超高層建筑電氣設(shè)計(jì)實(shí)例介紹

黃小玲

（中機(jī)中聯(lián)工程有限公司，重慶400039）

超高層建筑電氣設(shè)計(jì)實(shí)例介紹

黃小玲

（中機(jī)中聯(lián)工程有限公司，重慶400039）

該文通過工程實(shí)例介紹了超高層建筑電氣設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容的具體做法，并分析總結(jié)了設(shè)計(jì)中應(yīng)關(guān)注的重點(diǎn)。

應(yīng)急電源；供配電系統(tǒng)；豎向電氣井道；航空障礙標(biāo)志燈；防雷設(shè)計(jì)；超高層建筑；電氣設(shè)計(jì)

1 工程概況

該工程位于重慶市渝中區(qū)解放碑，總建筑面積約216184m2，建筑主體高度191.8m，屬一類高層公建。由地下五層車庫、地上六層商業(yè)裙房及兩棟四十三層甲級(jí)寫字樓塔樓組成。根據(jù)功能及管理運(yùn)營要求，甲方要求A塔樓、B塔樓、裙房車庫三部分供配電系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)置。

2 負(fù)荷分級(jí)及計(jì)算

2.1 超高層建筑負(fù)荷分級(jí)按一類高層建筑確定

該工程負(fù)荷分級(jí)如下：

一級(jí)負(fù)荷：消防用電設(shè)備、應(yīng)急照明、走道照明、客梯、生活給水系統(tǒng)、排污泵、安防及智能控制系統(tǒng)、電信及管理用電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)備、航空障礙照明等。

二級(jí)負(fù)荷：扶梯、電影院用電等。

三級(jí)負(fù)荷：除一、二級(jí)負(fù)荷以外的其他負(fù)荷。

2.2 負(fù)荷取值及計(jì)算

（1）建筑負(fù)荷密度與建筑功能、建筑面積、建筑高度、附屬功能等因素有關(guān)。

負(fù)荷指標(biāo)一般在80～120W/m2。商業(yè)的用電負(fù)荷指標(biāo)取值應(yīng)結(jié)合不同業(yè)態(tài)確定，同為商鋪，但餐飲商鋪和百貨商鋪的用電負(fù)荷指標(biāo)差異就很大，一般應(yīng)結(jié)合使用需求及業(yè)主招商的要求綜合考慮，該項(xiàng)目用電負(fù)荷指標(biāo)詳見表1。

（2）負(fù)荷計(jì)算

電力安裝容量:Pe=28031kW；

表1 用電負(fù)荷指標(biāo)

有功計(jì)算負(fù)荷:Pjs=17518kW

變壓器安裝容量:Sb=23200kVA

經(jīng)計(jì)算該工程單位面積變壓器裝機(jī)容量107VA/㎡。

3 供電電源

超高層建筑應(yīng)進(jìn)行整體供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，至少需要兩路獨(dú)立市電電源，另需設(shè)應(yīng)急電源或備用電源，一般采用柴油發(fā)電機(jī)作為應(yīng)急電源或備用電源。

（1）該項(xiàng)目引入4路10kV電源，4路10kV電源分別引入該工程B1F設(shè)置的兩個(gè)10kV用戶配電站，各組的兩路電源均引自不同的區(qū)域變電站。兩路電源同時(shí)使用，并互為備用，當(dāng)其中一路10kV線路故障或檢修時(shí)，另一路10kV電源仍能負(fù)擔(dān)該項(xiàng)目的重要負(fù)荷。

