某超高層辦公建筑變配電及電氣消防設(shè)計(jì)探討

陳小琴

(南昌鐵路勘測設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司 江西南昌 330000)

0 引言

在我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展的背景下，我國城市化進(jìn)程不斷加快，城市的規(guī)模以及人口數(shù)量也都隨之不斷擴(kuò)大，而高層建筑由于具有空間利用上優(yōu)越性的優(yōu)點(diǎn)，因此其數(shù)量和規(guī)模也都呈現(xiàn)了迅速增長的趨勢。誠然，在高層建筑發(fā)揮自身空間利用優(yōu)越性的過程中，也隨之提出了變配電及電氣消防設(shè)計(jì)的新時(shí)代需求。高層建筑層數(shù)多、面積大、人口眾多、功能復(fù)雜并且對信息化要求極高，所以更加依賴電氣設(shè)計(jì)，電氣設(shè)計(jì)工作的科學(xué)性和合理性對高層建筑的可靠性和安全性也有著決定性的影響。

相關(guān)研究表明，電氣設(shè)備需要承擔(dān)很多的電氣使用量，提高設(shè)備負(fù)荷。因此，在超高層建筑設(shè)計(jì)過程中，必須要重視對電氣設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)的研究，才能更好地助推超高層建筑項(xiàng)目順利完成。

1 工程概況

圖1 豎向花園中庭效果圖

上海市某信息科技大廈，地上28層，地下3層，裙房高度26.8m，總高度119.8m，建筑面積11.6萬m2。一層為辦公大堂及部分商業(yè)，二層為商業(yè)。三層及以上為辦公。主樓辦公區(qū)域有兩處120m挑空的中庭，中庭內(nèi)每層有不上人挑出回廊，如圖1所示。該項(xiàng)目為了讓每一樓層的使用者享用和體驗(yàn)室內(nèi)立體景觀，豎向中庭與各層回廊上人平臺(tái)間不設(shè)置固定防火分隔。因此，如何合理設(shè)置中庭內(nèi)排煙設(shè)施，順利有效地排出中庭內(nèi)的熱煙，同時(shí)避免熱煙對各層回廊上人平臺(tái)及相鄰辦公區(qū)造成不利影響，是該項(xiàng)目消防設(shè)計(jì)的重點(diǎn)及難點(diǎn)?；?，本文擬將重點(diǎn)介紹該項(xiàng)目電氣設(shè)計(jì)中的配電及大空間消防設(shè)計(jì)。

2 變配電系統(tǒng)

2.1 負(fù)荷分級

該工程屬一類高層建筑，按一級負(fù)荷要求供電[3]。

一級負(fù)荷有：走道照明、障礙照明、值班照明用電、安全防范系統(tǒng)、消防設(shè)備(含消防控制室用電、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、消防泵、噴淋泵、消防電梯、防火卷簾用電、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、消防泵、噴淋泵、消防電梯、防火卷簾、防排煙風(fēng)機(jī)、防火閥門等)，以及通信機(jī)房電源、變配電所電源、應(yīng)急及疏散照明、客梯用電、排污泵、生活水泵用電、主要業(yè)務(wù)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)用電、電子信息設(shè)備機(jī)房用電、辦公租戶IT設(shè)備用電及其它有特殊要求的負(fù)荷。

二級負(fù)荷有：大型商業(yè)自動(dòng)扶梯、空調(diào)用電等；其余為三級負(fù)荷。

2.2 電源

該工程由供電局提供兩路獨(dú)立10kV高壓電源，從上級兩個(gè)不同的區(qū)域變電站引來，以電纜埋地方式進(jìn)入建筑物地下一層。在地下一層設(shè)置一座10kV/0.4kV用戶變配電站，內(nèi)設(shè)6臺(tái)1600kVA的干式變壓器，其中4臺(tái)為辦公服務(wù)，2臺(tái)為商業(yè)及地下室供電。變壓器總安裝容量為9600kVA。

另外，在地下一層設(shè)置應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組，作為消防負(fù)荷的后備電源及滿足小業(yè)主特殊用電負(fù)荷的使用要求。

2.3 應(yīng)急電源

由于該項(xiàng)目采用兩路獨(dú)立高壓市政進(jìn)線的供電方案，已能滿足一級負(fù)荷的供電要求。根據(jù)上海地規(guī)《民用建筑電氣防火設(shè)計(jì)規(guī)程》DG/TJ08-2048-2008[1]的要求(該工程為2016年項(xiàng)目，尚未實(shí)施新規(guī))“特級建筑(建筑高度超過100m的公共建筑)除應(yīng)按一級負(fù)荷供電外，尚應(yīng)設(shè)置自備發(fā)電機(jī)或第三路市電作為消防的應(yīng)急電源，以及參照國內(nèi)高檔辦公樓和商業(yè)項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)急電源系統(tǒng)作為第三路電源將為一級負(fù)荷、消防用電等提供備用電源?！?/p>

