jì)階段要予以考慮[1]。

室內(nèi)凈高影響置身其中的人的心理感受，影響排煙的有效性和可靠性，最終影響建筑的使用功能。為了提升建筑的品質(zhì)，需要對(duì)建筑的室內(nèi)凈高進(jìn)行分析和研究。

1 凈高的影響因素

1.1 投資和結(jié)構(gòu)等的影響

樓層高度一般由建筑設(shè)計(jì)確定，它與容積率、綠地率和建筑規(guī)模等規(guī)劃指標(biāo)相關(guān)。室內(nèi)凈高關(guān)系示意圖見(jiàn)圖 1。由圖 1 可知，在一定范圍內(nèi)，樓層高度越高，對(duì)室內(nèi)空間凈高越有利。住宅建筑統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，住宅層高平均每降低 0.10 m，相應(yīng)地可降低造價(jià) 2% 左右。凈高的增大往往會(huì)帶來(lái)造價(jià)的提高，帶來(lái)經(jīng)濟(jì)上的壓力。因此，投資額的多少是影響建筑室內(nèi)空間凈高的一個(gè)方面。此外，建筑的類型和外觀形狀設(shè)計(jì)會(huì)影響建筑所采用的結(jié)構(gòu)形式，而結(jié)構(gòu)的構(gòu)造設(shè)計(jì)也會(huì)影響空間凈高。

圖1 室內(nèi)凈高關(guān)系示意圖

結(jié)構(gòu)中垂直構(gòu)件（主要為柱和墻）一般不會(huì)降低凈高。水平構(gòu)件（主要為梁和板）由于存在一定厚（高）度，會(huì)在垂直方向上占用空間，也就在一定程度上影響了空間凈高。傾斜結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生影響見(jiàn)圖 2。從 圖 2 可以看出，傾斜構(gòu)件雖然在平面上不占用太多空間，即影響凈高的范圍較??；但構(gòu)件的垂直方向尺寸（H）遠(yuǎn)大于構(gòu)件的截面尺寸（h），其影響程度不容忽視。

圖2 傾斜結(jié)構(gòu)構(gòu)件影響示意圖

此外，水平構(gòu)件跨度較大時(shí)，須按照一定比例起拱。構(gòu)件起拱示意圖見(jiàn)圖 3。從中可以看出，構(gòu)件跨度越大，要求的起拱高度也越大。從構(gòu)件整體占用的垂直空間角度分析，構(gòu)件起拱影響空間凈高。

圖3 構(gòu)件起拱示意圖

1.2 機(jī)電安裝的影響

壓力管道輸送流體由機(jī)械設(shè)備提供動(dòng)力，一般管道高度（直徑）即為影響程度。重力管道內(nèi)流體流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力為流體自身的重量，需要管道具有一定坡度，因此重力管道在敷設(shè)的縱向截面中，管道垂直方向所占高度遠(yuǎn)大于其本身的橫向截面尺寸，對(duì)空間凈高的影響程度也隨管道長(zhǎng)度的增加而增加。管道的起坡示意見(jiàn)圖 4 。

圖4 重力管坡度示意圖

此外，施工過(guò)程中參照的相關(guān)規(guī)范規(guī)定了某些管線之間的相互距離，例如水管、電氣橋架、線槽鄰近安裝時(shí)，則安裝間距應(yīng) ＞100 mm[2]。另外，為了便于設(shè)備和管線的維修，施工時(shí)也會(huì)在管道之間留出相應(yīng)安全檢修距離，這種間距無(wú)疑會(huì)縮小設(shè)備和管線所能利用的空間，對(duì)凈高造成影響。

1.3 精裝修與內(nèi)保溫的影響

精裝修的影響主要體現(xiàn)在吊頂和地板的厚度以及吊頂?shù)脑煨?。吊頂和地板的敷設(shè)厚度對(duì)空間凈高的影響原理與水平結(jié)構(gòu)構(gòu)件對(duì)空間凈高的影響原理一致，其厚度大小主要受選取的吊頂材料影響。而吊頂?shù)目臻g造型體現(xiàn)在垂直方向上，自然也影響空間凈高。

建筑內(nèi)保溫技術(shù)雖然存在冷熱橋等方面的弊端，但在施工安全和降低造價(jià)等方面有一定優(yōu)勢(shì)[3]，因此其在一定范圍內(nèi)仍被使用。內(nèi)保溫材料的厚度大小在一定程度上影響了空間凈高。保溫材料的厚度主要與保溫材料的材料選擇及建筑所處的氣候環(huán)境有關(guān)。

