智慧建筑機電一體化及管道綜合設(shè)計探討
——蘇州中心項目案例

顏宏勇

(啟迪設(shè)計集團股份有限公司，蘇州215500)

[摘要] 本項目設(shè)計過程運用機電一體化的設(shè)計方法，方案階段電氣專業(yè)充分與水暖專業(yè)配合，合理配置供電方案及火災(zāi)自動報警系統(tǒng)組織框架，并與建筑的定位及項目建成后運維進行一體化考慮；管道綜合一體化中，充分了解建筑空間環(huán)境，最大限度節(jié)省占用空間，為項目成功運行打下堅實的基礎(chǔ)。

[關(guān)鍵詞] 機電一體化； 應(yīng)急供電； 共同溝； 綜合管廊

中圖分類號:TU852文獻標識碼:A文章編號:1729-1275(2021)03-0046-04

0 引言

隨著現(xiàn)代化、科技化的突飛猛進，節(jié)能、綠色、智能、智慧概念層出不窮，原來各專業(yè)千里走單騎式的“單打獨斗”設(shè)計越來越不滿足需求，各學(xué)科的相互融合，跨學(xué)科跨領(lǐng)域的合作已勢在必行，隨之，一體化設(shè)計的概念應(yīng)運而生。

“一體化”原來只是一個經(jīng)濟上的概念:是指多個原來相互獨立的主權(quán)實體通過某種方式逐步在同一體系下彼此包容，相互合作。 把若干分散企業(yè)聯(lián)合起來，組成一個統(tǒng)一的經(jīng)濟組織。 這個概念引申到建筑設(shè)計領(lǐng)域，就是在項目設(shè)計中各專業(yè)在規(guī)范框架下彼此包容，相互合作，作出適合建筑業(yè)態(tài)功能的最優(yōu)化設(shè)計成果。

建筑設(shè)計中的一體化是全方位、全過程的。全方位有兩個層面的含義，首先一體化涵蓋于建筑設(shè)計的各個專業(yè)，機電一體化、強弱電一體化、消防一體化、建筑與設(shè)備一體化等；全過程主要是項目設(shè)計的全過程，甚至應(yīng)涵蓋項目建成后的運維管理等。

而機電一體化是傳統(tǒng)的設(shè)備專業(yè)間的一體化，即給排水、暖通空調(diào)及電氣三個專業(yè)間的相互配合，彼此交融，使建筑的設(shè)備系統(tǒng)更加優(yōu)化，保證設(shè)計與后期運維有更好的契合，減少設(shè)計缺陷，增強使用舒適度，有效的提升建筑整體品質(zhì)，追求至臻建筑境界。

1 項目簡介

蘇州中心項目位于蘇州工業(yè)園區(qū)金雞湖畔，總建筑面積約113 萬m2(地上建筑面積約69 萬m2，地下建筑面積約44 萬m2)，地下4 層，地上56 層，建筑高度222m(最高)。 是集辦公、商業(yè)、酒店、酒店式公寓、文化娛樂等多功能、多業(yè)態(tài)的混合，融地上建筑和地下空間于一體的大型城市綜合體。

蘇州中心項目包括A、B、C、D、E、J、H、P 八個街區(qū)。 以星州街和東西中軸線為界劃分為內(nèi)圈，外圈及南北四個地塊。 內(nèi)圈南地塊含B、C 兩個街區(qū)，內(nèi)圈北地塊含A、J 兩個街區(qū)；外圈南地塊含D、E 共有7 棟超高層塔樓(辦公、酒店、公寓)及裙房和內(nèi)圈超大型購物中心，見圖1。