（2）該項(xiàng)目建筑高度低于200m，選用低壓（400V）柴油發(fā)電機(jī)組。根據(jù)業(yè)主運(yùn)營管理需求，設(shè)置3臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組分別供A塔、B塔、裙房車庫使用。其中A、B塔樓發(fā)電機(jī)容量均為1000kW，裙房地庫發(fā)電機(jī)容量為1200kW。此外，為滿足將來重要租戶的需求，在1#及2#發(fā)電機(jī)房分別預(yù)留1臺(tái)發(fā)電機(jī)位置供將來客戶自行安裝。因?yàn)闂l件制約，B塔、裙房機(jī)房位置無法滿足風(fēng)冷機(jī)組送排風(fēng)要求，同時(shí)考慮減少對建筑立面的影響，故選擇水冷型柴油發(fā)電機(jī)組。每臺(tái)水冷發(fā)電機(jī)組在機(jī)房內(nèi)設(shè)置一用一備兩臺(tái)冷卻水循環(huán)泵，冷卻水循環(huán)泵將柴油機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的熱水泵送至裙房屋面的遠(yuǎn)置散熱器，通過熱交換冷卻后重新回到柴油機(jī)，并對柴油機(jī)進(jìn)行冷卻。

4 高壓供配電系統(tǒng)

10kV供配電系統(tǒng)可采取主配電所—分配電所（由總配電所采用單母線不分段的主接線形式以放射式引至各分配變電所向各臺(tái)變壓器供電）、二級(jí)配電（總配電所向各分配電所供電，分配電所經(jīng)過二級(jí)配電向變壓器供電）兩種配電形式。主分結(jié)構(gòu)配電形式與二級(jí)配電相比較，缺點(diǎn)是中壓電纜數(shù)量較多，主站中壓開關(guān)柜數(shù)量多，優(yōu)點(diǎn)是配電級(jí)數(shù)少一級(jí)，簡單、可靠性高。

該工程10kV配電采用主分結(jié)構(gòu)配電形式，主配變電采用單母線分段的主接線形式放射式引至分配變電所，保護(hù)設(shè)在主站，分站進(jìn)線設(shè)負(fù)荷開關(guān)起隔離作用，詳見圖1。

5 低壓配電系統(tǒng)

5.1 配電方式

該項(xiàng)目低壓配電系統(tǒng)采用三級(jí)配電方式，配變電室設(shè)總箱，各樓層電井、配電間設(shè)層配電箱，終端設(shè)用戶配電箱。配電系統(tǒng)上下級(jí)之間保護(hù)開關(guān)動(dòng)作具有選擇性。水泵、電梯等單臺(tái)容量較大的負(fù)荷或重要負(fù)荷采用放射式配電；辦公、商業(yè)采用樹干式配電。消防一、二級(jí)負(fù)荷采用雙電源或雙回路末級(jí)自動(dòng)切換供電；非消防一、二級(jí)負(fù)荷采用雙電源或雙回路供電。

5.2 系統(tǒng)類型

低壓配電系統(tǒng)采用單母線分段+一段應(yīng)急母線，兩路市電為分段的單母線供電，中間設(shè)聯(lián)絡(luò)斷路器，另設(shè)置一段應(yīng)急母線段，為應(yīng)急負(fù)荷和備用負(fù)荷供電。市電與發(fā)電機(jī)之間采用機(jī)械、電氣連鎖。

6 配變電所設(shè)置

6.1 變配電房布局及供電范圍

10/0.4kV變電所應(yīng)按功能及管理運(yùn)營要求分別設(shè)置，考慮負(fù)荷中心并結(jié)合供電半徑及安裝維護(hù)、設(shè)備自身安全、線路節(jié)能、季節(jié)運(yùn)行節(jié)能，分別設(shè)置在地下設(shè)備層、避難層。設(shè)計(jì)的關(guān)鍵原則是變壓器盡量靠近負(fù)荷中心，最大化的利用變壓器的帶負(fù)荷能力。

圖1 10kV配電接線示意圖

該工程業(yè)主方管理運(yùn)營要求將A塔、B塔、裙房車庫三個(gè)區(qū)域配電系統(tǒng)及設(shè)備用房分別獨(dú)立設(shè)置，配變電所設(shè)在地下車庫、避難層等負(fù)荷中心，供電半徑不大于150m，配變電所設(shè)置如表2。

表2 配、變電所及發(fā)電站的設(shè)置位置、數(shù)量、容量及型式表

6.2 超高層建筑中上部設(shè)備的運(yùn)輸問題

由于變壓器等大型電器設(shè)備安裝在建筑中上部，運(yùn)輸存在一定的難度，特別是變壓器首次吊裝及日后設(shè)備維護(hù)更換的垂直及水平運(yùn)輸通道，在設(shè)計(jì)階段必須考慮充分。一般可采取三種方式：

