超高層建筑電氣設(shè)計(jì)特殊要求分析

王 玲

（廣東建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，廣東 廣州510440）

0 引 言

超高層建筑，指建筑高度大于100m 的民用建筑，由于其建筑高度高、建筑規(guī)模大，功能繁多（辦公，商業(yè)，會(huì)所等）、人員眾多，其火災(zāi)危險(xiǎn)性、疏散和撲救難度均高于普通高層建筑，有著不同于普通高層建筑的諸多特性。為此，電氣專業(yè)要著重考慮、特別重視超高層建筑的以下問題：供電電源的高可靠性； 配電系統(tǒng)主接線的安全可靠性；分區(qū)設(shè)置變配電所的合理性；自備應(yīng)急電源（發(fā)電機(jī)、UPS、EPS）的合理選取與配置；防雷接地的特殊重要性；電氣火災(zāi)防范與智能疏散的極端重要性；避難層的供電、火災(zāi)應(yīng)急廣播及消防通信的特殊要求；航空障礙燈設(shè)置的特殊要求；電氣節(jié)能與環(huán)保技術(shù)應(yīng)用、綠色建筑創(chuàng)建的必要性；智能化系統(tǒng)的復(fù)雜性與功能完備性；消防性能化評(píng)估、可再生能源利用等專項(xiàng)研究?jī)?nèi)容等。

1 超高層建筑電氣設(shè)計(jì)特殊要求

針對(duì)超高層建筑的特點(diǎn)，現(xiàn)對(duì)超高層建筑電氣設(shè)計(jì)要點(diǎn)和注意事項(xiàng)解析如下。

1.1 供電電源的高可靠性

《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50052-2009 第3.0.2 要求：“一級(jí)負(fù)荷應(yīng)由雙重電源供電，當(dāng)一個(gè)電源發(fā)生故障時(shí)，另一個(gè)電源不應(yīng)同時(shí)受到損壞?！边@一規(guī)定是基于城市電網(wǎng)完好，兩個(gè)電源不致同時(shí)發(fā)生故障的情況，沒有考慮到城市電網(wǎng)發(fā)生重大故障導(dǎo)致全面癱瘓的可能。雖然規(guī)范3.0.3 明確：一級(jí)負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷（如計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)用電、安防系統(tǒng)用電、消防用電等）除應(yīng)由雙重電源供電外，尚應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源，但對(duì)非消防一級(jí)負(fù)荷（如走道照明、客梯用電、生活水泵、排污泵用電等）未明確是否增設(shè)第三電源。

超高層建筑通常為地標(biāo)式建筑，為提高上述非消防一級(jí)負(fù)荷的供電水平，亦應(yīng)為其設(shè)置自備應(yīng)急發(fā)電機(jī)組作為第三電源，以確保城市電網(wǎng)癱瘓時(shí)大廈的基本運(yùn)營(yíng)，將經(jīng)濟(jì)損失減少到最低程度。

同時(shí)設(shè)置不間斷電源裝置UPS、應(yīng)急電源裝置EPS，為智能化信息系統(tǒng)、應(yīng)急照明系統(tǒng)等提供第四電源。

1.2 配電系統(tǒng)主接線的安全可靠性

變壓器總?cè)萘繛?5000kVA 及以上，宜采用20kV及以上電壓等級(jí)供電；變壓器總?cè)萘吭?5000kVA及以下，宜采用10kV 及以上電壓等級(jí)供電。具體情況需與當(dāng)?shù)毓╇姴块T協(xié)商。兩回10（20）kV 中壓電源應(yīng)采用同時(shí)工作、互為備用、單母線分段運(yùn)行方式。

消防負(fù)荷、非消防負(fù)荷在0.4kV 低壓母線段處嚴(yán)格分開，彼此獨(dú)立、互不干擾，并分別設(shè)置消防負(fù)荷、非消防一級(jí)負(fù)荷（保證負(fù)荷）專用應(yīng)急母線段，以確保消防負(fù)荷供電的安全可靠性。

