城市文化綜合體的電氣設(shè)計

黃 海 峰

(上海建工集團股份有限公司, 上海 200080)

0 引 言

城市文化綜合體一般包括群眾藝術(shù)館、圖書館、博物館、美術(shù)館、體育館、文化展覽館、劇院等主要建筑和設(shè)施,其建成后把多方面文化資源整合在一起,故對電氣設(shè)計的要求越來越高[1-2]。做好城市文化綜合體電氣設(shè)計,能夠大幅度提升城市文化綜合體的安全性、功能性和經(jīng)濟性多方面的性能。

1 負荷等級的確定

一般城市文化綜合體項目為復合型建筑,面積在20萬m2以內(nèi),所以一般不會建造大型展覽館、特大型博物館以及藏書超過100萬冊的大型圖書館。一般常規(guī)等級為:圖書館一般為藏書少于100萬冊,檔案館為乙級居多,劇場大多屬于小型乙等,科技館為小型,博物館為中型規(guī)模,體育館屬于乙級及以下規(guī)模。根據(jù)國家規(guī)范要求,相關(guān)負荷可以按照JGJ 66—2015《博物館建筑設(shè)計規(guī)范》、JGJ 57—2016《劇場建筑設(shè)計規(guī)范》、JGJ 354—2014《體育建筑設(shè)計規(guī)范》、JGJ 38—2015《圖書館建筑設(shè)計規(guī)范》以及JGJ 218—2010《展覽建筑設(shè)計規(guī)范》等規(guī)范的要求確定[3-7],消防設(shè)備的負荷等級可按現(xiàn)行GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》的要求來確定。一般城市文化綜合體按照建筑定性大多為多層建筑,其消防負荷為二級負荷考慮。但也有個別建筑按一類高層設(shè)置,消防供電負荷為一級。其他負荷最高級別按照對應規(guī)范,不超過一級負荷要求,一般不需要獨立設(shè)置柴油發(fā)電機,但考慮在重要的設(shè)備用電區(qū)域可以考慮設(shè)置UPS和為劇場、展覽建筑預留柴油發(fā)電車接口。城市文化綜合體項目負荷等級如表1所示。

表1 城市文化綜合體負荷等級分類

2 供電容量的確定

城市文化綜合體的負荷種類較多,一般包括:舞臺機械負荷,工藝照明負荷,舞臺音響電源負荷、健身娛樂負荷,辦公、后勤和服務型建筑負荷,地下停車庫負荷。

以上負荷有特殊性:① 舞臺機械、燈光、聲音等具有演出功能的場所具有短時容量大等特點,需要考慮其沖擊性負荷的特性;② 負荷分時性,劇場、電影院、綜合體育館等場所等需要考慮負荷的時間特性,還有些設(shè)備特定時間點使用;③ 安裝功率大,尤其采用集中型能源站的空調(diào)冷凍機組等采用變頻機組,裝機容量很大,但是設(shè)備運行規(guī)律下可能需要系數(shù)很小,根據(jù)運營情況確定使用功率。

變壓器裝機容量的確定可同時考慮以下因素:① 劇場設(shè)備和空調(diào)設(shè)備由于容量非常大,需要設(shè)置專用變壓器效率更高,而且對于其他設(shè)備的供電不造成影響,采用專用變壓器比較合理;② 考慮壓降問題,城市文化綜合體建筑占地面積大,需要考慮低壓供電半徑不超長,經(jīng)濟合理;③ 考慮管理權(quán)屬問題,盡量考慮變壓器供電按單體或者分館配置,便于后期運營維護方便。根據(jù)項目設(shè)計經(jīng)驗,城市文化綜合體各區(qū)域裝機容量如表2所示。

表2 城市文化綜合體各區(qū)域裝機容量

經(jīng)過分析比較,城市文化綜合體的綜合用電指標在100～120VA/m2,對于初步估算用電負荷很有指導意義,但最終容量的計算還是要以最終的實際資料為準。

3 變配電系統(tǒng)的確定

3.1 變配電所的位置確定

城市文化綜合體建筑一般在地下室或者1F設(shè)置變電所。一般設(shè)計原則是根據(jù)使用功能和建筑單體來分設(shè),要便于管理;考慮到空調(diào)設(shè)備的容量非常大,需要設(shè)置專用變電所;考慮到經(jīng)濟性和壓降原因,宜考慮在負荷中心設(shè)置專用變電所;對于劇場的舞臺燈光、音響、舞臺機械等按照規(guī)范分設(shè)在不同變壓器上。

3.2 高低壓配電系統(tǒng)

一般的城市文化綜合體面積在20萬m2以內(nèi),根據(jù)面積指標和,用量容量一般都在20 000 kVA以下,因此高壓進線一般都按2路10 kV高壓進線,對于是否需要高壓母線聯(lián)絡(luò)一直是設(shè)計的一個難點。通過多個項目實踐經(jīng)驗,主要在幾方面考慮。

(1) 如果當?shù)毓╇姴块T對于高壓供電的聯(lián)絡(luò)無特殊要求時,建議聯(lián)絡(luò),可提升系統(tǒng)的靈活性,但同時要求運營管理部門要具有一定的技術(shù)保障能力,正常時各承擔50%的負荷,當一路市電停電時,另一路擔負起全部負荷。

