楊志鋒

（四川省建筑設計研究院有限公司，成都 610000）

1 引言

隨著社會經濟的發(fā)展，城市建筑建設規(guī)模不斷擴大，在土地資源有限的背景下，超高層建筑成為建設的重點，以“向上要空間”的方式緩解土地資源緊缺的局面。 超高層建筑的電氣設計具有系統(tǒng)性、復雜性等特性，涉及的設計要素豐富。 為做好超高層建筑電氣設計工作， 有必要對其設計方法進行深入探討。

2 工程概況

某超高層建筑，建筑總高度242 m，地下3 層，地上53 層，建筑面積22 萬m2。 超高層建筑的設計要求高，在充分做好防災設計、消防安全設計等工作的同時，還需兼顧防災系統(tǒng)的預警性、弱電系統(tǒng)的兼容性等功能設計。 同時，該建筑存在屋頂停機坪電氣設計、航空障礙燈設計等方面的難題。 設計人員需做深入的探索，進行方案的設計、論證、優(yōu)化，突破技術難題，保證設計質量。

3 超高層建筑供配電系統(tǒng)設計

3.1 負荷分級

超高層建筑的負荷密度取決于建筑的高度、面積、功能等因素，通常按照80～120 W/m2的要求控制。 火災自動報警及聯(lián)動控制裝置如圖1 所示。 在一級負荷中，重要負荷包含火災應急照明及疏散標志、消防水泵、自動滅火系統(tǒng)、排水泵等[1-2]。

圖1 火災自動報警及聯(lián)動控制示意圖

3.2 供電電源及電壓

綜合考慮建筑負荷等級（一級負荷）、供電距離、用電量，從技術可行性和成本可控性兩方面進行分析， 合理地設計供電電源及電壓。 項目設置20 kV 開閉所，由城市電力電網提供兩路20 kV 電源至該處，保障供電電源的可靠性。 開閉所提供4 組20 kV 饋線向1#-20kV～4#-20 kV 配電室供電， 結合項目使用功能，細分為2 條路徑，一是引至公寓用電的配電室，此部分采用1 組饋線；二是引至商業(yè)+ 辦公、酒店、車庫的配電室，此部分采用3 組饋線。

3.3 應急電源

1）不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）。 在各負荷端配置第三電源，確保允許中斷供電時間為ms 級的負荷供電，例如，大廈的網絡機房、安防控制室、酒店、商場等，在本項目中，配置的是UPS 裝置。

2）應急照明電源。 通過集中蓄電池應急照明電源系統(tǒng)的設計，確保允許中斷供電時間為0.25～0.5 s 的負荷供電，例如，航空障礙標志照明、值班照明、消防應急照明等。 第三電源的配置根據(jù)具體需求而定，以航空障礙標志、疏散指示標志燈為例，各自分別采用的是自帶的鎳鉻蓄電池、鎳氫蓄電池。

3）柴油發(fā)電機。 于地下1 層規(guī)劃發(fā)電機房，額外配置1 臺0.4 kV 的2 000 kV·A 柴油發(fā)電機組，保證部分負荷供電的可靠性。 針對發(fā)電機組與市電間采取安全防護措施，避免兩者并列運行的情況。 同時，做好發(fā)電機房的排煙通風、防火、隔振等設計工作，維持良好的發(fā)電機房運行環(huán)境。

3.4 供電系統(tǒng)

1）開閉所。 項目建設于城市繁華區(qū)域，土地資源寶貴，為節(jié)約空間，在本建筑地下1 層規(guī)劃20 kV 開閉所，且優(yōu)先選取的是便于管理和維護等日常工作順利開展的區(qū)域， 同時加強防水，竭力減小外界因素對開閉所的影響。

