裘海晶（現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)集團(tuán)－上海建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司,上海 200070）

1 引言

我國(guó)自改革開(kāi)放以來(lái)，高層建筑的建設(shè)數(shù)量日益增多，尤其是超高層建筑，更有競(jìng)爭(zhēng)高度的態(tài)勢(shì)，如在建的“上海中心大廈”，總高度632m，建成后將是中國(guó)第一高度。這其中既有其技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)需求快速發(fā)展等方面的因素，主要也是因?yàn)槌鞘腥丝诿芏鹊脑龃蠛陀行恋刭Y源緊張而引起的。但在國(guó)際上，或僅相對(duì)于亞洲來(lái)說(shuō)，我國(guó)高層建筑的建設(shè)起步仍是較晚的，對(duì)高層建筑的研究工作也是近十幾年來(lái)才開(kāi)展起來(lái)的，有許多需要進(jìn)一步學(xué)習(xí)和研究的地方。

超高層建筑的明確定義，基本上是在經(jīng)過(guò)了1972年聯(lián)合國(guó)教科文組織下屬的世界高層建筑委員會(huì)的討論后，才認(rèn)定40層以上（高度在100m以上）的屬于超高層建筑[1]。但在不同的國(guó)家，仍是以各自的具體情況，如建筑類別、防火要求等，對(duì)高層及超高層建筑的定義有不同的規(guī)定，而我國(guó)的《民用建筑設(shè)計(jì)通則》中也已明確規(guī)定“建筑高度大于100m的民用建筑為超高層建筑”。

2 超高層建筑的供配電設(shè)計(jì)特點(diǎn)

超高層建筑和一般高層建筑相比，因?yàn)榻ㄖw量的巨大化，使得其中的用電設(shè)備的種類更多，用電量更大，供電可靠性要求和智能化程度要求也更高，因此其電氣線路和設(shè)備機(jī)房也更多更復(fù)雜。而電氣設(shè)計(jì)的基本是要穩(wěn)定、可靠地接受電力和信息，并在高智能化的技術(shù)支持下以達(dá)到高舒適性的目的。因此，供電電源的可靠安全是整個(gè)電氣設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)條件，要打好基礎(chǔ)，則必須了解超高層建筑的特點(diǎn)，有針對(duì)性的進(jìn)行供配電設(shè)計(jì)。

超高層建筑的最大特點(diǎn)就是“高”，這點(diǎn)引申到供配電設(shè)計(jì)上來(lái)說(shuō)就是要考慮供電半徑的問(wèn)題，不同容量的變壓器，其遠(yuǎn)距離帶負(fù)荷能力不同，且供電距離與負(fù)荷密度大小是成反比關(guān)系的?，F(xiàn)代的超高層建筑大多為功能多樣的綜合性大樓，可以同時(shí)包括有商業(yè)、辦公、酒店、餐廳等性質(zhì)和使用功能完全不同的建筑類型，這使得整個(gè)建筑的用電設(shè)備復(fù)雜而多樣，負(fù)荷密度變化較大。通常來(lái)說(shuō)，電力設(shè)備中用電負(fù)荷比重最大的往往是空調(diào)通風(fēng)設(shè)備，經(jīng)常占到整個(gè)用電負(fù)荷的50%～60%甚至以上，其設(shè)備機(jī)房經(jīng)常集中設(shè)于地下室內(nèi)或屋頂層，這是用電負(fù)荷較為集中的區(qū)域。另外對(duì)超高層建筑來(lái)說(shuō)，電梯的數(shù)量不僅多且通常會(huì)設(shè)置有分區(qū)電梯來(lái)適應(yīng)各種不同使用功能的要求，從而使得部分電梯機(jī)房布置在大樓的中部位置，再加上可能會(huì)有的中間泵站和分區(qū)空調(diào)設(shè)備，這使得超高層建筑的中部也會(huì)成為一個(gè)用電負(fù)荷密度較高的區(qū)域。設(shè)計(jì)的關(guān)鍵原則就是變壓器的設(shè)置盡量靠近用電負(fù)荷中心，最大化地利用變壓器的帶負(fù)荷能力；因此在建筑物的恰當(dāng)位置設(shè)置中間機(jī)房層是非常重要的，超高層建筑的中部機(jī)房層通常會(huì)與避難層結(jié)合設(shè)置，即作為一個(gè)應(yīng)急疏散的重要場(chǎng)所，也為各個(gè)設(shè)備系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換、接力提供必要的空間。

