曹 寶 康

[上海市政工程設(shè)計研究總院(集團)有限公司, 上海 200092]

0 引 言

地鐵商業(yè)開發(fā)是與地鐵車站的規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)流程緊密結(jié)合的附屬開發(fā)。地鐵附屬商業(yè)開發(fā)電氣設(shè)計的思路與地鐵電氣設(shè)計有所不同,這需要將軌道交通電氣設(shè)計與民用建筑電氣結(jié)合起來綜合考慮[1-2]。本文從5個方面闡述了地鐵附屬商業(yè)開發(fā)電氣設(shè)計。

1 電源引入及供配電系統(tǒng)

1.1 電源引入

地鐵附屬商業(yè)開發(fā)的外電源引入有兩種方式,即從地鐵引入(35 kV)和從市政電源引入(10 kV)。

1.1.1 從地鐵引入

地鐵與商業(yè)的電價計費方式不同,地鐵存在優(yōu)惠電價,從地鐵接引電源需得到供電局的許可,并采用獨立計量。從目前地鐵商業(yè)開發(fā)的設(shè)計、建設(shè)、運營狀況來看,地鐵車站建設(shè)與商業(yè)開發(fā)尚難做到同步規(guī)劃、設(shè)計和同步施工。地鐵建設(shè)規(guī)劃階段,由于缺少相應(yīng)的審批程序,商業(yè)開發(fā)主體尚不明確,因此地鐵線位站點設(shè)計與商業(yè)開發(fā)方案較難同步,其建設(shè)速度相對于車站要明顯滯后,導(dǎo)致供配電系統(tǒng)設(shè)置無法統(tǒng)籌考慮。對于一些地鐵車站和商業(yè)開發(fā)同步實施的車站,優(yōu)先采用從地鐵35 kV變電站引入外電源。濟南R3線裴家營站商業(yè)開發(fā)一次主接線圖如圖1所示。該車站設(shè)置牽引降壓混合所,跟隨式變電所即為商業(yè)用電專設(shè)的降壓變電所,電源取自地鐵35 kV環(huán)網(wǎng)。

1.1.2 從市政電源引入

對于地鐵建設(shè)和地鐵附屬商業(yè)開發(fā)不同步的項目,供電從地鐵接引除要征求電業(yè)意見,還要復(fù)核主變?nèi)萘?、預(yù)留柜位等,故建議優(yōu)先考慮引自市電電源。從市政接引電源的方式可以使電源系統(tǒng)相互獨立設(shè)置,避免相互干擾,便于獨立計量。武漢8號線汪家墩站商業(yè)開發(fā)變電所一次主接線圖如圖2所示。該商業(yè)開發(fā)為車站運營后的補充設(shè)計內(nèi)容,電源取自市政10 kV電源。

1.2 商業(yè)開發(fā)規(guī)模與供配電系統(tǒng)設(shè)計

目前,地鐵附屬商業(yè)開發(fā)供配電系統(tǒng)設(shè)計采用的設(shè)計原則在不同區(qū)域的建設(shè)項目會有不同。一般,根據(jù)當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)公司或其他部門給出的書面依據(jù)來確定。如南昌1號線地鐵附屬商業(yè)開發(fā)供配電系統(tǒng)設(shè)計原則是根據(jù)商業(yè)開發(fā)規(guī)模來確定,可歸納為無商業(yè)開發(fā)、附屬小型商業(yè)開發(fā)、附屬大型商業(yè)開發(fā)3種類型。

圖1 濟南R3線裴家營站商業(yè)開發(fā)一次主接線圖

圖2 武漢8號線汪家墩站商業(yè)開發(fā)變電所一次主接線圖

1.2.1 無商業(yè)開發(fā)

一般指面積小于100 m2的便民設(shè)施,多為開放性商鋪或零售店,可充分利用車站既有動力照明系統(tǒng),只增設(shè)三級負荷插座箱,進戶設(shè)商鋪配電箱并加計量。另外,不設(shè)動力照明系統(tǒng)。

1.2.2 附屬小型商業(yè)開發(fā)

一般是指對車站內(nèi)規(guī)模大于100 m2不超過2 000 m2的配線或車站站廳層設(shè)備區(qū)的利用,由于這兩處空間無獨立的出入,不具備獨立商業(yè)開發(fā)的條件,因此其動力照明系統(tǒng)只能在車站電氣設(shè)計時考慮,如設(shè)置車站跟隨變電所需預(yù)留35 kV回線接口。另外,弱電系統(tǒng)由商業(yè)增設(shè)。

1.2.3 附屬大型商業(yè)開發(fā)

該類屬獨立開發(fā)地下商業(yè),一般達到標(biāo)準(zhǔn)JGJ 48—2014《商店建筑設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定的中型、大型商店建筑規(guī)模,其設(shè)備用房及動力照明系統(tǒng)、弱電系統(tǒng)宜與地鐵系統(tǒng)分開設(shè)計,獨立申報、管理、核算,不與地鐵各系統(tǒng)合用。

