體育館建筑電氣設(shè)計(jì)要點(diǎn)探討

趙宏

（北京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司）

1 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，人民的生活也日漸富足，與此同時(shí)，人們對(duì)體育文化以及體育場(chǎng)館的需求也日漸增長(zhǎng)。對(duì)于體育館建筑而言，由于會(huì)進(jìn)行國(guó)家重大賽事的轉(zhuǎn)播，如果電力供應(yīng)不充足或電力保障不到位，斷電將會(huì)造成較大的不利影響。本文以某冬奧室內(nèi)競(jìng)賽場(chǎng)館為例，介紹體育館建筑電氣的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

2 項(xiàng)目概況

2.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)要

本項(xiàng)目是北京2022年冬季奧運(yùn)會(huì)冰球項(xiàng)目的比賽場(chǎng)館（見圖1）?？偨ㄖ娣e9783m2，擴(kuò)建部分面積13726m2，功能為冰球訓(xùn)練場(chǎng)地及賽時(shí)管理用房；原建筑面積84110㎡，功能為冰球比賽場(chǎng)地及賽時(shí)需求配套的功能房間。其中，地上建筑面積68415m2，原建筑面積59640m2，擴(kuò)建建筑面積8775m2；地下建筑面積29421m2，原建筑面積24470m2，擴(kuò)建建筑面積4951m2。建筑主要功能：冬奧會(huì)男/女冰球比賽、訓(xùn)練及附屬功能，冬殘奧會(huì)冰車冰橇比賽。建筑層數(shù)：地上4層，地下1層。建筑高度：改造主館建筑檐口為31.836m，擴(kuò)建訓(xùn)練館建筑檐口為12.6m。

圖1 國(guó)家體育館夜景

2.2 項(xiàng)目技術(shù)對(duì)比

由于電力的重要影響作用，體育館建筑用電指標(biāo)是體育館建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中基礎(chǔ)的考慮因素。原設(shè)有1600kW柴油發(fā)電機(jī)組，其機(jī)房設(shè)在首層1＃變電室旁邊，當(dāng)一路市電失電跳閘后，發(fā)電機(jī)空載啟動(dòng)備用，當(dāng)二路市電均失電跳閘后，保證發(fā)電機(jī)在15S之內(nèi)自動(dòng)投入帶負(fù)載運(yùn)行。發(fā)電機(jī)供電回路與市電供電回路設(shè)有機(jī)械聯(lián)鎖，以防向市電網(wǎng)倒送電。

2.3 變配電所和柴油發(fā)電機(jī)房布置

冰球場(chǎng)館的中間部分為冰球比賽項(xiàng)目場(chǎng)地，外圍往往為功能性區(qū)域。因此，變配電室往往位于場(chǎng)館邊緣，并且距離電力負(fù)載量較大的區(qū)域較遠(yuǎn)。為防止因場(chǎng)館面積過(guò)大以及負(fù)荷分散等原因?qū)е碌碾娏?yīng)不足問(wèn)題，在確定變配電所和柴油發(fā)電機(jī)房的位置及數(shù)量時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分綜合六種因素：

①市政電源進(jìn)線位置；

②體育館建筑平面布局；

③防火分區(qū)；

④供電半徑；

⑤能源中心；

⑥運(yùn)行維護(hù)。

3 供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 負(fù)荷分級(jí)

體育館建筑的電力負(fù)荷等級(jí)分級(jí)應(yīng)當(dāng)參照兩類要素：①體育建筑的等級(jí)；②體育建筑的使用要求。具體而言，體育館建筑的電力負(fù)荷等級(jí)可以分為三類（見表1）。

表1 負(fù)荷分級(jí)表

3.2 變配電系統(tǒng)

為防止出現(xiàn)因供電穩(wěn)定性下降導(dǎo)致的電力供應(yīng)不足現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)根據(jù)體育建筑的負(fù)荷分級(jí)制定相應(yīng)的保障措施。

1）供電電源

為防止出現(xiàn)一級(jí)負(fù)荷供電不足的現(xiàn)象，電源分別引自安慧站110kV變電站及南泥溝站110kV變電站。采用10kV電纜由上述兩個(gè)變電站分別各引一路引入國(guó)家體育館電纜分界室，10kV電纜為中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地系統(tǒng)。

高壓電纜分界室設(shè)在首層，設(shè)有層高2.2m的電纜夾層，兩組兀接柜分別向1#變電室內(nèi)的高壓柜供電。

變電室：原場(chǎng)館設(shè)置兩個(gè)10kV變電室。其中1#主變電室設(shè)在首層南側(cè)，設(shè)置2臺(tái)1600KVA變壓器、2臺(tái)1250KVA變壓器和1臺(tái)800KVA變壓器；2#分變電室設(shè)在地下一層北側(cè)，設(shè)置2臺(tái)1250KVA變壓器和1臺(tái)800KVA變壓器。1#變電室設(shè)有2.2m的電纜夾層，進(jìn)出線下進(jìn)下出為主，2＃變電室不設(shè)架空層，進(jìn)出線電纜采用上進(jìn)上出的方式。

副館設(shè)置專用變配電室，采用2臺(tái)2000KVA變壓器，進(jìn)出線下進(jìn)下出為主，下設(shè)2.2m高電纜夾層。原場(chǎng)館總裝機(jī)容量9800KVA。冬奧會(huì)賽前擬在訓(xùn)練館增加變配電室，安裝2臺(tái)2000KVA變壓器，為制冰及新建訓(xùn)練館供電。進(jìn)出線以下進(jìn)下出為主，下設(shè)2.2m高電纜夾層。

