某高層建筑群電氣設計解析

摘 要 通過對高層建筑電氣設計一些主要內容的解析，如供配電設計、配變電所設置、消防火災報警系統設計等，提出了高層建筑電氣設計中應注意的問題，供讀者交流學習。

關鍵詞 高層建筑 超高層建筑 電氣設計

近二三十年來，在中國的城建浪潮中，高層建筑越來越多地出現在城市的大地上，各地不斷涌現出一棟又一棟的地標性建筑，展現了中國現代化建設的輝煌成果。高層建筑是多學科交織發展的產物，其設計需要各專業的密切配合才得已完成，而電氣專業作為其中一個重要的組成部分，其設計的好壞關乎整個建筑的質量安全、運營成本及外觀等問題。本文就一例在建項目的電氣設計進行多方面探討。

一、項目概況

本項目位于廣西壯族自治區玉林市，由1棟42層CBD辦公樓（以下簡稱CBD）、2棟29層住宅樓和1棟27層公寓樓組成，其中42層CBD建筑高度190.2m，為超高層建筑；住宅樓建筑高度為98.55m，公寓樓建筑高度為99.70m，均為一類高層建筑。總建筑面積約為141158m2。4棟高層建筑共用同一地下室及地上裙房部分。

地上1～5層裙房為商場，分為商場一區、二區、三區，總高度為26.10m。地下室共2層，地下1層為停車庫及主要設備用房，地下2層為平戰結合人防區域，平時為停車庫，戰時為二等人員掩蔽部及物資庫。

住宅樓和公寓樓建筑功能較為單一，均為純住宅和公寓。CBD的7～10層、12～26層、28～38層、42層為辦公，11、27層為避難層，39～41層為餐飲。

二、供配電方案

1、負荷計算及負荷等級

采用需要系數法進行計算，其中CBD計算負荷為2575.68kW，住宅樓為1273.28kW，公寓樓為2078.36kW，商場為1540.92kW，地下室為2452.16kW，共計9920.40kW。

本項目航空障礙照明用電、商場及超市的經營管理用計算機系統為一級負荷中特別重要負荷；消火栓泵、噴淋泵、消控室、消防電梯、應急及疏散照明、防排煙設施、火災自動報警系統、漏電火災報警系統、防火卷簾等消防負荷及公共走道照明、值班照明、警衛照明、商場保證照明、主要業務和計算機系統用電、安防系統用電、電子信息設備機房用電、客梯用電、排污泵、生活水泵等非消防重要負荷用電為一級負荷；商場和超市的自動扶梯、空調用電為二級負荷，其余為三級負荷。

由市電引來2路10kV高壓電源。采用單母線分段運行方式，中間設聯絡開關，平時2路電源同時分列運行，互為備用，當1路電源故障時，通過手/自操作聯絡開關，另1路電源負擔全部一二級負荷。因含有一級負荷中特別重要負荷，另設置柴油發電機作為自備電源。

2、配變電所

綜合考慮供電距離、負荷分布及供電部門的要求等因素，本項目設置做法如下：因供電負荷大，供電半徑較長，配變電所采用分散設置，即在CBD和公寓樓的地下一層分別設置各自的配變電所，分別為1#、3#配變電所，兩棟住宅樓在地下一層共設一個一戶一表專用配變電所，為2#配變電所。其中1#配變電所供電范圍為CBD、商場一區及部分地下室；2#配變電所供電范圍為住宅樓1、住宅樓2、商場二區及部分地下室；3#配變電所供電范圍為公寓樓、商場三區及部分地下室。另在2#配變電所附近設1座10kV開關站，用于供電部門的配網管理。

3、配電間或電井設置

尺寸根據實際測算，滿足電氣設備、電纜的擺放及操作距離的要求，設置位置按規范要求：宜靠近負荷中心；不應和電梯井、管道井共用同一豎井；鄰近不應有煙道、熱力管道及其他散熱量大或潮濕的設施。因商場二區建筑面積較大，故在商場二區一至五層各設一個配電間，尺寸為3.1m€？.6m。余下的設置電井即可，CBD電井內壁凈尺寸2.3m€？.5m，住宅樓電井內壁凈尺寸2.3m€？.1m，公寓樓電井內壁凈尺寸2 m€？.55m。

