超高層項目建筑電氣防火設計探討

摘要：結合超高層項目設計實例，從超高層項目柴油發電機組的設置、大于250m超高層項目加強措施等方面出發，分析超高層項目電氣防火設計特點。結果可為同類項目設計提供參考。

關鍵詞：大于250m超高層項目電氣防火設計;柴油發電機組;線路壓降;消防加強措施;消防電梯轉換情況下的指示及引導標志

中圖分類號：TU892

文獻標志碼：A文章編號：1674-8417（2024）06-0065-09

DOI：10.16618/j.cnki.1674-8417.2024.06.012

0引言

超高層建筑項目在提高土地集約利用水平，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了積極作用，但由于建筑層數高、體量大、設計難度高，且火災時救援難度大。以某超高層綜合體項目為例，對超高層項目建筑電氣防火設計進行推論分析，將超高層項目電氣防火設計的特點做介紹。

1項目概況

該項目位于深圳市，屬于超高層綜合體類民用建筑，功能有辦公、酒店、商業綜合體，塔樓建筑高度約374m，地上60層;4層裙房的建筑高度22.8m，功能主要為商業、宴會廳、餐飲;地下5層，主要功能為辦公大堂、商業、車庫、后勤用房等;其結構體系地上塔樓為帶腰桁架的巨柱框架-混凝土核心筒結構，地上裙房及地下室為框架混凝土結構。

項目概況如圖1所示。

2供電系統介紹

根據項目規劃條件，經與電業協商高壓供電方案為首層設置1個公用開閉所，由市政引來3路獨立10kV高壓電纜，兩用一備，再由開閉所內各引出多路10kV放射式供電至各變配電室。

該項目按業態分布設若干分配電室。各變配電室設置如表1所示。各變配電室供電示意圖如圖2所示。

3備用電源設置3.1柴油發電機組設置情況

為確保供電可靠性，超高層項目除雙重電源外還應增設應急電源供電。該項目共設置3臺應急柴油發電機組作為應急電源，均位于地下1層;其中辦公按照分區設置柴油發電機組，未采用并機模式。柴油發電機設置情況如表2所示。辦公、商業柴油發電機組如圖3所示。酒店柴油發電機組如圖4所示。

另外預留辦公金融租戶柴發機房，預留1臺320kW柴油發電機組土建安裝條件。

3.2柴油發電機組電壓等級的確定

考慮到該項目高度高達374m，辦公區域柴油發電機配電干線距離已超過250m，針對高區辦公及商業的柴油發電機采用低壓0.4kV，或者采用高壓10kV，比選后，最終確定分區采用低壓0.4kV柴油發電機組。高低壓柴油發電機方案比選如表3所示。

3.3柴油發電機組容量的確定

柴油發電機不僅要滿足火災時，保障各消防應急電源的使用;還須滿足平時市電發生故障時，重要負荷的使用。同時，容量也不能選擇過大，避免造成資源和經濟的浪費。

3.3.1方案及初步設計階段

主要根據變壓器總容量的10%～20%進行估算［1］，初步設計階段完成，由于酒店定位為五星級酒店，柴油發電機的容量適當放大。初步設計柴油發電機設置情況如表4所示。

3.3.2施工圖階段柴油發電機組計算方法

在施工圖階段，柴油發電機組容量的確認主要根據GB51348—2019《民用建筑電氣設計標準》第6.1.3條的條文說明中的3個公式［1］來計算。

（1）按穩定負荷計算發電機容量Sc1：

S_c1=αP_Σ/η_Σcosφ （1）

式中：α——負荷率;

P_∑——總負荷;

η_∑——總負荷的計算效率，一般取0.82～0.85;

cosφ——發電機額定功率因數，取0.80。

（2）按最大的單臺電動機或成組電動機啟動的需要，計算發電機容量S_c2：

S_c2=［（P_∑-P_m）/η_∑+P_mKCcosφ_m］/cosφ （2）

式中：P_m——起動容量最大的電動機或成組電動機的容量，kW;

cosφ_m——電動機的起動功率因素，一般取0.4;

K——電動機的起動倍數;

C——按電動機起動方式確定的系數;全壓起動：C=1.0;星三角起動C=0.33。

（3）按起動電動機時母線容許電壓降計算發電機容量Sc3：

S_c3=P_nKCX″_d（1/ΔE-1） （3）

式中：P_n——電動機總容量;

X″_d——發電機的暫態電抗，一般取0.25;

