高層建筑電氣設(shè)計重難點及優(yōu)化措施

蘇曉波

（廣東建安消防機(jī)電工程有限公司，廣東廣州 510300）

0 引言

高層建筑電氣系統(tǒng)設(shè)計活動中，應(yīng)對建筑環(huán)境、施工成本等影響因素展開系統(tǒng)性的調(diào)研，在實際設(shè)計時必須保證設(shè)計人員秉承實事求是的工作態(tài)度，巧妙的借助科學(xué)的、合理性的設(shè)計方法展開設(shè)計工作。設(shè)計人員應(yīng)該持續(xù)性的學(xué)習(xí)各種新穎的設(shè)計方法、設(shè)計理念，以提高高層建筑物的設(shè)計質(zhì)量，對電氣系統(tǒng)的性能進(jìn)行優(yōu)化，且還應(yīng)該保證電氣系統(tǒng)的環(huán)保性能滿足現(xiàn)行規(guī)范的基本要求。

1 工程概況

本文以某大樓建設(shè)項目作為研究案例，該建筑物的總建筑面積高達(dá)7.5萬m2，地上建筑物為兩棟高層辦公大樓、4層裙房；地下結(jié)構(gòu)設(shè)計為3層式的地下車庫。其中，1#塔樓設(shè)計為19層，2#塔樓設(shè)計為15層，地下室車庫3層局部設(shè)計為人防工程。

2 原電氣設(shè)計方案

該大樓在設(shè)計過程中應(yīng)該堅持安全性、經(jīng)濟(jì)性、合理性原則。1#塔樓、裙房應(yīng)該結(jié)合綠色的三星標(biāo)識展開設(shè)計。為保證電氣系統(tǒng)的節(jié)能效果能夠達(dá)到管理要求，設(shè)計人員應(yīng)該對可再生資源予以重視，可以在裙房的屋面部位安裝176塊光伏構(gòu)件，光伏構(gòu)件的規(guī)格應(yīng)該為290Wp。分布式光伏發(fā)電的總電能為51.04kWp，配備光伏并網(wǎng)柜與GCI-50K組串式逆變器，當(dāng)逆變器發(fā)生逆變匯流以后直接與并網(wǎng)柜進(jìn)行連接，并網(wǎng)柜的出線端口與配電室進(jìn)行連接；地下室的頂部地面綠化區(qū)域設(shè)置10套導(dǎo)光筒；塔樓的屋頂、裙房屋面應(yīng)該安裝太陽能集熱板。

（1）新能源機(jī)動車充電裝置。結(jié)合我國住建部最新發(fā)布的《關(guān)于加強(qiáng)城市電動汽車充電設(shè)施規(guī)劃建設(shè)工作報告》內(nèi)容來看，對于建筑面積超過20000m2的辦公樓等大型建筑物需要配備停車場、社會公共停車場，新能源機(jī)動車充電裝置的數(shù)量不得低于總停車位的10%?？紤]到經(jīng)濟(jì)性原則的影響，該項目內(nèi)設(shè)計如下：地上停車場車位規(guī)劃為27個，地下車庫車位規(guī)劃為663個，總計690個車位；停車場配備70臺充電樁。充電樁的負(fù)荷等級全部設(shè)計為三級，供電方式設(shè)計為一個變壓器，多個停車場共同使用，電容盡可能的分布在分段母線上，充電樁選擇使用專用類型的供電線路。

（2）變配電室的位置確定、變壓器數(shù)量確定：①以負(fù)荷分布狀態(tài)進(jìn)行分析，裙房負(fù)一層設(shè)計為實驗室與機(jī)房，一樓屬于是檢測大廳，2樓是餐廳與廚房，三樓、四樓為員工活動區(qū)域，空調(diào)外機(jī)組全部安裝在裙房的屋頂區(qū)域。由此就可以發(fā)現(xiàn)，裙房區(qū)域承受的負(fù)載較為集中。②以場地分布的距離進(jìn)行分析，裙房分布在兩座塔樓之間，南側(cè)塔樓與北側(cè)塔樓供電距離可以滿足實際需求，通過計算以后得出1號塔樓與風(fēng)機(jī)之間的距離為160m，與3號樓最遠(yuǎn)的電氣設(shè)備之間的距離大概為140m，通過對電箱安裝的部位、控制開關(guān)的定值進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，能夠滿足電壓靈敏性的要求。需要對未級配電區(qū)的靈敏性進(jìn)行檢驗，電氣的末端若未進(jìn)行接地處理，一旦發(fā)生故障后，首端應(yīng)具備良好的可靠性。③以電纜敷設(shè)的線路進(jìn)行分析，借助地下一層內(nèi)安裝的橋架向各個電氣設(shè)備供電，因此設(shè)置在建筑物的地下車庫中比較合適。④以建筑物的凈高度進(jìn)行分析，因該高層建筑物地下結(jié)構(gòu)分為三層，每層基本上都達(dá)到了極限值，所以配電室設(shè)置在地下一層比較合適，由于地下一層區(qū)域的頂板未設(shè)置夾層，所以我們完全可以利用層高與兩座塔樓下方的剪力墻布設(shè)配電室，不管配電室設(shè)置在哪一側(cè)的下方，其與另一側(cè)塔樓之間的距離都不會太遠(yuǎn)。若設(shè)置兩座變電所，則不具備經(jīng)濟(jì)性原則。

