城市文化綜合體的電氣設(shè)計(jì)

黃 海 峰

(上海建工集團(tuán)股份有限公司, 上海 200080)

0 引 言

城市文化綜合體一般包括群眾藝術(shù)館、圖書(shū)館、博物館、美術(shù)館、體育館、文化展覽館、劇院等主要建筑和設(shè)施,其建成后把多方面文化資源整合在一起,故對(duì)電氣設(shè)計(jì)的要求越來(lái)越高[1-2]。做好城市文化綜合體電氣設(shè)計(jì),能夠大幅度提升城市文化綜合體的安全性、功能性和經(jīng)濟(jì)性多方面的性能。

1 負(fù)荷等級(jí)的確定

一般城市文化綜合體項(xiàng)目為復(fù)合型建筑,面積在20萬(wàn)m2以?xún)?nèi),所以一般不會(huì)建造大型展覽館、特大型博物館以及藏書(shū)超過(guò)100萬(wàn)冊(cè)的大型圖書(shū)館。一般常規(guī)等級(jí)為:圖書(shū)館一般為藏書(shū)少于100萬(wàn)冊(cè),檔案館為乙級(jí)居多,劇場(chǎng)大多屬于小型乙等,科技館為小型,博物館為中型規(guī)模,體育館屬于乙級(jí)及以下規(guī)模。根據(jù)國(guó)家規(guī)范要求,相關(guān)負(fù)荷可以按照J(rèn)GJ 66—2015《博物館建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》、JGJ 57—2016《劇場(chǎng)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》、JGJ 354—2014《體育建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》、JGJ 38—2015《圖書(shū)館建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》以及JGJ 218—2010《展覽建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》等規(guī)范的要求確定[3-7],消防設(shè)備的負(fù)荷等級(jí)可按現(xiàn)行GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》的要求來(lái)確定。一般城市文化綜合體按照建筑定性大多為多層建筑,其消防負(fù)荷為二級(jí)負(fù)荷考慮。但也有個(gè)別建筑按一類(lèi)高層設(shè)置,消防供電負(fù)荷為一級(jí)。其他負(fù)荷最高級(jí)別按照對(duì)應(yīng)規(guī)范,不超過(guò)一級(jí)負(fù)荷要求,一般不需要獨(dú)立設(shè)置柴油發(fā)電機(jī),但考慮在重要的設(shè)備用電區(qū)域可以考慮設(shè)置UPS和為劇場(chǎng)、展覽建筑預(yù)留柴油發(fā)電車(chē)接口。城市文化綜合體項(xiàng)目負(fù)荷等級(jí)如表1所示。

表1 城市文化綜合體負(fù)荷等級(jí)分類(lèi)

2 供電容量的確定

城市文化綜合體的負(fù)荷種類(lèi)較多,一般包括:舞臺(tái)機(jī)械負(fù)荷,工藝照明負(fù)荷,舞臺(tái)音響電源負(fù)荷、健身娛樂(lè)負(fù)荷,辦公、后勤和服務(wù)型建筑負(fù)荷,地下停車(chē)庫(kù)負(fù)荷。

以上負(fù)荷有特殊性:① 舞臺(tái)機(jī)械、燈光、聲音等具有演出功能的場(chǎng)所具有短時(shí)容量大等特點(diǎn),需要考慮其沖擊性負(fù)荷的特性;② 負(fù)荷分時(shí)性,劇場(chǎng)、電影院、綜合體育館等場(chǎng)所等需要考慮負(fù)荷的時(shí)間特性,還有些設(shè)備特定時(shí)間點(diǎn)使用;③ 安裝功率大,尤其采用集中型能源站的空調(diào)冷凍機(jī)組等采用變頻機(jī)組,裝機(jī)容量很大,但是設(shè)備運(yùn)行規(guī)律下可能需要系數(shù)很小,根據(jù)運(yùn)營(yíng)情況確定使用功率。

變壓器裝機(jī)容量的確定可同時(shí)考慮以下因素:① 劇場(chǎng)設(shè)備和空調(diào)設(shè)備由于容量非常大,需要設(shè)置專(zhuān)用變壓器效率更高,而且對(duì)于其他設(shè)備的供電不造成影響,采用專(zhuān)用變壓器比較合理;② 考慮壓降問(wèn)題,城市文化綜合體建筑占地面積大,需要考慮低壓供電半徑不超長(zhǎng),經(jīng)濟(jì)合理;③ 考慮管理權(quán)屬問(wèn)題,盡量考慮變壓器供電按單體或者分館配置,便于后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)方便。根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),城市文化綜合體各區(qū)域裝機(jī)容量如表2所示。

