程培新(中國(guó)建筑設(shè)計(jì)院有限公司，北京100044)

某超高層建筑電氣設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

程培新(中國(guó)建筑設(shè)計(jì)院有限公司，北京100044)

0 引言

隨著社會(huì)的高速發(fā)展，超高層建筑在全國(guó)各地大量涌現(xiàn)，有很多已成為地區(qū)的標(biāo)志性建筑。超高層建筑具有體量大、高度高、業(yè)態(tài)復(fù)雜、檔次高、人員和設(shè)備較多、用電負(fù)荷大及對(duì)電能質(zhì)量及用電可靠性的要求高等特點(diǎn)。筆者結(jié)合某超高層建筑電氣設(shè)計(jì)實(shí)例，對(duì)其特點(diǎn)進(jìn)行概述和分析。

1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目位于北京市朝陽(yáng)區(qū)，建筑形狀為狹長(zhǎng)的長(zhǎng)方形，其中南北長(zhǎng)265.5m，東西寬45.5m。該項(xiàng)目功能主要包括五星級(jí)酒店、公寓以及高端商業(yè)，從布局上可分為南北兩部分。其中南區(qū)為高端商業(yè)，地上共6層，地下4層，其中地下1層為商業(yè)，地下2～4層為汽車(chē)庫(kù)及設(shè)備機(jī)房。北區(qū)為五星級(jí)酒店及公寓用房，1～5層為酒店的配套用房，6～22層為酒店客房層，其中21～22層為酒店行政樓層，23層為設(shè)備避難層，24～26層為不同戶型的公寓用房。其中，24～33層為高檔公寓，34層為豪華公寓，35～36層為豪華復(fù)式公寓。北區(qū)地下1～2層為酒店后勤服務(wù)區(qū)域，地下3～4層為設(shè)備用房。該項(xiàng)目總建筑面積約12.3萬(wàn)m2。其中，地上建筑面積9.13萬(wàn) m2，地下建筑面積3.17萬(wàn) m2。按照功能統(tǒng)計(jì)，大型商業(yè)建筑面積1.66萬(wàn)m2，洲際酒店建筑面積5.17萬(wàn)m2，公寓面積2.3萬(wàn)m2。建筑主體高度149.9m，裙房高度30.8m。結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。

2 設(shè)計(jì)范圍

本工程電氣設(shè)計(jì)主要包括建筑紅線內(nèi)的10/0.4kV變配電系統(tǒng)、電力配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、建筑物防雷、接地系統(tǒng)及安全措施等。

3 10/0.4kV變配電系統(tǒng)

3.1 負(fù)荷分級(jí)

一級(jí)負(fù)荷:消防系統(tǒng) (含消防控制室內(nèi)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警及控制設(shè)備、消防電梯、消防泵、加壓送風(fēng)機(jī)、排煙風(fēng)機(jī)、消防補(bǔ)風(fēng)機(jī)等)、安防監(jiān)控系統(tǒng)、宴會(huì)廳、餐廳、部分廚房用電、康樂(lè)設(shè)施、門(mén)廳及高級(jí)客房、主要通道等場(chǎng)所的照明用電，應(yīng)急及疏散照明指示、通訊，廚房、排污泵、生活水泵、主要客梯用電，計(jì)算機(jī)、電聲、電話和錄像設(shè)備，新聞攝影用電，及其他停電后須堅(jiān)持工作的設(shè)備等用電負(fù)荷。大型百貨商店、商場(chǎng)的營(yíng)業(yè)廳、門(mén)廳、公共樓梯和主要通道的照明及應(yīng)急照明應(yīng)為一級(jí)負(fù)荷，一級(jí)負(fù)荷中的消防系統(tǒng)(含消防控制室內(nèi)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警及控制設(shè)備、消防電梯、消防泵、加壓送風(fēng)機(jī)、排煙風(fēng)機(jī)、消防補(bǔ)風(fēng)機(jī)等)、安防監(jiān)控系統(tǒng)、應(yīng)急及疏散照明指示、通訊、計(jì)算機(jī)機(jī)房、酒店經(jīng)營(yíng)及設(shè)備管理用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等用電負(fù)荷為特別重要負(fù)荷。