圖1 蘇州中心項目整體平面概況

2 供配電系統(tǒng)一體化設(shè)計

(1)與暖通空調(diào)系統(tǒng)的一體化設(shè)計

蘇州中心項目建有集中能源中心，冷熱源集中設(shè)置在P 區(qū)的DHC 能源中心，能源中心均設(shè)置在地下。 冷源為電制冷冷水機組(含冰蓄冷系統(tǒng))。 熱源利用蘇州工業(yè)園區(qū)熱電廠的蒸汽。 實現(xiàn)了能源的梯級利用，結(jié)合冰蓄冷系統(tǒng)實現(xiàn)電力移峰填谷。

能源中心電制冷冷水機組采用中壓10kV 電壓等級，水泵、冷卻塔為220V/380V 電壓等級。 而項目市政供電電源電壓等級是20kV。 為此，在P 街區(qū)設(shè)置能源中心專用變電所，變電所內(nèi)設(shè)置20kV/10kV 及20kV/380V 兩組變壓器，分別供10kV 中壓冷水機組及低壓380V 水泵、冷卻塔用電。

該項目在能源中心變壓器裝機容量有20kV/10kV 的 2 × 5 000kVA 及 20kV/380V 的 4 ×1 600kVA， 能源中心總裝機容量達16 400kVA。 這里需要一體化考慮的是:當采用集中能源中心時，空調(diào)主機單獨專用變電所供電后，項目整體的供電量應(yīng)合理排除空調(diào)主機的容量，這樣各個街區(qū)單位面積供電裝機容量相對下降，如表1。

表1 各街區(qū)變壓器裝機容量

(2)應(yīng)急供電系統(tǒng)一體化設(shè)計

該項目需要采用應(yīng)急供電的負荷有:消防和相關(guān)負荷(經(jīng)消防專家論證，該項目消防負荷需按特別重要一級負荷供電)、重要負荷(中央監(jiān)控弱電設(shè)備消防控制室空調(diào)、乘用電梯、排水泵、污水泵等)、保安設(shè)備(保安照明、安保值班室、前臺接待、給水泵、自動扶梯等)、辦公樓標準層發(fā)電機供電采用預(yù)留母線方式(提供約15W/m2的發(fā)電機電源，這是應(yīng)招商要求設(shè)置)、公寓電梯以及給排水泵等生活必須負荷供電。

由此可知，需要采用應(yīng)急供電的負荷涵蓋了整個項目8 個街區(qū)的所有功能區(qū)，應(yīng)急負荷量大、面廣。 應(yīng)急電源可以集中采用中壓發(fā)電機及各個街區(qū)設(shè)置應(yīng)急變壓器方案，也可以分散在各個街區(qū)設(shè)置低壓發(fā)電機的方案，采用何種方案需要進行分析比較，比較主要從造價分析、機房占用空間、運行維護三個方面進行，結(jié)果見表2。

表2 發(fā)電機設(shè)置方案比較結(jié)果

根據(jù)方案的比較結(jié)果，該項目采用了集中在能源中心設(shè)置備用功率3×2 500kVA 的10kV 中壓發(fā)電機組方案，并在各街區(qū)變電所設(shè)置應(yīng)急變壓器。同時，考慮業(yè)態(tài)情況，酒店就地設(shè)置低壓發(fā)電機組，并在各街區(qū)考慮今后高端客戶需要自設(shè)應(yīng)急低壓發(fā)電機的位置，配合建筑后期招商要求多種可能性。

(3)大型綜合體項目的供電系統(tǒng)，無論是城市供電系統(tǒng)還是應(yīng)急供電系統(tǒng)，方案階段的設(shè)計尤為重要，根據(jù)項目用電負荷特點及負荷分布情況設(shè)計供電系統(tǒng)是一體化設(shè)計的重要方面，脫離系統(tǒng)談“一體化”是不現(xiàn)實的，或者只能說是局部淺層的一體化，機電一體化一定是系統(tǒng)的交融。 水暖電系統(tǒng)相輔相成、相得益彰是機電一體化的精髓。

