空管塔臺建筑電氣設計探討

丁 輝， 江國慶， 李東洋， 郭光明， 韓子厚

(航天建筑設計研究院有限公司，北京 100071)

0 引言

塔臺是設于機場的航空運輸管制設施，用于監(jiān)管和控制飛機起降，是機場建設和運行的重要組成部分，對保障機場安全運行起到了舉足輕重的作用。塔臺一般分為塔臺管制室、檢修環(huán)、設備機房、交通核心筒、辦公室、休息室、設備機房等場所。塔臺頂部的管制室、檢修環(huán)、設備機房等作為管制員工作、重要工藝設備運行場所，組成了塔臺的核心部位。除了應滿足整個建筑物的正常運行外，塔臺的設計尤其要保證塔臺核心區(qū)域的運行可靠、使用方便。本文結合內蒙古呼和浩特市新機場新建塔臺工程的設計情況，對塔臺的電氣設計進行探討。

1 工程概況

本工程項目為一座新建塔臺、新建塔臺工程用房(建筑面積2 316m2)、新建油機房(專為塔臺及塔臺工程用房服務，建筑面積60m2)，位于新機場航站區(qū)，其中油機房專為塔臺及塔臺工程用房服務。塔臺建筑性質為一類通信建筑、一層高層公共建筑，耐火等級一級、屋面防水等級一級，占地面積210m2，建筑物地上十七層、地下一層，總建筑面積4 265 m2，建筑檐口高度91.15m。變電所、UPS間、消控室等統(tǒng)一集中設置在塔臺工作用房，強電管線通過二層連廊敷設至塔臺，弱電管線通過室外管道接入塔臺。

2 供配電設計

根據工藝條件，塔臺及塔臺工作用房內機房按照B級機房進行設計。部分工藝負荷(包括電子信息機柜負荷、席位負荷、其他工藝負荷)、精密空調、消防負荷等按一級負荷特別重要的負荷設計；安防系統(tǒng)、普通弱電系統(tǒng)、一般照明、空調、風機水泵等用電負荷按二級負荷考慮；其他負荷按三級負荷考慮。

在塔臺工作用房一層設有10/0.4kV變電所,內設兩臺1 000kVA變壓器，為塔臺、塔臺工作用房、油機房供電。

高壓配電系統(tǒng)為單母線運行接線方式，中間不設聯(lián)絡，兩路高壓電源互為備用，平時各帶載50%負荷。當一路高壓電源故障或失電時，由另外一路高壓電源帶載100%負荷；220/380V低壓配電系統(tǒng)為單母線分段運行結線方式。

正常時，兩臺變壓器同時運行，各帶50%負荷。當其中一臺變壓器發(fā)生故障或進行檢修時，進線開關分閘斷開后，聯(lián)絡開關合閘，由另一臺變壓器供電給所有負荷。圖1為低壓配電系統(tǒng)圖。

本工程工藝設備主要是明室和檢修環(huán)內的機柜和席位用電，這些負荷均為重要負荷；其他工藝要求設置的主要是插座(為弱電系統(tǒng)服務及極端天氣下電暖氣設備使用)，均為普通負荷。在塔臺檢修環(huán)內設置2臺STS為檢修環(huán)機房及明室配電，每臺STS柜均能帶載100%的電子信息設備機柜。STS柜通過配電列頭柜為每臺機柜或席位供電，電纜敷設至PDU。

據了解，一般的電子信息設備允許供電中斷時間為10ms左右，因此要求STS工藝的切換時間≤5ms，以保證STS切換不影響電子信息設備的正常運行。圖2為明室與檢修環(huán)公藝配電系統(tǒng)圖。

圖2 明室與檢修環(huán)工藝配電系統(tǒng)圖

在塔臺工作用房一層設有兩個UPS間(命名為UPS間1和UPS間2)，UPS間1內設置UPS1和UPS2，UPS間2內設置UPS3和UPS4。UPS1和UPS2并機組成一套UPS供電系統(tǒng)，UPS3和UPS4并機組成一套UPS供電系統(tǒng)，形成兩套“1+1”冗余配置組成的雙總線UPS供電系統(tǒng)。每臺UPS均具有帶載100%工藝負荷的能力，平時每臺UPS各帶載25%的工藝負荷。當一套UPS供電系統(tǒng)中的一臺UPS發(fā)生故障時，由另外一臺UPS與另外一套UPS供電系統(tǒng)形成雙總線供電系統(tǒng)；當三臺UPS都發(fā)生故障時，則由剩余的UPS獨立給工藝設備供電。每臺UPS持續(xù)供電時間按30min計算，理論上UPS供電系統(tǒng)能夠給工藝設備持續(xù)供電2h。