3 電氣設(shè)計優(yōu)化措施

高層建筑物在交付運營過程中，其突顯出以下特點：流動人員規(guī)模龐大、火災(zāi)防范難度比較大、人員疏散難度比較大。在對電氣系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計時，應(yīng)該結(jié)合用戶的實際訴求及用電負(fù)荷的差異展開工作，嚴(yán)格的按照國家管理規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)，對用電負(fù)荷進(jìn)行等級劃分[1]。

3.1 配電方式的選擇及優(yōu)化

對于消防電氣設(shè)備、部分比較重要的電氣設(shè)備而言，可以使用多回路放射式電纜，電纜的末端需作特別的處理，然后進(jìn)行供電，這樣可以保證供電的可靠性。該高層建筑物的各樓層用電比較均勻，計算流量相對比較大，所以應(yīng)該選擇使用密集型母線進(jìn)行供電，逐層設(shè)置插接箱進(jìn)行供電。

3.2 電纜選擇及敷設(shè)

結(jié)合《民用建筑設(shè)計規(guī)范》第7.4.1條進(jìn)行分析：“一類高層建筑物應(yīng)該優(yōu)先選擇低煙聚乙烯線纜或是無煙無鹵線纜”；此外在13.10.4條中提及到：“消防設(shè)備、供電線路、控制線路的選擇，需滿足以下基本要求：火災(zāi)預(yù)警管理系統(tǒng)保護(hù)的對象應(yīng)該是一級建筑物，一級建筑物中的消防設(shè)備、供電線路、分支線路應(yīng)該選擇使用絕緣電纜，當(dāng)線路敷設(shè)滿足防火等級要求的情況下，可以選擇使用有機(jī)絕緣電纜”[2]。《建筑設(shè)計防火規(guī)范》第10.1.10條要求到：“在建筑環(huán)境存在一定的局限性時，面對消防線路、配電線路使用同一個檢查井埋設(shè)情況，消防線路應(yīng)該使用絕緣類型不燃性電纜[3]。

結(jié)合以上介紹，將該項目中的電纜全部選擇使用阻燃低煙無鹵聚乙烯線纜，通過計算出每米電纜的材料體積，確定出檢查井中的主干線使用A級阻燃，分支線路選擇使用B級阻燃，末端線路使用C級阻燃。對于單獨敷設(shè)的消防線路可以選擇使用偏柔性電纜，線纜的外層應(yīng)該具備以下要求：無煙、無鹵、絕緣。柔性線纜的施工難度相對比較小，采購成本非常低，常使用在應(yīng)急通信、消防專用通訊等場景中。

線路敷設(shè)問題，該高層建筑物中使用的礦物絕緣電纜全部都是利用梯架進(jìn)行敷設(shè)，有機(jī)絕緣電纜利用防火橋架進(jìn)行敷設(shè)，這樣敷設(shè)可以確保大樓在發(fā)生火災(zāi)的情況下，線路的安全性能夠得到保證。非消防電纜全部使用無蓋有孔類型的橋架，有利于電纜散熱。

3.3 照明節(jié)能設(shè)計

地下車庫環(huán)境內(nèi)的照明度至少為30lx，行車道照明度招商為50lx。行車道兩側(cè)的照明設(shè)備應(yīng)該選擇使用回路配電，通道沿線設(shè)置應(yīng)急照明燈，應(yīng)急照明燈應(yīng)該是由應(yīng)急照明箱單獨進(jìn)行供電，日間時段可以依靠主電源進(jìn)行供電，保證燈具持續(xù)照明，停車位照明燈可以利用感應(yīng)器進(jìn)行控制[4]。