超高層建筑的另一個(gè)特點(diǎn)是火災(zāi)情況下火勢(shì)蔓延速度快、撲救難度大且疏散困難，針對(duì)這個(gè)特點(diǎn)，建筑結(jié)構(gòu)、給排水及通風(fēng)等專業(yè)都采取了相應(yīng)措施。如設(shè)置避難層、提高建筑耐火等級(jí)，屋面設(shè)救援停機(jī)坪，設(shè)置噴淋、排煙系統(tǒng)等等。電氣專業(yè)作為建筑中的基礎(chǔ)服務(wù)專業(yè)，在提供安全可靠的正常電源的前提下，自備的應(yīng)急電源的可靠連續(xù)運(yùn)行也是非常必要的。因此自備柴油發(fā)電機(jī)的設(shè)置在超高層建筑中是非常普遍的，這是超高層建筑供配電系統(tǒng)的一個(gè)特點(diǎn)。當(dāng)建筑物定位在為高端客戶服務(wù)的基礎(chǔ)上時(shí)，預(yù)留自備柴油發(fā)電機(jī)的設(shè)置空間及一些縱向垂直通道的空間，對(duì)將來(lái)的招商也是非常有利的。

另外還有超高層建筑內(nèi)設(shè)備的運(yùn)輸和安裝問(wèn)題，由于變壓器等大型電氣設(shè)備安裝在大樓中部，根據(jù)超高層建筑的規(guī)模程度不同，變壓器和高低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備及大型用電設(shè)備的運(yùn)輸和安裝對(duì)施工來(lái)說(shuō)也存在著一定的難度，需要在設(shè)計(jì)階段適當(dāng)?shù)目紤]合理的運(yùn)輸通道等以減緩施工難度。通?？紤]以電梯井道作為縱向運(yùn)輸通道，與建筑、結(jié)構(gòu)專業(yè)緊密配合，并在水平運(yùn)輸通道的適當(dāng)位置預(yù)留部分水平牽引拉環(huán)等裝置。

3 實(shí)例介紹

上海塘東地區(qū)某地塊工程，基地內(nèi)主要包括五棟高層建筑D1～D5，其中D1建筑高度為190m，建筑面積約11萬(wàn)m2；D2和D3（互為鏡向）建筑高度為130m，建筑面積分別約9.3萬(wàn)m2；D4和D5（互為鏡向）建筑高度為80m，建筑面積分別約6.8萬(wàn)m2。五棟樓均為辦公樓性質(zhì)，其建筑結(jié)構(gòu)及使用功能相似，都是地下3層車庫(kù)加設(shè)備用房，地上1～2層商業(yè)及物業(yè)管理用房，3層以上均為標(biāo)準(zhǔn)層辦公，屋頂1～2層的機(jī)房層，其中三棟超高層建筑的中段部位均設(shè)有避難層加設(shè)備用房。

由于超高層建筑通常體量都較大，其供電電壓等級(jí)有一定的選擇性，在設(shè)計(jì)初期合理地確定其供電電壓等級(jí)是非常重要的?！渡虾ｋ娏╇姞I(yíng)業(yè)細(xì)則》有相關(guān)的規(guī)定，“客戶受電變壓器總?cè)萘吭?300kVA以上至4萬(wàn)kVA，采用35kV電壓供電”。但是“根據(jù)電網(wǎng)情況或客戶用電特殊要求，經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)比較后，供電電壓的界限可作適當(dāng)變動(dòng)”。本項(xiàng)目中業(yè)主要求D1～D5均能獨(dú)立運(yùn)營(yíng)且產(chǎn)權(quán)獨(dú)立，各樓的變壓器裝接容量可詳見(jiàn)表1。可以看出D1～D3按規(guī)定都需要以35kV電壓供電，但顯然這樣的做法從經(jīng)濟(jì)技術(shù)等各方面來(lái)說(shuō)都不合理，最終與當(dāng)?shù)毓╇姴块T進(jìn)行多次的協(xié)商討論后，決定在基地內(nèi)建設(shè)一座35kV/10kV的電業(yè)變電站（由供電部門負(fù)責(zé)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理），再?gòu)恼緝?nèi)向各棟樓分別送專用的10kV電源至樓內(nèi)10/0.4kV用戶變電站，10kV電源進(jìn)線側(cè)設(shè)電業(yè)計(jì)量表計(jì)。

