秦志遠(yuǎn)
(廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司,廣州 510010)
帶有上蓋物業(yè)開發(fā)的蓋下車輛段是目前軌道交通主推的車輛段建設(shè)模式,滿足了以公共交通為導(dǎo)向的開發(fā)(Transit-Oriented Development,TOD)模式[1]。
車輛段上蓋物業(yè)開發(fā)的必要性源自城市土地資源的稀缺與車輛段占地面積大之間的矛盾。因此從空間立體方式上想辦法,來合理利用這一龐大的城市用地確實(shí)更符合城市可持續(xù)發(fā)展的理念[2]。由于增加了上蓋物業(yè)開發(fā),地上建筑轉(zhuǎn)為了蓋下建筑,部分室外道路改為蓋下道路,項(xiàng)目對(duì)消防疏散、通風(fēng)排煙以及防雷接地等都需要遵循更嚴(yán)格的規(guī)范[3]。因此,蓋下車輛段的設(shè)計(jì)工作相比于普通車輛段更加復(fù)雜。基于此,本文結(jié)合作者在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)并結(jié)合國內(nèi)類似項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思路在變電所選址、配電綜合路由設(shè)置、蓋下智能低壓系統(tǒng)、智能及分區(qū)照明控制、綜合接地防雷系統(tǒng)、消防應(yīng)急疏散指示設(shè)計(jì)、咽喉區(qū)燈具設(shè)置等方面進(jìn)行分別闡述和效果分析。
蓋下車輛段與普通車輛段一致,從變電所0.4 kV低壓開關(guān)柜饋電開關(guān)下口起至末端配電及照明設(shè)備均為低壓配電專業(yè)的設(shè)計(jì)范圍。主要包括以下內(nèi)容:電氣火災(zāi)、消防電源監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì);動(dòng)力配電、控制設(shè)計(jì);照明配電、控制設(shè)計(jì);應(yīng)急照明及疏散指示系統(tǒng)設(shè)計(jì);相關(guān)設(shè)備的選型及安裝設(shè)計(jì);低壓電纜、管線選型及敷設(shè)設(shè)計(jì);防雷接地安全設(shè)計(jì);節(jié)能設(shè)計(jì)。
低壓配電系統(tǒng)應(yīng)安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、維護(hù)方便,并具有一定的靈活性。
低壓配電系統(tǒng)采用220/380 V三相四線制系統(tǒng)(TN-S系統(tǒng))。消防設(shè)備與非消防設(shè)備自變電所低壓柜出線起分開供電,自成系統(tǒng)。非消防設(shè)備在火災(zāi)工況下自動(dòng)切除[4]。
降壓變電所是整個(gè)車輛段的能源源頭。變電所選址會(huì)極大地影響供配電線路的工程量。在車輛段設(shè)計(jì)中,變電所的數(shù)量和選址一般由低壓配電專業(yè)來明確。
對(duì)于車輛段的低壓配電專業(yè)設(shè)計(jì)來說,初步設(shè)計(jì)階段就要有宏觀設(shè)計(jì)思維,根據(jù)負(fù)荷的分布情況和建筑總平面設(shè)置情況來決定400 V降壓變電所的數(shù)量和位置。
在決定降壓變電所位置時(shí),應(yīng)當(dāng)遵循以下原則[5]:(1)降壓所要靠近用電負(fù)荷集中處,因此一般將變電所設(shè)置在綜合樓一樓(弱電設(shè)備多)和檢修庫的輔跨(工藝設(shè)備多);(2)有條件的降壓所盡量與牽引所合設(shè),即設(shè)置牽引混合所,以減少建筑單體數(shù)量;(3)進(jìn)出線和設(shè)備吊裝運(yùn)輸方便。