1.4 施工附加與誤差的影響

設(shè)計(jì)圖紙中不可避免地會(huì)存在未明確標(biāo)注尺寸的情況，相應(yīng)施工技術(shù)或方法的使用，會(huì)增加一定的附加措施，這些附加措施也可能影響空間凈高，比如管道連接件、彎頭等的使用：這些構(gòu)件的高度可能會(huì)大于管道本身的高度。

此外，施工的誤差也可能對(duì)空間凈高產(chǎn)生影響。GB/T 50375—2016《建筑工程施工質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》[4]規(guī)定建筑和結(jié)構(gòu)專業(yè)的誤差允許范圍一般為毫米數(shù)量級(jí)，影響較小。相比建筑及結(jié)構(gòu)專業(yè)，機(jī)電專業(yè)管道敷設(shè)的允許誤差較大。此外，操作不當(dāng)也會(huì)帶來(lái)較大誤差。

2 凈高分析的方法

2.1 邊施工邊分析

邊施工邊分析方法是一種通過(guò)施工過(guò)程中到施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地查看，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)空間凈高存在問(wèn)題的部位并進(jìn)行分析的方法。它具有一定滯后性。建筑工程項(xiàng)目是一個(gè)完整系統(tǒng)，利用該方法發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，往往可供選擇的解決方案較少，經(jīng)濟(jì)代價(jià)較大，甚至喪失了解決問(wèn)題的可能性。

2.2 利用經(jīng)驗(yàn)分析

經(jīng)驗(yàn)分析指通過(guò)積累工程設(shè)計(jì)和施工方面的經(jīng)驗(yàn)，從而獲得凈高分析方面的思維敏感性，即根據(jù)已經(jīng)總結(jié)記錄下的不同使用區(qū)域的凈高問(wèn)題、可能出現(xiàn)問(wèn)題的區(qū)域以及特定區(qū)域凈高問(wèn)題的原因等對(duì)空間凈高進(jìn)行分析。該方法較為原始，準(zhǔn)確率不高，適合大部分工程知識(shí)體系不夠健全的從業(yè)人員。

2.3 對(duì)照?qǐng)D紙分析

對(duì)照?qǐng)D紙分析法是指將各專業(yè)的設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行對(duì)照分析，發(fā)現(xiàn)空間凈高存在問(wèn)題的影響因素，再對(duì)各因素進(jìn)行綜合分析，挑選出其中的主要因素，從而制訂解決相應(yīng)問(wèn)題的對(duì)策的一種方法。該方法的實(shí)施需要相應(yīng)的人員有較強(qiáng)的空間想象能力和較為全面的專業(yè)知識(shí)，所花費(fèi)的時(shí)間成本也較大，并且容易產(chǎn)生遺漏。因此，該方法適合與經(jīng)驗(yàn)分析方法配合使用，那樣將提高效率。

2.4 BIM 分析

建筑信息模型（Building Information Modeling,BIM）可在視覺(jué)上直觀反應(yīng)建筑內(nèi)部的預(yù)期狀況[5]，實(shí)現(xiàn)電腦自動(dòng)化分析和碰撞檢查，可導(dǎo)出在建筑中任意部位的剖面圖，也可以人的視角去看內(nèi)部空間情況。該方法對(duì)相關(guān)人員的知識(shí)全面性要求相比圖紙分析較低，但前提是相關(guān)人員做好充分的準(zhǔn)備工作，須事先建立起整個(gè)建筑的 BIM。通過(guò) BIM 分析，可以有效找到空間凈高方面存在問(wèn)題的具體部位，直觀地找到每個(gè)部位存在問(wèn)題的關(guān)鍵因素。此方法是目前效率最高、綜合成本最小且最有效的分析方法。

3 室內(nèi)凈高優(yōu)化措施

3.1 建筑方案與結(jié)構(gòu)優(yōu)化

城市規(guī)劃會(huì)對(duì)一定區(qū)域的建筑高度作出限制。設(shè)計(jì)師在為特定區(qū)域的建筑做方案設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮并利用高度的限制值。這樣可以在建筑設(shè)計(jì)階段為室內(nèi)凈高設(shè)計(jì)和后續(xù)施工階段留足余量，降低其他因素對(duì)凈高的影響程度。