2）中壓配電室。根據(jù)功能的不同，將項目劃分為商業(yè)+辦公、酒店、車庫、公寓4 部分，再對各自做針對性的中壓配電室設計，分別對應的是1#-20 kV～4#-20 kV 配電室。 配電系統(tǒng)實行單母線分段運行機制，配電室臨近開閉所電源側布置。 兩段母線分別配出回路至變電所，兩路電源互為備用。

3）20 kV/0.4 kV 變配電所。根據(jù)空間資源利用價值最大化的原則，在地下1 層、2 層設車庫、酒店（部分）、商業(yè)+ 辦公（部分）變配電所；對于塔樓，采取豎向分段依次設計的方法，具體分段方式根據(jù)功能而定，形成相對應的變配電所設計方案。以A 塔樓為例進行分析， 將10 層、42層避難層作為重點規(guī)劃區(qū)域，分別設計辦公、酒店的變配電所，并集中布置設備機房。低壓線路的供電半徑不大于150 m，塔樓的貨梯井作為垂直運輸通道進行變壓器的運送，樓層變壓器的容量不宜超過1 000 kV·A。

4）負荷容量及變壓器安裝容量。一級、二級負荷分別約為4 783 kW、10 547 kW。 A、B 塔樓公寓預計容量4 520 kV·A，含此部分在內的變壓器裝機容量為28 220 kV·A。 消防設備總負荷約4 106 kW。

5）變壓器負荷率。 分兩種情況考慮：其一，長期工作負荷率為70%～80%；其二，某變壓器發(fā)生故障或電源中斷供電時，另一裝置的容量不少于總負荷的60%，同時需完全承擔一、二級負荷的供電，以保證供電的穩(wěn)定性。

6）低壓配電系統(tǒng)主接線。 低壓配電系統(tǒng)實行單母線分段運行機制，正常狀態(tài)下均采取分列運行的方式，遇特殊情況時運行狀態(tài)隨即調整，以一臺變壓器存在故障為例，在該變配電所中的另一臺變壓器完全承擔一、二級負荷的用電。 根據(jù)低壓側兩臺總斷路器和母聯(lián)斷路器的運行特性，為兩者設計機械、電氣聯(lián)鎖。

7）功率因數(shù)補償。 硬件設計方面，采用免維護移相式靜電電容動態(tài)補償裝置，將其規(guī)劃在變配電所低壓側，采取混合補償?shù)墓ぷ髂Ｊ健?補償后，變壓器中壓側功率因數(shù)不低于0.95，為使補償有效，分相補償容量不低于總補償量的40%。

3.5 低壓配電設計

1）重要負荷采用放射式配電方式，在本項目中包含消防控制中心、 防火分區(qū)或人防防護單元的電力及照明、 主要客梯、車庫機械停車設備等。 在該配電設計方式下，在末端配電箱處可實現(xiàn)兩回路的自動切換。

2）大容量負荷分組采用放射式配電，主要包含空調機組、景觀照明、生活泵等。

3）消防負荷采用雙回路放射-樹干式配電，主要包含防排煙風機、火災應急照明等，類似于放射式配電設計方式的是，依然可在末端配電箱進行兩回路的切換。

4）建筑平面分布不規(guī)則，具有較大的高度，在特殊的建筑空間形式下，配電的電纜敷設及設備安裝難度高。 為盡可能創(chuàng)設有利于配電設施安裝的作業(yè)條件， 提出如下方案：A、B 塔樓，設計辦公、酒店、公寓的電氣豎井；裙樓商業(yè)和地下室設電氣豎井，由其貫通上下各層，其他防火分區(qū)則根據(jù)電力設施安裝要求配置針對性的配電小間。 考慮到操作和維護的便捷性要求，在條件允許的前提下，盡可能在臨近負荷中心的部位規(guī)劃電氣豎井。

4 照明設計

4.1 正常照明、景觀照明

公寓、商業(yè)、寫字樓等區(qū)域，主體電氣設計僅預留電源至配電箱，在二次裝潢時配合，最終形成完善的照明設施。 照明設計中，以GB 50034—2013《建筑照明設計標準》為基準，結合本高層建筑的實際建設條件和使用條件，確定照度標準，匹配合適類型的光源燈具和附屬裝置。 景觀照明方面，以突顯城市地標建筑的標志性為重要設計思路，結合城市街區(qū)照明、櫥窗照明等做整體設計。