除此之外,相較于普通車輛段,蓋下車輛段相對(duì)于這層蓋板來說,算是地下部分。因此應(yīng)當(dāng)考慮蓋上蓋下的環(huán)境因素對(duì)變電所位置的制約。例如變電所對(duì)溫濕度的要求會(huì)影響通風(fēng)設(shè)計(jì)。因此需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境,與土建及其他專業(yè)協(xié)作,合理決定蓋下變電所位置。
同時(shí)由于增加了物業(yè)開發(fā),遠(yuǎn)期物業(yè)開發(fā)部分的用電是否從蓋下站場(chǎng)引來,或者物業(yè)開發(fā)變電所是否也要考慮設(shè)置在蓋下,也是低壓專業(yè)需要跟蓋上低壓專業(yè)、變電專業(yè)配合的情況。
2.2.1 室外配電綜合管網(wǎng)
決定好變電所設(shè)置情況后,應(yīng)當(dāng)首先進(jìn)行整體的配電路由設(shè)計(jì)并宜將路由盡可能的接入室外綜合管廊系統(tǒng)。具體就是與高壓、弱電等專業(yè)合理地進(jìn)行共管廊敷設(shè)[6]。
在進(jìn)行室外共管廊敷設(shè)時(shí)候需要根據(jù)低壓配電的電纜類型來區(qū)別對(duì)待??梢源笾掳训蛪号潆妼I(yè)線纜分為動(dòng)力線纜和信號(hào)線纜,信號(hào)電纜中非消防信號(hào)纜有智能照明控制總線。消防相關(guān)信號(hào)纜有消防電源監(jiān)控系統(tǒng)總線、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)總線、消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)總線。具體敷設(shè)及接入綜合管廊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則如下。
(1)室外低壓配電的動(dòng)力電纜
由于低壓配電的線路是從變電所放射出來的,因此室外動(dòng)力管線的干線可以與供電的廊道進(jìn)行合設(shè)。部分支線無法與供電廊道合設(shè)置的可以單獨(dú)做排管。
在廊道內(nèi)的低壓電力電纜應(yīng)當(dāng)采用鎧裝電纜,增加抗破壞能力,防止鼠類等動(dòng)物破壞。廊道內(nèi)的消防干線應(yīng)當(dāng)分設(shè)在電纜廊道的兩側(cè),其中消防干線應(yīng)當(dāng)采用礦物絕緣電纜。與供電高壓線路共同敷設(shè)的電纜廊道剖面圖參考如圖1所示。
圖1 與供電合設(shè)的電力廊道
(2)室外低壓配電的信號(hào)電纜
智能照明系統(tǒng)、消防電源監(jiān)控系統(tǒng)、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)等室外信號(hào)電纜,優(yōu)先走弱電管廊(需要弱電專業(yè)和室外管綜專業(yè)的配合),以減少信號(hào)干擾。如確有困難無法走弱電管廊,也可以在增加屏蔽措施后與低壓共管廊。但要嚴(yán)格遵從弱電管線敷設(shè)的規(guī)范。
將這些低壓配電設(shè)計(jì)范圍的電力電纜和弱電信號(hào)電纜路徑及敷設(shè)要求需求統(tǒng)一提資給綜合管線專業(yè),配合形成室外綜合管廊。與其他弱電專業(yè)合設(shè)的弱電管廊剖面圖參考如圖2所示。
圖2 與其他專業(yè)合設(shè)的弱電廊道
(1)設(shè)計(jì)中面臨問題
如果車輛段運(yùn)用庫、檢修庫放置在了蓋下,那么車輛段運(yùn)用庫和檢修庫內(nèi)通常需要設(shè)置機(jī)械排煙系統(tǒng),風(fēng)機(jī)多且分布分散,需要設(shè)置大量橋架,敷設(shè)路徑復(fù)雜。