低壓配電系統(tǒng)采用單母線分段運(yùn)行方式，干線系統(tǒng)采用放射式、樹干式或二者兼用的混合式。垂直干線電纜配電，按每條電力電纜干線供電負(fù)荷不超過8 層設(shè)置（一般每隔15 層45m 設(shè)一避難層，即兩個(gè)避難層之間同類別負(fù)荷干線為2 條及以上，對(duì)提高供電可靠性有利）。

1.3 分區(qū)設(shè)置變配電所的合理性

應(yīng)根據(jù)不同性質(zhì)用電負(fù)荷分布密度，將變配電所設(shè)置于各功能區(qū)段，如冷凍站與泵站地下區(qū)、低中區(qū)、中高區(qū)、超高區(qū)的負(fù)荷中心（如地下層、避難層、中間設(shè)備轉(zhuǎn)換層、頂層）。

低壓出線柜至末端配電箱線路的最大供電半徑控制在（200-50）x0.8=120m 以下（末端配電箱至用電設(shè)備的線路長(zhǎng)度控制在50m 以下）。低壓供電線路的總長(zhǎng)度具體應(yīng)按照總電壓降不超過5%的要求確定。

為了設(shè)備運(yùn)輸和檢修方便，變壓器最大單臺(tái)容量地下層控制在2500kVA 及以下，電抗率8%；地上避難層、設(shè)備層、頂層控制在1000kVA 及以下，電抗率6%。當(dāng)專用運(yùn)輸梯的載重量達(dá)4.9（5.0）t時(shí)，地上設(shè)備層可放寬到2000kVA 及以下。

從節(jié)省設(shè)備用房占地面積、節(jié)省線材造價(jià)的角度考慮，10kV 高壓開關(guān)柜與變壓器相距不宜過遠(yuǎn)，盡量靠近，0.4kV 低壓開關(guān)柜與變壓器盡量靠近，間隔0.8～1.0m 為宜，必要的時(shí)候亦可選用緊湊型組合式變配電站。

1.4 自備應(yīng)急電源（發(fā)電機(jī)、UPS、EPS）的合理選取與配置

200m 及以下區(qū)段宜選用0.4kV 發(fā)電機(jī)組，400m 以上區(qū)段應(yīng)選用10kV 發(fā)電機(jī)組，將應(yīng)急電源直接饋送至各功能區(qū)段的負(fù)荷中心，降低能耗和節(jié)省線材。亦可通過技術(shù)與經(jīng)濟(jì)合理性比較，均選用10kV 或0.4kV 發(fā)電機(jī)組。

同時(shí)分區(qū)設(shè)置專用的UPS、EPS 機(jī)房（需考慮結(jié)構(gòu)荷重），為智能化信息系統(tǒng)、應(yīng)急照明系統(tǒng)等提供不間斷電源。

1.5 防雷接地的特殊重要性

現(xiàn)代超高層建筑大量采用鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，本身引雷能力強(qiáng)，遭受雷擊的概率增大，且外立面多采用帶金屬構(gòu)件的玻璃幕墻，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮外部防雷和內(nèi)部防雷，兼顧各種用途的接地需要，把防雷接地的各要素與結(jié)構(gòu)鋼筋、金屬構(gòu)件等有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成統(tǒng)一協(xié)調(diào)、安全可靠的防雷接地體系。

1.6 電氣火災(zāi)防范與智能疏散的極端重要性

根據(jù)超高層建筑內(nèi)部的不同功能分區(qū)，分別設(shè)置消防控制分控中心，各功能分區(qū)自成系統(tǒng)，獨(dú)立運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)分擔(dān)。同時(shí)，大廈首層（或地下一層）設(shè)置消防控制主中心，可實(shí)現(xiàn)監(jiān)控各分控中心的狀態(tài)，全面提高電氣火災(zāi)防范的安全可靠性。

