商學院一期修繕更新項目電氣設計

摘要： 結合某高校商學院校區(qū)的一期修繕更新工程的實例，闡述了修繕建筑的供電方案設計思路。著重探討了該校區(qū)作為修繕項目的情況下，針對校區(qū)建筑層高、面積不滿足的情況進行機電系統(tǒng)改造。對本項目的防雷接地設計進行了深入的探討，最終得出了最優(yōu)的設計方案，可為類似的修繕、更新項目設計提供參考。關鍵詞： 修繕更新工程; 供電方案; 防雷接地系統(tǒng); 機電系統(tǒng)

中圖分類號： TU855文獻標志碼： A文章編號： 1674-8417（2024）08-0042-05

DOI： 10.16618/j.cnki.1674-8417.2024.08.009

0引言

高校是大學生學習、生活的地方，承擔著教學科研的任務和學生們生活功能。一座校區(qū)通常包含了教學樓、宿舍、食堂、活動中心或后勤用房，如何合理地規(guī)劃校園供配電系統(tǒng)，滿足學校各棟樓的用電需求十分重要。對于修繕更新的校區(qū)，需要確定好變電所位置、使變電所能夠滿足土建的要求，同時兼顧供電方案的經(jīng)濟性、合理性、可拓展性。

1工程概況及負荷計算

1.1工程概況

該項目建設用地位于上海市某高校商學院用地范圍內，為一期校園修繕更新項目。一期由1棟5層教學辦公樓，1棟2層的食堂及實訓廚房，1棟3層后勤用房，1棟16層的學生宿舍，共4棟樓組成，建設內容為對4棟樓整體建筑、結構及機電系統(tǒng)進行修繕改造，并且考慮二期接口的預留。一期修繕總面積為29 070.09 m²，其中，教學辦公樓7 720 m²，建筑高度為15.4 m;食堂及實訓廚房面積1 736 m²，建筑高度為13.55 m，后勤用房面積為 2 641.27 m²，高度15.8 m，學生宿舍樓面積為16 888.36 m²，高度56 m。二期校園為新建項目，尚處于規(guī)劃階段，不在本次設計的范圍內，但從整體性出發(fā)，也需要適當考慮一期和二期的系統(tǒng)接口問題。二期按照規(guī)劃的總建筑面積163 871 m²進行考慮。

1.2負荷等級及負荷計算

本項目學生宿舍樓屬于一類高層建筑，本工程室外消防用水量為40 L/s。

根據(jù)規(guī)范要求，本項目學生宿舍樓的消防負荷按照一級負荷供電［1］。學生宿舍樓的客梯、排污泵、生活水泵按照一級負荷要求供電［2］。本項目為整個一期校園服務的消防負荷（消防控制室、消防水泵房）按照一級負荷要求供電。校園核心機房、鍋爐房、變配電所電源、安防系統(tǒng)、電子信息設備機房是為整個一、二期校園服務的，按照一級負荷供電。

二級負荷包括：教學樓、學生宿舍樓的主要通道及樓梯間照明用電，食堂內廚房主要設備及操作間、備餐間照明用電。

普通電力、照明等設備用電為三級負荷。

根據(jù)負荷計算結果，本項目設備容量為5 246 kVA，計算容量為3 363 kVA，需要設置2臺2 000 kVA的變壓器。

根據(jù)負荷估算結果，二期校園計算容量為13 916 kVA。

1.3供電改造內容

本項目屬于修繕更新項目，本次修繕的4棟樓均建造于20世紀90年代，原有的供電容量、供配電系統(tǒng)、消防系統(tǒng)以及燈具、插座、配電箱、開關、電纜均不能滿足新規(guī)范的要求，故需要對整個供配電系統(tǒng)進行改造。

原校區(qū)供電由市政提供兩路10 kV進線，容量分別為1 250 kVA和1 600 kVA。原學校變電所設置在學校大門東側的建筑內，內設兩臺10/0.4 kV變壓器，容量分別為1 250 kVA和1 600 kVA。變電所變壓器容量不滿足新校區(qū)的用電需求，且不滿足GB 20052—2020《三相配電變壓器能效限定值及節(jié)能評價值》節(jié)能指標;設備于2005年采購，已經(jīng)老化，可能產生安全隱患;電纜已經(jīng)割接，無法繼續(xù)使用;校園原變電所所在建筑無房產證，不能滿足供電公司重新送電的要求。故除了對供配電系統(tǒng)改造，一期校園修繕還需要將變電所搬運至有產證的建筑內，且需要滿足負荷計算的容量要求。

2供配電系統(tǒng)方案分析

2.1供配電方案

本項目雖然僅是一期維修工程，但在考慮供電方案的同時，也需要和二期新建校園統(tǒng)籌考慮供配電方案，保證整體校園供電方案的經(jīng)濟性與合理性。針對本項目的具體情況，考慮了兩種供配電方案，并進行比選。