三、低壓供電方式

低壓干線基本采用放射式供電，樓層配電則采用混合式。配電設備中主要部分是干線。CBD和公寓樓的垂直供電干線采用封閉式母線槽供電的樹干式配電，各樓層豎井兼做配電間，層間配電箱經插接自動空氣開關從豎井母干線取得電源。

對容量較大和較重要的用電負荷如熱泵機組、冷凍機組、冷凍泵、冷卻泵、生活泵、電梯等設備采用放射式供電；風機、空調機等小型設備或次重要負荷可采用樹干式供電。

為保證重要負荷的供電，對重要設備如：通信機房、消防用電設備、信息網絡設備、消防監控中心等均采用雙回路供電，在最末一級配電箱處設雙電源自投。

四、消防電氣設計

1、消防配電

消防設備均由相應配變電所采用雙電源供電方式，其配電干線一般可選擇耐火電纜或礦物絕緣電纜，按現行規范 JGJ 16—2008《民用建筑電氣設計規范》的要求： 火災自動報警系統的保護對象為特級建筑物時，其消防配電干線及分支干線應采用礦物絕緣電纜。GB 50116—98《火災自動報警系統設計規范》規定，建筑高度超過100 m的高層民用建筑為特級保護對象，因此，CBD的消防配電干線及分支干線均采用礦物絕緣電纜，住宅樓和公寓樓則采用耐火電纜。

2、火災報警系統

消防控制室：

本項目的火災自動報警系統是采用控制中心報警系統，由報警觸發裝置、火災報警主機、火災警報裝置，火災應急廣播、消防通信設備、消防聯動控制、電梯的運行及監視控制等幾部分內容組成。

由于建筑面積大，為了滿足業主物業管理的要求，本項目同時設置了一處消防監控中心、一處消防分控中心和一處消防值班室。具體設置如下：

（1）在商場首層設一處消防監控中心，面積約50㎡，監控范圍為整個項目。

（2）在CBD首層設一處消防分控中心，面積約40㎡，監控范圍為CBD及其對應的地下停車庫和設備用房。

（3）在公寓樓首層設消防值班室，面積約40㎡，監控范圍為公寓樓及其對應的地下停車庫和設備用房。

（4）住宅樓的火災報警系統直接接入消防控制中心。

（5）當發生火災時，報警信號傳輸至消防分控中心、消防值班室及全樓消防監控中心；負責滅火和排煙的消防設備可在消防分控中心、消防值班室通過報警總線進行聯動控制，也可在消防監控中心通過報警總線或手動直接控制線進行聯動控制。

超高層消防設計特點：

GB 50116—98《火災自動報警系統設計規范》 中將超高層建筑作為特級保護對象，其消防報警系統的設計標準在有些方面高于或有別于普通高層建筑，具體主要體現在以下幾個方面。

（1）探測器保護面積的修正系數不同。GB50116—98《火災自動報警系統設計規范》中規定，對于特級保護對象，其探測器保護面積的修正系數宜取0.7～0.8。

（2）各避難區應設獨立的火災應急廣播系統。JGJ 16—2008《民用建筑電氣設計規范》中規定，在各消防控制室設置獨立的火警廣播設備，各避難層設獨立的火災應急廣播系統的目的是：在任何情況下都確保避難層能接收到消防控制中心發出的火災事故廣播指令。

（3）需注意消防專用電話的距離。GB50116—98《火災自動報警系統設計規范》中規定， “設有手動報警按鈕、消火栓按鈕等處宜設置電話塞孔。從一個防火分區內的任何位置到最近的一個手動火災報警按鈕的距離不應大于30m。”因此一般工程消防專用電話塞孔間的距離均按手動報警按鈕間的距離設置在60 m 以內。特級保護對象要求“各避難層應每隔20 m 設置一個消防專用電話分機或電話塞孔”。因此，在設計超高層避難區的消防時，應注意該規范要求的距離。