2 用電指標(biāo)及變壓器容量選擇

地鐵附屬商業(yè)開發(fā)的用電指標(biāo)和變壓器容量選擇是該類項目電氣設(shè)計的難點。由于商業(yè)類型的不確定性,如地鐵附屬商業(yè)開發(fā)可能有下沉式廣場、休閑娛樂、餐飲、景觀用電等,負荷類別不同,從而影響變壓器容量。

2.1 用電指標(biāo)

一般用電指標(biāo)由建設(shè)單位提供設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),不同的項目會有一定偏差。典型的單位建筑面積用電設(shè)備安裝容量指標(biāo)如圖3所示。

圖3 典型的單位建筑面積用電設(shè)備安裝容量指標(biāo)

在無相關(guān)設(shè)計依據(jù)時,單位建筑面積用電指標(biāo)可參考文獻[3]表2.7.6中相關(guān)規(guī)定進行估算。單位建筑面積用電指標(biāo)可根據(jù)“各類建筑用電指標(biāo)”和“分類建筑面積”加權(quán)平均后計算[4]:

式中:Pi——各類建筑用電指標(biāo),kW;

Si——分類建筑面積,m2。

2.2 變壓器容量

(1) 單臺干式變壓器容量不應(yīng)大于1 250 kVA,計算負荷不大于85%,長期工作負荷建議在70%左右。

單臺干式變壓器容量不大于1 250 kVA是JGJ 16—2008《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》中的規(guī)定,變電所設(shè)計一定要與當(dāng)?shù)毓╇姴块T的要求一致,如濟南某大型地下空間項目,當(dāng)?shù)毓╇娋纸o出的要求是單臺主變?nèi)萘坎坏贸^1 250 kVA。變壓器長期運行負載率最合理在70%左右,但是在地鐵車站的設(shè)計體系中包括大量的消防專用負荷,大部分車站的運行負載率仍不會超過50%。地鐵附屬商業(yè)開發(fā)其負荷類別與地鐵不同,應(yīng)當(dāng)按照標(biāo)準(zhǔn)JGJ 16—2008設(shè)計變壓器容量和負載率。

(2) 采用單母線分段主接線,雙變壓器兩路進線可以為消防負荷和重要負荷提供雙電源和雙回路供電系統(tǒng),以提高供電可靠性。

3 商業(yè)開發(fā)的接地設(shè)置

地鐵附屬商業(yè)開發(fā)的接地設(shè)計通常采用TN-S系統(tǒng)。地鐵附屬商業(yè)開發(fā)與地鐵車站共用人工接地網(wǎng),接地電阻≤1 Ω。具體的做法就是在商業(yè)變電所或總配電間設(shè)置總等電位箱,引出兩根接地電纜,接至地鐵車站總等電位排。

目前,國內(nèi)絕大數(shù)的地鐵接地設(shè)計均做了人工接地網(wǎng)。這一做法在早期尚存爭議,規(guī)范中已有解釋和規(guī)定,采用人工接地網(wǎng)多出于設(shè)計習(xí)慣和安全性考慮的。GB 20157—2013《地鐵設(shè)計規(guī)范》第15.7.12條條文說明“鑒于土壤電阻率在土壤縱向和橫向都存在變化,設(shè)計很難計算出利用車站主體鋼筋等自然接地極作為接地裝置時的接地電阻值,而地鐵地下工程與民建工程不同,利用人工接地網(wǎng)外引條件存在實施上的難度”,所以設(shè)置人工接地網(wǎng),人工接地網(wǎng)與車站結(jié)構(gòu)鋼筋相連的做法成為安全且普遍的做法,事實上地鐵附屬商業(yè)開發(fā)接地的設(shè)計思路與地鐵車站一致。地鐵附屬商業(yè)開發(fā)利用地鐵車站的綜合接地網(wǎng)是合理的,尤其針對既有結(jié)構(gòu)已經(jīng)完成的地鐵商業(yè)開發(fā)項目,該方式更加適用。無錫3號線廣瑞站及商業(yè)開發(fā)綜合接地示意圖如圖4所示。廣瑞站附屬商業(yè)開發(fā)的接地利用車站綜合接地網(wǎng),在跟隨式商業(yè)變電所內(nèi)設(shè)置總等電位排,與車站的總等電位排之間通過接地電纜連接。

圖4 無錫3號線廣瑞站及商業(yè)開發(fā)綜合接地示意圖

GB 20157—2013《地鐵設(shè)計規(guī)范》第15.7.12條規(guī)定:“變電所應(yīng)利用車站結(jié)構(gòu)鋼筋或變電所結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)鋼筋等自然接地極作為接地裝置”。文獻[5]對北京地鐵1號線和環(huán)線做接地試驗及現(xiàn)場測試,得出地下結(jié)構(gòu)鋼筋的接地電阻均在0.5 Ω以下,同時文獻[6]指出“變電所接地裝置與結(jié)構(gòu)鋼筋絕緣處理幾乎做不到”。自然接地網(wǎng)和人工接地網(wǎng)對地不絕緣情況下變電所接地方案如圖5所示,接地故障分別由R1支路和R2支路承擔(dān),R=R1∥R2。由圖5可見,如果在自然接地極基礎(chǔ)上再并聯(lián)人工接地網(wǎng),整個接地系統(tǒng)的接地電阻會更小,滿足電阻≤1 Ω的測試要求。