地上環(huán)境內(nèi)的公共場所全部使用LED燈源，樓道間、樓梯轉(zhuǎn)角部位可以設(shè)置紅外線控制開挖；衛(wèi)生間、開水房等可以使用紅外干控制開關(guān)；大廳、電梯、走廊、餐廳應(yīng)該使用智能化控制系統(tǒng)，根據(jù)場景的實際需求進(jìn)行控制。

高層建筑物中的辦公區(qū)域一般都是使用LED燈源，其照明形式主要是一般照明與局部照明混合構(gòu)成，通常都是利用智能照明控制系統(tǒng)予以控制，系統(tǒng)會根據(jù)室內(nèi)外光照強(qiáng)度對照明效果進(jìn)行調(diào)整，局部照明可以使用人工控制開關(guān)。

3.4 裝配式電氣管線布置的優(yōu)化

該項目中的1號塔樓的5～17層設(shè)計的是裝配式混凝土施工技術(shù)，這種技術(shù)意味著施工過程中會使用到諸多的預(yù)制混凝土構(gòu)件，例如，預(yù)制樓梯、預(yù)制隔斷墻、預(yù)制樓板等等。為了能夠降低前期預(yù)埋管線對預(yù)制構(gòu)件的裝配質(zhì)量影響，我們只對火災(zāi)報警系統(tǒng)、應(yīng)急照明系統(tǒng)作暗敷處理，其他非消防設(shè)備全部在首次裝修施工時，敷設(shè)在疊合板下70mm的現(xiàn)澆層中。一般性的PVC管材可以輕易的穿過桁架筋，但是消防設(shè)備全部使用金屬導(dǎo)管，在實際敷設(shè)的過程中，金屬導(dǎo)管的角度調(diào)整難度比較大。若管線需要交叉進(jìn)行布設(shè)時，其保護(hù)層的厚度難以達(dá)到30mm，所以我們可以將消防預(yù)警、應(yīng)急照明的線路敷設(shè)在疊合板的接縫部位，疊合板接縫部位的現(xiàn)澆段寬度為30cm、厚度為12cm，完全可以并排敷設(shè)JDG、接線盒，且施工非常便捷。樓道間的控制面板、疏散指示燈、消防應(yīng)急報警器全部設(shè)計在休息區(qū)域，通過垂直布線的方式進(jìn)行敷設(shè)，以此就不需要設(shè)置在疊合板的預(yù)制層中[5]。ALC預(yù)制隔斷墻、預(yù)制樓梯施工之前，施工人員應(yīng)該提前將管線預(yù)埋工作完成，保證預(yù)制構(gòu)件后期施工順利進(jìn)行。疊合板的接縫可以參照下圖中信息所示。

3.5 變壓器臺數(shù)確定

通過全面的研究分析以后，將變壓器設(shè)計在裙房的地下一層中，在-1F區(qū)域設(shè)置配電室，結(jié)合設(shè)計圖紙來看，地下車庫的總面積為3.2萬m2，大約占整個項目建筑面積43%。結(jié)合企業(yè)的業(yè)務(wù)發(fā)展特征，該公司旗下的子公司與集團(tuán)總部之間的交流比較頻繁，2號塔樓存在對外出租的可能性，所以該項目中配備4臺SC（B）13-1250kVA干式變壓器（2臺負(fù)責(zé)1號塔樓、地下車庫、裙房，剩下2臺負(fù)責(zé)2號塔樓、地下車庫局部區(qū)域、充電樁）。在經(jīng)過供電需求分析以后，在市政道路的綠化區(qū)域新建一座開閉所，兩路獨立式的電源線路沿著綠化帶直接連接負(fù)1層橋架至配電室，以此完整該項目中室外區(qū)域的所有線路敷設(shè)，為后期的施工、維護(hù)提供巨大的便利。

3.6 電動汽車充電設(shè)施

（1）為避免出現(xiàn)因充電樁、蓄電池而引發(fā)的火災(zāi)安全事故，對地下車庫內(nèi)安裝的充電樁應(yīng)該設(shè)置額外的限制條件。結(jié)合《電動汽車分散充電設(shè)施工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51313—2018）中管理要求來看，新建地下車庫安裝的充電設(shè)備應(yīng)該分布在同一個防火區(qū)域內(nèi)；假若設(shè)置在地下環(huán)境中時，應(yīng)該盡可能的設(shè)置在地下車庫的第一層，不宜安裝在地下四層以下?！峨妱悠嚦鋼Q電設(shè)施系統(tǒng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》中要求對于額定電流小于32A的充電樁設(shè)備應(yīng)該安裝在充電站、電池更換站、停車庫中，不得隨意安裝在其他場所。且還規(guī)定到：地下停車庫到每個消防單元中，充電樁的數(shù)量不得超過12個，消防單元的出入口應(yīng)該避開車輛，并設(shè)置特級防火卷簾門進(jìn)行分隔，防火單元的樓板、隔墻防火等級不得低于1.5h。

