改造工程電氣設(shè)計(jì)中的若干問(wèn)題探討

何 靜 / 丁宗臣

(中國(guó)建筑設(shè)計(jì)院有限公司 ， 北京 100044)

隨著社會(huì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，越來(lái)越多老舊建筑已經(jīng)不能滿足其原本的使用需求，面臨著改造和翻新的問(wèn)題。電氣設(shè)計(jì)中遇到的舊工程改造主要包括建筑的功能發(fā)生了改變(如辦公樓改為酒店)或主要建筑功能不變，僅增加部分先進(jìn)的系統(tǒng)，使其品質(zhì)得以明顯提升(如增加中央空調(diào)系統(tǒng)、智能化系統(tǒng))。

與新建項(xiàng)目相比，改造項(xiàng)目投資較少、工期短，大多能保持原來(lái)的建筑外觀，保持其與周邊建筑相協(xié)調(diào)，對(duì)周邊環(huán)境影響較小，因此已經(jīng)有越來(lái)越多的業(yè)主將目光投向舊工程改造。改造與新建的區(qū)別在于改造建筑主體結(jié)構(gòu)已經(jīng)成型，房間結(jié)構(gòu)布局及層高難以調(diào)整，從而帶來(lái)一些技術(shù)難題。

1 配電機(jī)房

用電指標(biāo)的提高帶來(lái)電氣機(jī)房和豎井的設(shè)置問(wèn)題。大多數(shù)老建筑在初步建成時(shí)期用電指標(biāo)比較低，改造中需要增加功能或其他用電設(shè)備，從而對(duì)單位面積的用電標(biāo)準(zhǔn)有較大幅度的提高。變配電室內(nèi)變壓器的容量及低壓配電柜數(shù)量會(huì)隨之增加，設(shè)計(jì)中需要重新確定變配電室的面積及布置方式，面臨的主要問(wèn)題在于原有建筑的條件限制和規(guī)范要求的矛盾，根據(jù)《20kV及以下變配電室設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50053-2013)和《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50054-2011)中的要求盡量使變配電室的布置緊湊、合理。

設(shè)計(jì)中有以下幾點(diǎn)可以借鑒：

(1)若需要增加容量，盡量不改變變壓器數(shù)量，提高單臺(tái)變壓器容量，保持高壓配電柜數(shù)量不變，不增加高壓柜所占的面積。

(2)布置中可以利用增加“空柜”的方式彌補(bǔ)土建條件的一些不足。如圖1，左側(cè)房間為原有變配電室，改造中需要增加配電柜數(shù)量，設(shè)計(jì)中將右側(cè)房間納入變配電室范圍，由于中間承重墻改造中開洞尺寸有限，方案難以實(shí)施。在開洞處設(shè)置“空柜”，使配電屏主母線保持貫通，但不保留柜后維護(hù)通道，使變配電室布置滿足規(guī)范要求。

(3)需要嚴(yán)格遵守規(guī)范中要求的設(shè)備與設(shè)備、設(shè)備與墻、結(jié)構(gòu)柱的間距，并按其最小尺寸布置設(shè)備，盡可能節(jié)約機(jī)房?jī)?nèi)的空間。如表1所示，設(shè)計(jì)中低壓配電屏前、后通道均按表中數(shù)據(jù)。根據(jù)此標(biāo)注解，改造項(xiàng)目中的尺寸均可采用“受限制時(shí)”一欄中的要求。

表1 成排布置的配電屏通道最小寬度(單位：m)

注：1. 受限制時(shí)是指受到建筑平面的限制、通道內(nèi)有柱等局部突出物的限制；2. 屏后操作通道是指需在屏后操作運(yùn)行中的開關(guān)設(shè)備的通道；3. 背靠背布置時(shí)屏前通道寬度可按本表中雙排背對(duì)背布置的屏前尺寸確定；4. 控制屏、控制柜、落地式動(dòng)力配電箱前后的通道最小寬度可按本表確定；5. 掛墻式配電箱的箱前操作通道寬度，不宜小于1m。

圖1 變配電室布置平面圖

2 防雷接地

許多老舊項(xiàng)目建成年代久遠(yuǎn)，建設(shè)用的施工圖紙?jiān)缫褋G失，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察也很難確定其當(dāng)初暗敷在基礎(chǔ)內(nèi)的接地裝置。在不具備原始資料的條件下，切實(shí)可行的做法就是為建筑重新設(shè)置接地裝置。接地裝置的設(shè)置一般有以下兩種做法：

(1)設(shè)置室外人工接地極。利用建筑的條件，在其外圍的庭院、草坪等場(chǎng)所土壤內(nèi)設(shè)置人工接地極。人工接地極一般采用水平敷設(shè)的圓鋼、扁鋼，垂直輻射的角鋼和鋼管等，不同裝置類型導(dǎo)體的最小尺寸見表2。