(2) 考慮到劇場、博物館等一、二級負荷容量較多,如果高壓不能聯(lián)絡(luò),低壓聯(lián)絡(luò)基本可以滿足系統(tǒng)的使用需要,且可以考慮運營淡季時停用部分變壓器和檢修變壓器時方便使用,所以低壓聯(lián)絡(luò)不可缺失。

(3) 冷凍機組、水泵等沖擊性負載宜單獨設(shè)置變壓器供電,不應和照明、音頻和智能化等負荷在一臺變壓器。

3.3 備用電源

考慮到城市文化綜合體一般很少有達到一級負荷中重要負荷要求的電力負荷,不考慮設(shè)置柴油發(fā)電機,但考慮到一些臨時性展覽演出的需要,建議低壓配電系統(tǒng)預留柴油發(fā)電車接入的電力接口。一般僅考慮展覽館、博物館和劇場的低壓出線接口處預留,其他單體不考慮,一般為變壓器裝機容量的20%～30%;其他安防系統(tǒng)或者經(jīng)營用電的負荷考慮用UPS電源保障。

3.4 低壓配電

在各層按防火分區(qū)設(shè)置強電間。低壓配電采用放射式與樹干式相結(jié)合的方式。對于大型設(shè)備和重要設(shè)施的低壓配電線路,采用放射式配電方式;至一般設(shè)備的配電線路,采用放射與樹干混合配電方式。所有消防類的負荷均設(shè)置雙ATS自動切換,以確保供電的可靠性;消防水泵房、防煙與排煙風機房的消防用電設(shè)備的供電,在其最末一級配電箱處設(shè)置自動切換裝置。考慮到計量和管理的方便,在各館供電區(qū)域均設(shè)立電力計量(如書吧、餐廳等)。

展覽館、博物館和劇場建筑供配電系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 展覽館、博物館和劇場建筑供配電系統(tǒng)

藝術(shù)館、圖書館等建筑供配電系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 藝術(shù)館、圖書館等建筑供配電系統(tǒng)

集中能源中心供配電系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 集中能源中心供配電系統(tǒng)

4 智慧應急指揮系統(tǒng)

城市文化綜合體建筑一般為當?shù)刂匾貥诵越ㄖ?具有如下特點:① 建筑結(jié)構(gòu)復雜。文化類建筑主體類型多,結(jié)構(gòu)形式復雜多樣,人員需要較長時間才能疏散到安全場所;② 功能多樣。一般的文化類建筑具有多種功能、人員密集容易出現(xiàn)混亂,火災時更容易導致傷亡;③ 發(fā)生火災時,在煙囪效應作用下煙氣和火勢豎向蔓延快,增加安全疏散的困難。

綜合體建筑面積大、范圍區(qū)域廣,消防聯(lián)動設(shè)備中消火栓泵、噴淋泵、排煙風機等除了總線控制外,還需要多線手動控制。在前期方案設(shè)計時需要結(jié)合綜合體建筑規(guī)劃合理的消防控制中心和分控室的位置和數(shù)量。在減少運營成本的同時確保消防系統(tǒng)的安全、可靠,一般需考慮如下關(guān)鍵問題:

(1) 消防水泵距離要求。GB 50974—2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》第11.0.12條要求,有管理權(quán)限的人在消防水泵控制線路故障時能緊急啟動消防水泵,且要保證消防水泵緊急啟動應在報警后5 min內(nèi)正常工作。根據(jù)上述要求,消防控制中心的位置要應盡可能靠近消防水泵房。

(2) 消防防排煙設(shè)備的距離要求和分控室的選擇。GB 50116—2013《火災自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》中第4.1.2條條文解釋“當線路壓降超過5%時,其直流24 V電源應由現(xiàn)場提供”,即對線路壓降的要求小于5%。根據(jù)實際計算時超過1 km壓降大于5%,因此在選擇消防控制室和分控室時一定要考慮該因素。

智慧應急指揮管理系統(tǒng)通過建筑內(nèi)部主要的設(shè)備管理將消防系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、垂直交通系統(tǒng)和應急通信系統(tǒng)等應急子系統(tǒng)進行集成調(diào)度。通過應用人工智能、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),在智慧建筑應急指揮中心,對上述子系統(tǒng)進行通信,實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)采集,監(jiān)測建筑突發(fā)事件的發(fā)生,數(shù)據(jù)信息及其應急預案等信息保存在后臺數(shù)據(jù)庫中。當突發(fā)事件發(fā)生中,應急指揮管理系統(tǒng)的應急指揮中心通過分析突發(fā)事件的類型和嚴重程度調(diào)用相應的應急預案進行處置,確保建筑安全,并且盡可能減少人身傷害和財產(chǎn)損失。應急指揮信息系統(tǒng)設(shè)計應具有日常工作管理、預案管理、預警管理、應急值班、應急資源調(diào)配與監(jiān)控、輔助應急指揮、預測預警、應急培訓、演練及評估管理等功能。

5 結(jié) 語

本文介紹了城市文化綜合體建筑電氣設(shè)計和施工配合中的一些難點問題。城市文化綜合體的電氣系統(tǒng)是一個巨大而復雜的系統(tǒng),只有詳細了解了整個系統(tǒng)和相關(guān)的物業(yè)管理公司的相關(guān)要求,才能更好完成電氣設(shè)計。