本工程設有負載總線同步設備，以保證兩套UPS供電系統(tǒng)輸出的電源頻率、相位等同步。當UPS旁路電源的頻率、相位等在規(guī)定的偏差范圍內時，各UPS跟蹤自身旁路；當旁路電源頻率、相位等超出偏差范圍時，負載總線同步設備啟動，迫使UPS輸出電源同步運行。本設計能夠為工藝設備提供十分可靠的供配電系統(tǒng)。

本工程總計算有功功率為932kW(其中照明71.3kW，重要工藝負荷163.4kW，普通工藝負荷145.8kW，空調負荷292.8kW，熱水器、電伴熱等111.3kW，安防、弱電60kW，以及其他負荷190.4kW；需要考慮同時使用系數0.9)，按照《民用建筑電氣設計規(guī)范》中對柴油發(fā)電機的計算要求，考慮0.82的余量系數，柴油發(fā)電機房內設1臺輸出功率為1 200kW(常用功率，不限時運行)的柴油發(fā)電機組，將其作為塔臺、塔臺工作用房內全部負荷的備用電源。在兩路市電完全失電后，柴油發(fā)電機啟動，為本工程所有負荷供電。兩路市電的全部失電信號作為柴油發(fā)電機的啟動信號。需要注意的是，柴油發(fā)電機訂貨需配套控制柜以實現上述功能，且柴油發(fā)電機組電源與正常電源之間必須采取防止并列運行的措施。

3 照明設計

照明設計的重點是塔臺管制明室的設計。明室位于塔臺的最上方，為保證管制員視野，四周為360°無遮擋玻璃幕墻。照明設計應注重眩光、反射光等對管制員視覺的影響，同時應實現光源照度可調，方便管制員根據自身情況進行調光控制?？紤]到明室照明的重要性，明室照明采用EPS供電，供電持續(xù)時間≥90min。

根據GB 51348《民用建筑電氣設計標準》、MH 5001-2013《民用機場飛行區(qū)技術標準》，在塔臺頂部、中部均設置航空障礙燈，燈具安裝位置應兼顧美觀和檢修方便。塔臺中部設置的航空障礙燈不能對管制員的視線造成干擾，一般應安裝在檢修環(huán)層以下。

4 消防設計

由于特殊的建筑使用功能和性質原因，塔臺項目介于構筑物與建筑物之間，專業(yè)性突出，與常規(guī)民用建筑有著明顯區(qū)別。且在目前的國家規(guī)范體系中，沒有專業(yè)的、針對塔臺的防火設計規(guī)范。因此，本項目塔臺參照GB 50016-2014《建筑設計防火規(guī)范》(2018年版)，以及建筑結構特征相對類似的相關設計防火標準GY 5067-2017《廣播電影視建筑設計防火標準》等執(zhí)行設計要求，但基于塔臺專業(yè)性強、使用功能單一的特點，在圍繞建筑功能執(zhí)行設計時，并不可完全按照上述兩標準進行設計。圖3所示為明室(17F)和備用明室(16F)之間的疏散樓梯示意圖。

在本項目電氣消防設計中，除滿足相關規(guī)范外，還需重點關注以下內容。

圖3 明室(17F)和備用明室(16F)之間的疏散樓梯示意圖

(1)受塔臺平面尺寸限制，塔臺各樓層難以設置兩部疏散樓梯，僅能設置一部疏散樓梯，每層也僅有一個安全出口。結合塔臺人員較少、對環(huán)境熟悉、疏散效率高的特點，經軟件模擬，一部疏散樓梯也能進行有效疏散。

為更好地提升疏散有效性，電氣設計應保證防煙樓梯間及其前室(包括消防電梯合用前室)內消防應急照明系統(tǒng)的地面最低照度≥10lx，持續(xù)供電時間≥90min。此項設計將應急照明系統(tǒng)的疏散照度和持續(xù)時間均提高到目前規(guī)范規(guī)定的最高等級。