方案1：一期建設1個10 kV變電所，為一期校園供電，一期由供電部門提供兩路10 kV獨立高壓電源。待整個校園的供電規(guī)劃設計完成后，再調整一期的供電方案;

方案2：一期建設1個35 kV變電所和1個10 kV變電所，整個校園一、二期由供電部門提供兩路35 kV獨立的高壓電源，10 kV變電所供一期使用，二期用電引自一期的35 kV變電所。

2.2方案比選

市政進線：按照方案1，一期需要將原有的兩路10 kV進線增容至2 000 kVA，待二期校園建設完成后調整一期供電方案。一期的投資較小，當二期建設完成后，若需要調整一期進線，可以選擇暑假、寒假等時間，此時學生放假，一期變電所維修停電造成的影響較小。按照方案2，則一期就需要由供電部門提供兩路35 kV進線，一期投資較大。

機房面積：按照方案1，一期需要1個10 kV配電室和1個一期校園變電所，總面積約250 m2;按照方案2，一期需要1個35 kV變電所，需要增加約250 m2的電氣機房面積。方案1和方案2的對比如表1所示。

從表1可以看出，由于項目一期修繕的條件限制，在一期就設置35 kV變電所比較難以實現(xiàn)。另外，由于學校一期和二期之間存在時間差，不同步施工、分開驗收，二期的建筑方案也暫未穩(wěn)定，后期還會有諸多調整，一期無法準確地估算出二期校園的總用電量，綜合考慮之后，本項目一期供電方案按照方案1實施。

2.3配電系統(tǒng)及機房位置選擇

本項目為修繕更新項目，根據(jù)教委對高校修繕項目的要求，建筑的層高和面積不能發(fā)生變化，而電氣專業(yè)變電所對于建筑層高的要求較高，在現(xiàn)有4棟樓中，除了考慮變電所需要設置在負荷中心之外，還需要結合校區(qū)現(xiàn)狀、考慮維修項目的特點，選擇層高合適的建筑設置變電所。經(jīng)過對4棟樓進行凈高分析，只有教學樓1層和后勤用房1層的層高能夠設置變電所。而附設在教育建筑內的變電所，不應與教室、宿舍相貼鄰［3］。學生宿舍樓2層以上整層布置了宿舍，且層高、柱網(wǎng)都不滿足，無法設置變電所;教學樓的1層～5層均布置了教室，且該樓建造時間較早，為磚混結構，建筑的柱網(wǎng)間距不夠，很難布置變電所變壓器和高低壓配電柜，故綜合考慮之后把一期校園變電所設置在后勤用房1層。商學院一期修繕變電所位置示意如圖1所示。

2.4配電系統(tǒng)形式

一期校園變電所設置在后勤用房，在食堂、教學樓一層東西側分別設置面積約為10 m2的低壓總配電間，在學生宿舍樓地下1層設置面積約為15 m2的低壓總配電間，各棟樓的低壓總配電間作為本樓的分配電中心，電纜由變電所放射至各樓總配電間。

2.5室外供電方案

由于該校園變電所設置在后勤用房內，校園各棟樓之間沒有地下室相連，故變電所至各棟樓電纜只能采用埋地敷設的方式。且變電所需要放射出約30條電纜至宿舍樓、食堂、教學樓，電纜根數(shù)多，敷設路徑長。消防控制室設置在教學樓1樓，并將兼做一期二期校園的消防控制中心，故大量的消防管線也只能采用埋地敷設的方式送至各棟樓的值班室或弱電間。

根據(jù)GB 51348—2019《民用建筑設計標準》和GB 50217—2018《電力工程電纜設計標準》的要求，結合學校的室外場地情況，本項目室外電纜采用電纜溝的敷設方式。電氣總平面示意如圖2所示。電纜溝的一側走強電電纜，另一側走消防及弱電電纜。電纜溝剖面圖如圖3所示。根據(jù)本項目實際情況，電纜溝主溝處A為700 m、a為350 m、L長1 300 m。硬質路面下需要改成穿管敷設，同時為了滿足二期可能會發(fā)生的用電需求，在一、二期紅線銜接處，從就近電纜井預留了一定數(shù)量的備用預埋管。

為考慮電纜溝排水，本項目電纜溝按照校園的坡度進行找坡，找坡坡度不小于0.5%，在電纜井最低點處均就近接入室外雨水井。

3修繕建筑防雷接地案例分析

本項目為既有老建筑，分別建于1950～1990年，由于項目性質為修繕更新，不能改變建筑物的基礎和屋面，故在進行防雷設計的時候，需要與建筑、結構仔細溝通，尋求最為經(jīng)濟、合理、美觀的方案。

