地鐵附屬商業(yè)開發(fā)電氣設(shè)計(jì)探討

曹 寶 康

[上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司, 上海 200092]

0 引 言

地鐵商業(yè)開發(fā)是與地鐵車站的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)流程緊密結(jié)合的附屬開發(fā)。地鐵附屬商業(yè)開發(fā)電氣設(shè)計(jì)的思路與地鐵電氣設(shè)計(jì)有所不同,這需要將軌道交通電氣設(shè)計(jì)與民用建筑電氣結(jié)合起來綜合考慮[1-2]。本文從5個(gè)方面闡述了地鐵附屬商業(yè)開發(fā)電氣設(shè)計(jì)。

1 電源引入及供配電系統(tǒng)

1.1 電源引入

地鐵附屬商業(yè)開發(fā)的外電源引入有兩種方式,即從地鐵引入(35 kV)和從市政電源引入(10 kV)。

1.1.1 從地鐵引入

地鐵與商業(yè)的電價(jià)計(jì)費(fèi)方式不同,地鐵存在優(yōu)惠電價(jià),從地鐵接引電源需得到供電局的許可,并采用獨(dú)立計(jì)量。從目前地鐵商業(yè)開發(fā)的設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營狀況來看,地鐵車站建設(shè)與商業(yè)開發(fā)尚難做到同步規(guī)劃、設(shè)計(jì)和同步施工。地鐵建設(shè)規(guī)劃階段,由于缺少相應(yīng)的審批程序,商業(yè)開發(fā)主體尚不明確,因此地鐵線位站點(diǎn)設(shè)計(jì)與商業(yè)開發(fā)方案較難同步,其建設(shè)速度相對于車站要明顯滯后,導(dǎo)致供配電系統(tǒng)設(shè)置無法統(tǒng)籌考慮。對于一些地鐵車站和商業(yè)開發(fā)同步實(shí)施的車站,優(yōu)先采用從地鐵35 kV變電站引入外電源。濟(jì)南R3線裴家營站商業(yè)開發(fā)一次主接線圖如圖1所示。該車站設(shè)置牽引降壓混合所,跟隨式變電所即為商業(yè)用電專設(shè)的降壓變電所,電源取自地鐵35 kV環(huán)網(wǎng)。

1.1.2 從市政電源引入

對于地鐵建設(shè)和地鐵附屬商業(yè)開發(fā)不同步的項(xiàng)目,供電從地鐵接引除要征求電業(yè)意見,還要復(fù)核主變?nèi)萘俊㈩A(yù)留柜位等,故建議優(yōu)先考慮引自市電電源。從市政接引電源的方式可以使電源系統(tǒng)相互獨(dú)立設(shè)置,避免相互干擾,便于獨(dú)立計(jì)量。武漢8號(hào)線汪家墩站商業(yè)開發(fā)變電所一次主接線圖如圖2所示。該商業(yè)開發(fā)為車站運(yùn)營后的補(bǔ)充設(shè)計(jì)內(nèi)容,電源取自市政10 kV電源。

1.2 商業(yè)開發(fā)規(guī)模與供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目前,地鐵附屬商業(yè)開發(fā)供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的設(shè)計(jì)原則在不同區(qū)域的建設(shè)項(xiàng)目會(huì)有不同。一般,根據(jù)當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)公司或其他部門給出的書面依據(jù)來確定。如南昌1號(hào)線地鐵附屬商業(yè)開發(fā)供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則是根據(jù)商業(yè)開發(fā)規(guī)模來確定,可歸納為無商業(yè)開發(fā)、附屬小型商業(yè)開發(fā)、附屬大型商業(yè)開發(fā)3種類型。

圖1 濟(jì)南R3線裴家營站商業(yè)開發(fā)一次主接線圖

圖2 武漢8號(hào)線汪家墩站商業(yè)開發(fā)變電所一次主接線圖

1.2.1 無商業(yè)開發(fā)

一般指面積小于100 m2的便民設(shè)施,多為開放性商鋪或零售店,可充分利用車站既有動(dòng)力照明系統(tǒng),只增設(shè)三級負(fù)荷插座箱,進(jìn)戶設(shè)商鋪配電箱并加計(jì)量。另外,不設(shè)動(dòng)力照明系統(tǒng)。

