基于超高層綜合體項目的電氣設計

汪永紅

（浙江工業大學工程設計集團，浙江 杭州 310014）

0 引言

隨著我國經濟水平的快速發展，城市空間和人口規模的急劇擴張促使建筑開始向“上”發展，催生了大量高度超過150m的建筑形式——超高層建筑。目前，我國已有建成的200m 以上建筑1 126 棟，涵蓋了國內80 個主要城市。

超高層建筑在集約利用土地資源、推動建筑工程技術進步、促進城市經濟社會發展等方面發揮積極作用。但超高層建筑具有建筑規模大，建筑高度高的特點，這使其具有用電負荷大且集中、輸配電距離長、變配電系統復雜、供電安全性要求高、雷擊風險大、若發生火災撲救困難、人員密集疏散時間長等特點。因此越來越多的專家對超高層建筑電氣設計做出了相關研究工作，李炳華等[1]通過對國內部分超高層建筑核心筒和電氣豎井實際情況進行數據采集和分析研究，得出超高層建筑的筒層比和井筒比，并給出超高層建筑強電豎井的數量及面積建議值、弱電豎井的數量及面積建議值。孔嵩[2]對超高層建筑電氣的設計要點及關鍵技術進行了深入分析。任飛宇[3]針對超高層建筑內設置的柴油發電機組的容量計算，對規范要求的應急負荷應按穩定負荷容量來計算“穩定負荷”進行分析和探討，提出按同一時間內一起火災滅火考慮的設計原則來優化消防負荷計算。

1 項目概況

項目位于杭州市錢江世紀城核心區，由T1～T7 幢樓組成，地上建筑面積約345 000m2，地下室約132 000m2；地下室共計3 層，地上最高40 層，建筑最高199.98m；T1、T6、T7 大平層辦公樓，T2、T3、T4 是普通辦公樓，T5 是多層商業綜合體。T1、T6、T7、T2 裙房三層，均是商業，項目俯視圖如圖1 所示。

圖1 錢江世紀城核心區項目俯視圖

2 負荷等級

T1,T2,T3,T4,T6,T7#樓：

特級負荷：消防用電、安全防范信息和航空障礙照明等。

一級負荷：生活水泵、客梯、排污泵。

三級負荷：辦公室等其他電力負荷。

T5#樓：

一級負荷：消防用電負荷、安防系統用電等重要用電負荷、大型商場和超市經營及設備管理計算機系統用電。

二級負荷：大型商場、門廳，公共樓梯及主要通道疏散照明、客梯、自動扶梯、空調用電。

三級負荷：其余為三級用電負荷。

3 變電所設置

本項目用電需求量大，可靠性要求高。考慮到當地供電系統實際的情況，前期與電力部門多次溝通、協商后，決定采用20kV 系統供電。并考慮設置2 個開閉所，分別設置在項目的T1#樓和T5#樓；共設置11 座變電所，分別設置在地下室或者避難層，具體如表1 所示。發電機機房位置如圖2 所示，變電所位置如圖3 所示。

表1 變電所設置情況

圖2 變電所及柴油發電機房位置

圖3 T3 塔樓避難層變電所位置（T4 塔樓避難層變電所類同）

本項目單位面積用電指標約為121VA/m2。

4 避難層變壓器搬運

本項目塔樓普遍高度近150～200m，考慮其供電半徑以及低壓線路的造價，T3，T4#樓在避難層（31F）設置了變電所。因20/0.4Kv 變壓器普遍比10/0.4kV 變壓器體積更大，質量更重[4]，各類常用干式變壓器參數如圖4 所示。

圖4 各類常用干式變壓器參數

故建議在設計階段，嚴格控制單臺變壓器最大容量，并結合建筑專業、電梯專業綜合考慮變壓器垂直運輸問題。目前超高層建筑一般有以下幾種解決方式供選擇。

4.1 利用大型消防電梯或貨梯運輸

利用建筑已有的大型消防電梯或者貨梯作垂直運輸工具，搬運大型更方便，且不存在破壞其他設施的風險，但同時也對電梯荷載提出了嚴苛的要求。本項目避難層采用了1 250kVA變壓器，其重量約3.4～4.1t 之間，塔樓無電梯能滿足此要求。

大功率電梯前期投資及后期運行費用均較高，若僅僅為了變壓器運輸而設置此類大載重電梯，顯然不合適。

4.2 利用電梯井道運輸

利用電梯井道運輸，要求井道尺寸大于變壓器本體尺寸，這種方式需要拆除電梯曳引繩，在井道內安裝專業提升設備，從電梯井道內吊裝變壓器到避難層。因電梯井道四周設有電梯導軌及隨纜等設備設施，變壓器吊裝過程中要特別小心，防止變壓器碰撞電梯導軌。

此方案在項目建設初期，電梯軌道尚未安裝到位時較多采用。

4.3 設置平臺吊裝

避難層設置可伸出室外的吊裝平臺，為所有機電設備吊裝服務。這種方式優點明顯，投資較少，對核心筒走道、開門沒有特別要求。但是在二次運輸過程中，需要拆除平臺處的可拆卸百葉，吊裝過程中存在破壞外立面幕墻的風險，多個超高層項目中有應用。

