第七屆世界軍運(yùn)會(huì)主場館電氣設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)探討

李 蔚， 馮曉良

(中信建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司，武漢 430014)

0 引言

近年來，筆者所在單位設(shè)計(jì)了一批大型、特大型體育場館，如國內(nèi)的武漢光谷國際網(wǎng)球中心、國外的莫桑比克國家體育場等。體育建筑具有體量大、空間大，人員密集，疏散困難，工藝復(fù)雜，功能多變，建筑技術(shù)難度大、要求高，多專業(yè)高度銜接、融合滲透等特點(diǎn)，其電氣設(shè)計(jì)相比一般民用建筑要復(fù)雜得多。

本文所述第七屆世界軍人運(yùn)動(dòng)會(huì)主場館，即武漢東西湖體育中心，由一座體育場、一座體育館、一座游泳館組成，運(yùn)動(dòng)會(huì)期間主要承擔(dān)足球、乒乓球和游泳(水上救生)等項(xiàng)目比賽。

世界軍人運(yùn)動(dòng)會(huì)是世界最高級(jí)別的一個(gè)綜合性軍人運(yùn)動(dòng)會(huì)，被譽(yù)為“軍人奧運(yùn)會(huì)”，自1995年開始每4年舉辦一次，參賽規(guī)模約100個(gè)國家、8 000余人。第七屆世界軍人運(yùn)動(dòng)會(huì)(以下簡稱“軍運(yùn)會(huì)”)將于2019年10月在中國武漢舉辦，這也是中國首次承辦的國際軍人綜合性運(yùn)動(dòng)會(huì)。

下文就第七屆世界軍運(yùn)會(huì)主場館的供配電、照明、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)及電氣節(jié)能等方面電氣設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)技術(shù)問題做一些探討。

1 項(xiàng)目概況

1.1 建筑規(guī)模

本項(xiàng)目建筑概況見表1，效果圖見圖1。

項(xiàng)目基本情況 表1

圖1 軍運(yùn)會(huì)主場館鳥瞰圖

1.2 變配電所及發(fā)電機(jī)房設(shè)置

本項(xiàng)目變配電所及發(fā)電機(jī)房設(shè)置情況見表2，變配電所及發(fā)電機(jī)房分布見圖2。

1.3 智能化系統(tǒng)主要機(jī)房設(shè)置

本項(xiàng)目智能化系統(tǒng)主要機(jī)房設(shè)置情況見表3，智能化系統(tǒng)主要機(jī)房分布見圖3。

2 供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為滿足本項(xiàng)目作為甲級(jí)體育建筑的一級(jí)負(fù)荷要求，采用市政雙重10kV電源供電，兩路10kV電源以穿電纜排管埋地的形式引入，該兩路10kV電源彼此獨(dú)立、互不影響，不致同時(shí)斷電，其主接線采用單母線分段形式，工作方式為同時(shí)工作、分列運(yùn)行，互為熱備用。本項(xiàng)目變壓器總裝機(jī)容量為 14 500kVA，在體育場一層設(shè)有整個(gè)項(xiàng)目的10kV中心配電室，兩路電源平時(shí)各承擔(dān)7 250kVA用電容量，當(dāng)其中一路電源故障，另一路電源承擔(dān)全部用電負(fù)荷。本項(xiàng)目10/0.4kV變配電系統(tǒng)示意圖見圖4，0.4kV低壓配電系統(tǒng)示意圖見圖5。

變配電所、柴油發(fā)電機(jī)房設(shè)置表 表2

智能化系統(tǒng)主要機(jī)房設(shè)置表 表3

圖2 軍運(yùn)會(huì)主場館變配電所及發(fā)電機(jī)房分布圖

圖3 軍運(yùn)會(huì)主場館智能化系統(tǒng)機(jī)房分布圖

圖4 10/0.4kV變配電系統(tǒng)示意圖

圖5 0.4kV低壓配電系統(tǒng)示意圖

2.3 配電干線通道

配電干線通道設(shè)置原則為：合理利用建筑空間、適應(yīng)負(fù)荷可變；路徑安全可靠、便捷適用、可維護(hù)性高。體育場館常用的配電干線通道方式有地下綜合管廊和馬道兩種。