除了常規(guī)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警及消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)外，超高層建筑還應(yīng)設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)（多級(jí)防火剩余電流動(dòng)作報(bào)警、過電流超溫報(bào)警系統(tǒng)）、氣體滅火控制系統(tǒng)、固定消防炮滅火控制系統(tǒng)、消防水泵定期自動(dòng)巡檢系統(tǒng)、空氣采樣早期煙霧探測(cè)系統(tǒng)等多種特殊且必需的系統(tǒng)。

同時(shí)，需設(shè)置應(yīng)急照明智能疏散逃生系統(tǒng)，這是因?yàn)槌邔咏ㄖ?nèi)人員流動(dòng)大、密集度高、疏散通道復(fù)雜。為了做到“安全、準(zhǔn)確、迅速”逃生，須引入智能化動(dòng)態(tài)疏散的理念，以火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)即時(shí)的、真實(shí)的信息為依據(jù)，根據(jù)預(yù)設(shè)的疏散方案進(jìn)行局部疏散路徑的動(dòng)態(tài)調(diào)整、優(yōu)化，從而有效解決安全、準(zhǔn)確快速疏散問題。

1.7 避難層的供電、火災(zāi)應(yīng)急廣播及消防通信的特殊要求

避難層內(nèi)除空調(diào)機(jī)房外，其他動(dòng)力、照明等配電干線須單獨(dú)設(shè)置，不應(yīng)與其他層公用，且均應(yīng)采用消防雙電源供電并在末端自投，以確保避難層電氣消防的獨(dú)立性和可靠性。

1.8 航空障礙燈設(shè)置的特殊要求

應(yīng)標(biāo)志出超高層建筑的最高點(diǎn)和最邊緣（即視高和視寬），并應(yīng)在中間層加設(shè)障礙燈，中間層的距離必須大于45m 并盡可能相等，水平距離亦不大于45m；按規(guī)范在不同高度選用不同光強(qiáng)、不同類型的障礙燈，確保在不同高度的障礙燈數(shù)目及排列，應(yīng)能從各個(gè)方位都能看到超高層建筑的輪廓，并且考慮障礙燈的同步閃爍，以達(dá)到明顯的警示作用。

1.9 電氣節(jié)能與環(huán)保技術(shù)應(yīng)用、綠色建筑創(chuàng)建的必要性

超高層建筑的使用功能非常復(fù)雜、用電量負(fù)荷極大，電氣節(jié)能與環(huán)保技術(shù)應(yīng)用的潛力巨大，效果明顯。首先應(yīng)深入研究、全面優(yōu)化其高、低壓變配電系統(tǒng)和應(yīng)急電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并設(shè)置綜合能耗計(jì)量與運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)，從系統(tǒng)配置和管理上為節(jié)省電能創(chuàng)造有利條件。

同時(shí)，應(yīng)充分開發(fā)與利用可再生能源，積極采用綠色照明、太陽能光伏發(fā)電技術(shù)、風(fēng)力發(fā)電和風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)及其他各種有效的電氣節(jié)能技術(shù)；積極采用環(huán)保型發(fā)電機(jī)、無煙無鹵清潔型電纜及其他各種有效的電氣環(huán)保技術(shù)；設(shè)置智能照明控制系統(tǒng)、各種機(jī)電設(shè)備的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）、綜合能耗獨(dú)立分項(xiàng)計(jì)量與運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)等。從設(shè)備選型、系統(tǒng)配置和運(yùn)營(yíng)管理等各個(gè)環(huán)節(jié)多管齊下，最大限度地節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境、減少污染，力爭(zhēng)達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50378-2006 中的“三星”或“二星”等級(jí)。

“綠色建筑”指在建筑的全壽命周期內(nèi)，最大限度地節(jié)約資源（節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材）、保護(hù)環(huán)境和減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間，與自然和諧共生的建筑。