運(yùn)用庫、檢修庫凈空高度高,工藝設(shè)備數(shù)量多,配電箱分布分散,如果采用單一橋架方式,則電纜需要從高橋架下到配電箱,不便于敷設(shè)配電箱的進(jìn)線電纜。同時(shí)大庫內(nèi)橋架下行到配電箱需要避開起重機(jī)等,施工復(fù)雜度高。
(2)解決思路
運(yùn)用庫、檢修庫內(nèi)的排煙風(fēng)機(jī)直接采用礦物絕緣電纜供電,礦物絕緣電纜可直接明敷,可不走橋架,降低了橋架的布置復(fù)雜度。運(yùn)用庫、檢修庫內(nèi)增設(shè)電纜溝,能夠直接從電纜溝敷設(shè)到配電箱的直接從電纜溝經(jīng)由地坪埋管敷設(shè)到配電箱,不再繞行橋架。部分不能直接地坪敷設(shè)到位的,再經(jīng)由橋架敷設(shè)。也減少了非消防橋架的布置復(fù)雜度。
綜上兩個(gè)方式都是為了減少高大庫房內(nèi)的橋架敷設(shè)。
建議蓋下車輛段的運(yùn)用庫和檢修庫都可以采用電纜溝(主)+橋架(備)的綜合輻射模式,主干線為電纜溝。橋架主要為“頂上”的用電設(shè)施進(jìn)行配電,例如風(fēng)閥和照明燈具;橋架也可以作為電纜溝的有效補(bǔ)充,利用橋架更靈活、更不受土建制約的優(yōu)點(diǎn),用于后期新增用電設(shè)備的配電[7]。
不帶上蓋的車輛段由于通風(fēng)條件好,風(fēng)機(jī)風(fēng)閥數(shù)量少,都是直接通過FAS、BAS直接監(jiān)控風(fēng)機(jī)、風(fēng)閥等設(shè)備,一般無需設(shè)置智能低壓系統(tǒng)。
帶有上蓋的車輛段類似車站的設(shè)備區(qū),檢修庫、運(yùn)用庫、咽喉區(qū)等常常是需要設(shè)置機(jī)械排風(fēng)、排煙的,因此環(huán)控專業(yè)在蓋下庫房和蓋下咽喉區(qū)會(huì)設(shè)有大量風(fēng)機(jī),并有與各個(gè)風(fēng)機(jī)連鎖的風(fēng)閥。風(fēng)機(jī)和風(fēng)閥數(shù)量多、控制模式復(fù)雜,直接通過FAS、BAS來監(jiān)控風(fēng)機(jī)和風(fēng)閥變得無比復(fù)雜[8]。
因此在滿足規(guī)范的前提下,蓋下車輛段在環(huán)控電控室內(nèi)設(shè)置智能低壓裝置對(duì)風(fēng)機(jī)及風(fēng)閥進(jìn)行統(tǒng)一配電和集中控制,降低了FAS、BAS系統(tǒng)復(fù)雜性,簡(jiǎn)化了AS、BAS與低壓專業(yè),F(xiàn)AS、BAS與通風(fēng)專業(yè)的接口。智能低壓系統(tǒng)功能強(qiáng),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)配電回路的測(cè)量、監(jiān)視、故障報(bào)警和預(yù)報(bào)警等功能。同時(shí),接線簡(jiǎn)單,通過通信口與上位監(jiān)控系統(tǒng)BAS接線。同時(shí)可實(shí)現(xiàn)各種電機(jī)不同的啟動(dòng)控制方式[9-10]。
圖3 帶有智能低壓的環(huán)控電控柜組
2.4.1 整體智能照明設(shè)計(jì)
普通車輛段和蓋下車輛段目前都建議設(shè)置智能照明系統(tǒng)。整套系統(tǒng)分別將照明配電箱內(nèi)的控制模塊用現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行連通,構(gòu)成環(huán)路,可在車輛段DCC控制室、安防中心或主門衛(wèi)等區(qū)域進(jìn)行遠(yuǎn)程集中控制,也可通過分布在車輛段各處的控制面板進(jìn)行就地控制[11]。