2）場(chǎng)地照明

為防止出現(xiàn)比賽期間場(chǎng)地照明供電不足的現(xiàn)象，可以將移動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)作為第三路電源。需要注意的是，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)為其預(yù)留充足的接口。雙電源供電應(yīng)當(dāng)被作為比賽場(chǎng)地照明末端所采用的主要供電方式，就后備電源而言，可以采用在線式UPS。同時(shí)，該電源的供電時(shí)長(zhǎng)應(yīng)當(dāng)超過(guò)20min，否則將難以保證一路電源斷電后的照明亮度需求。

3）系統(tǒng)運(yùn)行

通常情況下，兩路10kV市電同時(shí)供電時(shí)，10kV側(cè)及0.4kV低壓母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)不會(huì)均處于閉合狀態(tài)。其中，分列運(yùn)行往往是兩段母線的運(yùn)行方式，采用手動(dòng)聯(lián)絡(luò)的部分主要有三個(gè)：

①0.4kV低壓側(cè)；

②10kV變壓器；

③10kV側(cè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)。

如果每對(duì)變壓器都能保持正常運(yùn)轉(zhuǎn)，末端雙電源自動(dòng)切換開關(guān)將不會(huì)自動(dòng)投切。如果兩臺(tái)變壓器均出現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)不正常的現(xiàn)象，柴油發(fā)電機(jī)將會(huì)收到失電信號(hào)，并在不超過(guò)20s的時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)控制器[1]。

4 場(chǎng)地照明設(shè)計(jì)

4.1 光源選擇及燈具布置

對(duì)體育館建筑的電氣設(shè)計(jì)而言，其主要目的在于保證體育館內(nèi)的照明系統(tǒng)能夠時(shí)刻處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)。為此，在對(duì)體育館照明系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)體育館建筑的等級(jí)確定照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)其使用功能以及所涵蓋的體育項(xiàng)目種類確定具體所需的照明燈具數(shù)量，從而在保證場(chǎng)地單位功率密度適當(dāng)?shù)那闆r下防止出現(xiàn)資源浪費(fèi)以及運(yùn)行成本過(guò)高的現(xiàn)象。在比賽場(chǎng)館內(nèi)，為保證照明系統(tǒng)亮度并減少能耗，屋頂應(yīng)當(dāng)以網(wǎng)架結(jié)構(gòu)為主，并配備數(shù)量充足的LED光源（見圖2）。由于現(xiàn)場(chǎng)觀看比賽和電視轉(zhuǎn)播比賽對(duì)場(chǎng)館內(nèi)的亮度具有較高的要求，為保證場(chǎng)館內(nèi)照度能夠達(dá)到較高水平，本文以U代替場(chǎng)館內(nèi)照度均勻度，并按照U=最小照度/最大照度進(jìn)行計(jì)算。如果場(chǎng)館內(nèi)主攝像機(jī)垂直平均照度為2100lx，輔攝像機(jī)垂直平均照度為1500lx，則U應(yīng)當(dāng)既不小于0.7，又不大于0.9。

圖2 冰球場(chǎng)館內(nèi)部照明

4.2 照度計(jì)算

確定體育館照明方案時(shí)，應(yīng)當(dāng)著重考慮五類因素:

①亮度分布；

②照度水平；

③眩光限制；

④各功能區(qū)域照明的控制要求；

⑤照度均勻度。

為更合理、準(zhǔn)確地計(jì)算出體育館照度，往往會(huì)在BIM技術(shù)以及三維照明設(shè)計(jì)軟件中選擇某一種進(jìn)行計(jì)算（見表2、表3）。

表2 賽場(chǎng)地照度標(biāo)準(zhǔn)

I:健身、業(yè)余訓(xùn)練；Ⅱ：業(yè)余比賽、專業(yè)訓(xùn)練；Ⅲ：專業(yè)比賽；Ⅳ：TV轉(zhuǎn)播國(guó)家比賽、國(guó)際比賽；Ⅴ：TV轉(zhuǎn)播重大國(guó)家比賽、重大國(guó)際比賽；Ⅵ：HDTV轉(zhuǎn)播重大國(guó)家比賽、重大國(guó)際比賽。Eh：水平照度；EV：垂直照度；Evmai：主攝像機(jī)方向垂直照度；EvAUX：輔攝像機(jī)方向垂直照度。

表3 主要房間或場(chǎng)所照明設(shè)備技術(shù)參數(shù)

5 高大空間的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通過(guò)分析相關(guān)案例以及國(guó)家相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求規(guī)范可以發(fā)現(xiàn)，如果體育館建筑內(nèi)部空間高度在10m以上，在設(shè)計(jì)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)及確定火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警裝置時(shí)，不能僅僅以一種火災(zāi)參數(shù)作為確定火災(zāi)探測(cè)器的標(biāo)準(zhǔn)，最少應(yīng)當(dāng)選用兩種。具體而言，在設(shè)計(jì)該系統(tǒng)和確定所使用的裝置時(shí)，應(yīng)當(dāng)將空氣采樣檢測(cè)裝置與圖像型探測(cè)器結(jié)合使用，從而充分提升系統(tǒng)的有效性和準(zhǔn)確性。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，由于體育館建筑內(nèi)部的功能比較繁雜，并且內(nèi)部空間差異較大，使得該類建筑電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具備較強(qiáng)的復(fù)雜性和重要性。為使體育館建筑的電氣設(shè)計(jì)更加科學(xué)合理，并且可靠性更強(qiáng)，尤其應(yīng)當(dāng)詳細(xì)考慮火災(zāi)及雷電因素對(duì)供電系統(tǒng)可能造成的各種不利影響，從而為體育館建筑的電力供應(yīng)提供穩(wěn)固保障。