室外接地體的設(shè)置以圖2中某工程為例：在該工程面積有限的下沉庭院內(nèi)設(shè)置人工接地極，與室內(nèi)接地點(diǎn)m相連，作為建筑內(nèi)某特殊機(jī)房的獨(dú)立接地體。接地體需滿足接地電阻的要求，水平接地極的具體電阻值可根據(jù)式(1)計(jì)算。

表2 接地裝置導(dǎo)體的最小尺寸

Rh=ρ(lnL2/hd+K)/2πL

(1)

式中：Rh為水平接地極的接地電阻，Ω；L為水平接地極的總長(zhǎng)度，m；h為水平接地極的埋設(shè)深度，m；d為水平接地極的直徑或等效直徑，m；K為水平接地極的形狀系數(shù)(一字形時(shí)取-0.6，矩形時(shí)取1)。

式中可見，土壤電阻率(ρ)對(duì)接地電阻有很大影響，有些工程補(bǔ)充了一定量室外接地導(dǎo)體，卻仍然不滿足接地電阻的要求。此時(shí)可采用換土法和降阻劑法來(lái)降低原土壤的電阻率，快捷有效地減小接地電阻，以滿足工程的接地需求。

圖2 接地平面圖

(2)不具備室外人工接地體條件時(shí)，可在建筑內(nèi)適當(dāng)位置敷設(shè)金屬等電位帶作為人工接地體。如圖2所示，在建筑地下室外墻設(shè)置一圈鍍鋅扁鋼作為等電位帶，并通過(guò)地下室地面面層內(nèi)暗敷設(shè)的等電位扁鋼將防雷等電位接地體組成網(wǎng)狀，從而有效擴(kuò)散雷電產(chǎn)生的沖擊電流。此方式適用于對(duì)接地要求不高的建筑，即人工制造出建筑物的“地”電位，作為防雷接地、保護(hù)接地和工作接地的統(tǒng)一接地體。

3 管線綜合

大多數(shù)八九十年代設(shè)計(jì)的老舊建筑原本沒有設(shè)置中央空調(diào)系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等，機(jī)電設(shè)備較少并且大多集中在地下室機(jī)房。為提高建筑的舒適性和消防安全性，建筑標(biāo)準(zhǔn)層需要增加大量風(fēng)管、水管、冷媒管及強(qiáng)弱電橋架，瞬間凸顯出層高嚴(yán)重不足的問(wèn)題。這時(shí)需要與水、暖專業(yè)密切配合，將管線科學(xué)、合理地排列，利用管井、走廊與功能房間的位置分布特點(diǎn)，盡量減少管線交叉，最大程度地保證室內(nèi)有效空間高度。

圖4 橋架安裝示意圖

以圖3中工程為例，經(jīng)過(guò)綜合考慮，一般建筑標(biāo)準(zhǔn)層內(nèi)可將辦公區(qū)內(nèi)的空調(diào)風(fēng)機(jī)盤管設(shè)備設(shè)于梁間區(qū)域，新風(fēng)管道設(shè)在辦公區(qū)域的梁下空間，走道內(nèi)布置走道排風(fēng)、水噴灑及強(qiáng)弱電橋架等。為便于橋架內(nèi)敷設(shè)電纜和導(dǎo)線，將其設(shè)置在最底層，接近于吊頂。圖3中橋架寬度較窄，上方和水平方向與其他平行管線留有空間，可滿足施工需求。因考慮到消防水噴灑及走道照明需要居中設(shè)置，并避免強(qiáng)電線路對(duì)弱電系統(tǒng)的電磁干擾，強(qiáng)、弱電橋架分別在走道兩邊布置較為適宜。

圖3 機(jī)電管線布置剖面示意圖

改造工程中空間情況復(fù)雜，可能不具備理想的安裝條件。對(duì)于電氣系統(tǒng)而言，電纜橋架的作用是將電纜敷設(shè)到位，因此只要能保證電纜敷設(shè)空間，其尺寸是靈活可調(diào)的。電纜橋架的具體安裝要求如圖4所示，圖4(a)中表示為600mm～800mm寬的電纜橋架，如靠墻安裝需保留100mm的支、吊架空間，水平方向和橋架正上方還需預(yù)留工人安裝空間(陰影內(nèi)區(qū)域)，以確保施工安裝。圖四(a)中表示為300mm寬的電纜橋架，因橋架尺寸有限，安裝時(shí)僅需考慮手臂操作即可，安裝空間(陰影內(nèi)區(qū)域)可以明顯減小。所有風(fēng)管、水管當(dāng)與橋架并行時(shí)均要設(shè)置在陰影區(qū)域以外，交叉穿過(guò)時(shí)可走在陰影內(nèi)虛線區(qū)域里，方能不影響電纜安裝。

如條件允許。建議使用三維制圖軟件revit mep或magiCAD，將機(jī)電管線在建筑模型中進(jìn)行合理布置，更為直觀地設(shè)計(jì)管線路由并細(xì)致地解決管線碰撞問(wèn)題，以確保建筑的室內(nèi)高度。