（2）針對于電擊防護(hù)問題，我國現(xiàn)行管理規(guī)范《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》（JGJ 16—2018）中明確的要求到：凡使用以下設(shè)備，其配備的線路全部需要設(shè)置電流防護(hù)措施：①手持式電氣設(shè)備、移動式電氣設(shè)備。②公告場所露天環(huán)境下使用的電氣設(shè)備。露天環(huán)境下的充電樁全部需要設(shè)置電流保護(hù)器RCD，這屬于是為了防護(hù)個體遭受電擊，一般情況下，電流保護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)值為30mA瞬動。需要特別提及到的一點是，充電設(shè)備含有一定的脈動直流電流，所以應(yīng)該使用A型RCD，不可以選擇使用AC型RCD。結(jié)合《電動汽車交流充電樁技術(shù)條件》（NB/T 33002—2020）中管理要求來看，電流保護(hù)裝置應(yīng)該設(shè)置在供電電纜進(jìn)電端的側(cè)向，產(chǎn)品說明書中明確的備注到充電樁結(jié)構(gòu)中已經(jīng)安裝RCD電流保護(hù)器，電源配電箱控制開關(guān)部位還應(yīng)該額外的安裝RCD電流保護(hù)器。結(jié)合《電動汽車分散充電設(shè)施工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51313—2018）中要求來看，交流電流充電樁的電流保護(hù)器所對應(yīng)的型號規(guī)格應(yīng)該與充電樁內(nèi)置的電流保護(hù)器RCD保持一致。③露天環(huán)境下，無電位環(huán)境的充電樁設(shè)備需要在停車位上設(shè)置等電位平衡線，電位平衡線使用熱鍍鋅鋼管加工而成，鋼管的規(guī)格尺寸為25mm×4mm，需深入底層以下0.15～－0.3m，這種設(shè)計可以保證在電流保護(hù)器失效后，人體接觸到的電流保持在一個安全范圍以內(nèi)，不會對人體造成較大的傷害。

3.7 關(guān)于備用電源的設(shè)想

考慮到后期整個建筑物對于供電的需求會增大，相應(yīng)的供電穩(wěn)定性要求也會提供，所以，高層建筑物應(yīng)該配備必要性的備用電源，鑒于此，本文提出以下兩種建議。

（1）配備蓄電池組。該高層建筑物使用220V浮充電方式，當(dāng)雙路控制電源全部處于斷電狀態(tài)時，供電系統(tǒng)會立刻進(jìn)行逆變處理以后，向指定線路提供電能。例如，臨時照明、通訊控制電源、安全監(jiān)測供電等地。若蓄電池的容量可以滿足實際需求，可以喂電氣提供臨時電源，例如，電梯控制電源。這種設(shè)計方案最大的特點是不會產(chǎn)生較大的噪聲，可以保證電氣在短時間恢復(fù)供電。正常情況下，還能向通訊設(shè)備供電，其缺陷為前期需要投入較大的成本，且后期維護(hù)工作比較麻煩。

（2）配備備用發(fā)電機(jī)。雖然配備一個備用的發(fā)電機(jī)不具備經(jīng)濟(jì)性原則，但是在設(shè)計過程中可以選擇功率偏大、性能偏高的鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)、電梯電機(jī)，并配備柴油發(fā)動機(jī)，通過配線組裝為一個發(fā)電機(jī)組，在常規(guī)運行狀態(tài)下，可以使用既有的電動功能，在出現(xiàn)事故狀態(tài)下系統(tǒng)可以切換使用發(fā)電功能。

4 結(jié)語

綜上所述，在設(shè)計高層建筑物的電氣系統(tǒng)時，應(yīng)該滿足建筑物的實用性、施工經(jīng)濟(jì)性、電氣先進(jìn)性原則，實際進(jìn)行過程中需保證建筑物自身的需求得到滿足，對電器系統(tǒng)進(jìn)行合理的優(yōu)化設(shè)計，提高對建筑電氣材料的考察力度，重視空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)、建筑物照明系統(tǒng)的設(shè)計，保證供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，借助科學(xué)化、先進(jìn)化的設(shè)計方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，突出建筑電氣系統(tǒng)的功能性，展現(xiàn)出建筑電氣系統(tǒng)設(shè)計的價值，以此來間接性的推動社會經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步發(fā)展。