(1)地下綜合管廊：本場館設(shè)有大量的賽事、演出照明及動(dòng)力設(shè)備，用電負(fù)荷分散、差異大，且機(jī)電管道眾多。經(jīng)過經(jīng)濟(jì)性比較，設(shè)置地下綜合管廊。廊內(nèi)設(shè)置強(qiáng)/弱電橋架、密集母線槽等，可滿足場館比賽、各類臨時(shí)用電可變性高的要求。地下綜合管廊剖面圖見圖6。

圖6 地下綜合管廊剖面圖

(2)馬道：條件許可的情況下優(yōu)先設(shè)置馬道，其內(nèi)安裝照明燈具、動(dòng)力設(shè)備、智能化設(shè)備(如揚(yáng)聲器等)、配電線路、預(yù)留電源點(diǎn)等；封閉的馬道應(yīng)設(shè)置照明，且宜納入安全照明范疇，保障供電可靠性和人身安全。根據(jù)建筑特點(diǎn)，本項(xiàng)目在觀眾席上方設(shè)置了馬道，其中體育場設(shè)置了環(huán)形馬道，距地28～40m；體育館設(shè)置了兩條平行馬道，距地22.3m；游泳館設(shè)置了U字型馬道，距地18.3m。馬道設(shè)置及照明燈具安裝示意圖見圖7。

圖7 馬道設(shè)置及照明燈具安裝示意圖

2.4 配電間設(shè)置、電壓損失校驗(yàn)

因體育場館的功能及裝飾要求，除少數(shù)的末端照明配電箱外，所有現(xiàn)場配電、控制設(shè)備均要求在配電間或控制室、機(jī)房內(nèi)安裝。通常在體育場館的周邊區(qū)域設(shè)置配電間，設(shè)置時(shí)注意考慮建筑布局以及防火分區(qū)、功能分區(qū)，配電系統(tǒng)合理性，運(yùn)行維護(hù)等幾個(gè)因素。

對(duì)配電系統(tǒng)電壓損失校驗(yàn)是設(shè)置配電間時(shí)一個(gè)容易被忽視的問題，尤其是對(duì)支線較長的末端線路部分，應(yīng)進(jìn)行電壓損失計(jì)算校驗(yàn)，如果干線與支線的壓降超過5%，需相應(yīng)調(diào)整加大干線、支線截面，直至滿足要求為止。相應(yīng)計(jì)算見表4。

3 照明設(shè)計(jì)

3.1 照明設(shè)計(jì)原則

體育建筑的照明設(shè)計(jì)是電氣技術(shù)與建筑藝術(shù)結(jié)合最為緊密的地方。體育建筑的裝飾風(fēng)格一般趨于簡略大氣，強(qiáng)調(diào)整體統(tǒng)一的線條，避免局部繁雜裝飾。本場館照明設(shè)計(jì)原則為：以功能性的直接照明、一般照明方式為主，以局部照明、裝飾性照明為輔，既符合體育建筑功能特點(diǎn)，也有利于節(jié)能。

電壓損失計(jì)算表 表4

3.2 照明設(shè)計(jì)差異化

體育場館一般具備多種使用功能，多樣化使用功能的場所照明標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，并且一個(gè)空間內(nèi)多種功能場所的照度設(shè)計(jì)應(yīng)采用差異化設(shè)計(jì)，即采用“分區(qū)一般照明”方式，不宜全部按此類場所的最高照度標(biāo)準(zhǔn)取值，以便于節(jié)能。所以，筆者認(rèn)為應(yīng)根據(jù)使用空間區(qū)分比賽場地、主席臺(tái)、觀眾席等，按不同的照度標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

體育場館空間內(nèi)常見廣告照明、局部裝飾性照明、電子顯示屏等，對(duì)一般照明均有所貢獻(xiàn)，在其周邊可適當(dāng)降低一般照明的照度標(biāo)準(zhǔn)，減少一般照明的燈具數(shù)量，以節(jié)省運(yùn)營成本。