室外路燈、景觀燈、大庫房內(nèi)燈都宜納入智能照明系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能和遠(yuǎn)程、自動(dòng)控制,降低能耗。建議運(yùn)營部門設(shè)置合理的照明管理模式,進(jìn)一步節(jié)約能源。
2.4.2 庫內(nèi)功能區(qū)分區(qū)設(shè)置照明
不管是普通車輛段還是蓋下車輛段目前都在積極推行庫內(nèi)分區(qū)照明,目的是滿足照度要求的同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。
傳統(tǒng)的大庫房燈具的布置和控制模式無法實(shí)現(xiàn)根據(jù)功能區(qū)域功能來設(shè)置燈具數(shù)量和靈活控制燈具開閉的效果。燈具只是按照均勻分布原則布滿整個(gè)庫房。
更為合理的設(shè)置是按照大庫內(nèi)不同功能區(qū)域的照度要求設(shè)置燈具數(shù)量和燈具回路,做到燈具布置與功能分區(qū)相結(jié)合,燈具開關(guān)獨(dú)立區(qū)域獨(dú)立控制。設(shè)計(jì)時(shí)不同功能分區(qū)的燈具由智能照明控制箱不同的回路供電,可以獨(dú)立地開閉。運(yùn)營人員既可以根據(jù)工作日程通過智能照明主控制器對(duì)相應(yīng)區(qū)域照明進(jìn)行智能控制,也可以通過設(shè)置在各庫房門口的控制面板就地對(duì)某個(gè)區(qū)域的燈具進(jìn)行控制。
相比較于普通車輛段,蓋下車輛段蓋板以上遠(yuǎn)期是有物業(yè)開發(fā)的。上蓋物業(yè)開發(fā)本身也需要進(jìn)行防雷接地設(shè)計(jì),這就給蓋下車輛段防雷和接地系統(tǒng)提出了新要求。
(1)蓋板防雷系統(tǒng)
一般來說蓋下車輛段和蓋上的物業(yè)開發(fā)不會(huì)同期實(shí)施的,也就是蓋下車輛段需要先行建設(shè)施工。
因此在上蓋物業(yè)開發(fā)開始前,為了保護(hù)蓋下車輛段內(nèi)設(shè)備和人員的安全,需要對(duì)整個(gè)蓋板進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)。低壓配電專業(yè)需要設(shè)置接閃器,并與結(jié)構(gòu)專業(yè)配合做好引下線埋設(shè)。
(2)蓋下接地系統(tǒng)
不帶上蓋的車輛段的接地主要是滿足各個(gè)單體的防雷需要。帶有上蓋物業(yè)開發(fā)的蓋下車輛段接地系統(tǒng)除了需要滿足蓋下單體建筑內(nèi)的接地要求之外還要滿足整個(gè)蓋板物業(yè)開發(fā)的接地要求。低壓配電設(shè)計(jì)在整合兩個(gè)需求后進(jìn)行綜合考慮設(shè)置蓋下接地網(wǎng)[12]。
(1)疏散路徑
由于帶有蓋板,蓋下車輛段的建筑不再是一個(gè)個(gè)孤立的單體,疏散路徑不再是以疏散到單體門外作為疏散的終點(diǎn)。帶有上蓋的車輛段有更加復(fù)雜的疏散通道、消防車道以及蓋板安全出口設(shè)置。這些都影響了最終疏散的路徑。
基本原則是以最近的路徑疏散到蓋外或者疏散到建筑設(shè)計(jì)設(shè)置的安全出口處。同時(shí)低壓配電設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)注意帶電區(qū)域圍欄的設(shè)置,疏散路徑應(yīng)當(dāng)避免被圍欄阻隔[13]。低壓配電專業(yè)設(shè)置的疏散照明燈具布置分布及疏散指示系統(tǒng)指示的疏散方向都應(yīng)當(dāng)與建筑專業(yè)的疏散路線密切配合、保持一致[14]。
(2)設(shè)備選擇