1.2.2 附屬小型商業(yè)開發(fā)

一般是指對車站內(nèi)規(guī)模大于100 m2不超過2 000 m2的配線或車站站廳層設(shè)備區(qū)的利用,由于這兩處空間無獨(dú)立的出入,不具備獨(dú)立商業(yè)開發(fā)的條件,因此其動(dòng)力照明系統(tǒng)只能在車站電氣設(shè)計(jì)時(shí)考慮,如設(shè)置車站跟隨變電所需預(yù)留35 kV回線接口。另外,弱電系統(tǒng)由商業(yè)增設(shè)。

1.2.3 附屬大型商業(yè)開發(fā)

該類屬獨(dú)立開發(fā)地下商業(yè),一般達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)JGJ 48—2014《商店建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定的中型、大型商店建筑規(guī)模,其設(shè)備用房及動(dòng)力照明系統(tǒng)、弱電系統(tǒng)宜與地鐵系統(tǒng)分開設(shè)計(jì),獨(dú)立申報(bào)、管理、核算,不與地鐵各系統(tǒng)合用。

2 用電指標(biāo)及變壓器容量選擇

地鐵附屬商業(yè)開發(fā)的用電指標(biāo)和變壓器容量選擇是該類項(xiàng)目電氣設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。由于商業(yè)類型的不確定性,如地鐵附屬商業(yè)開發(fā)可能有下沉式廣場、休閑娛樂、餐飲、景觀用電等,負(fù)荷類別不同,從而影響變壓器容量。

2.1 用電指標(biāo)

一般用電指標(biāo)由建設(shè)單位提供設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),不同的項(xiàng)目會(huì)有一定偏差。典型的單位建筑面積用電設(shè)備安裝容量指標(biāo)如圖3所示。

圖3 典型的單位建筑面積用電設(shè)備安裝容量指標(biāo)

在無相關(guān)設(shè)計(jì)依據(jù)時(shí),單位建筑面積用電指標(biāo)可參考文獻(xiàn)[3]表2.7.6中相關(guān)規(guī)定進(jìn)行估算。單位建筑面積用電指標(biāo)可根據(jù)“各類建筑用電指標(biāo)”和“分類建筑面積”加權(quán)平均后計(jì)算[4]:

式中:Pi——各類建筑用電指標(biāo),kW;

Si——分類建筑面積,m2。

2.2 變壓器容量

(1) 單臺(tái)干式變壓器容量不應(yīng)大于1 250 kVA,計(jì)算負(fù)荷不大于85%,長期工作負(fù)荷建議在70%左右。

單臺(tái)干式變壓器容量不大于1 250 kVA是JGJ 16—2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》中的規(guī)定,變電所設(shè)計(jì)一定要與當(dāng)?shù)毓╇姴块T的要求一致,如濟(jì)南某大型地下空間項(xiàng)目,當(dāng)?shù)毓╇娋纸o出的要求是單臺(tái)主變?nèi)萘坎坏贸^1 250 kVA。變壓器長期運(yùn)行負(fù)載率最合理在70%左右,但是在地鐵車站的設(shè)計(jì)體系中包括大量的消防專用負(fù)荷,大部分車站的運(yùn)行負(fù)載率仍不會(huì)超過50%。地鐵附屬商業(yè)開發(fā)其負(fù)荷類別與地鐵不同,應(yīng)當(dāng)按照標(biāo)準(zhǔn)JGJ 16—2008設(shè)計(jì)變壓器容量和負(fù)載率。

(2) 采用單母線分段主接線,雙變壓器兩路進(jìn)線可以為消防負(fù)荷和重要負(fù)荷提供雙電源和雙回路供電系統(tǒng),以提高供電可靠性。

3 商業(yè)開發(fā)的接地設(shè)置

地鐵附屬商業(yè)開發(fā)的接地設(shè)計(jì)通常采用TN-S系統(tǒng)。地鐵附屬商業(yè)開發(fā)與地鐵車站共用人工接地網(wǎng),接地電阻≤1 Ω。具體的做法就是在商業(yè)變電所或總配電間設(shè)置總等電位箱,引出兩根接地電纜,接至地鐵車站總等電位排。

