簡談超高層建筑電氣設(shè)計要點

葉鵬

根據(jù)我國的《民用建筑設(shè)計通則》中民用建筑高度與層數(shù)劃分的規(guī)定：建筑物高度超過100米或者40層以上時，不論住宅或公共建筑均為超高層。超高層建筑具有采光好、通氣性強、噪音小、污染好等優(yōu)點，但正是因為超高層建筑的建筑規(guī)模與建筑高度相比較一般高層建筑更大、更高，使得超高層建筑具有用電負荷大、變配電系統(tǒng)復(fù)雜、若發(fā)生火災(zāi)撲救較為困難、人員難以疏散等特點。但出于對建筑安全性與可靠性的特殊要求，超高層建筑給電氣設(shè)計帶來的變化與挑戰(zhàn)是十分巨大的。

一、國內(nèi)超高層建筑電氣設(shè)計現(xiàn)狀

1.國內(nèi)超高層建筑現(xiàn)狀

中國的飛速發(fā)展以及經(jīng)濟上的一次次創(chuàng)新，也促進了國內(nèi)很多超高層建筑的誕生，使得中國的超高層建筑在全球排名第一。

就北京而言，許多人對它的超高層建筑印象并不深刻。北京給大多數(shù)中國人的印象仍然是風(fēng)景名勝，而不是高層建筑。但事實上，北京有許多超高層建筑，在全國處于領(lǐng)先地位。其中，最著名的是528米的中國尊和330米的國際貿(mào)易三期，然而北京的眾多超高層建筑都是比較傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，偏重于實用，因此并不算非常吸引眼球。

近10年我國的超高層建筑項目已在眾多城市迅猛發(fā)展，國內(nèi)在建超高層建筑如圖1所示。

圖1 我國部分超高層建筑

2.我國超高層建筑用電負荷級別

供電電源的供電回路數(shù)及電壓等級，應(yīng)根據(jù)超高層建筑的負荷分級、用電容量和地區(qū)供電條件確定。根據(jù)表1的負荷分級，為確保超高層建筑供電的安全、可靠，應(yīng)按不少于兩個電源供電。

表1 我國超高層建筑用電負荷級別

3.國內(nèi)超高層建筑供電電源配置情況

表2數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析表明，超高層建筑其單位負荷功率多在100～130VA/m2，并采用10～110kV電源供電。

表2 國內(nèi)部分超高層建筑供電電源配置情況

二、超高層建筑的電氣設(shè)計

1.供電電源

在超高層建筑中，最常用的應(yīng)急電源是柴油發(fā)電機，因為柴油發(fā)電機具有容量大，供電時間長，能獨立運行，不受電網(wǎng)故障的影響的優(yōu)點。對于電源中斷所需的毫秒負載，UPS可以過渡使用一段時間（UPS的最小時間不少于10分鐘）。

（1）在建筑物高度低于200米時，可以采用低壓柴油發(fā)電機；

（2）在建筑物高度大于400米時，應(yīng)當(dāng)選用高壓柴油發(fā)電機；

（3）在建筑物高度在100米～400米時，需要進行技術(shù)分析，然后再確定柴油發(fā)電機的額定電壓。

2.配變電所

變電站應(yīng)位于負荷中心。主配變電站應(yīng)該位于地下一層、二層（不是最底層）和首層，也可以設(shè)置獨立的變電站。變電所應(yīng)根據(jù)負荷情況設(shè)置在避難層和頂層，其變壓器容量不應(yīng)超過1000kVA。

超高層建筑至少在主配變電所設(shè)置值班室，值班室應(yīng)單獨設(shè)置變電所，也可與控制室配合使用。值班室應(yīng)能通過走廊直接與高壓配電裝置室及相應(yīng)的配電裝置室連接，并應(yīng)設(shè)有一扇門直接通向室外或走廊。

3.低壓配電系統(tǒng)的配電方式

低壓配電系統(tǒng)宜采用三級配電方式，即總配電(配變電室)、區(qū)域配電(配電間) 和終端配電。三級配電系統(tǒng)相互之間要求保護開關(guān)動作具有選擇性。

三、超高層建筑的消防、照明、防雷系統(tǒng)

1.消防系統(tǒng)

根據(jù)GB50116-98《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》超高層建筑高度超過100米，應(yīng)定為特級保護對象。發(fā)生火災(zāi)時，為保證人員安全疏散，樓梯和消防電梯均已疏散，高度超過100米的電梯在機械壓力下通風(fēng)，以保持部件的正壓，防止煙霧侵入，并與建筑物的避難計劃相匹配。

2.照明系統(tǒng)

超高層建筑應(yīng)設(shè)置航空障礙燈，并應(yīng)該符合下列規(guī)定：

（1）在建筑物或構(gòu)筑物的最高部位設(shè)置障礙標志燈。當(dāng)高程點面積較大或建筑物復(fù)雜時，除在頂部設(shè)置障礙標志外，還應(yīng)在其外角頂部設(shè)置障礙標志。

（2）障礙標志的水平和垂直距離不應(yīng)大于45米。

（3）障礙標志燈應(yīng)采用自動通斷電的控制裝置，并應(yīng)有改變光強的措施。

（4）障礙標志燈的設(shè)置應(yīng)便于更換光源。

（5）障礙標志燈電源應(yīng)按主樓最高負荷等級供電。

3.防雷系統(tǒng)

超高層建筑防雷措施如下：

（1）在屋內(nèi)設(shè)避雷網(wǎng)，將柱內(nèi)主鋼筋作為避雷引下線引入地下，建筑物基礎(chǔ)應(yīng)作為共用接地裝置。

（2）特定場所設(shè)計安裝專用的避雷裝置。

（3）弱電機房、消防控制室等場所設(shè)LEB板，并用專用接地線引至共用接地裝置。

（4）室外高出屋面的金屬欄桿，各層金屬窗等都要與防雷接地體連接，從而有效避免自然雷擊，以保護整個建筑物的安全。

（5）當(dāng)屋頂設(shè)有直升機停機坪時，應(yīng)避免避雷針對直升機的影響。

三、結(jié)語

超高層建筑綜合性強，具有資源利用最大化、污染小等優(yōu)點，但其也具有供電范圍大、用電負荷高、使用功能及用電設(shè)備性質(zhì)繁多等電氣設(shè)計的挑戰(zhàn)。因此安全可靠的供配電系統(tǒng)設(shè)計、完善的消防照明避雷系統(tǒng)等設(shè)計，將為大樓的有效利用起到關(guān)鍵的作用。我們只有注重對系統(tǒng)的安全性、節(jié)能方案做充足的論證，才能迎接和不懼這種獨特的建筑形式給電氣設(shè)計帶來的挑戰(zhàn)。