某文化藝術(shù)中心項(xiàng)目電氣設(shè)計(jì)

彭 欣

[同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院(集團(tuán))有限公司, 上海 200092]

0 引 言

文化藝術(shù)中心項(xiàng)目作為一個(gè)城市中用于展示及宣傳文化藝術(shù)作品的建筑集群,通常以劇院或音樂廳為主體,配套設(shè)置博物館、科教館、圖書館等,以滿足市民對(duì)文化藝術(shù)的追求。其功能也從原有單一功能變?yōu)槎喙δ艿慕ㄖ?配電系統(tǒng)與單一性質(zhì)建筑相比更為復(fù)雜。本文結(jié)合某文化藝術(shù)中心項(xiàng)目,闡述了此類建筑電氣設(shè)計(jì)及需要注意的方面。

1 項(xiàng)目概況

某項(xiàng)目位于安徽省天長市市政府南側(cè),總建筑面積為74 120 m2,其中地上建筑面積55 500 m2,地下建筑面積18 620 m2;建筑層數(shù)為地下1層,劇院地上4層,其余部分地上3層;建筑高度為23.9 m,大劇院舞臺(tái)臺(tái)塔部分高度34.0 m,幕墻最高高度42.5 m。項(xiàng)目分為3個(gè)單體,并以功能劃分:1#單體包括博物館、美術(shù)館和非遺館、名人館;2#單體包括一個(gè)1 200座大劇院、340座小劇場的文化館和文化交流創(chuàng)意展示中心,其中文化創(chuàng)意展示交流中心功能還是以放映為主;3#單體包括科技館和少兒圖書館。

某文化藝術(shù)中心效果圖如圖1所示。

圖1 某文化藝術(shù)中心效果圖

2 變配電系統(tǒng)

2.1 負(fù)荷等級(jí)

根據(jù)JGJ 57—2016《劇場建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]中第1.0.5條及JGJ 16—2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]中第3.2.2條,該項(xiàng)目用電設(shè)備負(fù)荷等級(jí)如下:① 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)用電、消防設(shè)備(變電所用電、消防泵、噴淋泵及穩(wěn)壓泵、消防電梯、消防排煙風(fēng)機(jī)、正壓風(fēng)機(jī)、消防補(bǔ)風(fēng)機(jī)、消防應(yīng)急照明、防火卷簾、消防控制中心用電等)、網(wǎng)絡(luò)通信機(jī)房、安防系統(tǒng)用電、弱電間用電按一級(jí)負(fù)荷供電;② 主要通道及樓梯間照明用電、客梯用電,排污泵、生活水泵用電、觀眾廳照明、鍋爐房電力和照明用電、影響一級(jí)負(fù)荷運(yùn)行的空調(diào)用電、地下車庫照明等、展覽用電、恒溫恒濕的藏品庫房的空調(diào)用電、圖書館用電、舞臺(tái)照明、貴賓室、演員化妝室、舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備、電聲設(shè)備、電視轉(zhuǎn)播用電等按二級(jí)負(fù)荷供電;③ 其余負(fù)荷按三級(jí)負(fù)荷考慮。

2.2 供電電源

由市政附近電網(wǎng)引兩路10 kV電源至-1F 10 kV用戶站。其中兩路10 kV電源采用一主一備的供電方式,主線路為專線,能承擔(dān)整個(gè)項(xiàng)目的全部負(fù)荷,另一路為環(huán)網(wǎng)非專線,僅能負(fù)擔(dān)該項(xiàng)目一、二級(jí)負(fù)荷。10 kV配電系統(tǒng)供電示意圖如圖2所示。

圖2 10 kV配電系統(tǒng)供電示意圖

2.3 變壓器設(shè)置

項(xiàng)目界面劃分較為清晰,因此變電所及變壓器也按子項(xiàng)和負(fù)荷情況分為3組。1#變電所處于負(fù)荷中心,專為劇場及其地下相關(guān)的舞臺(tái)機(jī)械供電,2#變電所負(fù)責(zé)博物館、美術(shù)館、非遺館、少兒圖書館、科技館和-1F停車庫的相關(guān)電力。3#變電所為冷凍機(jī)房專用變壓器,僅為冷凍水泵、冷卻塔、冷水機(jī)組及其配套設(shè)備供電。1#變電所變壓器容量為2×1 600 kVA,2#變電所變壓器容量為2×1 600 kVA,3#變電所變壓器容量為2×1 250 kVA,共計(jì)8 900 kVA。