4 消防系統(tǒng)

老項(xiàng)目重新向消防部門報(bào)批時(shí)經(jīng)常會(huì)被要求按照最新規(guī)范設(shè)計(jì)。上世紀(jì)八、九十年代的建筑均未設(shè)置報(bào)警系統(tǒng)和應(yīng)急照明，消防設(shè)備配電等也不滿足規(guī)范要求。目前對(duì)改造項(xiàng)目影響比較多的新規(guī)范包括《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50116-2013)、《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB 50016-2014)、《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50034-3013)等。在改造項(xiàng)目初期，必須與甲方共同商定改造內(nèi)容和范圍，從而初步估算出消防改造投資并順利通過(guò)審批。通常需要考慮以下幾方面內(nèi)容：

(1)增加火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，根據(jù)建筑物規(guī)模和性質(zhì)確定其系統(tǒng)形式；通常選擇在原建筑門廳附近增加控制室，如僅需要報(bào)警也可不設(shè)置控制室，僅在值班室內(nèi)增加區(qū)域報(bào)警主機(jī)。

(2)增加應(yīng)急照明系統(tǒng)。根據(jù)投資情況和業(yè)主需要，確定應(yīng)急照明系統(tǒng)類型。如檔次較高的大型商業(yè)、寫字樓照明系統(tǒng)需全面改造時(shí)可以增加應(yīng)急疏散照明控制系統(tǒng)；如要求不高的一般建筑，建議增加自帶浮充蓄電池的應(yīng)急照明燈具，不僅節(jié)約成本、安裝方便，而且后期維護(hù)簡(jiǎn)單、實(shí)用。

(3)增加消防水泵巡檢控制系統(tǒng)。消防巡檢也是近十年來(lái)公安部提出的要求。由于消防水泵在

火災(zāi)發(fā)生時(shí)會(huì)因長(zhǎng)期處于停止?fàn)顟B(tài)而不能正常運(yùn)行，因此增加自動(dòng)巡檢裝置，使其每月定期運(yùn)行一段時(shí)間以確保需要時(shí)能夠正常使用。在消防水泵房中設(shè)置巡檢控制柜，一般情況下需單獨(dú)設(shè)置控制室，以門連窗與水泵設(shè)備間隔開。改造中，面積受限時(shí)也可與水泵設(shè)備共室，控制柜下設(shè)置300mm高的基礎(chǔ)，以防止水淹。

(4)所有消防設(shè)備控制箱按雙路電源末端互投設(shè)計(jì)。改造過(guò)程中視情況確定改造設(shè)計(jì)原則。如原設(shè)備控制箱維護(hù)較好，能夠繼續(xù)使用，僅缺少雙電源切換裝置，在配電箱附近增加雙電源開關(guān)箱即可，無(wú)需更換整個(gè)配電箱。

5 改造項(xiàng)目中高科技的應(yīng)用趨勢(shì)

近年來(lái)，越來(lái)越多先進(jìn)技術(shù)融入到設(shè)計(jì)軟件中，必將為未來(lái)改造項(xiàng)目設(shè)計(jì)帶來(lái)巨大幫助。

1)全息攝影技術(shù)與三維繪圖軟件相結(jié)合

許多設(shè)計(jì)軟件公司已經(jīng)開始研發(fā)此項(xiàng)技術(shù)。未來(lái)將實(shí)現(xiàn)在改造項(xiàng)目開始前，利用特殊的技術(shù)手段記錄并再現(xiàn)老建筑物的真實(shí)的全部三維圖像信息，形成數(shù)據(jù)云。結(jié)合電腦程序，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)一一導(dǎo)入并生成BIM，作為改造項(xiàng)目的基礎(chǔ)模型。這種技術(shù)有效避免了原施工圖和竣工圖的丟失、使用過(guò)程中的擅自改造使實(shí)際情況與原圖紙不符等問(wèn)題。

2)BIM軟件強(qiáng)大的管理功能

運(yùn)用BIM設(shè)計(jì)軟件，可以隨時(shí)生成改造過(guò)程中增加的構(gòu)件及設(shè)備材料表，不僅能準(zhǔn)確顯示出各設(shè)備的位置和安裝細(xì)節(jié)，還能分門別類地將設(shè)備及其元器件的數(shù)量和各項(xiàng)參數(shù)統(tǒng)計(jì)出來(lái)，簡(jiǎn)單、快捷、準(zhǔn)確地計(jì)算出改造項(xiàng)目的各系統(tǒng)投資。

由于舊工程改造項(xiàng)目可節(jié)約投資，如果能夠多做并做好，利國(guó)利民，必將越來(lái)越多地出現(xiàn)在今后的設(shè)計(jì)工作中。本文對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)過(guò)程中的問(wèn)題提出個(gè)人的觀點(diǎn)，希望能夠?qū)ν袀兊脑O(shè)計(jì)工作有所幫助。