差異化照明設(shè)計(jì)影響照度均勻度。場館內(nèi)因有觀看比賽和電視轉(zhuǎn)播要求，對(duì)場地照度均勻度U1、U2要求較高(U1=最小照度/最大照度，U2=最小照度/平均照度)，詳見表5。

體育場館的照度均勻度 表5

3.3 眩光值的計(jì)算

體育場館眩光包括：直接眩光、反射眩光和光幕反射等。

因體育場館高大空間的特點(diǎn)，如不采取有效抑制手段，其直射眩光對(duì)人影響很大；場館有電視轉(zhuǎn)播時(shí)要求眩光值GR<30。場地照明中單燈功率大、亮度高，而且需要滿足電視轉(zhuǎn)播的高垂直照度要求，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)統(tǒng)籌考慮布燈方式及位置，通過軟件精細(xì)計(jì)算其眩光值，反復(fù)調(diào)整布燈方式、位置或單燈功率，以使眩光值滿足要求。

體育場館的眩光值計(jì)算公式：

式中，Lvl為由燈具發(fā)出的光直接射向眼睛所產(chǎn)生的光幕亮度(cd/m2)；Lve為由環(huán)境引起直接射到眼睛的光所產(chǎn)生的光幕亮度(cd/m2)。

3.4 眩光的抑制措施

(1)直接眩光抑制措施：控制燈具遮光角；采用防眩光燈具；可能條件下優(yōu)先選擇功率較小、表面亮點(diǎn)低的燈具等。長期工作或停留的房間或場所，選用的直接燈具的遮光角不應(yīng)小于表6的規(guī)定。

燈具遮光角選擇表 表6

(2)反射眩光和光幕反射抑制措施：避免將燈具安裝在干擾區(qū)內(nèi)；采用低光澤度的表面裝飾材料；照亮頂棚和墻表面，但避免出現(xiàn)光斑；限制燈具亮度等。

3.5 照明設(shè)計(jì)計(jì)算

照明計(jì)算中應(yīng)綜合考慮照度水平、照度均勻度、亮度分布、眩光限制、天然光的利用及各功能照明的控制要求，合理選擇照明方案。

體育場館高大空間對(duì)照明技術(shù)精細(xì)度提出很高要求，通常運(yùn)用成熟的BIM技術(shù)和三維照明設(shè)計(jì)軟件(如DIALux、3DMax、Agi32等)進(jìn)行多方案計(jì)算比選，平衡照明各要素間的合理需求。

3.6 天然光的利用

體育建筑應(yīng)充分利用自然采光，將天然光照明與人工照明相結(jié)合，這是實(shí)現(xiàn)照明節(jié)能的重要手段。高大空間體育場館一般均設(shè)有大尺寸的采光天窗、開啟屋面、側(cè)窗、玻璃幕墻等，在嚴(yán)寒地區(qū)由于節(jié)能需求，采光天窗、側(cè)窗尺寸會(huì)相對(duì)縮小或采用其他措施實(shí)現(xiàn)保溫，但天然光運(yùn)用仍是一個(gè)有效的手段。另外，體育場館照明應(yīng)與建筑風(fēng)格、當(dāng)?shù)氐乩憝h(huán)境、氣候、歷史文化相適應(yīng)，實(shí)現(xiàn)照明與建筑風(fēng)格和環(huán)境協(xié)調(diào)統(tǒng)一、有機(jī)結(jié)合。體育場館采光天窗及玻璃幕墻，見圖8～9。

圖8 體育場館采光天窗

圖9 體育場館玻璃幕墻

3.7 軍運(yùn)會(huì)主場館照明光源及燈具選擇

本項(xiàng)目體育場、體育館、游泳館照明光源及燈具選擇，詳見表7～9。

體育場照明光源及燈具選擇表 表7

體育館照明光源及燈具選擇表 表8

游泳館體育照明光源及燈具選擇表 表9

4 供配電系統(tǒng)、電氣照明設(shè)計(jì)的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

4.1 供電可靠性

為了提高供電可靠性，應(yīng)對(duì)體育建筑的負(fù)荷進(jìn)行準(zhǔn)確分級(jí)，并采取針對(duì)性強(qiáng)的技術(shù)措施。設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下。