3 消防系統(tǒng)機電一體化設(shè)計

(1)火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)置與運維一體化

蘇州中心項目是超大型城市綜合體，集商業(yè)、辦公樓、公寓、酒店等多種業(yè)態(tài)，建成后各業(yè)態(tài)的管理相對獨立，甚至同一業(yè)態(tài)也存在不同管理團隊獨立管理的情況。 在火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計中，充分考慮項目建成后運維的情況分設(shè)獨立管理單元的消防控制室，使得各獨立管理業(yè)態(tài)有相對獨立的消防系統(tǒng)，更方便項目運行后的運維管理。

最終共設(shè)置8 個消防控制中心，同時在H 地塊設(shè)置整個項目的總控制中心。 這里需要說明的，內(nèi)圈(A、BC 地塊及該地塊5、6 號塔樓)統(tǒng)一交由外方統(tǒng)一管理，為此，內(nèi)圈地塊設(shè)置一個二級消防控制中心對該地塊3 個消防控制室統(tǒng)一管理。 這樣，從系統(tǒng)上來說，共設(shè)置10 個消控室:1 個一級總控，1個二級總控(內(nèi)圈管理)，8 個分控。 基本上滿足整個項目的穩(wěn)定運行。

(2)火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計與建筑、水暖消防一體化

首先，在該項目的整體消防設(shè)計中，需要考慮在南區(qū)和北區(qū)同時各發(fā)生一次火災(zāi)的消防設(shè)計，為此，水專業(yè)消防用水池在整個CBD 街區(qū)全體分2 處設(shè)置，在北區(qū)和南區(qū)分兩個系統(tǒng)分別設(shè)置消防用水池，并在每個系統(tǒng)分別設(shè)置消防水泵。 設(shè)置在地下4 層或地下3 層。

火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計中眾多消控室聯(lián)動采用分散控制與集中控制相結(jié)合的方式。 各三級消控室負責(zé)其管理區(qū)域內(nèi)的各消防設(shè)備的聯(lián)動。 一二級總消控室對各三級分消控室采用“只監(jiān)不控”的方案，三級消控室管理的消防設(shè)備的動作狀態(tài)信號，均應(yīng)在一二級總消控室顯示。 整個項目消防報警系統(tǒng)信號由一級總消控室上傳至蘇州市消防管理平臺。 消防水泵的手動直接啟動各消控室均可完成，三級分消控室只是針對直接啟動所在區(qū)(南區(qū)或北區(qū))的消防水泵，二級總消控室可以直接啟動與總控管轄范圍內(nèi)的南北區(qū)消防水泵，一級總消控室可以直接啟動整個項目所有南北區(qū)的消防水泵。 圖2 所示為火災(zāi)自行報警系統(tǒng)拓撲圖。

(3)系統(tǒng)設(shè)計與項目建成后的運維結(jié)合起來，從系統(tǒng)設(shè)計方案階段應(yīng)有充分的考慮。 這也是與運維一體化設(shè)計的必要內(nèi)容，消防系統(tǒng)如此，供電系統(tǒng)也是如此。 項目建成后長期可靠、方便的運行是設(shè)計的最終目標，只有合理的配置消防系統(tǒng)，才能使項目各業(yè)態(tài)順暢獨立運行，同時又可以對項目的整體消防進行統(tǒng)一管理。

圖2 蘇州中心火災(zāi)自動報警系統(tǒng)拓撲圖

電氣的消防設(shè)計，是對建筑整體消防信息采集，組織火災(zāi)時的滅火“戰(zhàn)斗”，同時預(yù)警火災(zāi)發(fā)生的危險情況等。 這里需要強調(diào)的是消防一體化設(shè)計，設(shè)計前要對整個建筑項目各個專業(yè)消防設(shè)計的方案充分了解，這樣才能在讓各專業(yè)的消防設(shè)計最后在電氣專業(yè)的報警與控制系統(tǒng)中充分融合起來，形成整個項目完整的消防體系。