目前,國內(nèi)絕大數(shù)的地鐵接地設(shè)計(jì)均做了人工接地網(wǎng)。這一做法在早期尚存爭議,規(guī)范中已有解釋和規(guī)定,采用人工接地網(wǎng)多出于設(shè)計(jì)習(xí)慣和安全性考慮的。GB 20157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》第15.7.12條條文說明“鑒于土壤電阻率在土壤縱向和橫向都存在變化,設(shè)計(jì)很難計(jì)算出利用車站主體鋼筋等自然接地極作為接地裝置時(shí)的接地電阻值,而地鐵地下工程與民建工程不同,利用人工接地網(wǎng)外引條件存在實(shí)施上的難度”,所以設(shè)置人工接地網(wǎng),人工接地網(wǎng)與車站結(jié)構(gòu)鋼筋相連的做法成為安全且普遍的做法,事實(shí)上地鐵附屬商業(yè)開發(fā)接地的設(shè)計(jì)思路與地鐵車站一致。地鐵附屬商業(yè)開發(fā)利用地鐵車站的綜合接地網(wǎng)是合理的,尤其針對既有結(jié)構(gòu)已經(jīng)完成的地鐵商業(yè)開發(fā)項(xiàng)目,該方式更加適用。無錫3號(hào)線廣瑞站及商業(yè)開發(fā)綜合接地示意圖如圖4所示。廣瑞站附屬商業(yè)開發(fā)的接地利用車站綜合接地網(wǎng),在跟隨式商業(yè)變電所內(nèi)設(shè)置總等電位排,與車站的總等電位排之間通過接地電纜連接。

圖4 無錫3號(hào)線廣瑞站及商業(yè)開發(fā)綜合接地示意圖

GB 20157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》第15.7.12條規(guī)定:“變電所應(yīng)利用車站結(jié)構(gòu)鋼筋或變電所結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)鋼筋等自然接地極作為接地裝置”。文獻(xiàn)[5]對北京地鐵1號(hào)線和環(huán)線做接地試驗(yàn)及現(xiàn)場測試,得出地下結(jié)構(gòu)鋼筋的接地電阻均在0.5 Ω以下,同時(shí)文獻(xiàn)[6]指出“變電所接地裝置與結(jié)構(gòu)鋼筋絕緣處理幾乎做不到”。自然接地網(wǎng)和人工接地網(wǎng)對地不絕緣情況下變電所接地方案如圖5所示,接地故障分別由R1支路和R2支路承擔(dān),R=R1∥R2。由圖5可見,如果在自然接地極基礎(chǔ)上再并聯(lián)人工接地網(wǎng),整個(gè)接地系統(tǒng)的接地電阻會(huì)更小,滿足電阻≤1 Ω的測試要求。

圖5 自然接地網(wǎng)和人工接地網(wǎng)對地

4 弱電系統(tǒng)的整合

地鐵設(shè)計(jì)中弱電系統(tǒng)專業(yè)劃分較細(xì),包括通信、民用通信、信號(hào)、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)(FAS)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)(BAS)、門禁、屏蔽門等專業(yè)。在民用建筑弱電的設(shè)計(jì)中,弱電系統(tǒng)專業(yè)包括火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、安全技術(shù)防范系統(tǒng)(含視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)、入侵報(bào)警系統(tǒng)等)、廣播系統(tǒng)、建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)專業(yè)[7-9]。

如果地鐵附屬商業(yè)開發(fā)項(xiàng)目不納入地鐵設(shè)計(jì)模式內(nèi),其本質(zhì)就是普通的民用建筑項(xiàng)目,可采用民用建筑的設(shè)計(jì)模式。但該類項(xiàng)目采用地鐵設(shè)計(jì)模式時(shí)需要有相關(guān)的弱電系統(tǒng)專業(yè)配合。地鐵通信系統(tǒng)中無線通信系統(tǒng)、電話系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)等系統(tǒng)與民用建筑設(shè)計(jì)中的視頻監(jiān)控系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)等子系統(tǒng)對應(yīng),民用通信系統(tǒng)與民用建筑設(shè)計(jì)中一致,是將運(yùn)營商通信系統(tǒng)引入至地鐵地下空間。FAS、BAS專業(yè)與民用建筑設(shè)計(jì)中FAS、BAS專業(yè)對應(yīng),如設(shè)置消防控制室需配合土建專業(yè)進(jìn)行預(yù)留。