(1)對(duì)一級(jí)負(fù)荷，設(shè)專用消防負(fù)荷應(yīng)急母線段、重要負(fù)荷備用母線段、雙電源末端切換。對(duì)二級(jí)負(fù)荷，設(shè)兩路專用干線交叉供電。

(2)甲級(jí)體育場館的場地照明為一級(jí)負(fù)荷，由“市電-發(fā)電機(jī)”切換的重要負(fù)荷備用母線段供電(備供)；甲級(jí)場館的觀眾席照明為二級(jí)負(fù)荷，由普通母線兩路專用干線交叉供電(主、備供)。

(3)因甲級(jí)場館的場地照明、觀眾席照明分屬一、二級(jí)負(fù)荷，故應(yīng)分別設(shè)置供電干線、配電總箱。

4.2 正常照明

特殊顯色指數(shù)R9應(yīng)>0；金鹵燈色溫應(yīng)為 4 000K～6 000K；TV應(yīng)急照明≥正常照明的50%，垂直照度值≥750lx。

4.3 應(yīng)急照明

根據(jù)JGJ 354-2014《體育建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡稱“《體育規(guī)范》”)第9.1.4條(強(qiáng)條)設(shè)計(jì)要點(diǎn)：(1)以上光源均采用可瞬時(shí)點(diǎn)亮的LED燈、EPS集中供電，持續(xù)供電時(shí)間≥90min，且應(yīng)急照明線路與普通非消防線路不應(yīng)共用線槽。(2)場地和觀眾席的安全照明屬消防應(yīng)急負(fù)荷，正常照明為非消防一、二級(jí)負(fù)荷。所以，場地和觀眾席的安全照明與正常照明的配電線路，應(yīng)在馬道上分開，分別設(shè)置各自橋架敷設(shè)，不允許在同一橋架加防火隔板敷設(shè)。

4.4 備用照明

根據(jù)《體育規(guī)范》第9.3.1條，設(shè)計(jì)要點(diǎn)：(1)以上條款涉及的場所，如由二次裝修布燈，則需對(duì)二次裝修提出照明方式、備用照明的照度要求，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)按“雙電源箱+EPS”供電預(yù)留，以實(shí)現(xiàn)對(duì)二次裝修可控。(2)上述“備用照明”均屬非消防一級(jí)負(fù)荷、由重要負(fù)荷母線段供電。(3)EPS與發(fā)電機(jī)配合使用、供電時(shí)間應(yīng)≥30min。如一次設(shè)計(jì)布燈，則可采用“雙電源箱+自帶蓄電池應(yīng)急燈(供電≥30min)”形式，對(duì)于“興奮劑檢查室”，應(yīng)設(shè)置地面插座以滿足局部照明要求。

4.5 智能照明

根據(jù)《體育規(guī)范》第8.5.7條，設(shè)計(jì)要點(diǎn)：在各場館中分別設(shè)置兩套獨(dú)立的智能照明控制系統(tǒng)，對(duì)應(yīng)場地照明控制、非場地照明控制，且均與各場館的BA系統(tǒng)、比賽設(shè)備管理系統(tǒng)留有通信接口。

5 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

體育場館通常為大體量、大空間建筑，人員密集、疏散困難，其消防安全是重中之重，必須嚴(yán)格按照國家和行業(yè)規(guī)范執(zhí)行，其電氣消防設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)方面。

5.1 設(shè)置完備的智能應(yīng)急照明疏散系統(tǒng)

筆者認(rèn)為，與傳統(tǒng)應(yīng)急照明相比，智能應(yīng)急照明系統(tǒng)應(yīng)具有以下三大突出優(yōu)勢。

(1)其核心理念不是就近疏散，而是安全疏散，即疏散指示燈的指向箭頭應(yīng)為雙向可調(diào)，能根據(jù)火災(zāi)的實(shí)時(shí)部位動(dòng)態(tài)調(diào)整，指向安全的出口，而非就近的出口。

(2)安全出口燈的附近發(fā)生火災(zāi)時(shí)(煙感、溫感兩個(gè)動(dòng)作信號(hào)確認(rèn))，該安全出口燈聯(lián)動(dòng)熄滅。