(2)塔臺明室要求管制員在360°方向上保持視線通透，因此，明室(17F)通向備用明室(16F)的疏散樓梯只能設計成敞開樓梯。敞開樓梯容易形成煙囪效應，火災時煙氣通過樓梯間肆意蔓延。

為有效疏散，電氣設計時，在位于16F的防煙樓梯間前室內踏步上設置消防應急踏步燈(也可設置明顯的燈光警示標識)，同時，其地面最低水平照度≥10lx，持續(xù)供電時間≥90min。

(3)為便于及時發(fā)現火災隱患，塔臺非消防用電負荷設置電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)，非消防線纜燃燒性能不應低于B1級。消防設備供電干線、分支干線、天線桅桿筒體內電纜采用礦物絕緣類不燃性電纜。

(4)設備管道和線纜穿越墻體、樓板等部位時，采用防火封堵材料封堵嚴密，如17F明室、16F備用明室與檢修環(huán)層之間的孔洞位置。

(5)其余消防設計內容可參考GY-5067《廣播電影電視建筑設計防火標準》、GB50016《建筑設計防火規(guī)范》進行。

5 安防設計

空管塔臺的安防設計除應按照GB 50348-2018《安全防范工程技術標準》進行設計外，還應參照《民航空管單位安全保衛(wèi)設施配置及管理暫行辦法》、MH/T 7003-2017《民用運輸機場安全保衛(wèi)設施》。塔臺管制小區(qū)按照一類安全保衛(wèi)區(qū)域進行設計，需設置視頻監(jiān)控系統(tǒng)、出入口控制(門禁)系統(tǒng)。與一般民用建筑設計相比，塔臺部分的設計有以下特點。

(1)塔臺安防信號最終均需要上傳至空管總控中心，總控中心的設置位置根據建設方要求、方便值班管理確定?？偪刂行墓芾砥脚_應能將視頻監(jiān)控、門禁、入侵報警等系統(tǒng)進行集成，并能兼容開放式協(xié)議相關設備，實現不同設備和系統(tǒng)間的信息交換，并預留滿足公安和機場業(yè)務需求的接口。總控中心能夠接收和處理多路報警信息，同時接收多路前段聯(lián)動上傳的報警圖像。所有安防系統(tǒng)記錄保存時間為90天。

(2)視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用數字形式架構，室內攝像機采用高清室內型固定攝像機，主要用于監(jiān)控樓內主要出入口、電梯前室、走廊、電梯轎箱、設備機房；建筑物四周區(qū)域設置室外型高清攝像機；明室內設置全景攝像機。

(3)在建筑物的主要出入口、各重要房間設置門禁系統(tǒng)。門禁系統(tǒng)要求使用復合驗證方式，一般采用密碼鎖和刷卡的形式。門禁系統(tǒng)應具有與視頻監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)動功能，發(fā)生刷卡、開門動作或警報時，視頻監(jiān)控系統(tǒng)應能夠自動顯示門禁通行口內外兩側的實時視頻信息，聯(lián)動響應時間應≤1s，應能通過刷卡信息檢索監(jiān)控錄像。除應急疏散門外，其他通行口門禁掉電自動鎖閉，并在受控區(qū)設置機械開啟裝置；門禁系統(tǒng)疏散通道各電控鎖具備掉電開鎖功能，當發(fā)生火災等緊急情況時，由消防系統(tǒng)強制打開疏散通道上的門禁系統(tǒng)。

6 結束語

塔臺是機場的重要設施和指揮樞紐，對空中交通的安全運行至關重要。因塔臺具有結構、功能特殊性，且塔臺設計尚沒有專門的設計規(guī)范支持，本文主要參考現有規(guī)范和已建成塔臺的成熟設計經驗，對塔臺設計方案的特殊性也進行了詳細的闡述。如對工藝設備的供電可靠性要求極高，高壓電源、變壓器、UPS等重要設備都需要進行冗余、容錯配置；明室因其視野要求，對照明設計也提出了特定的要求；塔臺消防設計因為沒有專門的規(guī)范，其方案都需要提交當地消防部門進行專門審批等。