二級(jí)負(fù)荷:洲際酒店其他電力負(fù)荷及一般照明等；大型百貨商店自動(dòng)扶梯和乘客電梯為二級(jí)負(fù)荷。

三級(jí)負(fù)荷:公寓、地下車(chē)庫(kù)、其他電力負(fù)荷及一般照明等。

3.2 供電電源

本工程的兩路10kV專(zhuān)線電源分別引自上級(jí)兩個(gè)不同時(shí)損壞的35kV以上變電站的電源，每路均能承擔(dān)本工程全部二級(jí)以上負(fù)荷，兩路電源同時(shí)工作，互為備用，10kV電纜從建筑物西側(cè)穿管埋地引入設(shè)在地下一層的電纜分界室。高壓采用小電阻接地型式。

3.3 應(yīng)急電源

本工程選用兩臺(tái)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組，作為第三路電源。洲際酒店、商場(chǎng)分別設(shè)置1 500kW柴油發(fā)電機(jī)一臺(tái)。

此項(xiàng)目功能定位較高，智能化設(shè)計(jì)對(duì)柴油發(fā)電機(jī)提供的樓宇自控BMS點(diǎn)位要求:1)柴油發(fā)電機(jī)的油溫、油壓、電流、電壓、頻率、功率因數(shù)、有功功率、無(wú)功功率；2)柴油發(fā)電機(jī)的開(kāi)、關(guān)及各種故障狀態(tài)；3)斷路器的開(kāi)、關(guān)及故障狀態(tài)；4)日用油箱的高/低位報(bào)警；5)地下油箱的高/低位報(bào)警；6)地下油箱油泵的開(kāi)、關(guān)及故障狀態(tài)。

此外，根據(jù)酒店管理公司 《洲際工程設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》要求酒店柴油機(jī)在普通電源出現(xiàn)故障時(shí)，需啟動(dòng)應(yīng)急電源供應(yīng)以下36項(xiàng)負(fù)荷，以保證重要負(fù)荷的供電:1)100%的消防樓梯和消防出口指示燈(屬于消防電源)；2)100%的變電間、發(fā)電機(jī)房的照明、工程部辦公室和電話總機(jī)房照明；3)100%的總經(jīng)理辦公室照明；4)100%的電梯轎廂信號(hào)和照明；5)50%的客房走道照明 (照度11LUX)；6) 50%的地下走廊照明；7)20%的服務(wù)區(qū)域 (包括后臺(tái)和員工區(qū)域)燈；8)20%的主要機(jī)房照明；9) 20%的電梯機(jī)房照明；10)15%的所有公共區(qū)域照明；11)各部門(mén)辦公室須供應(yīng)2盞燈；12)每間標(biāo)準(zhǔn)客房小走廊1盞燈；13)每個(gè)收銀臺(tái)1盞燈；14)醫(yī)務(wù)室照明；15)保安部經(jīng)理辦公室照明；16)冷藏/冷凍冷庫(kù)的照明；17)航空障礙燈電源；18)消防系統(tǒng)電源 (屬于消防電源)；19)保安系統(tǒng)電源；20)消防水泵電源 (屬于消防電源)；21)排煙風(fēng)機(jī)和樓梯正壓送風(fēng) (屬于消防電源)；22)發(fā)電機(jī)房和變配電間的插座；23)廚房排煙罩、排風(fēng)機(jī)電源；24)污水提升泵電源；25)集水井泵電源；26)污水處理機(jī)房電源；27)發(fā)電機(jī)供油泵電源；28)鍋爐和鍋爐水泵電源；29)生活水泵電源；30)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、終端設(shè)備、打印機(jī)和銷(xiāo)售網(wǎng)點(diǎn)；31)計(jì)算機(jī)的UPS系統(tǒng)電源；32)時(shí)鐘系統(tǒng)電源；33)電話系統(tǒng)；34)冷庫(kù)/冷凍冰箱等；35)在所有的電梯中必須選擇2臺(tái)電梯供停電時(shí)同時(shí)使用(必須提供應(yīng)急電源，當(dāng)正常電源斷開(kāi)時(shí)，必須能自動(dòng)切換到緊急電源，以保持電梯疏散系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行)。其余的電梯必須返回首層。預(yù)先選定的2臺(tái)電梯 (消防)將用緊急電源繼續(xù)運(yùn)行 (消防電梯電源)；36)接發(fā)電機(jī)電源的插座:前臺(tái)、前臺(tái)辦公室、電腦房、收銀終端、監(jiān)控保安室、工程部、財(cái)務(wù)部。