5 變電所降噪、屏蔽措施

本項目避難層（31F）的變電所有與客房、辦公室上下貼臨的情況，在設計階段，就應采取降噪、屏蔽等措施。

5.1 變電所降噪措施

（1）聲源控制

在變壓器選型過程中，將噪聲指標作為衡量設備性能的重要參數進行嚴格控制，盡量選用低噪聲設備。

（2）聲屏障

變電所聲屏障一般采用磚混結構或鋼板結構，其設計除滿足聲學要求外，還應滿足電氣安全、運行檢修、通風散熱等方面的要求。變電所內變壓器周圍的防火墻，也可看成是一種磚混結構的隔聲屏障。

（3）隔振裝置

為減少變壓器通過建筑結構傳播至噪聲敏感建筑物室內，可在變壓器、電抗器等聲源底部加裝隔振裝置，并將管線的剛性連接改為彈性連接，以減少噪聲（振動）的傳播。

本項目采用第（1）～（3）種方案。

5.2 變電所屏蔽措施

（1）在墻內和地坪內敷設鋼絲網，在變電所的頂棚明敷鐵皮（0.5mm 厚），并與接地裝置連接。

（2）刷屏蔽涂料（亦稱導電漆）：涂料主要有：銀導電漆、銀銅導電漆和鎳導電漆，刷屏蔽涂料。

本項目采用第（1）種方案。

6 柴油發電機設置

超高層建筑規模大，建筑高度高，若發生火災撲救困難、人員密集、疏散時間長，故除設置可靠的2 路市電電源以外，還應設置柴油發電機組作為特級負荷的應急電源。結合本工程實際情況，共設置4 處柴油發電機房，具體如表2 所示，柴油發電機基本參數[4]如圖5 所示。

表2 柴油發電機設置情況

圖5 柴油發電機基本參數

柴油發電機均設置在地下一層，靠近各區的變電所設置。柴油發電機體積和重量均比較大，在設計初期，就要考慮設備運輸問題，規劃地下室設備運輸線路，復核運輸通道、機房門的尺寸、機房高度。

經過與建筑專業復核，從一層至地下室的汽車坡道滿足汽車搬運發電機的需求，故不另外設置柴油發電機的吊裝孔。復核汽車坡道凈高是否滿足發電機運輸要求時，需要復核坡道最低高度是否大于汽車的運輸平臺高度+柴油發電機的高度，并需要預留一定的余量。

7 豎向井道設置

各個塔樓僅設置一個強電井，約7.8m2。低壓電纜、母線及各種配電箱共井敷設，在強電井內另設一個高壓電纜井，敷設高壓電纜，如圖6 所示。在初步設計階段，宜排布強電井道大樣圖，按照實際需求設置強電井道，既不偏大而影響建筑核心筒排布，也不偏小影響后期安裝、檢修。

圖6 超高層強電井道布置圖

8 低壓配電設計

超高層低壓配電系統配電方式分為放射式和樹干式，消防等重要負荷采用放射式配電，辦公等普通負荷采用樹干式配電。

各避難層采用單獨回路放射式供電，并在末端互投；

設置在避難層的變電所，其低壓配電回路不要跨越上下避難層。

辦公與酒店由不同的管理公司管理，其配電干線需相互獨立。

9 超高層防雷設計

本項目為超高層建筑，須按照二類防雷建筑設計。防雷接閃帶須結合幕墻設置，在主體防雷設計中預留主體防雷設施與幕墻金屬構架的結點，方便后期幕墻防雷深化。建筑物外墻內側和外側垂直敷設的金屬管道及類似金屬物應在頂端和底端與防雷裝置連接，并應在高度100～200m 區域內每間隔不超過50m 與防雷裝置連接一處，高度0～100m 區域內在100m 附近樓層與防雷裝置連接。應將高度45m 及以上外墻上的欄桿、門窗等較大金屬物直接或通過預埋件與防雷裝置相連，高度45m及以上水平突出的墻體應設置接閃器并與防雷裝置相連。

10 航空障礙燈

航空障礙標志燈[5]應裝設在建筑物或構筑物的最高部位；除在最高端裝設障礙標志燈外，還應在其外側轉角的頂端分別設置航空障礙標志燈。

航空障礙標志燈的水平安裝間距不宜大于52m；垂直安裝自地面以上45m 起，以不大于52m 的等間距布置。

11 消防報警系統

超高層建筑除了泳池、衛生間等場所外，其他場所均應設置消防報警設施。

酒店區域的消防設計除了應滿足國內消防規范要求外，尚滿足酒店管理公司的消防要求，如：消防報警設備應滿足FM或者UL 認證的要求；酒店區域消防設備相對獨立，并要求設置獨立的酒店消防控制室。

各個消防控制室主機之間需要總線聯絡，消防主機之間相互兼容。

12 結論

本文針對超高層建筑的特點，歸納總結了超高層綜合體20kV 供配電系統、20/0.4kV 變電所、發電機房、強電井道、消防報警等主要電氣系統的設計要點。