辦公用房電氣設計的探討和實踐——國家知識產權局廣東審協(xié)中心電氣設計

陳沛霖

(廣州華森建筑與工程設計顧問有限公司，廣州 510045)

0 引言

隨著國家經濟實力的持續(xù)增強，國內企業(yè)由做大到做強的發(fā)展思路越發(fā)清晰。 無論是品牌價值，還是科技創(chuàng)新實力，知識產權都在其中扮演了非常重要的角色。 國家知識產權局廣東審協(xié)中心作為知識產權的審查機構，對其自持辦公的設計提出了更高的要求:創(chuàng)新、價值，以此匹配其企業(yè)的愿景及核心理念。 本次電氣設計也根據企業(yè)特性做了幾項設計上的優(yōu)化和創(chuàng)新。

1 工程概況

國家知識產權局專利審查協(xié)作中心是國家知識產權局的直屬事業(yè)單位。 其主要職能是發(fā)明專利申請的實質審查；PCT 國際申請的國際檢索和國際初步審查；作出實用新型專利檢索報告；為企業(yè)提供專利申請和保護等方面的技術和法律咨詢服務。 業(yè)務用房需滿足其專利審查工作、員工入職及崗位培訓、業(yè)務研討與交流、專家來訪等業(yè)務功能，同時應配有體育活動區(qū)、食堂區(qū)、地下停車及公共配套等。 任務要求項目所需配套服務設施用地面積不得超過項目總用地積的7%，其建筑面積不得超過總建筑面積的10%。 預計一期總投資人民幣6億元。 建筑密度≤30%，容積率≤2.0，綠地率≥30%，建筑高度≤45m。 總建筑面積11.6 萬m2。 按一類辦公建筑進行設計。

2 變配電系統(tǒng)

2.1 負荷情況

考慮到供電的可靠性，主要辦公場所負荷等級按地、市級辦公建筑要求設計。 具體負荷分類詳見表1。

負荷分類 表1

本工程總視在功率為9 948kVA，總裝機容量12 800kVA， 變壓器平均負荷率為77.7%。 其中一、二級負荷占比較大。

2.2 供電電源

考慮到項目對用電可靠性要求較高，一、二級負荷占比較大，故由市政提供兩路20kV 專線作為雙重電源，分別送至本工程變電所的高壓供電裝置，高壓配電采用20kV 放射式供電方式。 系統(tǒng)采用單母線分段中間設母聯開關的接線方式，每一路均可帶約100%的總用電負荷，平時分段運行，各負擔約50%負荷，互為備用。 當一路電源故障時，聯絡開關自動合閘，由另一路電源負擔。 同時設置一臺1 280kW(常用功率)柴油發(fā)電機組＋UPS 不間斷電源作為計算中心的應急電源。 具體詳圖1。

圖1 高低壓主接線示意圖

2.3 變配電房設置

對變配電房的集中設置和分散設置充分論證，最后結合經濟性、適用性等因素，在兩個負荷中心分別設兩個變配電房，兩個變配電房分別設置4×1 600kVA 變壓器。 通過前期經濟分析比較，比集中設于1＃變配電房，節(jié)省低壓線纜投資約280 萬，增加高壓電纜投資35 萬。 故變配電房按負荷中心建設，僅初期投資便節(jié)省約250 萬。 同時有利于減少線損，降低能源損耗，詳見圖2。

圖2 負荷中心、變配電房設置

2.4 低壓配電

豎向干線每棟塔樓考慮分兩回路進行高低區(qū)供電，低區(qū)母線升至頂層(本項目塔樓5～10 層)，兩條母線均預留插接口。 在適當增加投資的情況下，進一步提高了供電的可靠性。

3 設計創(chuàng)新

3.1 接閃器的定制化設計

由于項目建筑高度不高，外立面設計新穎，為了更好地保證建筑作品的完成度，本項目防雷設計經過多輪論證，并與當地防雷所、氣象部門進行多輪匯報，最后實施的防雷方案接閃器盡量不外露，基本達到近觀不影響建筑外立面的良好效果。

1＃業(yè)務樓～3＃業(yè)務樓建筑物屋頂為3m 的斜面設計，根據規(guī)范及與防雷所的多次溝通，在斜面兩側設置接閃器，同時緊貼屋面敷設。 各層退臺接閃器緊貼女兒墻敷設。

4＃業(yè)務樓建筑物為不規(guī)則的雙曲面GRC 幕墻體系，對于外設接閃器難度大，且影響美觀。 經多次分析論證，結合GRC 的龍骨布置圖，將龍骨按6m×6m 間距的要求進行可靠電氣聯結，形成內部均壓環(huán)，在GRC 板的間隙處等距設置避雷短針作為接閃器。 最終此方案通過氣象局及防雷所的論證，并于2017 年獲得國家實用新型專利授權。

3.2 結合光導照明系統(tǒng)進行地下室智能照明控制

3.2.1 光導照明系統(tǒng)本項目應用的原因

光導照明系統(tǒng)(導光管日光照明系統(tǒng))是一種新型的節(jié)能照明技術，直接利用自然光，無需消耗電能，通過采光區(qū)、傳輸區(qū)、輸出區(qū)將自然光投射到工作區(qū)。 有全光譜、無眩光等顯著優(yōu)點。

本項目地處南方、全年日照充足，同時項目場地開闊，樓高為24 ～36m，對陽光無過多阻擋，為此系統(tǒng)的應用提供充足條件。

3.2.2 本項目光導照明系統(tǒng)設置

主要為地下室照明進行補充。 采光區(qū)結合景觀做法，設于首層人行道、園林綠化等處；傳輸區(qū)設于地下室頂板，但由于室外有覆土，故需要做好結構一次倒?jié)餐瓿?，并做好相應的防水措施；輸出區(qū)均在車庫上方設漫射器。 光導照明裝置與普通照明經濟分析詳見表2。