需要注意的是,JGJ 57—2016《劇場建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.2.5條中要求:劇場建筑內(nèi)的設(shè)備用房不應(yīng)對(duì)觀眾廳、舞臺(tái)及其周圍環(huán)境產(chǎn)生噪聲、振動(dòng)干擾。而劇場觀眾廳和舞臺(tái)大多處于劇場的中心位置,其臺(tái)倉、跑場道、樂池和靜壓倉又利用地下室空間,因此劇場變電所只能選擇盡量靠近負(fù)荷中心,但需要避開舞臺(tái)、觀眾廳的正下方,并且不能與臺(tái)倉及跑場道貼鄰。劇場變電所的設(shè)置如圖3所示。

圖3 劇場變電所的設(shè)置

JGJ 66—2015《博物館建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]也對(duì)博物館變電所做出了相關(guān)規(guī)定,對(duì)于可能危及藏品安全的用房及設(shè)施,應(yīng)遠(yuǎn)離藏品保存場所布置。

2.4 備用電源的設(shè)置

該工程為大型公共建筑人員特別密集場所,為保證火災(zāi)時(shí)人員疏散及消防安全,在-1F配置1臺(tái)常用功率為1 200 kW的自起動(dòng)柴油發(fā)電機(jī),作為消防負(fù)荷和保障負(fù)荷的備用電源。由于消防風(fēng)機(jī)負(fù)荷較大,3個(gè)單體的消防風(fēng)機(jī)負(fù)荷各不相同,在計(jì)算地上消防風(fēng)機(jī)電量時(shí)取3個(gè)單體中最大值為標(biāo)準(zhǔn)值。

3 劇場舞臺(tái)照明及舞臺(tái)設(shè)備配電

3.1 舞臺(tái)照明配電

在劇場用電負(fù)荷中,舞臺(tái)照明、舞臺(tái)機(jī)械、舞臺(tái)音響功放設(shè)備可占整個(gè)劇場二級(jí)負(fù)荷的70%以上。其中舞臺(tái)照明負(fù)荷950 kW,臺(tái)下機(jī)械電力負(fù)荷320 kW,臺(tái)上機(jī)械電力負(fù)荷315 kW,小劇場臺(tái)上機(jī)械電力負(fù)荷60 kW,大劇院功放電力60 kW,小劇場聲光控電力100 kW。

舞臺(tái)照明配電采用2根2 500 A三相五線密集型銅母線槽配至晶閘管室內(nèi)接線箱,其中L123排需與N排等截面,2根N排并聯(lián)作為中性線,利用母線槽金屬外殼作為PE接地保護(hù)。

舞臺(tái)照明燈具數(shù)量及種類繁多,隨著設(shè)計(jì)深入,其負(fù)荷電量也會(huì)有大幅度的增加。該項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)階段參考國家圖集08D800-1《民用建筑電氣設(shè)計(jì)與施工》中劇場建筑設(shè)計(jì)相關(guān)章節(jié),舞臺(tái)照明電量暫定600 kW,后參考文獻(xiàn)[4]表1.3-2中“文化娛樂公共建筑的負(fù)荷密度為90 W/m2”和表1.3-4中“劇場、高校、展覽館等的變壓器配置容量≥120 VA/m2”進(jìn)行估算,舞臺(tái)照明電量為700 kW。而實(shí)際由廠家提供的電量為950 kW,建議初步設(shè)計(jì)階段按預(yù)估電量的1.3倍取值,這樣估算值也可滿足后期實(shí)際需求。

大負(fù)荷的舞臺(tái)照明系統(tǒng)供電采用雙路單母線分段,中間加聯(lián)絡(luò),正常工作時(shí)兩條母線各帶50%負(fù)荷,當(dāng)一路故障或停電時(shí),另一路可帶全部負(fù)荷。因此,在末端晶閘管室內(nèi)配電箱需要系數(shù)Kd取1.0,而在變電所配電端計(jì)算時(shí)可增加同時(shí)系數(shù)Kp(取0.5)。