綠色建筑對(duì)住宅建筑而言，要求公共場(chǎng)所和部位的照明采用高效光源、高效燈具和低損耗鎮(zhèn)流器等附件，并采取其他節(jié)能控制措施，在有自然采光的區(qū)域設(shè)定定時(shí)或光電控制。智能化系統(tǒng)定位正確，采用的技術(shù)先進(jìn)、實(shí)用、可靠，達(dá)到安全防范子系統(tǒng)、管理與設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)與信息網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)的基本配置要求。

綠色建筑對(duì)公共建筑而言，要求各房間或場(chǎng)所的照明功率密度值不高于現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50034 規(guī)定的現(xiàn)行值。新建的公共建筑，冷熱源、輸配系統(tǒng)和照明等各部分能耗進(jìn)行獨(dú)立分項(xiàng)計(jì)量。建筑室內(nèi)照度、統(tǒng)一眩光值、一般顯色指數(shù)等指標(biāo)滿足 《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50034 中的有關(guān)要求，建筑智能化系統(tǒng)定位合理，信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)功能完善。建筑通風(fēng)、空調(diào)、照明等設(shè)備自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)合理，系統(tǒng)高效運(yùn)營(yíng)。

1.10 智能化系統(tǒng)的復(fù)雜性與功能完備性

超高層建筑智能化系統(tǒng)極其復(fù)雜，功能要求非常完備，主要系統(tǒng)有：火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)與消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)（含眾多子系統(tǒng)）；通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；辦公自動(dòng)化系統(tǒng)（含入侵報(bào)警系統(tǒng)、視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)、出入口控制系統(tǒng)、電子巡更系統(tǒng)、停車庫管理系統(tǒng)等子系統(tǒng)）；有線電視與衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)；VSAT 衛(wèi)星通信系統(tǒng)；無線信號(hào)增強(qiáng)系統(tǒng)（無線對(duì)講系統(tǒng)）；IC 卡一卡通綜合業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)；廣播、擴(kuò)聲與同聲傳譯系統(tǒng)；多媒體數(shù)字會(huì)議系統(tǒng)；電子信息顯示系統(tǒng)；建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（BA）（能耗遠(yuǎn)傳自動(dòng)計(jì)費(fèi)系統(tǒng)等）；智能化系統(tǒng)集成；信息機(jī)房工程。

1.11 需專項(xiàng)研究?jī)?nèi)容

城市電網(wǎng)（外部供電電源）供電電壓等級(jí)的調(diào)查研究；自備應(yīng)急發(fā)電機(jī)組的電壓等級(jí)選擇研究；發(fā)電機(jī)冷卻方式比較研究；電氣消防性能化評(píng)估；太陽能光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電與風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)研究；智能化系統(tǒng)集成技術(shù)研究等。

2 結(jié) 語

超高層建筑的性質(zhì)與一般建筑有較大的區(qū)別，電氣設(shè)計(jì)要求更高，電氣設(shè)計(jì)性能與建筑物的質(zhì)量、功能、舒適度、使用壽命等有著密切的聯(lián)系，需予以高度重視。本文分析了超高層建筑電氣設(shè)計(jì)特殊要求的要點(diǎn)和內(nèi)容，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，還需要設(shè)計(jì)人員全面考慮各項(xiàng)要素，合理制定電氣設(shè)計(jì)方案，使超高層建筑達(dá)到良好的使用性能。

[1]韓風(fēng)明.超高層辦公建筑電氣設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代建筑電氣，2011(1):37-41.

[2]李葉正.超高層建筑電氣設(shè)計(jì)的要點(diǎn)[J].電工技術(shù)，2015(3):45-45.

[3]劉新建.超高層建筑消防電氣設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)體會(huì)[J].智能建筑與城市信息，2015(2):85-87.

[4]任寶立,于波.超高層建筑供配電系統(tǒng)方案經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較[J].智能建筑電氣技術(shù)，2014(3)：50-53.

[5]《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50034-2013[Z].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2013.