（1）變壓器容量不超過1000kVA，建筑設(shè)置3t的貨梯即可運(yùn)輸。

（2）利用電梯井道作為豎向運(yùn)輸通道，并在水平運(yùn)輸通道的適當(dāng)位置預(yù)留水平牽引。

（3）采用外墻吊裝的方式，在屋頂預(yù)留吊裝錨桿，機(jī)房梁上預(yù)埋吊鉤，建筑外墻預(yù)留可打開孔洞。

不管是采取何種方式，都必須和建筑、結(jié)構(gòu)專業(yè)密切配合，電氣專業(yè)應(yīng)提供相應(yīng)的荷載及設(shè)備尺寸，建筑結(jié)構(gòu)做好預(yù)留預(yù)埋。

該項(xiàng)目變壓器首次吊裝采用塔吊的方式運(yùn)輸，后期設(shè)備維護(hù)更換采用外墻吊裝的方式，在屋頂預(yù)留吊裝錨桿，機(jī)房梁上預(yù)埋吊鉤，建筑外墻預(yù)留可打開孔洞。

7 豎向井道設(shè)計(jì)

高層建筑強(qiáng)弱電設(shè)備間面積一般為樓層面積的5‰～10‰，該工程A、B塔樓分別在核心筒設(shè)置7㎡強(qiáng)、弱電井各一個(gè)；商業(yè)裙房按防火分區(qū)分別設(shè)置強(qiáng)、弱電井，每個(gè)電井服務(wù)面積不超過1000mm2，服務(wù)半徑不超過50m。豎井的設(shè)置應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）盡量減少轉(zhuǎn)換豎井，為便于管理，電氣豎井按使用功能設(shè)置，裙樓設(shè)豎井及配電間，分流與塔樓無關(guān)的管線。

（2）考慮進(jìn)出線方便，尺寸除考慮敷設(shè)豎向電纜、封閉母線、還應(yīng)有配電箱、電度表箱、分線箱、接線箱等占用的空間及操作維護(hù)距離，一般宜在箱體前留有不小于0.8m的操作維護(hù)距離。

（3）應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)梁對垂直方向線路敷設(shè)的影響，注意上部墻體厚度減小時(shí)，盡量使豎井內(nèi)墻體對齊，便于線路敷設(shè)。

（4）為防止進(jìn)水，豎井的地坪或門檻宜高出本層地坪0.15～0.3m。

8 電線電纜選擇

根據(jù)《民用建筑電線電纜防火設(shè)計(jì)規(guī)程》，在設(shè)計(jì)中應(yīng)合理選擇供電電纜，滿足使用功能及規(guī)范要求，不無故提高標(biāo)準(zhǔn)，兼顧安全與經(jīng)濟(jì)。

8.1 消防設(shè)備供電線纜

（1）由變電所引至雙電源自動(dòng)切換箱的電源線路采用礦物絕緣電纜。

（2）由消防設(shè)備配電箱引至消防設(shè)備的配電線路，當(dāng)采用穿管敷設(shè)時(shí)，應(yīng)采用耐火線電纜；當(dāng)采用金屬線槽敷設(shè)時(shí)，應(yīng)采用A類阻燃耐火線纜。

8.2 非消防設(shè)備配電線纜

選用低煙無鹵A級(jí)阻燃電纜、B級(jí)阻燃電線。

8.3 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)傳輸線纜

火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)傳輸線路的選擇應(yīng)結(jié)合敷設(shè)方式合理選擇：

（1）穿金屬管或阻燃型硬質(zhì)塑料管暗敷（保護(hù)厚度不小于30mm）時(shí)，采用銅芯無鹵低煙阻燃線纜。

（2）穿有防火保護(hù)的金屬管明敷時(shí)，采用銅芯無鹵低煙耐火線纜。

（3）穿有防火保護(hù)的金屬槽盒敷設(shè)時(shí)，采用銅芯阻燃無鹵低煙阻燃耐火線纜。

9 照明設(shè)計(jì)