3.2 舞臺(tái)設(shè)備配電

舞臺(tái)設(shè)備主要為舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備和舞臺(tái)音響設(shè)備。舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備又分為臺(tái)上、臺(tái)下機(jī)械兩部分。臺(tái)下機(jī)械主要為舞臺(tái)升降臺(tái)和樂池升降臺(tái),根據(jù)需求也有在左、右和后舞臺(tái)設(shè)置車載轉(zhuǎn)臺(tái)。臺(tái)上機(jī)械主要為臺(tái)口上方的大幕機(jī),主舞臺(tái)區(qū)域的吊機(jī)以及用來懸吊布景、檐幕和邊幕的前舞臺(tái)單點(diǎn)吊機(jī),后舞臺(tái)上空的電動(dòng)吊桿和懸吊設(shè)備。根據(jù)劇場的規(guī)模,小型劇場約100 kW,中型劇場400 kW,大型劇場800 kW。

該項(xiàng)目廠家后期提資,小型劇場60 kW,中型劇場300 kW,滿足使用要求。

4 博物館、美術(shù)館及圖書館配電

4.1 博物館、美術(shù)館配電

博物館建筑面積為11 920 m2,為大中型博物館,按JGJ 66—2015《博物館建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》中第10.4.2條,重要設(shè)備及部位用電按二級(jí)負(fù)荷供電。采用樹干式與放射式相結(jié)合的方式,每層的大空間展廳電力采用放射式配電;準(zhǔn)備室、辦公室、休息室等功能性房間則采用樹干式供電。美術(shù)館作為展覽用電,按JGJ 218—2010《展覽建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》中第7.4.1條第3款,按二級(jí)負(fù)荷供電。博物館及美術(shù)館所使用的珍品庫房有恒溫/恒濕的要求,也按二級(jí)負(fù)荷供電。

4.2 圖書館配電

圖書館建筑面積為5 490 m2,屬中型圖書館,根據(jù)JGJ 38—2015《圖書館建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》[5]和JGJ 16—2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》的負(fù)荷等級(jí)劃分,按二級(jí)負(fù)荷供電。因?yàn)槭菍閮和O(shè)計(jì)的兒童圖書館,閱覽室的面積劃分較零碎,故采用放射式供電接入每層閱覽室雙切總箱,再引入每間小型閱覽室。一般中小型圖書館的負(fù)荷密度為80～100 VA/m2,由于該項(xiàng)目還將承辦少年科技展等展覽活動(dòng),因此按展覽建筑120 VA/m2作為初步設(shè)計(jì)階段的負(fù)荷估算標(biāo)準(zhǔn)。

5 諧波治理

劇場建筑中的舞臺(tái)照明采用晶閘管調(diào)光裝置,使用過程中會(huì)產(chǎn)生高頻率諧波,應(yīng)在配電箱處就地設(shè)置有源濾波裝置。舞臺(tái)機(jī)械單體功率較大,工作時(shí)產(chǎn)生諧波含量較高,應(yīng)放射式單獨(dú)供電,并在配電箱處設(shè)置有源濾波裝置。舞臺(tái)揚(yáng)聲器、傳聲、擴(kuò)聲設(shè)備、信號(hào)處理器、音源設(shè)備等極易受到諧波的干擾,因此在設(shè)置聲光控制室時(shí),應(yīng)避免與舞臺(tái)機(jī)械室及晶閘管室貼鄰,布線也盡量分開,當(dāng)兩種線路必須平行敷設(shè)時(shí),其間距應(yīng)大于1 m;當(dāng)垂直交叉時(shí),其間距應(yīng)大于0.5 m;并應(yīng)采用屏蔽措施。舞臺(tái)電聲裝置的配電回路上宜設(shè)置隔離變壓器,并在配電箱內(nèi)設(shè)置有源濾波裝置。

博物館及美術(shù)館中的LED燈具為非線性設(shè)備,而場館內(nèi)使用燈具數(shù)量較多,需要使用到大量的開關(guān)、整流電源設(shè)備,對(duì)不同電壓響應(yīng)也是非線性的,從而疊加形成諧波含量很大的非線性交流供電電流,會(huì)產(chǎn)生大量諧波,并對(duì)與LED燈處于同一供電系統(tǒng)的其他設(shè)備造成影響,所以在電源變壓器采用Dyn11接線方式,且每臺(tái)變壓器低壓側(cè)均設(shè)置有源濾波裝置。

6 結(jié) 語

本文介紹了某文化藝術(shù)中心項(xiàng)目電氣設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容和設(shè)計(jì)思路,可以供電氣設(shè)計(jì)人員參考。