綜上,在地鐵附屬商業(yè)開發(fā)項(xiàng)目中,弱電系統(tǒng)配合專業(yè)一般為FAS、BAS、通信和民用通信專業(yè)。

大型地鐵地下空間開發(fā)很可能單獨(dú)立項(xiàng),為純粹的民用商業(yè)項(xiàng)目,由弱電專業(yè)(弱電總體)完成相關(guān)設(shè)計(jì)。

5 環(huán)控電控室的設(shè)置

環(huán)控電控室為電氣房間,一般靠近環(huán)控機(jī)房設(shè)置,環(huán)控電控柜設(shè)置在環(huán)控電控室中,方便控制和維護(hù)。環(huán)控電控柜主要實(shí)現(xiàn)空調(diào)機(jī)組的送風(fēng)機(jī),排風(fēng)機(jī),制冷機(jī)組、冷卻水泵、冷卻塔等空調(diào)設(shè)備的集中供電和智能控制[10]。

地鐵有固定的布置形式,如標(biāo)準(zhǔn)站、三層站、T字換乘站等。地鐵車站站廳、站臺(tái)一般為長條形,通風(fēng)專業(yè)環(huán)控設(shè)備集中放在環(huán)控機(jī)房里面,環(huán)控機(jī)房一般集中在車站左右兩個(gè)端頭或中間設(shè)備層(三層站)。地鐵車站內(nèi)的通風(fēng)空調(diào)設(shè)備很集中,從配電、控制的角度都應(yīng)當(dāng)設(shè)置環(huán)控電控室。

地鐵附屬商業(yè)開發(fā)是否需要設(shè)置環(huán)控電控室,需從以下方面考慮:

(1) 商業(yè)開發(fā)的平面和設(shè)備的布置形式,商業(yè)開發(fā)的設(shè)備區(qū)是否相對集中。一種情況,商業(yè)開發(fā)設(shè)備區(qū)及商業(yè)開發(fā)環(huán)控設(shè)備區(qū)相對集中布置,故設(shè)計(jì)時(shí)考慮設(shè)置商業(yè)開發(fā)設(shè)備專用環(huán)控電控室。南京4號(hào)線中保站附屬商業(yè)開發(fā)區(qū)平面示意圖如圖6所示。另一種情況,地鐵附屬商業(yè)開發(fā)一般的通風(fēng)設(shè)備用房按防火分區(qū)設(shè)置,相對分散。這種情況無需設(shè)置環(huán)控電控室進(jìn)行環(huán)控柜集中控制。

圖6南京4號(hào)線中保站附屬商業(yè)開發(fā)區(qū)平面示意圖

(2) 現(xiàn)在地鐵環(huán)控柜設(shè)計(jì)在聽取運(yùn)營的經(jīng)驗(yàn)后,將變頻柜等控制設(shè)備就近設(shè)置在現(xiàn)場設(shè)備旁;消防專用風(fēng)機(jī)安裝在專用排煙機(jī)房內(nèi),消防風(fēng)機(jī)的配電在現(xiàn)場做末端切換。環(huán)控柜更簡化,環(huán)控柜有許多回路僅為配電回路,與在每個(gè)防火分區(qū)就近設(shè)配電箱的效果一致。

6 結(jié) 語

地鐵附屬商業(yè)開發(fā)的電氣設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)與地鐵車站電氣設(shè)計(jì)盡可能同期,對于地鐵附屬商業(yè)開發(fā)的功能定位、結(jié)構(gòu)形式、業(yè)態(tài)形式要盡早確定,并提供依據(jù)。即使地鐵商業(yè)為后開發(fā),也能有較準(zhǔn)確的供配電方案及電氣設(shè)備安裝的預(yù)留,避免后期反復(fù)修改,造成建設(shè)資源的浪費(fèi)。