本項(xiàng)目柴油發(fā)電機(jī)配電系統(tǒng)圖如圖1所示。

3.4 高、低壓供電系統(tǒng)結(jié)線型式及運(yùn)行方式

高壓為單母線分段運(yùn)行方式，中間設(shè)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)。低壓為單母線分段運(yùn)行，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)設(shè)自投自復(fù)/自投不自復(fù)/手動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。

3.5 變配電所

本工程在地下一層設(shè)一總變配電室。值班室內(nèi)設(shè)模擬顯示屏。冷凍機(jī)房及商業(yè)部分設(shè)分變配電室。本項(xiàng)目的供電關(guān)系圖如圖2所示。

1)酒店1＃、2＃變壓器

Pe＝ (1 491＋1 481)kW(不含消防專(zhuān)用設(shè)備)，Pj＝ (834＋918)kW，Kx＝0.7。

選用兩臺(tái)1 250kVA戶內(nèi)型干式變壓器。接線形式為 D，Yn11。Uk＝6%，負(fù)荷率為 73% ～75%。

2)酒店3＃、4＃變壓器

Pe＝ (1 830＋1 900)kW(不含消防專(zhuān)用設(shè)備)，Pj＝ (1 098＋1 121)kW，Kx＝0.6。

選用兩臺(tái)1 600kVA戶內(nèi)型干式變壓器。接線形式為D，Yn11。Uk＝6%，負(fù)荷率為71%～76%。

圖1 柴油發(fā)電機(jī)配電系統(tǒng)圖

圖2 供電關(guān)系圖

3)公寓5＃、6＃變壓器

Pe＝ (1 036＋1 083)kW(不含消防專(zhuān)用設(shè)備)，Pj＝ (774＋755)kW，Kx＝0.8。

選用兩臺(tái)1 000kVA戶內(nèi)型干式變壓器。接線形式為D，Yn11。Uk＝6%，負(fù)荷率為80% ～83%。

4)商業(yè)7＃、8＃變壓器

Pe＝ (1 815＋1 696)kW(不含消防專(zhuān)用設(shè)備)，Pj＝ (1 467＋1 696)kW，Kx＝0.85。

選用兩臺(tái)2 000kVA戶內(nèi)型干式變壓器。接線形式為D，Yn11。Uk＝6%，負(fù)荷率為72%～76%。

5)酒店冷凍機(jī)9＃、10＃變壓器

Pe＝ (693＋698)kW(不含消防專(zhuān)用設(shè)備)，Pj＝ (693＋698)kW，Kx＝1。

選用兩臺(tái)1 000kVA戶內(nèi)型干式變壓器。接線形式為D，Yn11。Uk＝6%，負(fù)荷率為72%～73%。

6)商業(yè)冷凍機(jī)11＃、12＃變壓器

Pe＝ (1 115＋1 170)kW(不含消防專(zhuān)用設(shè)備)，Pj＝ (947＋995)kW，Kx＝0.85。

選用兩臺(tái)1 250kVA戶內(nèi)型干式變壓器。接線形式為 D，Yn11。Uk＝6%，負(fù)荷率為 80% ～85%。

本項(xiàng)目主變配電室和冷凍機(jī)房變配電室平面布置圖如圖3、4所示。

圖3 主變配電室平面布置圖

圖4 冷凍機(jī)房配電室平面布置圖

3.6 變配電所監(jiān)控系統(tǒng)

本工程采用了變電所監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用分散、分層、分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、電氣參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、事故異常報(bào)警、事件記錄和打印、電能管理和負(fù)荷控制、故障錄波和分析、統(tǒng)計(jì)報(bào)表自動(dòng)生成和打印、事故異常報(bào)警等綜合功能。

4 電力配電系統(tǒng)

本項(xiàng)目電力配電系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的220/380V放射式與樹(shù)干式相結(jié)合的方式，大容量負(fù)荷或重要負(fù)荷采用放射式供電；對(duì)一般負(fù)荷及公寓層等采用樹(shù)干式與放射式相結(jié)合的供電方式。根據(jù)建筑和負(fù)荷的實(shí)際情況采用母線或電纜供電。對(duì)于一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)負(fù)荷的供電，均采用傳統(tǒng)的末端互投、適當(dāng)位置互投或單電源供電。