ΔE——應急負荷中心母線允許的瞬時電壓降，一般ΔE取0.25Uo～0.3Uo（有電梯時取0.2Uo）。

式（3）主要適用于柴油發電機與應急負荷中心距離很近的情況，因此不適用于超高層項目，本文不做探討。

3.3.3柴油發電機計算

以辦公高區（20～39層及觀光商業區域）為例，簡單闡述柴油發電機計算過程。

根據規范及業主需求明確需要由柴油發電機作為備用電源的負載范圍及容量。施工圖階段辦公高區消防及重要負荷統計表如表5所示。

消防負荷計算時，總負荷P∑取值考慮如下。

（1）應急照明及消防電梯全部計入。

（2）消防水泵的容量：該項目塔樓56層至屋頂采用臨時高壓止水系統由設置在59層的屋頂消防泵組供給，而55層及以下采用屋頂消防水池重力供水，分別在B1層、6層、38層設置消防傳輸泵及29層設置消防減壓水箱。若考慮57層著火，則先起動位于59層的消防水泵，當屋頂的消防水箱的水位低于報警水位時，發出信號，從而起動設于38層的消防傳輸泵;再逐步起動6層及B1層的消防傳輸水泵。故消防水泵的容量也全部計入總負荷。

（3）消防風機容量：由于暖通專業設置一般按照避難層分段設置消防加壓風機和排煙風機，考慮“1個著火點”的原則，消防風機容量選取最大避難層消防風機電量計入總負荷，即280kW。

因此，最終消防負荷總負荷P∑=972kW（高區應急照明電量+高區消防電梯電量+高區消防水泵電量+最大避難層消防風機電量）。施工圖階段辦公高區消防總負荷計算表如表6所示。

按式（1）計算時，負荷率α取0.8，各負荷效率取0.82～0.88;按式（2）計算時，電動機的起動倍數K取2.6（星三角起動），C取0.33。

最終高區辦公柴油發電機容量采用1250kVA。

3.4高區柴油發電機線路壓降復核

由于高區辦公的柴油發電機組設置在B1層，最遠供電負荷位于屋頂，供電距離長。在與建筑專業配合機房的過程中，B1層柴油發電機房的位置靠近核心筒，核心筒內強電間上下對齊，避免平面線路轉換距離，以此盡量保證線路敷設的距離短。再逐個復核線路壓降，若有不滿足規范要求，則采用加大配電線路截面的措施。辦公高區消防回路例舉如表7所示。辦公高區消防回路壓降計算表如表8所示。

線路壓降計算公式［2］：

ΔU=3L（IRcosφ+IXsinφ）/10Un （4）

式中：ΔU——電壓降百分數;

U_n——系統標稱電壓;取0.38kV;

I——負荷電流;

cosφ——負荷功率因素;

P——負荷的有功功率;

L——線路長度;

R、X——三相線路單位長度的電阻和電抗。

柴油發電機輸出端電壓考慮為400V。

經過各回路壓降計算，高區消防風機的ab總箱及機房內設置的雙電源末端切換箱的進線電纜均放大一檔電纜規格，以確保回路末端的電壓偏差滿足規范要求的±5%要求。

4大于250m超高層項目電氣防火設計加強性措施的落實

對于大于250m的超高層項目，公安部消防局提出加強技術措施《建筑高度大于250m民用建筑防火設計加強性技術要求（試行）》公消（2018）57號［3］，其中對于電氣專業主要關注該措施的第23～第27條，簡單闡述該項目關于該加強措施的一些設計。

常規項目電力電纜燃燒性能選擇時根據GB51348—2019《民用建筑電氣設計標準》的第13.9.1條，要求燃燒性能B1級及以上，然根據加強措施的第25條規定，消防電梯和輔助疏散電梯（加強措施第7條規定，除消防電梯外，塔樓另設2臺輔助疏散電梯）的供電電線電纜應采用燃燒性能為A級、耐火時間不小于3.0h的耐火電線電纜。在與甲方充分溝通后，消防電梯與輔助疏散電梯的供電電纜選擇采用礦物絕緣電纜（BTTZ），其他消防供電電線電纜選擇柔性礦物絕緣電纜。

對于火災自動報警系統設計而言，該項目根據加強措施第23條要求，系統的消防聯動控制總線采用環形結構，接入城市消防遠程監控系統，酒店客房內設置的火災探測器選擇帶蜂鳴器的感煙火災探測器;電梯井的頂部、電纜井設置感煙火災探測器，疏散樓梯間內每層設置1部消防專用電話分機，每2層應設置1個消防應急廣播揚聲器等。

消防應急照明和疏散指示系統根據加強措施第27條要求，消防電梯及其前室、輔助疏散電梯及其前室、疏散樓梯間及其前室、避難層的應急照明和燈光疏散指示標志，采用獨立的供配電回路。疏散走道的地面最低水平照度不低于5.0lx;避難層（間）、樓梯間、前室或合用前室、避難走道不低于10.0lx。