獨(dú)立于正常電源的發(fā)電機(jī)組是應(yīng)急電源的一種，應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)是項(xiàng)目中運(yùn)用比較普遍的一種型式。柴油發(fā)電機(jī)應(yīng)急供電狀態(tài)分為兩種，一種為消防應(yīng)急供電，即火災(zāi)發(fā)生同時(shí)市政雙電源中斷情況下的供電，此應(yīng)急供電狀態(tài)下柴油發(fā)電機(jī)供電負(fù)荷主要為最大防火分區(qū)及其臨近防火分區(qū)相應(yīng)的消防負(fù)荷；另一種為非消防應(yīng)急供電，即非火災(zāi)發(fā)生市政雙電源中斷情況下的供電，此應(yīng)急供電狀態(tài)下柴油發(fā)電機(jī)供電負(fù)荷主要為需保障供電的重要負(fù)荷。

該項(xiàng)目設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)作為第三路電源，供電予下列用電負(fù)荷：

(1) 消防用電(包括消防控制室、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警及聯(lián)動(dòng)控制裝置、火災(zāi)應(yīng)急照明及疏散指示標(biāo)志、防煙及排煙設(shè)施、自動(dòng)滅火系統(tǒng)、消防水泵、消防電梯及其排水泵、電動(dòng)的防火卷簾及門窗以及閥門等) 。

(2) 辦公樓部分客梯電力(電梯迫降及保證部分電梯運(yùn)行) 。

(3) 商業(yè)經(jīng)營管理用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

(4)電話機(jī)房及電信機(jī)房電源 。

(5) 安保系統(tǒng)電源 。

(6) 排污泵 。

(7) 生活水泵。

(8) 擦窗機(jī)。

(9) 航空障礙燈。

(10) 辦公區(qū)域IT等重要負(fù)荷(包括其空調(diào)設(shè)備) 。

初步設(shè)計(jì)階段，柴油發(fā)電機(jī)容量的預(yù)估可參考已設(shè)計(jì)的項(xiàng)目案例，如表1所示。

表1 辦公租戶IT等重要負(fù)荷后備柴發(fā)用電指標(biāo)及預(yù)留柴發(fā)安裝空間項(xiàng)目案例

柴油發(fā)電機(jī)供電負(fù)荷第1)～9)項(xiàng)，根據(jù)《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊》建議按裝機(jī)容量10%～20%進(jìn)行估算，裝機(jī)容量為9600kVA，因此初期階段該項(xiàng)目建議按照裝機(jī)量15%進(jìn)行估算。柴油發(fā)電機(jī)供電負(fù)荷第10)項(xiàng)參照相關(guān)項(xiàng)目案例，該項(xiàng)目建議按照20VA/m2進(jìn)行估算。綜上所述，該項(xiàng)目設(shè)置2臺(tái)1250kVA柴油發(fā)電機(jī)并機(jī)運(yùn)行，作為該項(xiàng)目應(yīng)急電源。施工圖階段根據(jù)各設(shè)備專業(yè)具體提資細(xì)化計(jì)算，核算此容量符合需求。

2.4 豎向配電系統(tǒng)

由于該項(xiàng)目既是超高層建筑，又是信息數(shù)據(jù)中心大樓，供電可靠性尤為重要。所以，除了電源，在配電系統(tǒng)形式上也應(yīng)考慮可靠性。塔樓辦公用電豎向配電系統(tǒng)采用雙母線形式，奇偶層間隔配電(即5、7、9等奇數(shù)層1根供電母線，6、8、10等偶數(shù)層1根供電母線)，間隔預(yù)留母線插接口，平時(shí)由防火隔板隔擋，突發(fā)情況時(shí)可插接母線開關(guān)箱，配出回路，母線插接箱前需預(yù)留相應(yīng)長度的電纜，同時(shí)設(shè)置有經(jīng)過市電與應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)雙電源切換后的應(yīng)急母線，以滿足重要租戶對應(yīng)急備用電源的需求。豎向配電示意如圖2所示。

圖2 豎向配電示意圖

3 大空間消防設(shè)計(jì)

3.1 消防火災(zāi)探測報(bào)警系統(tǒng)

根據(jù)GB 50116-2013 《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]第4.6.4條，消防卷簾內(nèi)側(cè)的平臺(tái)區(qū)域與辦公區(qū)劃分為同一報(bào)警區(qū)域，設(shè)置煙感進(jìn)行保護(hù)(滿足規(guī)范要求)。

中庭消防水專業(yè)設(shè)置大空間射水裝置，由該裝置統(tǒng)一配置大空間滅火探測器進(jìn)行保護(hù)，該系統(tǒng)提供報(bào)警信號(hào)給火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。同時(shí)，中庭大空間射水裝置上側(cè)安裝大空間紅外對射線性感煙探測器，對大空間進(jìn)行有效保護(hù)。