本項(xiàng)目配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)還有一個(gè)特別之處，即為重要負(fù)荷單獨(dú)設(shè)置了一級(jí)負(fù)荷配電箱。將重要負(fù)荷、消防負(fù)荷明確分開(kāi)，除滿足一級(jí)負(fù)荷的供電要求外，柴油發(fā)電機(jī)在市電故障時(shí)作為備用電源為其供電，提高了系統(tǒng)的可靠性。

本項(xiàng)目的電力 (酒店部分)和照明配電干線系統(tǒng)圖如圖5、6所示。

圖5 酒店電力配電干線系統(tǒng)圖

5 照明系統(tǒng)

該項(xiàng)目在標(biāo)準(zhǔn)層采用封閉式插接母線供電。洲際酒店每層為雙插口，公寓層為單插口。銅排鍍錫，其純度為99.99%以上。銅排采用絕緣材料整塊包裹處理，絕緣材料耐熱等級(jí)B級(jí) (103℃)以上。其他場(chǎng)所采用電纜或?qū)Ь€供電。地下車(chē)庫(kù)場(chǎng)所采用照明小母線或線槽燈供電。

圖6 照明配電干線系統(tǒng)圖

5.1 應(yīng)急照明

本項(xiàng)目安全出口標(biāo)志燈，疏散指示燈，疏散樓梯、走道的應(yīng)急照明燈采用層區(qū)域集中蓄電池式智能應(yīng)急照明系統(tǒng)供電，其他場(chǎng)所備用照明采用雙電源末端互投供電，雙電源轉(zhuǎn)換時(shí)間:疏散照明≤5s，備用照明≤5s，金融商店交易所≤1.5s；應(yīng)急照明采用電池供電，數(shù)字點(diǎn)式監(jiān)控智能消防應(yīng)急疏散照明指示燈e-bus/10系統(tǒng)。系統(tǒng)由監(jiān)控主機(jī)、電池主站、安全電壓型、安全電壓類(lèi)集中電源點(diǎn)式監(jiān)控型標(biāo)志燈/照明燈及通信模塊等組成。

疏散照明按下列要求設(shè)置:1)一般平面疏散區(qū)域 (如疏散通道、防煙樓梯間前室、消防樓梯間前室及合用前室)地面最低照度不低于1lx，以上場(chǎng)所，還需設(shè)置備用照明，按照洲際酒店要求，地面最低照度不低于11lx。2)豎向疏散區(qū)域、人員密集流動(dòng)及地下疏散區(qū)域 (如多功能廳、餐廳、宴會(huì)廳、會(huì)議廳、避難層、地下及商業(yè)疏散場(chǎng)所)地面最低照度不低于5.0lx。

除避難層應(yīng)急照明持續(xù)供電時(shí)間大于60min，消防控制室、消防水泵房、消防風(fēng)機(jī)房、電話總機(jī)房、變配電室大于180min外，其他場(chǎng)所應(yīng)急照明持續(xù)供電時(shí)間應(yīng)大于30min(初期設(shè)備安裝容量持續(xù)供電時(shí)間應(yīng)大于120min)。

在開(kāi)敞的大空間公共場(chǎng)所，在其疏散通道上設(shè)置蓄光自發(fā)型疏散導(dǎo)流標(biāo)志。在地下車(chē)庫(kù)內(nèi)可設(shè)置光導(dǎo)管。

5.2 照明控制

1)設(shè)備機(jī)房、庫(kù)房、辦公用房、衛(wèi)生間及各種豎井等處的照明采用就地設(shè)置照明開(kāi)關(guān)控制。

2)大堂、大型會(huì)議廳、宴會(huì)廳、多功能廳等照明要求較高的場(chǎng)所根據(jù)要求采用智能控制系統(tǒng)。

3)地下汽車(chē)庫(kù)、走廊、電梯廳等公共場(chǎng)所的照明采用照明配電箱就地控制并納入建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一管理。

4)應(yīng)急照明平時(shí)采用就地控制或由建筑設(shè)備自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一管理，火災(zāi)時(shí)由消防控制室自動(dòng)控制點(diǎn)亮全部應(yīng)急照明燈。