5消防電梯轉換情況下的指示及引導標志

該項目塔樓的消防電梯存在轉換情況，塔樓消防電梯H-HSF-1經55層轉換至消防電梯T-VPF-1，轉換行走時間為11s，從首層至屋面層的運行時間為75s。針對該特殊設置，電氣專業結合消防應急照明和疏散指示系統設置了消防電梯轉換通道指示及引導標志。

消防電梯轉換標志燈具設置如圖5所示。

6其余電氣防火設計特點

項目超過250m，塔樓核心筒強電間旁設置強電備用管井（依據GB51348—2019《民用建筑電氣設計標準》第8.11.10條）［1］，供消防應急備用回路線路及重要負荷備用回路線纜敷設。

消防應急負荷和重要備用負荷的備用回路電纜設置于強電備用管井后，部分樹干式供電的消防及重要負荷（如公共照明、應急照明、消防電力負荷）的進線電纜來自不同管井，備用回路線纜至配電箱線路長度超過3m，并且分支電纜截面減少，對此在備用電纜前端設置斷路器開關箱，用以保護此段線路［1］。

供避難層場所使用的用電設備供電回路從變電所采用放射式專用線路配電，在每個避難層設置消防配電總箱（a，b箱），該總箱負責避難區應急照明，樓梯、樓梯前室，消防電梯前室加壓風機，避難區加壓風機等設備供電［1］。

根據GB51348—2019《民用建筑電氣設計標準》第7.6.3條［1］，考慮到消防負荷的重要性，消防水泵、消防風機、消防電梯等配電回路不設置過負荷保護。配電回路的斷路器僅設置電磁脫扣器，報警信號靠電動機控制回路的熱繼電器發出。

該項目消防控制室采用控制中心報警形式［4］，根據業態不同，分開設置消防控制室，在首層靠外墻部位分別設置消防主控室（辦公商業消控室）及消防分控室（酒店消控室）。辦公的消防系統與商業的消防系統共用，由大物業消防系統統一管理，接入首層的消防主控室，酒店的消防系統由酒店物業統一管理，接入酒店的消防分控室。

辦公商業消防主控制室能顯示樓內所有火災報警信號和聯動控制狀態信號，并應能顯示酒店消防分控室內消防設備的狀態信息，且能控制重要的消防設備，如消防水泵及酒店辦公商業共用的消防風機。酒店消防分控室可顯示酒店用的火災報警信號和聯動控制狀態信號，并控制供酒店使用的消防設備。

根據酒店管理公司要求，酒店消防分控室也需手動控制酒店與辦公商業共用消防設備（如消防水泵，疏散樓梯、前室的加壓風機，消防電梯前室的加壓風機等）的起動，為滿足該要求，酒店消防分控室設置了共用消防設備的手動控制盤，從消防主控制室提供手動起動線至消防分控室，主消防控制室與分消防控制室之間設置消防報警線槽300mm×200mm用以敷設共用設備的手動起動線，滿足酒店管理公司需求。控制中心報警系統框圖如圖6所示。

7結語

超高層建筑經常是一個地區的標志性建筑，其層數高，火災撲救難度大，通過合理的設計預防建筑火災，減少火災危害是設計師的首要任務。在建筑電氣防火設計上，既能保障供電，又能兼顧供電系統的靈活性及經濟性，才能體現電氣設計師的價值。

［1］中國建筑東北設計研究院有限公司.民用建筑電氣設計標準：GB51348—2019［S］.北京：中國建筑工業出版社，2020.

［2］中國航空規劃設計研究總院有限公司.工業與民用供配電設計手冊［M］.4版.北京：中國電力出版社，2016.

［3］公安部消防局.建筑高度大于250m民用建筑防火設計加強性技術要求［Z］.2018.

［4］中華人民共和國住房和城鄉建設部.火災自動報警系統設計規范：GB50116—2013［S］.北京：中國計劃出版社，2014.

收稿日期：20240311

DiscussiononElectricalFireProtectionDesignofSuperHighRiseProjectBuildings

LILinghui

（EastChinaArchitecturalDesignandResearchInstituteCo.，Ltd.，Shanghai200002，China）

Abstract：Basedonthedesignexamplesofsuperhigh-riseprojects，thispaperanalyzestheelectricalfireprotectiondesigncharacteristicsofsuperhigh-riseprojectsfromtheaspectsofthesettingofdieselgeneratorsetsinsuperhigh-riseprojectsandthestrengtheningmeasuresforsuperhigh-riseprojectslargerthan250m，providingreferenceandguidanceforsimilarprojectdesignsinthefuture.

Keywords：electricalfireprotectiondesignforsuperhigh-riseprojectsover250m;dieselgeneratorset;linevoltagedrop;firefightingreinforcementmeasures;indicationsandguidingsignsduringthetransitionoffireelevator