（1）超高層建筑應(yīng)設(shè)置航空障礙燈并應(yīng)符合規(guī)定：

①障礙標(biāo)志燈裝設(shè)在建筑物的最高部位。當(dāng)制高點(diǎn)平面面積較大，除在最高端裝設(shè)障礙標(biāo)志燈外，還應(yīng)在其外側(cè)轉(zhuǎn)角的頂端分別設(shè)置。

②障礙標(biāo)志燈的水平、垂直距離不宜大于45m。

③障礙標(biāo)志燈宜采用自動(dòng)通斷電源的控制裝置，并宜設(shè)有變化光強(qiáng)的措施。

④障礙標(biāo)志燈的設(shè)置應(yīng)便于更換光源。

⑤障礙標(biāo)志燈電源應(yīng)按主體建筑中最高負(fù)荷等級(jí)要求供電。應(yīng)由專用回路供電，保護(hù)開關(guān)宜為二極，容量≥16A。

⑥供電方式宜為環(huán)形供電，若為環(huán)形供電，導(dǎo)線截面可≥2.5mm2，否則應(yīng)≥4mm2。該工程在A塔、B塔屋頂停機(jī)坪層、屋頂層、34層、24層、14層分別設(shè)置航空障礙燈。

（2）超高層建筑屋頂直升機(jī)停機(jī)坪的照明應(yīng)符合《民用直升機(jī)場飛行場地技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》MH5013-2008的要求。

（3）超高層建筑應(yīng)設(shè)置消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)。超高層項(xiàng)目工程規(guī)模大、功能復(fù)雜、樓層高、人員密集，應(yīng)急疏散誘導(dǎo)設(shè)計(jì)非常重要，可采用智能應(yīng)急疏散指示系統(tǒng)，該系統(tǒng)與火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，根據(jù)火災(zāi)探測器報(bào)警的區(qū)域自動(dòng)選擇最佳逃生路線，控制標(biāo)志燈導(dǎo)向箭頭方向，同時(shí)可以遠(yuǎn)程設(shè)定和控制語音提示、導(dǎo)光流、頻閃等其它聯(lián)動(dòng)功能，有效誘導(dǎo)人員疏散。

10 防雷設(shè)計(jì)

（1）超高層建筑在進(jìn)行預(yù)計(jì)年雷擊次數(shù)計(jì)算時(shí)，應(yīng)注意等效面積的算法：每邊擴(kuò)大寬度應(yīng)按等于建筑高度H計(jì)算，同時(shí)考慮其周邊2H范圍內(nèi)比本建筑高的其他建筑物的影響。

該工程經(jīng)計(jì)算預(yù)計(jì)年雷擊次數(shù)為0.64次/a，根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》，該工程屬于二類防雷建筑，屋面接閃帶網(wǎng)格按5m×5m或6m×4m加強(qiáng)設(shè)防。

（2）超高層建筑電子信息系統(tǒng)防雷擊電磁脈沖防護(hù)等級(jí)應(yīng)結(jié)合建筑使用功能及其電子信息系統(tǒng)重要性確定，該項(xiàng)目按B級(jí)設(shè)計(jì)。

（3）在防雷設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

①當(dāng)屋頂設(shè)有直升機(jī)停機(jī)坪時(shí)，應(yīng)避免避雷針對直升機(jī)的影響。該工程屋面及直升機(jī)停機(jī)坪采用接閃帶保護(hù)即可滿足要求。

②航空障礙標(biāo)志燈上裝設(shè)避雷小針進(jìn)行保護(hù)。

③燃?xì)夥派⒐艿墓茼敾蚱涓浇鼞?yīng)設(shè)置避雷針，其針尖高出管頂不應(yīng)小于3m，并使其保護(hù)范圍高出管頂不應(yīng)小于1m。

11 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)規(guī)范要求，該項(xiàng)目采取控制中心報(bào)警系統(tǒng)形式，消防控制中心設(shè)在裙房一層。