圖5 自然接地網(wǎng)和人工接地網(wǎng)對地

4 弱電系統(tǒng)的整合

地鐵設(shè)計中弱電系統(tǒng)專業(yè)劃分較細,包括通信、民用通信、信號、自動售檢票系統(tǒng)、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)(FAS)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)(BAS)、門禁、屏蔽門等專業(yè)。在民用建筑弱電的設(shè)計中,弱電系統(tǒng)專業(yè)包括火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、安全技術(shù)防范系統(tǒng)(含視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)、入侵報警系統(tǒng)等)、廣播系統(tǒng)、建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)等多個系統(tǒng)專業(yè)[7-9]。

如果地鐵附屬商業(yè)開發(fā)項目不納入地鐵設(shè)計模式內(nèi),其本質(zhì)就是普通的民用建筑項目,可采用民用建筑的設(shè)計模式。但該類項目采用地鐵設(shè)計模式時需要有相關(guān)的弱電系統(tǒng)專業(yè)配合。地鐵通信系統(tǒng)中無線通信系統(tǒng)、電話系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)等系統(tǒng)與民用建筑設(shè)計中的視頻監(jiān)控系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)等子系統(tǒng)對應(yīng),民用通信系統(tǒng)與民用建筑設(shè)計中一致,是將運營商通信系統(tǒng)引入至地鐵地下空間。FAS、BAS專業(yè)與民用建筑設(shè)計中FAS、BAS專業(yè)對應(yīng),如設(shè)置消防控制室需配合土建專業(yè)進行預(yù)留。

綜上,在地鐵附屬商業(yè)開發(fā)項目中,弱電系統(tǒng)配合專業(yè)一般為FAS、BAS、通信和民用通信專業(yè)。

大型地鐵地下空間開發(fā)很可能單獨立項,為純粹的民用商業(yè)項目,由弱電專業(yè)(弱電總體)完成相關(guān)設(shè)計。

5 環(huán)控電控室的設(shè)置

環(huán)控電控室為電氣房間,一般靠近環(huán)控機房設(shè)置,環(huán)控電控柜設(shè)置在環(huán)控電控室中,方便控制和維護。環(huán)控電控柜主要實現(xiàn)空調(diào)機組的送風(fēng)機,排風(fēng)機,制冷機組、冷卻水泵、冷卻塔等空調(diào)設(shè)備的集中供電和智能控制[10]。

地鐵有固定的布置形式,如標(biāo)準(zhǔn)站、三層站、T字換乘站等。地鐵車站站廳、站臺一般為長條形,通風(fēng)專業(yè)環(huán)控設(shè)備集中放在環(huán)控機房里面,環(huán)控機房一般集中在車站左右兩個端頭或中間設(shè)備層(三層站)。地鐵車站內(nèi)的通風(fēng)空調(diào)設(shè)備很集中,從配電、控制的角度都應(yīng)當(dāng)設(shè)置環(huán)控電控室。

地鐵附屬商業(yè)開發(fā)是否需要設(shè)置環(huán)控電控室,需從以下方面考慮:

(1) 商業(yè)開發(fā)的平面和設(shè)備的布置形式,商業(yè)開發(fā)的設(shè)備區(qū)是否相對集中。一種情況,商業(yè)開發(fā)設(shè)備區(qū)及商業(yè)開發(fā)環(huán)控設(shè)備區(qū)相對集中布置,故設(shè)計時考慮設(shè)置商業(yè)開發(fā)設(shè)備專用環(huán)控電控室。南京4號線中保站附屬商業(yè)開發(fā)區(qū)平面示意圖如圖6所示。另一種情況,地鐵附屬商業(yè)開發(fā)一般的通風(fēng)設(shè)備用房按防火分區(qū)設(shè)置,相對分散。這種情況無需設(shè)置環(huán)控電控室進行環(huán)控柜集中控制。

圖6南京4號線中保站附屬商業(yè)開發(fā)區(qū)平面示意圖

(2) 現(xiàn)在地鐵環(huán)控柜設(shè)計在聽取運營的經(jīng)驗后,將變頻柜等控制設(shè)備就近設(shè)置在現(xiàn)場設(shè)備旁;消防專用風(fēng)機安裝在專用排煙機房內(nèi),消防風(fēng)機的配電在現(xiàn)場做末端切換。環(huán)控柜更簡化,環(huán)控柜有許多回路僅為配電回路,與在每個防火分區(qū)就近設(shè)配電箱的效果一致。

6 結(jié) 語

地鐵附屬商業(yè)開發(fā)的電氣設(shè)計應(yīng)當(dāng)與地鐵車站電氣設(shè)計盡可能同期,對于地鐵附屬商業(yè)開發(fā)的功能定位、結(jié)構(gòu)形式、業(yè)態(tài)形式要盡早確定,并提供依據(jù)。即使地鐵商業(yè)為后開發(fā),也能有較準(zhǔn)確的供配電方案及電氣設(shè)備安裝的預(yù)留,避免后期反復(fù)修改,造成建設(shè)資源的浪費。