大空間紅外對射感煙探測器水平布置設(shè)置方案如圖3所示。

圖3 紅外對射感煙探測器布置示意圖

五層以下由水炮滅火探測器進(jìn)行保護(hù)，從六層開始每隔3層安裝一套(安裝間距約12.45m)，距離頂部0.5m設(shè)置一套，共設(shè)置9套(分別安裝以6F、9F、12F、15F、18F、21F、24F、27F樓板位置及28F距頂0.5m安裝一套)。

中庭消防暖通采用分段排煙的自然排煙方式，每隔5～6層設(shè)置電動(dòng)排煙窗進(jìn)行自然排煙，排煙窗的設(shè)置如圖4所示。當(dāng)中庭和回廊發(fā)生火情時(shí)，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)接收到報(bào)警信號(hào)后聯(lián)動(dòng)打開所有電動(dòng)排煙窗(滿足規(guī)范要求)。

圖4 自然排煙窗開窗位置

中庭防火卷簾聯(lián)動(dòng)控制及電動(dòng)排煙窗聯(lián)動(dòng)控制策略：

(1)若一層大堂及中庭防火分區(qū)發(fā)生火情。

根據(jù)GB 50116-2013 《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》第4.6.4條及4.5.2條，一層大堂防火分區(qū)內(nèi)任兩只獨(dú)立的火災(zāi)探測器報(bào)警或當(dāng)卷簾外側(cè)大空間射水裝置/線性感煙探測器發(fā)生報(bào)警信號(hào)時(shí)，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)接收到該報(bào)警信號(hào)后，聯(lián)動(dòng)相關(guān)消防設(shè)備(滿足規(guī)范要求)；該分區(qū)卷簾及上層所有卷簾直接下降到樓板面(根據(jù)12J609《防火門窗》，上層卷簾尺寸約9.4m×4m(W×H)，功率約1.1kW，考慮最不利情況共33個(gè)卷簾同時(shí)降落(27個(gè)樓層卷簾+6個(gè)大堂分隔卷簾)，總功率約36.3kW。強(qiáng)電系統(tǒng)容量可滿足同時(shí)降落)，使火災(zāi)有效隔離。聯(lián)動(dòng)開啟所有電動(dòng)排煙窗，進(jìn)行自然排煙。(滿足規(guī)范要求)

(2)若辦公區(qū)防火分區(qū)發(fā)生火情

則本層及相鄰上下層卷簾均需降落，即每層2個(gè)卷簾，三層共為6個(gè)卷簾需降落。

(3)若中庭上空防火分區(qū)發(fā)生火情

當(dāng)辦公區(qū)發(fā)生火災(zāi)，煙氣進(jìn)入中庭區(qū)域使中庭上空內(nèi)任兩只獨(dú)立的火災(zāi)探測器發(fā)生報(bào)警信號(hào)時(shí)，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)接收到該報(bào)警信號(hào)后，聯(lián)動(dòng)相關(guān)消防設(shè)備(滿足規(guī)范要求)；中庭所有卷簾直接下降到樓板面(根據(jù)12J609《防火門窗》，考慮最不利情況共33個(gè)卷簾同時(shí)降落(27個(gè)樓層卷簾+6個(gè)大堂分隔卷簾)，總功率約36.3KW。強(qiáng)電系統(tǒng)容量可滿足同時(shí)降落)，使火災(zāi)有效隔離。聯(lián)動(dòng)開啟所有電動(dòng)排煙窗，進(jìn)行自然排煙(滿足規(guī)范要求)。

3.2 排煙窗的配電設(shè)計(jì)

由于中庭由一層挑空至屋頂，南北出入口側(cè)的排煙窗分屬于一層的兩個(gè)防火分區(qū)，每個(gè)防火分區(qū)需為該分區(qū)一至二十八層的所有電動(dòng)排煙窗供電，數(shù)量眾多，參考各廠家樣本，一個(gè)排煙窗控制箱可控制8扇排煙窗，因此需在一層南北出入口附近各設(shè)置一個(gè)電動(dòng)排煙窗控制室，用于電動(dòng)排煙窗控制箱的集中放置。同時(shí)，在南北出入口設(shè)置一個(gè)緊急啟動(dòng)按鈕，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)可通過按壓按鈕緊急開啟本防火分區(qū)所有排煙窗，如圖5所示。

圖5 電動(dòng)排煙窗配電及控制示意圖

4 結(jié)語

本文擬以上海某超高層辦公項(xiàng)目為例，從變配電系統(tǒng)、應(yīng)急電源、豎向配電系統(tǒng)、大空間消防設(shè)計(jì)等方面介紹了超高層建筑電氣設(shè)計(jì)中的一些特點(diǎn)。當(dāng)然，超高層辦公建筑電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)還有很多，因此需要電氣設(shè)計(jì)人員綜合分析建筑各方面的因素，不斷研究和創(chuàng)新，從而設(shè)計(jì)出最合理的電氣方案。所以，本文所介紹的，僅是他山之石的冰山一角，但冀望能對同行有所參考借鑒。