從結(jié)構(gòu)專業(yè)方面考慮，可以通過(guò)適當(dāng)減小結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸，例如梁的高度、樓板的厚度等，也可以減少異形結(jié)構(gòu)和傾斜結(jié)構(gòu)構(gòu)件的使用，從而降低結(jié)構(gòu)構(gòu)件對(duì)空間凈高的影響。但這些措施應(yīng)以保證結(jié)構(gòu)安全為前提。

3.2 管道預(yù)先模擬排布

此方法主要用于施工過(guò)程中的實(shí)施方案。它利用 BIM 三維軟件預(yù)先確定各管道與建筑結(jié)構(gòu)的相對(duì)空間位置，或在軟件中預(yù)先標(biāo)定最低完成面，來(lái)充分利用局促的凈高現(xiàn)狀。它可在源頭上消除部分誤差帶來(lái)的影響。

3.3 梁中穿管與管線上翻

在管線無(wú)法避開(kāi)梁位置處，可在管線過(guò)梁后上翻，保證梁與梁之間的空間凈高滿足要求。在梁構(gòu)件上開(kāi)洞穿管，可縮小管線所占用的高度。近期，國(guó)家大力推行裝配式建筑[6]，可有效利用該措施。

3.4 管線或系統(tǒng)調(diào)整

按照設(shè)計(jì)階段的區(qū)域劃分，建筑中一些區(qū)域?yàn)橹饕δ軈^(qū)域或人員長(zhǎng)時(shí)間停留區(qū)域。在建筑設(shè)計(jì)和施工階段，應(yīng)首先滿足這類區(qū)域的凈高需求。在不影響建筑使用功能的前提下，進(jìn)行機(jī)電管線綜合設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)管線排布時(shí)，應(yīng)當(dāng)避免將管線和設(shè)備集中放置于這些區(qū)域，或者將這些區(qū)域原有的管線移動(dòng)到其他區(qū)域。

當(dāng)存在大面積凈高缺陷，并且管線移位不能完全解決所出現(xiàn)的相應(yīng)問(wèn)題時(shí)，應(yīng)從機(jī)電系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)的層面考慮，重新設(shè)計(jì)管線系統(tǒng)的排布，方可有效解決問(wèn)題。

3.5 取消管線

在凈高問(wèn)題無(wú)法解決，并且已經(jīng)影響到建筑特定區(qū)域的使用功能時(shí)，亦可適當(dāng)從管線系統(tǒng)的數(shù)量層面考慮，從源頭上減少特定的機(jī)電管線敷設(shè)。以一實(shí)際工程為例，如圖 5 所示：機(jī)械排煙管道存在時(shí)，凈高為 1.71 m，不滿足使用要求。若取消排煙管，利用玻璃幕墻開(kāi)窗進(jìn)行自然排煙，凈高可達(dá) 2.45 m，這樣凈高得到改善。另外，寬度超過(guò) 1.20 m 的管道下部須增設(shè)消防噴淋。在不影響消防安全時(shí)，可將消防排煙系統(tǒng)從原機(jī)械排煙改為自然排煙，這樣做可節(jié)省一定的頂部空間，并且取消排煙管后亦可降低消防噴淋的噴頭安裝高度。

圖5 取消管線前后的凈高示意圖

3.6 采用被動(dòng)式建筑

被動(dòng)式建筑[7]主要是指不依賴于耗能的建筑設(shè)備，而完全通過(guò)建筑自身的空間形式、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、建筑材料與構(gòu)造的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的建筑。被動(dòng)式建筑一般結(jié)構(gòu)構(gòu)件較大，但該類型建筑可有效減少或者避免機(jī)電管線的敷設(shè)，特別是截面較大的暖通管道的敷設(shè)，綜合比較下可有效提高空間凈高。

4 結(jié) 語(yǔ)

建筑室內(nèi)空間凈高影響建筑的使用功能。建筑各分支專業(yè)均從自身角度對(duì)凈高產(chǎn)生一定的影響。設(shè)計(jì)師或工程施工技術(shù)人員可通過(guò)在施工中觀察、利用經(jīng)驗(yàn)、對(duì)照?qǐng)D紙或利用軟件工具等方法對(duì)凈高問(wèn)題進(jìn)行分析，最終回歸到各分支專業(yè)中去，針對(duì)特定問(wèn)題再分別制訂優(yōu)化措施。