表1 變壓器容量

以下主要介紹超高層建筑D1～D3的供配電方案：

根據(jù)業(yè)主的要求，D1建筑的高度最高，其整體定位要求也最高，不管是從體形還是使用功能上都必須在地塊內(nèi)起到龍頭的作用。因此設(shè)計(jì)時(shí)考慮的其電源可靠性要求也最高；設(shè)計(jì)采用了三路10kV電源引入，二用一備，之間設(shè)手動(dòng)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，每路電源均可帶全部一、二級(jí)負(fù)荷正常運(yùn)行；另外在地下1層設(shè)2組1250kVA柴油發(fā)電機(jī)組作為應(yīng)急電源，直接供至低壓應(yīng)急母線，并在機(jī)房?jī)?nèi)預(yù)留高端客戶自備柴油發(fā)電機(jī)的安裝空間；大樓的10kV高壓配電系統(tǒng)詳見(jiàn)圖1。

D2和D3互為鏡關(guān)系，以D2為例，采用兩路10kV電源引入，同時(shí)供電，之間不設(shè)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，每路電源均可帶全部一、二級(jí)負(fù)荷正常運(yùn)行；另外在地下1層設(shè)2組1000kVA柴油發(fā)電機(jī)組作為應(yīng)急電源，直接供至低壓應(yīng)急母線；大樓的10kV高壓配電系統(tǒng)詳見(jiàn)圖2。

圖1 層難避于設(shè)分部?jī)?nèi)框線虛（圖線單統(tǒng)系電配壓高1D ）

圖 2 層難避于設(shè)分部?jī)?nèi)框線虛（圖線單統(tǒng)系電配壓高2D）

以上兩種供電方案均為放射式配電，由地下1層主變配電室放射式配出專路10kV電纜至避難層副變配電室內(nèi)的變壓器。其中D1采用了三路10kV電源進(jìn)線，二用一備。當(dāng)其中一路常用電源故障或檢修時(shí)，備用電源可代替其100%的全部用電負(fù)荷正常運(yùn)行，而無(wú)需切除任何負(fù)荷。三個(gè)電源間聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)均設(shè)置為手動(dòng)操作方式，以防止誤動(dòng)作；從主變配電室不同的母線上分別引出一路10kV專路電源送至避難層副變配電室分段母線，母線之間同樣設(shè)置手動(dòng)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，當(dāng)其中一路電源故障或檢修時(shí)，另一路可帶其中一、二級(jí)負(fù)荷正常運(yùn)行?？梢哉f(shuō)D1的整個(gè)電源系統(tǒng)的供電可靠性在滿足規(guī)范的要求之上是有進(jìn)一步提高的，這種方式比較適合于對(duì)電源有特殊要求或有較多特別重要用電負(fù)荷的情況，但也考慮到建設(shè)費(fèi)用相對(duì)較高，因此對(duì)D2、D3建筑仍采用了常規(guī)的兩路獨(dú)立電源供電外加應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)的配電模式。

當(dāng)超高層建筑的高度繼續(xù)向上發(fā)展或者建筑的使用功能發(fā)生變化，如從辦公轉(zhuǎn)換為酒店，建筑內(nèi)可能會(huì)在中部設(shè)有多個(gè)避難層（機(jī)房層），用電負(fù)荷密度也同樣隨之分散發(fā)展。除了仍可采用放射方式向各個(gè)避難層的分變配電室分別配電外，也可選擇采用環(huán)網(wǎng)方式進(jìn)行配電，將各個(gè)分變配電室以開(kāi)環(huán)連接，形成縱向網(wǎng)絡(luò)，這種配電方式在橫向的城市供電網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用非常廣泛。其特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)中任一變壓器的故障和檢修都可不影響其他變壓器的正常運(yùn)行，同樣也具有較高的供電可靠性。具體可結(jié)合工程的具體性質(zhì)和要求以及投資費(fèi)用等各方面綜合考慮，選擇適當(dāng)?shù)陌踩煽康墓╇姺桨浮?/p>

4 結(jié)束語(yǔ)

超高層建筑的建設(shè)正在快速發(fā)展，其安全性、耐久性和舒適性都將有進(jìn)一步的發(fā)展，但僅上海地區(qū)，超高層建筑有近1/3以上是由境外設(shè)計(jì)公司負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)建設(shè)的，國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)研究工作仍不能完全滿足要求，希望通過(guò)不斷的學(xué)習(xí)、交流和研究能使我們的設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展與建設(shè)同步。

[1] 三棲邦博. 超高層辦公樓[M]. 劉樹(shù)信，譯.北京: 中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2003.

[2] 中華人民共和國(guó)公安部.GB 50045-95高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范（2005年版）[S]. 北京: 中國(guó)計(jì)劃出版社, 2005.