(3)安全出口燈帶有語音播報(bào)功能，當(dāng)附近未發(fā)生火災(zāi)時(shí)，能發(fā)出“這里是安全出口”的語音提示，引導(dǎo)人員疏散。

在此特別強(qiáng)調(diào)指出，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警平面圖中，安全出口燈對(duì)應(yīng)的各出口內(nèi)側(cè)，除設(shè)感煙探測器外，還必須加設(shè)感溫探測器，以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)火災(zāi)觸發(fā)信號(hào)、聯(lián)動(dòng)熄滅“安全出口”標(biāo)志燈。

5.2 高度大于12m的空間，應(yīng)同時(shí)選擇兩種及以上火災(zāi)參數(shù)的報(bào)警探測器

常見可選用管路吸氣式、線型光束(紅外對(duì)射)、光截面、OSID雙鑒式成像感煙探測等感煙類火災(zāi)探測器，以及圖像型火焰、雙波段(紅外/彩色圖像)火焰探測器等感光類火災(zāi)探測器；項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合建筑功能特點(diǎn)、火災(zāi)危險(xiǎn)特征、氣候條件等進(jìn)行選擇。

5.3 高度大于12m的空間，應(yīng)設(shè)置消防水炮滅火控制系統(tǒng)

對(duì)消防水炮滅火控制系統(tǒng)，為保證火災(zāi)探測早期性、可靠性，應(yīng)設(shè)置獨(dú)立的火災(zāi)探測系統(tǒng)，以保證探測準(zhǔn)確可靠，同時(shí)，為消防水炮提供準(zhǔn)確的火災(zāi)區(qū)域參數(shù)，并與消防水炮自身火災(zāi)探測系統(tǒng)、自動(dòng)跟蹤定位射流滅火系統(tǒng)有效結(jié)合。

5.4 設(shè)置完備的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

體育場館應(yīng)設(shè)置完備的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，特別對(duì)于高度>12m的照明線路應(yīng)設(shè)置具有探測電弧功能的電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器。智能應(yīng)急照明疏散系統(tǒng)接線圖見圖10。

圖10 智能應(yīng)急照明疏散系統(tǒng)接線圖

6 電氣節(jié)能設(shè)計(jì)

體育場館照明燈具點(diǎn)多面廣、機(jī)電設(shè)備能耗大，所以電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的重點(diǎn)應(yīng)放在智能照明控制、機(jī)電設(shè)備監(jiān)控與能效管理方面。

6.1 智能照明控制系統(tǒng)

體育場館因其大體量、大空間，常為能耗大戶。智能照明控制子系統(tǒng)為體育場館的高大空間照明節(jié)能提供了技術(shù)手段，主要在公共走道、進(jìn)出口門廳、比賽場地、觀眾席等空間場所實(shí)施，并將泛光照明納入智能照明控制系統(tǒng)。系統(tǒng)依托先進(jìn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，采用總線式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，將各種開關(guān)模塊R、計(jì)量模塊J、調(diào)光模塊D、場景控制模塊M、時(shí)間管理模塊MT等連成網(wǎng)絡(luò)，完成照明系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)控。

體育館智能照明控制系統(tǒng)圖見圖11。

圖11 體育館智能照明控制系統(tǒng)圖

6.2 建筑能效管理系統(tǒng)(EMS)

能效管控系統(tǒng)通過深度集成技術(shù)，將供配電子系統(tǒng)、照明子系統(tǒng)、動(dòng)力子系統(tǒng)、中央空調(diào)子系統(tǒng)等深度集成進(jìn)入機(jī)電設(shè)備能效管控系統(tǒng)，并進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計(jì)。能效管控系統(tǒng)平臺(tái)對(duì)深度集成的子系統(tǒng)采用相同的應(yīng)用軟件以實(shí)現(xiàn)被集成子系統(tǒng)的全部功能，并滿足日常運(yùn)行管理要求，適應(yīng)體育場館人員密集、持續(xù)運(yùn)行時(shí)間長等特點(diǎn)。能源管理系統(tǒng)具備模式控制、群控以及手動(dòng)控制等功能。

7 結(jié)束語