5)室外照明的控制可根據(jù)景觀設(shè)計(jì)的要求，分回路、分時(shí)進(jìn)行控制，可設(shè)置調(diào)光模塊、設(shè)置場(chǎng)景等，均納入智能照明控制或由建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理。

5.3 照明其他要求

本項(xiàng)目很多區(qū)域照明燈的設(shè)置及控制方式都需要室內(nèi)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)配合。在進(jìn)行裝修場(chǎng)所照明配電設(shè)計(jì)時(shí)，將實(shí)際采用的裝飾性燈具總功率的50%計(jì)入照明功率密度值的計(jì)算，并應(yīng)考慮15%的應(yīng)急照明。

航空障礙物照明應(yīng)符合 《民用機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(MH5001-2013)的要求，本工程分別在58m、98m高度的建筑物四周設(shè)置航空障礙標(biāo)志燈，其水平間距不大于45m。航空障礙標(biāo)志燈的控制納入建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一管理，并根據(jù)室外光照及時(shí)間自動(dòng)控制。

6 防雷接地系統(tǒng)和等電位聯(lián)結(jié)方式

本工程防雷等級(jí)為二類(lèi)。建筑物的防雷裝置滿足防直擊雷、側(cè)擊雷、防雷電感應(yīng)及雷電波的侵入；從二層開(kāi)始，每層設(shè)均壓環(huán)；利用建筑物鋼筋混凝土柱子或剪力墻內(nèi)主筋通長(zhǎng)焊接作為引下線。本工程防雷接地、變壓器中性點(diǎn)接地、電氣設(shè)備的保護(hù)接地、消防控制室、通訊機(jī)房、計(jì)算機(jī)房、電梯機(jī)房等的接地共用統(tǒng)一接地體，要求消防控制室、安防控制室、BA監(jiān)控室、通訊機(jī)房、計(jì)算機(jī)房等的接地，設(shè)獨(dú)立引下線。有線電視系統(tǒng)引入端、衛(wèi)星接收天線引入端、電信引入端、室外安防攝像機(jī)設(shè)過(guò)電壓保護(hù)裝置。工程采用總等電位聯(lián)結(jié)，帶淋浴衛(wèi)生間采用局部等電位聯(lián)結(jié)。

考慮到建筑外立面的要求，在防雷設(shè)計(jì)時(shí)，還需要與幕墻廠家進(jìn)行配合，幕墻的防雷與建筑物的防雷要可靠連接成一個(gè)整體，保證整個(gè)建筑物的安全。

7 結(jié)束語(yǔ)

與普通民用建筑相比，高層建筑具有功能復(fù)雜，機(jī)電設(shè)備多，用電負(fù)荷大，對(duì)電能質(zhì)量及用電可靠性的要求高等特點(diǎn)。本文結(jié)合某工程實(shí)例，闡述了該工程的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和特點(diǎn)。超高層建筑電氣設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)還有很多，包括變配電所的設(shè)置、大型設(shè)備的一次和二次運(yùn)輸、節(jié)能環(huán)保等技術(shù)的應(yīng)用、與室內(nèi)專(zhuān)業(yè)配合精裝修、與酒店管理公司的配合、配電線路電壓損失等，限于篇幅和本工程的特點(diǎn)，不再詳述。

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[4] 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)管司，中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院.2009全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施 電氣[M].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2009.

[5] 中國(guó)建筑設(shè)計(jì)院有限公司.建筑電氣設(shè)計(jì)技術(shù)細(xì)則與措施[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2015.

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[7] 黃麗，楊成德.沈陽(yáng)茂業(yè)廣場(chǎng)供配電設(shè)計(jì)及探討 [J].智能建筑電氣技術(shù)，2011，5(4):47-53.

[8] 洲際工程設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) [M].2009.

Analysis of Electrical Design Key Points of a Super High-rise Building

Cheng Peixin

結(jié)合某超高層建筑電氣設(shè)計(jì)實(shí)例，對(duì)該工程的電氣設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行闡述和分析。

超高層建筑 柴油發(fā)電機(jī)組 供配電系統(tǒng) 變電所能源管理系統(tǒng)

With the example of an engineering application，the key points of electrical design for super high-rise buildings are introduced and analyzed.

super high-rise building，diesel generation set，power supply and distribution system，substation energy management system