4 管道綜合一體化設(shè)計

(1)共同溝在項目中的使用

本工程設(shè)有>600m 的共同溝(綜合管廊)，共同溝作為整個項目設(shè)備(水暖電)主干通道溝通整個CBD 全體街區(qū)，見圖3～4。

圖3 共同溝在項目中設(shè)置位置

共同溝做法參照城市綜合管廊的做法，比如斷面的倉位設(shè)置、倉內(nèi)空間設(shè)置，及附屬消防、通風(fēng)、供電、照明接環(huán)境監(jiān)控等系統(tǒng)。

共同溝有針對性的借鑒城市綜合管廊的做法，有自身的特點:共同溝是建筑單體(或建筑群)設(shè)置的，城市綜合管廊是城市市政設(shè)置。 這樣，決定了共同溝比較短、城市綜合管廊長；共同溝管道相對會小、城市綜合管廊管道大；共同溝大多在建筑內(nèi)、城市綜合管廊大多在市政地下土層內(nèi)。 另外，共同溝內(nèi)設(shè)備管線與城市綜合管廊管線種類也有一定的區(qū)別。 見圖5。

圖4 共同溝在建筑中剖面位置

圖5 共同溝標準斷面布置

該項目中的共同溝無燃氣管道，但與城市綜合管廊相比多出集中能源的空調(diào)冷凍水的管道，共同溝全程中進出管線相對頻繁且進出位置均在建筑內(nèi)部，所以進出位置的分隔措施要求高，除物理分隔防水要求外，分隔應(yīng)達到耐火極限3h 的防火要求，特別是管線進出的防火封堵尤為重要。

(2)管道綜合設(shè)計一體化

管道綜合設(shè)計涉及建筑空間與機電的一體化，建筑的空間需要滿足使用的同時保障一定的空間舒適性，而機電管線的安裝是滿足建筑的使用功能的必備條件，機電管線與空間與空間是一對矛盾體。 機電管線綜合一體化設(shè)計，最優(yōu)化解決各類管線合理布置，在滿足機電設(shè)備運行前提下最大限度節(jié)省空間是設(shè)計成功的關(guān)鍵因素之一。

那么，機電管線的一體化設(shè)計除了最大限度節(jié)省空間的同時，也要與安裝與運維一體化考慮。 節(jié)省了空間要方便安裝及運行后必要的維護。 城市綜合體管線綜合設(shè)計一般按照以下幾個原則考慮:有壓管道讓無壓管道、小(直徑或截面)管道讓大管道、水管道(有壓)讓風(fēng)管道、冷水管道讓熱水管道、電氣管道讓水管及風(fēng)管。

項目實際設(shè)計過程中遵循上面的原則同時，有條件時應(yīng)考慮方案階段考慮好機電不同專業(yè)樓層主干管走不同路由通道。 見圖6。

圖6 電氣獨立路由干線鋪設(shè)

5 結(jié)束語

機電一體化是個綜合工程，關(guān)于一體化設(shè)計必須關(guān)注幾個方面的問題。

(1)建筑工程一體化是全專業(yè)、全方位及全過程的設(shè)計，機電一體化設(shè)計與建筑、結(jié)構(gòu)專業(yè)需要密切配合，同時設(shè)計應(yīng)充分了解建筑建成后的運維管理方式，在使用便捷的同時綠色節(jié)能。

(2)機電一體化不能脫離機電各專業(yè)的系統(tǒng)，只有系統(tǒng)能做到一體化才能水乳交融進而進一步服務(wù)于建筑。

(3)管道的一體化首先需要吃透建筑平面及空間布局及建筑師的創(chuàng)意，有條件的應(yīng)能夠找出不同的平面空間路由布置不同專業(yè)的管線。 管道的一體化設(shè)計應(yīng)達到建筑空間最大的優(yōu)化，特大型綜合體項目可以考慮采用共同溝的綜合管道方案。