蓋下咽喉區(qū)、高大庫房內(nèi),由于凈空高度高,應(yīng)當(dāng)靈活使用大型疏散指示標(biāo)識(shí),以達(dá)到疏散指示的視覺連續(xù)性。
由于蓋下道路也需要設(shè)置疏散指示,因此相比于傳統(tǒng)車輛段,供電的單回路路徑變長,為了避免能失效,需要采用大截面的供電線,也可合理設(shè)置分機(jī),進(jìn)行中繼信號(hào)加強(qiáng)[15]。
有上蓋的車輛段咽喉區(qū)域內(nèi)有柱子和接觸網(wǎng)等,燈具照明設(shè)置要比普通車輛段復(fù)雜。咽喉區(qū)燈具可以采用柱子側(cè)面懸掛和高處懸吊兩種方式。選擇何種燈具懸掛和布置方式根據(jù)不同情況分析如下。
(1)有接觸網(wǎng)的情況
如果有接觸網(wǎng),為了方便檢修,同時(shí)考慮到放置在接觸網(wǎng)上方的燈具可能被接觸網(wǎng)遮擋光線。那么這種情況下優(yōu)先選擇在柱子的側(cè)面懸掛。這種做法的缺點(diǎn)就是側(cè)面照射的燈具是投射燈,照射方向比較局限,需要設(shè)計(jì)時(shí)考慮到照射角度。
照射角度需要覆蓋整個(gè)軌行區(qū)尤其是道岔區(qū),同時(shí)又不可直射司機(jī)眼睛以免引起炫光[16]。燈具宜采用可調(diào)節(jié)角度的射燈。另外就是由于側(cè)面懸掛容易被柱子擋住光線,燈具數(shù)量也比吊裝要多布置一些。
(2)無接觸網(wǎng)的情況
無接觸網(wǎng)的情況下,兩種懸掛方式均可,均勻分布懸掛高處的方式照度會(huì)更均勻,也更節(jié)約燈具的數(shù)量。
不過懸掛高處的方式需要注意的是與運(yùn)營人員確認(rèn)燈具是否要避開軌道。如果運(yùn)營的檢修車是軌道式檢修車,為了方便檢修,燈具在滿足照度要求的前提下,可沿著軌道布置。如果運(yùn)營的檢修車不可以進(jìn)入軌道,那么燈具應(yīng)當(dāng)避免在軌道的正上方。
大庫內(nèi)采用橋架+電纜溝模式的立體敷設(shè)管網(wǎng),極大地節(jié)約了電纜的敷設(shè)長度、優(yōu)化了敷設(shè)路徑、降低了施工單位的施工難度。
不設(shè)置電纜溝的方案,橋架在“天上”,配電箱在“地上”,電纜需要上下游走。設(shè)置電纜溝后,配電箱的進(jìn)出線可以通過電纜溝輻射出去。據(jù)施工單位實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)測(cè)算,以建筑凈空高度8 m的檢修庫為例(400 V降壓所設(shè)置在運(yùn)用庫的運(yùn)轉(zhuǎn)綜合樓),走電纜溝比從走橋架要節(jié)約23%的電纜用量。
那么是不是就可以不設(shè)置橋架?也就是全部電纜都從電纜溝輻射出去。那當(dāng)然是不可以的。原因一是,要給“天上”的負(fù)荷進(jìn)行配電。原因二是橋架更靈活。而且電纜溝敷設(shè)的條件也很苛刻。
相對(duì)于橋架,電纜溝輻射出去的電纜需要在地坪澆筑前預(yù)埋,而且有橫穿軌道等情況時(shí)還要在機(jī)構(gòu)里預(yù)埋管。這一點(diǎn)就沒有橋架靈活了。對(duì)于用電點(diǎn)位的準(zhǔn)確度要求就高,需要其他專業(yè)提資準(zhǔn)確,因?yàn)橐坏┑仄簼仓螅瑒t不能再通過電纜溝+地坪預(yù)埋的方式進(jìn)行電纜敷設(shè)。而且后續(xù)增加用電設(shè)備時(shí),也無法進(jìn)行補(bǔ)充。
因此橋架也是需要設(shè)置的,橋架僅可為“天上”的用電負(fù)荷進(jìn)行配電,并作為備用的用電主桿路由,覆蓋到電纜溝地坪埋設(shè)無法覆蓋的地方即可。因此相較于單純用橋架的方案,也可以大量節(jié)約橋架的數(shù)量。
(1)合設(shè)變電所