表2 城市文化綜合體各區(qū)域裝機(jī)容量

經(jīng)過(guò)分析比較,城市文化綜合體的綜合用電指標(biāo)在100～120VA/m2,對(duì)于初步估算用電負(fù)荷很有指導(dǎo)意義,但最終容量的計(jì)算還是要以最終的實(shí)際資料為準(zhǔn)。

3 變配電系統(tǒng)的確定

3.1 變配電所的位置確定

城市文化綜合體建筑一般在地下室或者1F設(shè)置變電所。一般設(shè)計(jì)原則是根據(jù)使用功能和建筑單體來(lái)分設(shè),要便于管理;考慮到空調(diào)設(shè)備的容量非常大,需要設(shè)置專(zhuān)用變電所;考慮到經(jīng)濟(jì)性和壓降原因,宜考慮在負(fù)荷中心設(shè)置專(zhuān)用變電所;對(duì)于劇場(chǎng)的舞臺(tái)燈光、音響、舞臺(tái)機(jī)械等按照規(guī)范分設(shè)在不同變壓器上。

3.2 高低壓配電系統(tǒng)

一般的城市文化綜合體面積在20萬(wàn)m2以?xún)?nèi),根據(jù)面積指標(biāo)和,用量容量一般都在20 000 kVA以下,因此高壓進(jìn)線一般都按2路10 kV高壓進(jìn)線,對(duì)于是否需要高壓母線聯(lián)絡(luò)一直是設(shè)計(jì)的一個(gè)難點(diǎn)。通過(guò)多個(gè)項(xiàng)目實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),主要在幾方面考慮。

(1) 如果當(dāng)?shù)毓╇姴块T(mén)對(duì)于高壓供電的聯(lián)絡(luò)無(wú)特殊要求時(shí),建議聯(lián)絡(luò),可提升系統(tǒng)的靈活性,但同時(shí)要求運(yùn)營(yíng)管理部門(mén)要具有一定的技術(shù)保障能力,正常時(shí)各承擔(dān)50%的負(fù)荷,當(dāng)一路市電停電時(shí),另一路擔(dān)負(fù)起全部負(fù)荷。

(2) 考慮到劇場(chǎng)、博物館等一、二級(jí)負(fù)荷容量較多,如果高壓不能聯(lián)絡(luò),低壓聯(lián)絡(luò)基本可以滿足系統(tǒng)的使用需要,且可以考慮運(yùn)營(yíng)淡季時(shí)停用部分變壓器和檢修變壓器時(shí)方便使用,所以低壓聯(lián)絡(luò)不可缺失。

(3) 冷凍機(jī)組、水泵等沖擊性負(fù)載宜單獨(dú)設(shè)置變壓器供電,不應(yīng)和照明、音頻和智能化等負(fù)荷在一臺(tái)變壓器。

3.3 備用電源

考慮到城市文化綜合體一般很少有達(dá)到一級(jí)負(fù)荷中重要負(fù)荷要求的電力負(fù)荷,不考慮設(shè)置柴油發(fā)電機(jī),但考慮到一些臨時(shí)性展覽演出的需要,建議低壓配電系統(tǒng)預(yù)留柴油發(fā)電車(chē)接入的電力接口。一般僅考慮展覽館、博物館和劇場(chǎng)的低壓出線接口處預(yù)留,其他單體不考慮,一般為變壓器裝機(jī)容量的20%～30%;其他安防系統(tǒng)或者經(jīng)營(yíng)用電的負(fù)荷考慮用UPS電源保障。

3.4 低壓配電

在各層按防火分區(qū)設(shè)置強(qiáng)電間。低壓配電采用放射式與樹(shù)干式相結(jié)合的方式。對(duì)于大型設(shè)備和重要設(shè)施的低壓配電線路,采用放射式配電方式;至一般設(shè)備的配電線路,采用放射與樹(shù)干混合配電方式。所有消防類(lèi)的負(fù)荷均設(shè)置雙ATS自動(dòng)切換,以確保供電的可靠性;消防水泵房、防煙與排煙風(fēng)機(jī)房的消防用電設(shè)備的供電,在其最末一級(jí)配電箱處設(shè)置自動(dòng)切換裝置?？紤]到計(jì)量和管理的方便,在各館供電區(qū)域均設(shè)立電力計(jì)量(如書(shū)吧、餐廳等)。