經(jīng)過地閃密度計算，得出1#樓年預計雷擊次數(shù)為0.185 9;11#樓年預計雷擊次數(shù)為0.240 8;3#、4#樓距離很近，中間有連廊連接，可以當作1棟樓考慮，計算得3#、4#樓年預計雷擊次數(shù)為0.095 8。本項目1#樓為教學樓，層高為20.98 m，3#4#樓高度最高處為15.8 m，結合GB 55024—2022《建筑電氣與智能化通用規(guī)范》、雷評報告中的雷擊風險計算結果及建議，將1#、3#、4#樓按照

第三類防雷設防;11#樓層高61.4 m，為一類高層，結合雷評報告中的雷擊風險計算結果及建議、GB 55024—2022《建筑電氣與智能化通用規(guī)范》和GB 50057—2010《建筑物防雷設計規(guī)范》，將11#樓按照第二類防雷建筑物設防［4］。

經(jīng)實測后發(fā)現(xiàn)，各單體中，1#樓屋面安裝有避雷針，保護范圍不全，銹蝕嚴重;3#樓、4#樓屋面無防雷裝置;11#樓屋面有避雷帶，目測保護范圍不全、銹蝕比較嚴重。現(xiàn)場實測 1#樓避雷針的接地電阻、 11#樓接地測試點的接地電阻，均符合現(xiàn)行國家標準的規(guī)定要求。

防雷接地設計方案中，防雷接閃帶可采用25 mm×4 mm熱鍍鋅扁鋼，引下線需要另做專用引下線，由于建筑美觀的要求，不希望引下線外露出來，故設計時考慮了利用加固鋼筋作為引下線的方案。

經(jīng)與結構專業(yè)溝通，1#、3#、4#教學樓結構的加固方法是在外墻的內外加固鋼筋，鋼筋直徑為φ8 mm和φ12 mm，在考慮經(jīng)濟性、美觀性的基礎上，利用加固鋼筋作為防雷引下線，既經(jīng)濟又方便施工。但施工時發(fā)現(xiàn)，加固鋼筋采用的是螺紋鋼。由于螺紋鋼比圓鋼的含碳量高，可焊性和導電性降低，難以保證焊接后的有效截面積，故不能利用加固鋼筋作為引下線。為考慮美觀，引下線改用40 mm×4 mm的熱鍍鋅扁鋼垂直暗敷，固定在墻體里面，外表找平服帖。而11#樓因為年代相對較新，接地電阻也能滿足要求，只需要在施工時進行測試，選擇鋼筋貫通的柱子作為防雷引下線。

本項目所有單體結構只加固外墻，不改變基礎，故接地只能采用室外人工接地體的方式實現(xiàn)。需要特別注意的是，1#樓的1層東北、西北兩個角分別是整個校園的消防安防控制中心和核心機房，由于弱電機房對雷擊敏感、接地電阻要求高，只靠室外人工接地體不能滿足電子設備工作的要求，在與建筑、結構專業(yè)溝通后，采用將弱電機房局部開挖，埋入接地扁鋼網(wǎng)格的做法，將接地扁鋼與室外人工接地體相連，形成局部等電位網(wǎng)格。為防止雷電流對電子設備產生影響，防雷引下線與機房接地端子的距離盡可能離遠。

4結語

本文介紹了某高校商學院一期修繕項目的供電設計方案，結合修繕項目的特點對高壓進線、變電所位置的選擇進行了分析，得出了結論，并在室外采用電纜溝的形式敷設強弱電管線。防雷和接地的設計上針對不同的樓棟，根據(jù)現(xiàn)狀設計了不同的方案，對今后類似項目提供借鑒。

［1］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.建筑設計防火規(guī)范：GB 50016—2014（2018年版）［S］.北京：中國計劃出版社，2006.

［2］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.民用建筑電氣設計標準：GB 51348—2019［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2019.

［3］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.教育建筑電氣設計規(guī)：JGJ 310—2013［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014.

［4］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.建筑物防雷設計規(guī)范：GB 55057—2010［S］.北京：中國計劃出版社，2010.

收稿日期： 20240220

Electrical Design of the Phase One Renovation and Refurbishments

Project of the College of Business

SHEN Mengyun

（East China Architectural Designamp;Research Institute Co.， Ltd.， Shanghai 200011， China）

Abstract： Combined with the example of the phase one renovation and refurbishments project of a university business school campus，this paper elaborates the design idea of the power supply scheme of the repaired building，and focuses on how to transform the electromechanical system according to the height and area are not satisfied.The lightning protection grounding design of this project is also discussed in depth，and finally obtains the optimal design，which can provide reference for similar renovation and refurbishments project design.

Key words： renovation and refurbishments project; power supply plan; lightning protection grounding system; electromechanical system