通過降壓所與牽引所的合建設(shè),減少了降壓所單體的設(shè)置,相應(yīng)減少了該單體的土建造價(jià)。
(2)減少管廊數(shù)量
與供電專業(yè)合設(shè)電力廊道,低壓控制回路與弱電專業(yè)共設(shè)弱電廊道可以避免低壓廊道、排管單獨(dú)建設(shè)的投資浪費(fèi)。
電力廊道需要設(shè)置電纜溝、電力埋管需要進(jìn)行混凝土包封,這些都需要大量的土建材料,通過合理合設(shè)可以節(jié)約大量的土建材料。
分區(qū)智能照明的設(shè)置,不但優(yōu)化了燈具的控制模式,也提高了燈具的使用壽命和燈具分區(qū)供電的施行,節(jié)約了能源。具體實(shí)現(xiàn)的能源減排計(jì)算如下。
根據(jù)《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》,采用負(fù)荷系數(shù)法對(duì)項(xiàng)目年用電量進(jìn)行核算。具體公式如下:年電能消耗量=有功功率(計(jì)算容量)×年平均負(fù)荷系數(shù)×年工作時(shí)間。項(xiàng)目年工作時(shí)間按365天計(jì),照明每天按12 h計(jì)算[17]。
單獨(dú)照明用電量計(jì)算如表1所示。
表1 照明用電量計(jì)算表
續(xù)表
車輛段運(yùn)營期主要能源消耗為電,為了便于對(duì)能源進(jìn)行計(jì)算、對(duì)比和分析,需要選定某種標(biāo)準(zhǔn)燃料作為計(jì)算依據(jù),然后用各種能源實(shí)際含熱值與標(biāo)準(zhǔn)燃料熱值之比,即能源折算系數(shù),計(jì)算出各種能源折算成標(biāo)準(zhǔn)燃料的數(shù)量。根據(jù)《綜合能耗計(jì)算通則》(GB/T2589-2008),本次能耗折算采用標(biāo)準(zhǔn)煤作綜合換算指標(biāo)。
那么按照采用智能照明和分區(qū)照明后,車輛段內(nèi)總體公共區(qū)域照明按節(jié)約8%的電能消耗來計(jì)算,一年運(yùn)行下來節(jié)約的電能約為243.3×0.08=19.46萬kW·h,那么能耗折算如表2~3所示。
表2 能源消耗當(dāng)量折算統(tǒng)計(jì)表
表3 能源消耗等價(jià)折算統(tǒng)計(jì)表
蓋下車輛段設(shè)置智能低壓系統(tǒng)對(duì)大庫房內(nèi)、咽喉區(qū)的風(fēng)機(jī)及電動(dòng)風(fēng)閥進(jìn)行配電和集中控制,降低了BAS/FAS系統(tǒng)復(fù)雜性,簡(jiǎn)化了BAS/FAS與低壓專業(yè)、BAS/FAS與通風(fēng)專業(yè)的接口[18]。通過智能低壓的環(huán)控柜,風(fēng)機(jī)、風(fēng)閥的控制集成在環(huán)控柜
內(nèi),現(xiàn)場(chǎng)的操作箱不設(shè)置復(fù)雜的二次控制回路,降低了現(xiàn)場(chǎng)操作箱的造價(jià)。
本文結(jié)合作者在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)并結(jié)合國內(nèi)類似項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思路在變電所選址、配電綜合路由設(shè)置、蓋下智能低壓系統(tǒng)、智能及分區(qū)照明控制、綜合接地防雷系統(tǒng)、消防應(yīng)急疏散指示設(shè)計(jì)、咽喉區(qū)燈具設(shè)置等方面進(jìn)行分別闡述和效果分析提出一系列解決方案和解決思路,以期對(duì)后續(xù)蓋下車輛段的配電專業(yè)設(shè)計(jì)有借鑒和指導(dǎo)意義。