摘要：木结构建筑是中国建筑史上最重要的建筑形式之一，其电气设计直接影响到木结构建筑的使用安全。结合木结构寺庙项目的工程实例，笔者着重对木结构电气管线敷设、木结构电气消防、木结构防雷接地等方面的电气设计关键技术进行分析和探讨。
关键词：木结构建筑；管线敷设；电气消防；防雷接地
中国是世界上最早使用木结构建造房屋的国家之一，在木结构的应用方面拥有数千年的历史和经验。但是，近年来由于城市发展的快速增长以及对建筑安全性有着更高的要求，钢筋混凝土及钢结构建筑的占比越来越大。同时，由于木材的高成本和木结构设计、生产加工、施工人才的匮乏，也大大制约着木结构建筑的发展。着眼于建筑电气设计来说，国内就没有专门针对木结构建筑的电气设计规范，而限于木结构本身易燃、易受潮的特点，设计时需要特别注重其管线敷设、电气消防、防雷接地等关键技术的实施方案。
1木结构电气管线敷设
木结构建筑电气管线敷设设计主要关注两个方面：管线的防火保护和管线隐蔽美观。管线的防火保护可以依据《建筑设计防火规范》及《木结构设计标准》规范的相关条文进行设计，而电气管线的隐蔽美观是木结构建筑效果的重要因素。
1.1管线类型
木结构建筑内部的管线大致有以下2类：在顶部敷设的管线和在地面敷设的管线。在顶部敷设的管线主要包括室内照明、室内顶装空调、火灾自动报警探测器、安防监控摄像机等；在地面敷设的管线主要包括室内插座、室内落地空调、电话网络面板等。
1.2管线敷设方式分类及要点
建筑内部的管线敷设方式大致有以下3类：顶面敷设、墙面敷设和地面敷设。每类管线敷设方式又分为明敷和暗敷。和常规的公共建筑不同的是，木结构建筑的梁、柱、楼板、墙均采用木材，特别是木结构梁和木结构柱，一般是整根的木材，因此在管线敷设时须要注意以下方面。第一，木结构柱内通常无法暗敷竖向管线。常规建筑中竖向垂直对齐的管线一般可在混凝土柱中暗敷，但木结构柱通常采用整根原木，且长度较长，在木材工厂时就无法通长钻孔，更不可能到现场开槽，因此木结构建筑内竖向管线一般采用明敷或墙内暗敷。第二，木结构竖向墙面管线暗敷时须注意横向地木伏、墙木伏及水平横木梁对管线的影响。木结构建筑中有很大一部分是古建筑或仿古建筑，其地木伏、墙木伏及水平横梁一般为整个墙面，当竖向管线与之交叉时，无法通过翻弯或横向绕行避开，而只能采取在木伏、水平横梁上预留洞的方案。和木柱相比，木伏在纵向的高度较短，在木材工厂内可以对其进行预留洞，在机电安装时金属管就可以通过预留洞进行竖向的穿越，图1、图2为某寺庙建筑墙面插座管线安装示意图。配电箱至插座采用SC20热镀锌钢管，配电箱为管线起点，出配电箱后沿木结构墙中间50mm厚空腔向下敷设，穿越墙木伏、地木伏处打洞直径25mm，然后埋地敷设至插座正下方，再沿木结构墙中间50mm厚空腔向上敷设，穿越墙木伏、地木伏处打洞直径25mm。第三，注意预留管线施工空间及日后检修条件。由于电气管线有可能出线老化、损坏的情况，因此设计时必须预留日后检修的条件。仍以图1、图2为例，在平面插座的位置设置过路盒，并提资木结构建筑和结构专业深化单位过路盒位置。木墙一侧的木板采用活动结构，便于日后的检修。第四，无法暗敷的管线在明敷时需要结合木结构建筑特点隐蔽敷设。由于电气管线数量较多，考虑建筑物室内的美观，电气管线一般优先采用暗敷的形式，但是，由于木结构建筑特别是古建筑、仿古建筑的特点，部分管线无法暗敷时，须与木结构建筑设计和室内设计充分沟通，尽量采用隐蔽的敷设方案。图3、图4为某寺庙建筑室内及泛光照明管线安装示意图。配电箱至室内照明及泛光照明灯具采用SC20热镀锌钢管，配电箱为管线起点，出配电箱后沿木结构墙中间50mm厚空腔向上敷设，穿越墙木伏处打洞直径25mm，穿越水平横梁及檩条处打洞直径25mm，穿越至横梁上方，室内照明贴横梁背面敷设至各照明灯具，泛光照明贴檩条向外敷设至屋檐内边后翻转180°至屋檐外边，穿越水平横梁及檩条处打洞直径25mm。第五，预留孔洞须定位。和装配式建筑类似，所有墙木伏、地木伏、横向木梁上的预留孔洞都须在木结构加工厂内预制，因此各预留孔洞在图纸中必须进行定位和数量标注，必要时还需要增加部分节点详图。
2木结构电气消防设计
2.1木结构建筑火灾自动报警系统的设置