光導照明系統(tǒng)及普通照明經濟分析比較(按地下室標準柱網8.1m×8.1m 考慮) 表2

3.2.3 地下室智能照明

光導照明系統(tǒng)在日照充足時能起到很好的效果，但在光照不足情況下(傍晚及大陰天情況)，車庫閑時開啟1/4 照明，上下班時段開啟100%照明。同時，為了提高閑時行車通過時的照度需求，采用“車來燈亮、車走燈暗”的控制方式。

車庫進行分區(qū)域劃分，對車庫照明燈具進行控制，閑時當有車輛進出車道時，相應區(qū)域探測器(地感線圈＋紅外探測器)發(fā)出信號，該區(qū)域燈具(1/2照明)被喚醒點亮，車輛或人在感應區(qū)域內活動時，照明燈具(1/2 照明)一直保持常亮，當車或人離開探測區(qū)域約20 秒后(可調)，恢復原1/4 照明水平。

3.3 BIM 技術應用

除了做常規(guī)的管線綜合、機房布置外，還做了以下兩項嘗試。

3.3.1 大型機組的運輸模擬

出于造價上的考慮，地下室層高做了比較嚴格的控制。 故對大型機組(如柴發(fā)機組、制冷機組)的運輸做了BIM 模擬，運輸通道的部分管線需后安裝，同時為日后設備更換也做了對應管線臨時拆改施工預案，便于物業(yè)管理接手后的運營管理，詳見圖3。

圖3 大型設備運輸分析

3.3.2 管線綜合結合施工工序模擬

本項目BIM 應用除運用在設計階段外，后續(xù)還延伸到了施工階段。 根據施工專業(yè)標段先后施工的特性，結合施工工序要求，對管線安裝順序進行了模擬，確保BIM 管線綜合的有效性。

4 節(jié)能措施

4.1 辦公室照明設計充分考慮日照因素

采用DALUX 軟件，結合日照補充，對電氣回路以及控制進行優(yōu)化設計，最大限度發(fā)揮自然光的作用，達到更佳的節(jié)能效果。 詳見以下各種天氣情況下的分析報告(此模擬僅考慮本棟建筑窗臺及外遮陽系統(tǒng)的影響，未考慮周邊樓棟不同時段的遮陽效果，適用于高層高區(qū)部分以及開闊場地的建筑群)。

晴天工況:內區(qū)照度100 ～200lx，略不足，補充20%照明即可滿足要求。

陰天工況:約50%區(qū)域照度不足300lx，補充部分區(qū)域照明后，全區(qū)照度滿足要求。

經過使用一年的驗證，可達到很不錯的節(jié)能效果(晴天可節(jié)能80%，陰天可節(jié)能50%)，后期使用方希望利用維修經費增加照度傳感器(窗邊采集兩點即可)，對室內辦公照明進行自行調節(jié)控制，進一步提高節(jié)能效果和自動化水平。

4.2 能源管理系統(tǒng)實現主動節(jié)能

本項目使用方(審協(xié)中心)節(jié)能意識較強，除按常規(guī)分項計量要求進行設計外，每個辦公室均設為獨立計量單元，通過數據的有效采集和長期積累，作為企業(yè)節(jié)能標兵或者各項考核的基礎依據。 真正將采集的數據落到實處，達到節(jié)能的效果。

5 持續(xù)改進

建筑設計不僅僅是滿足審圖要求，竣工即結束，還需要對建筑后續(xù)的使用便利性、適用性、改進空間進行琢磨。 因此，本項目在竣工驗收后，也持續(xù)更新了一些設計改進。

5.1 新型辦公建筑的諧波治理問題

對于一般辦公項目，采用無功補償及電抗器對諧波均有較好的抑制作用。

由于本項目在后期采用大量LED 燈具及變頻控制設備，同時辦公桌標準配置為雙屏幕顯示器＋手提電腦等，故項目大部分用電設備均是諧波的發(fā)生源，致使部分出線回路(公共照明的出線回路)的諧波電流總畸變率(ITHD)高于150%(后面排查，和燈具質量有一定關系)，出現配電系統(tǒng)諧波過高、無功補償柜不投切等現象。 通過現場實測諧波數據，考慮諧波源比較分散的特點，采用低壓側集中治理層措施。 目前，仍處于現場數據收集以及方案制定階段。

5.2 高大空間的照明設計配合

由于限額設計原因，本項目部分功能房間需要后期改造完善，以下提到的報告廳照明設計就是后期與室內裝修單位共同完成的。

考慮到建筑美觀，裝修設計單位對大型燈具比較排斥，而寬配光曲線的燈具投射距離有限，窄配光曲線燈具布置將會很密，對照明設計提出了較大挑戰(zhàn)。 筆者團隊根據裝修的理想意向，進行了第一版的設計與照度分析，詳見圖4。

由圖4 可看出，邊緣地帶照度不足，均勻性不夠。 經過多次分析論證，在不破壞整體效果的情況下，在報告廳墻上增設燈帶以彌補邊緣照度不足的問題。

圖4 照度分析

6 結束語

每個項目的電氣設計都有其難點、特點。 筆者將會在這個項目中繼續(xù)總結，持續(xù)改進，希望在日后還有更多的應用與設計點與各位同行進行分享討論，文中不足之處歡迎各位專家、同行不吝指正。