展覽館、博物館和劇場(chǎng)建筑供配電系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 展覽館、博物館和劇場(chǎng)建筑供配電系統(tǒng)

藝術(shù)館、圖書(shū)館等建筑供配電系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 藝術(shù)館、圖書(shū)館等建筑供配電系統(tǒng)

集中能源中心供配電系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 集中能源中心供配電系統(tǒng)

4 智慧應(yīng)急指揮系統(tǒng)

城市文化綜合體建筑一般為當(dāng)?shù)刂匾貥?biāo)性建筑,具有如下特點(diǎn):① 建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜。文化類(lèi)建筑主體類(lèi)型多,結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜多樣,人員需要較長(zhǎng)時(shí)間才能疏散到安全場(chǎng)所;② 功能多樣。一般的文化類(lèi)建筑具有多種功能、人員密集容易出現(xiàn)混亂,火災(zāi)時(shí)更容易導(dǎo)致傷亡;③ 發(fā)生火災(zāi)時(shí),在煙囪效應(yīng)作用下煙氣和火勢(shì)豎向蔓延快,增加安全疏散的困難。

綜合體建筑面積大、范圍區(qū)域廣,消防聯(lián)動(dòng)設(shè)備中消火栓泵、噴淋泵、排煙風(fēng)機(jī)等除了總線控制外,還需要多線手動(dòng)控制。在前期方案設(shè)計(jì)時(shí)需要結(jié)合綜合體建筑規(guī)劃合理的消防控制中心和分控室的位置和數(shù)量。在減少運(yùn)營(yíng)成本的同時(shí)確保消防系統(tǒng)的安全、可靠,一般需考慮如下關(guān)鍵問(wèn)題:

(1) 消防水泵距離要求。GB 50974—2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》第11.0.12條要求,有管理權(quán)限的人在消防水泵控制線路故障時(shí)能緊急啟動(dòng)消防水泵,且要保證消防水泵緊急啟動(dòng)應(yīng)在報(bào)警后5 min內(nèi)正常工作。根據(jù)上述要求,消防控制中心的位置要應(yīng)盡可能靠近消防水泵房。

(2) 消防防排煙設(shè)備的距離要求和分控室的選擇。GB 50116—2013《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》中第4.1.2條條文解釋“當(dāng)線路壓降超過(guò)5%時(shí),其直流24 V電源應(yīng)由現(xiàn)場(chǎng)提供”,即對(duì)線路壓降的要求小于5%。根據(jù)實(shí)際計(jì)算時(shí)超過(guò)1 km壓降大于5%,因此在選擇消防控制室和分控室時(shí)一定要考慮該因素。

智慧應(yīng)急指揮管理系統(tǒng)通過(guò)建筑內(nèi)部主要的設(shè)備管理將消防系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、垂直交通系統(tǒng)和應(yīng)急通信系統(tǒng)等應(yīng)急子系統(tǒng)進(jìn)行集成調(diào)度。通過(guò)應(yīng)用人工智能、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),在智慧建筑應(yīng)急指揮中心,對(duì)上述子系統(tǒng)進(jìn)行通信,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集,監(jiān)測(cè)建筑突發(fā)事件的發(fā)生,數(shù)據(jù)信息及其應(yīng)急預(yù)案等信息保存在后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中。當(dāng)突發(fā)事件發(fā)生中,應(yīng)急指揮管理系統(tǒng)的應(yīng)急指揮中心通過(guò)分析突發(fā)事件的類(lèi)型和嚴(yán)重程度調(diào)用相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行處置,確保建筑安全,并且盡可能減少人身傷害和財(cái)產(chǎn)損失。應(yīng)急指揮信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)具有日常工作管理、預(yù)案管理、預(yù)警管理、應(yīng)急值班、應(yīng)急資源調(diào)配與監(jiān)控、輔助應(yīng)急指揮、預(yù)測(cè)預(yù)警、應(yīng)急培訓(xùn)、演練及評(píng)估管理等功能。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文介紹了城市文化綜合體建筑電氣設(shè)計(jì)和施工配合中的一些難點(diǎn)問(wèn)題。城市文化綜合體的電氣系統(tǒng)是一個(gè)巨大而復(fù)雜的系統(tǒng),只有詳細(xì)了解了整個(gè)系統(tǒng)和相關(guān)的物業(yè)管理公司的相關(guān)要求,才能更好完成電氣設(shè)計(jì)。