（4）各避難層與消防控制中心之間應設置獨立的呼救通信系統。

五、防雷設計

本項目按第二類防雷建筑物進行防雷設計，隨著新規范GB 50057-2010《建筑物防雷設計規范》的發布實施，這里主要就本項目的防雷設計，分析其與舊版防雷規范GB 50057-94《建筑物防雷設計規范》（2000年版）所要求的不同之處。

1、防雷接閃器。本項目采用熱鍍鋅圓鋼€HT12沿屋頂構架層明敷作為接閃帶。除敷設部位和網格與舊版規范相同外，新版規范GB 50057-2010另明確要求“接閃器應設在外墻外表面或屋檐邊垂直面上，也可設在外墻外表面或屋檐邊垂直面外。”。

2、防側擊雷。其對建筑物的高度要求從超過45m提高至60m，即“高于60m的建筑物，其上部占高度20%并超過60m的部位應防側擊”，且這部位應按與屋頂的保護措施處理。對于屋頂，可采用敷設接閃器，但對于墻面，若采用敷設接閃器時，會影響到建筑的美觀要求，若利用柱內鋼筋作為接閃器則不符合規范GB 50057-2010第4.3.5條第1點要求“……當其女兒墻以內的屋頂鋼筋網以上的防水和混凝土層允許不保護時，宜利用屋頂鋼筋網作為接閃器；本規范第 3.0.3條2～4款、第9款、第10款的建筑物為多層建筑，且周圍很少有人停留時，宜利用女兒墻壓頂板內或檐口內的鋼筋作為接閃器。”。因此根據規范GB 50057-2010第4.3.9條第2點“符合本規范第4.3.5條規定的鋼筋混凝土內鋼筋和符合本規范第5.3.5條規定的建筑物金屬框架，當作為引下線或與引下線連接時，均可利用其作為接閃器。”，本項目利用玻璃幕墻的金屬立柱與引下線連接做為其上部占高度20%并超過60m的部位的接閃器。

3、電涌保護器。新版規范對電涌保護器的設置采取了強制性條文。規范GB 50057-2010第4.3.8條第4點“在電氣接地裝置與防雷接地裝置共用或相連的情況下，應在低壓電源線路引入的總配電箱、配電柜處裝設Ⅰ級試驗的電涌保護器。電涌保護器的電壓保護水平值應小于或等于2.5kV。每一保護模式的沖擊電流值，當無法確定時應取等于或大于12.5kA。”，第5點“當Yyn0型或Dyn11型接線的配電變壓器設在本建筑物內或附設于外墻處時，應在變壓器高壓側裝設避雷器；在低壓側的配電屏上，當有線路引出本建筑物至其他有獨自敷設接地裝置的配電裝置時，應在母線上裝設Ⅰ級試驗的電涌保護器，電涌保護器每一保護模式的沖擊電流值，當無法確定時沖擊電流應取等于或大于12.5kA；當無線路引出本建筑物時，應在母線上裝設Ⅱ級試驗的電涌保護器，電涌保護器每一保護模式的標稱放電電流值應等于或大于5kA。電涌保護器的電壓保護水平值應小于或等于2.5 kV。”，因此，在設計應引起注意。

六、結語

高層建筑的電氣設計是一項復雜的過程，其包含強弱電系統數量之多，設計者在從方案到施工圖設計的過程中應有全局的把握，需要的電氣設備用房如配變電所、電井等應與土建專業協調清楚，預留足夠面積的房間。電氣本身內部的設計更需要設計者不斷提高自身的技術水平，才能從容應對。

參考文獻：

[1]JGJ 16-2008.民用建筑電氣設計規范[S].

[2]GB 50045-95高層民用建筑設計防火規范（2005年版）[S].

[3]GB 50116-98.火災自動報警系統設計規范[S].

[4]GB 50057-2010.建筑物防雷設計規范[S].

（作者單位：廣西壯族自治區城鄉規劃設計院）