根据前文提及的相关规范，总建筑面积大于1500m2的木结构公共建筑应设置火灾自动报警系统，木结构住宅建筑内应设置火灾探测与报警装置。但是，由于木结构内可燃物较多，且空间一般较小，火灾发展相对较快，建议建筑面积小于等于1500m2的木结构公共建筑也设置火灾自动报警系统。当木结构建筑为锯齿形屋顶和坡度大于15°的人字形屋顶，应在每个屋脊处设置一排点型探测器；当木结构建筑房间室内高度大于12m2时，应根据不同的场所在线型光束感烟探测器、管路吸气式感烟探测器、图像型感烟火灾探测器、火焰探测器中选择2种及以上火灾参数的火灾探测器。
2.2木结构建筑其他电气消防系统的设置
木结构建筑内最大的火灾隐患是电气火灾，因此建议设置电气火灾监控系统。对于室内高度大于12m2的空间场所以及照明线路上方无法设置其他探测器的场所，应设置具有故障电弧功能的电气火灾监控探测器。故障电弧检测技术，是通过分析被监测线路上的电流信号，可以准确检测到线路上是否有串联故障电弧、并联故障电弧和接地故障电弧的发生。该技术在0.5s的时间内即可检测到线路上故障电弧的发生，可以在导线绝缘层和周围可燃物尚未燃烧前发出报警信号，有效地降低了由于接触不良、绝缘老化、机械外力等因素导致的电气火灾发生的概率。
3木结构防雷接地设计
3.1一般设计流程
对于一般的木结构建筑，设计时要先判别其是否为古建筑。古建筑的定义为现遗存的按古代传统营造的古代建筑。如果木结构建筑属于古建筑，则其防雷设计应参照规范GB51017—2014《古建筑防雷工程技术规范》进行设计。在古建筑防雷设计前，应进行现场勘察，并应编写勘察报告。古建筑防雷应根据其文物价值、发生雷电事故的可能和后果划分为第一级、第二级2个级别，并根据相应的级别进行防雷接地设计。如果木结构建筑不属于古建筑，则其防雷设计应参照规范GB50057—2010《建筑物防雷设计规范》进行设计。根据建筑的重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果，按防雷要求分为3类即一类、二类、三类防雷建筑物，并根据相应的类别进行防雷接地设计。
3.2木结构建筑屋面接闪器的选用
当屋面为金属屋面时，且金属屋面的连接方式、材质等要求满足规范时，宜优先利用其屋面作为接闪器。例如木结构寺庙如果采用金属瓦片时，可以利用其金属瓦片直接作为接闪器。当屋面为非金属屋面时，采用明敷接闪器。明敷接闪器可采用接闪带或者接闪带结合避雷短针的形式。当木结构建筑外立面要求较高时，可采用暗敷接闪带结合避雷短针的形式。图5为某寺庙建筑屋面防雷示意图。整个屋面的最上层为非金属材质的蝴蝶干挂瓦，无法利用其作为接闪器，故采用其下一层的满铺钢板作为暗敷接闪带，另在屋脊屋角等最高点设置避雷针，这样既满足了规范，又很好地兼顾了建筑的外立面美观。
3.3木结构建筑防雷引下线的选用
木结构建筑的防雷引下线和其他电气管线相同，均无法在木结构柱内敷设，木结构内也没有钢筋可以利用，因此木结构建筑应设置专设引下线。专设引下线优先沿木结构墙、柱等外表面明敷并应经最短路径接地；当木结构外立面要求较高时可以采用暗敷，但应选用直径不小于10mm的圆钢或截面不小于80mm2的扁钢。引下线在距室外地面上0.3～1.8m2处装设断接卡，并应采用绝缘导管进行保护。
3.4防接触电压和跨步电压的措施
木结构建筑一般面积比较小，当其专设引下线数量少于10根时，应采取措施防止接触电压和跨步电压，例如在引下线3m范围内地表层敷设5cm2厚沥青层或15cm2厚砾石层。
4结束语
以上是笔者在木结构建筑电气设计过程中的一些心得和体会，对于一些具有特点的设计内容提出自己的设计思路，欢迎各位同行的指正和批评。
参考文献
[1]公安部天津消防研究所.建筑设计防火规范：GB50016-2014（2018年版）[S].北京：中国计划出版社，2018.
[2]中国建筑西南设计研究院有限公司,四川省建筑科学研究院.木结构设计标准：GB50005-2017（2017年版）[S].北京：中国建筑工业出版社，2017.
[3]中国建筑科学研究院.古建筑防雷工程技术规范：GB51017-2014[S].北京：中国建筑工业出版社，2014.
[4]中国中元国际工程公司.建筑物防雷设计规范：GB50057-2010[S].北京：中国计划出版社，2011.
作者:高晓明 单位:上海建筑设计研究院有限公司