4.2 消防應急照明、疏散指示系統(tǒng)設計

1）配電系統(tǒng)。 配電箱規(guī)劃在1 層或中間避難層電氣豎井內，樓梯間按區(qū)域劃分情況做相應的配電箱設計，以滿足消防應急照明的用電需求。 疏散照明由特定的分支回路配電。

2）正常照明控制。 （1）A 塔樓，高檔辦公區(qū)實行智能化控制策略，配置日光探測器，以自動化的方式調節(jié)照度，滿足正常照明和節(jié)能環(huán)保兩項要求；普通行政辦公、設備用房，就地控制；商場、酒店大堂、餐廳等，為總線制智能照明控制。 為保證管理的可靠性同時提高管理效率， 在各場所設置就地控制的組群，開發(fā)調光功能，根據(jù)場景的不同執(zhí)行針對性的控制措施。 （2）B 塔樓，公共場所照明為就地及多地點相對集中控制，主要考慮的是門廳、樓梯間、電梯廳等功能區(qū)。

5 防雷設計

根據(jù)本項目的功能定位以及對市場的預測， 建成后建筑內的人員密集，安全防護要求高。 在防雷設計中，按一級防雷標準開展設計工作，實現(xiàn)對人員人身安全的全面防護。 防雷措施包含防雷電感應、防雷擊電磁脈沖、等電位聯(lián)結等，構筑完善的防雷體系。 防雷引下線采用的是建筑物外圍四周結構柱的鋼筋，平均間距不超過12 m。

6 超高層建筑電氣節(jié)能設計

6.1 節(jié)能設備

主要光源采用的是具有良好節(jié)能特性的緊湊型熒光燈、T5 系列熒光燈等， 適配節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器或電子鎮(zhèn)流器，結合電容補償技術，進一步提高設備的節(jié)能水平，例如，以合理的設計方法將氣體放電燈功率因數(shù)提至0.9 以上。

6.2 電氣系統(tǒng)節(jié)能

1）優(yōu)化設計變配電所及各區(qū)的配電豎井，條件允許時盡可能臨近負荷中心；選擇截面規(guī)格合適的配電電纜[3]，目的在于盡可能減少線纜損耗；對變電所低壓側做集中無功補償；配置具有低損耗特性的環(huán)保型變壓器。

2）項目超高層建筑的電子設備豐富，例如，辦公、商業(yè)等功能區(qū)均有大量的計算機， 此類設備也是節(jié)能設計中的重點考慮對象，原因在于隨著該類非線性負荷的使用，中性線奇次諧波含量增加， 此時可能出現(xiàn)中性線電流與相線電流基本相當?shù)那闆r，嚴重時甚至更高，其帶來的不良影響是發(fā)熱劇烈致使絕緣破壞，且運行時的能耗增加。 為應對該問題，采取諧波抑制和治理措施，具體方法為：配置消諧型電容補償裝置；控制變壓器的負載率，將其穩(wěn)定在70%～80%；合理選擇中性線，以較大截面為宜。

7 結語

綜上所述，在超高層建筑的電氣設計中，設計人員需要具有統(tǒng)籌兼顧的理念， 綜合考慮超高層建筑工程要求、 行業(yè)規(guī)范、當?shù)卣叩?，根?jù)安全、質量可靠、經濟高效、環(huán)保的原則做好電氣設計工作。 考慮到高層建筑電氣設施類型豐富、復雜性較高的情況， 設計人員需要注重對設計方案的分析以及優(yōu)化，改進不合理之處，最終制定一套科學可行的超高層建筑電氣設計方案，為后續(xù)電氣專業(yè)相關工作的開展打好基礎。