11.1 避難層報(bào)警系統(tǒng)設(shè)置要求

（1）各避難層內(nèi)設(shè)獨(dú)立的火災(zāi)事故廣播系統(tǒng)，該系統(tǒng)宜能接收消防控制中心的有線和無線兩種播音信號(hào)。

（2）各避難層與消防控制中心之間設(shè)獨(dú)立的有線和無線呼救通訊。

（3）在避難層每隔20m設(shè)置火警及專用電話插孔。

11.2 燃?xì)庑孤﹫?bào)警系統(tǒng)

建筑內(nèi)可能散發(fā)可燃?xì)怏w、可燃蒸汽的場所應(yīng)設(shè)可燃?xì)怏w報(bào)警裝置。燃?xì)庑孤﹫?bào)警應(yīng)自成系統(tǒng)還是接入火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目具體情況確定，燃?xì)忮仩t房、燃?xì)庥?jì)量間、調(diào)壓間等用氣量較大的場所宜設(shè)置可燃?xì)怏w泄漏報(bào)警系統(tǒng)，餐飲商鋪廚房等用氣量較少的場所可設(shè)置燃?xì)庑孤┨綔y器接入火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。

（1）鍋爐房

鍋爐房燃?xì)庑孤﹫?bào)警自成獨(dú)立系統(tǒng)，采用可燃?xì)怏w報(bào)警控制器，實(shí)現(xiàn)以下功能：當(dāng)環(huán)境中存在待測氣體的濃度達(dá)到或超過預(yù)置報(bào)警值時(shí)，控制器立即發(fā)出聲、光報(bào)警，并關(guān)閉燃?xì)饪傔M(jìn)氣閥，聯(lián)動(dòng)開啟相應(yīng)區(qū)域事故風(fēng)機(jī)，并顯示報(bào)警地址點(diǎn)，可燃?xì)怏w報(bào)警控制器與消防主機(jī)通過RS485總線通訊，消防控制室能顯示報(bào)警器、排風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)信號(hào)，并能控制緊急切斷閥關(guān)閉。

（2）餐飲商鋪廚房

餐飲商鋪廚房在燃?xì)忾y門及燃?xì)庠钌戏絽^(qū)域設(shè)置可燃?xì)怏w探測器，接入火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。

11.3 漏電火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)

該工程漏電火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)按特級(jí)保護(hù)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)由漏電報(bào)警主機(jī)、通訊控制器、監(jiān)控單元、探測器等組成。采用全范圍多級(jí)監(jiān)控方案，即以末端監(jiān)測為基礎(chǔ)，在正常照明、應(yīng)急照明、正常電力、消防電力四類配電系統(tǒng)中一、二或三級(jí)配電箱柜均設(shè)置保護(hù)監(jiān)測點(diǎn)。漏電火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)監(jiān)控主機(jī)安裝在消防控制室內(nèi)，統(tǒng)一管理。

[1]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).GB50116-2013火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2013.

[2]中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).JGJ16-2008民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[3]重慶市工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn).DBJ50-054-2013大型商業(yè)建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].重慶市城鄉(xiāng)建設(shè)委員會(huì)，2013.

[4]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).GB50057-2010建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2011.

[5]重慶市工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn).DBJ 50-054-2013民用建筑電線電纜防火設(shè)計(jì)規(guī)程[S].重慶市城鄉(xiāng)建設(shè)委員會(huì)，2013.

責(zé)任編輯：孫蘇

Introduction to Electrical Design Practice of High-rise Building

Specific practices of electrical design for high-rise buildings are introduced through engineering cases and attention-worthy points are analyzed and summarized.

emergency supply;power supply and distribution system;vertical electrical shaft;aviation obstacle lights;lightning protection design; high-rise building;electric

TU976+.1

A

1671-9107（2014）11-0041-04

10.3969／j.issn.1671-9107.2014.11.041

2014-10-21

黃小玲（1975-），女，重慶人，本科，高級(jí)工程師，主要從事建筑電氣設(shè)計(jì)工作。