基于超高層綜合體項(xiàng)目的電氣設(shè)計(jì)

汪永紅

（浙江工業(yè)大學(xué)工程設(shè)計(jì)集團(tuán)，浙江 杭州 310014）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的快速發(fā)展，城市空間和人口規(guī)模的急劇擴(kuò)張促使建筑開始向“上”發(fā)展，催生了大量高度超過150m的建筑形式——超高層建筑。目前，我國已有建成的200m 以上建筑1 126 棟，涵蓋了國內(nèi)80 個(gè)主要城市。

超高層建筑在集約利用土地資源、推動建筑工程技術(shù)進(jìn)步、促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展等方面發(fā)揮積極作用。但超高層建筑具有建筑規(guī)模大，建筑高度高的特點(diǎn)，這使其具有用電負(fù)荷大且集中、輸配電距離長、變配電系統(tǒng)復(fù)雜、供電安全性要求高、雷擊風(fēng)險(xiǎn)大、若發(fā)生火災(zāi)撲救困難、人員密集疏散時(shí)間長等特點(diǎn)。因此越來越多的專家對超高層建筑電氣設(shè)計(jì)做出了相關(guān)研究工作，李炳華等[1]通過對國內(nèi)部分超高層建筑核心筒和電氣豎井實(shí)際情況進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析研究，得出超高層建筑的筒層比和井筒比，并給出超高層建筑強(qiáng)電豎井的數(shù)量及面積建議值、弱電豎井的數(shù)量及面積建議值。孔嵩[2]對超高層建筑電氣的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入分析。任飛宇[3]針對超高層建筑內(nèi)設(shè)置的柴油發(fā)電機(jī)組的容量計(jì)算，對規(guī)范要求的應(yīng)急負(fù)荷應(yīng)按穩(wěn)定負(fù)荷容量來計(jì)算“穩(wěn)定負(fù)荷”進(jìn)行分析和探討，提出按同一時(shí)間內(nèi)一起火災(zāi)滅火考慮的設(shè)計(jì)原則來優(yōu)化消防負(fù)荷計(jì)算。

1 項(xiàng)目概況

項(xiàng)目位于杭州市錢江世紀(jì)城核心區(qū)，由T1～T7 幢樓組成，地上建筑面積約345 000m2，地下室約132 000m2；地下室共計(jì)3 層，地上最高40 層，建筑最高199.98m；T1、T6、T7 大平層辦公樓，T2、T3、T4 是普通辦公樓，T5 是多層商業(yè)綜合體。T1、T6、T7、T2 裙房三層，均是商業(yè)，項(xiàng)目俯視圖如圖1 所示。

圖1 錢江世紀(jì)城核心區(qū)項(xiàng)目俯視圖

2 負(fù)荷等級

T1,T2,T3,T4,T6,T7#樓：

特級負(fù)荷：消防用電、安全防范信息和航空障礙照明等。

一級負(fù)荷：生活水泵、客梯、排污泵。

三級負(fù)荷：辦公室等其他電力負(fù)荷。

T5#樓：

一級負(fù)荷：消防用電負(fù)荷、安防系統(tǒng)用電等重要用電負(fù)荷、大型商場和超市經(jīng)營及設(shè)備管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)用電。

二級負(fù)荷：大型商場、門廳，公共樓梯及主要通道疏散照明、客梯、自動扶梯、空調(diào)用電。

三級負(fù)荷：其余為三級用電負(fù)荷。

3 變電所設(shè)置

本項(xiàng)目用電需求量大，可靠性要求高?？紤]到當(dāng)?shù)毓╇娤到y(tǒng)實(shí)際的情況，前期與電力部門多次溝通、協(xié)商后，決定采用20kV 系統(tǒng)供電。并考慮設(shè)置2 個(gè)開閉所，分別設(shè)置在項(xiàng)目的T1#樓和T5#樓；共設(shè)置11 座變電所，分別設(shè)置在地下室或者避難層，具體如表1 所示。發(fā)電機(jī)機(jī)房位置如圖2 所示，變電所位置如圖3 所示。

表1 變電所設(shè)置情況

圖2 變電所及柴油發(fā)電機(jī)房位置

圖3 T3 塔樓避難層變電所位置（T4 塔樓避難層變電所類同）

本項(xiàng)目單位面積用電指標(biāo)約為121VA/m2。

4 避難層變壓器搬運(yùn)

本項(xiàng)目塔樓普遍高度近150～200m，考慮其供電半徑以及低壓線路的造價(jià)，T3，T4#樓在避難層（31F）設(shè)置了變電所。因20/0.4Kv 變壓器普遍比10/0.4kV 變壓器體積更大，質(zhì)量更重[4]，各類常用干式變壓器參數(shù)如圖4 所示。

圖4 各類常用干式變壓器參數(shù)

故建議在設(shè)計(jì)階段，嚴(yán)格控制單臺變壓器最大容量，并結(jié)合建筑專業(yè)、電梯專業(yè)綜合考慮變壓器垂直運(yùn)輸問題。目前超高層建筑一般有以下幾種解決方式供選擇。

4.1 利用大型消防電梯或貨梯運(yùn)輸

利用建筑已有的大型消防電梯或者貨梯作垂直運(yùn)輸工具，搬運(yùn)大型更方便，且不存在破壞其他設(shè)施的風(fēng)險(xiǎn)，但同時(shí)也對電梯荷載提出了嚴(yán)苛的要求。本項(xiàng)目避難層采用了1 250kVA變壓器，其重量約3.4～4.1t 之間，塔樓無電梯能滿足此要求。

大功率電梯前期投資及后期運(yùn)行費(fèi)用均較高，若僅僅為了變壓器運(yùn)輸而設(shè)置此類大載重電梯，顯然不合適。

4.2 利用電梯井道運(yùn)輸

利用電梯井道運(yùn)輸，要求井道尺寸大于變壓器本體尺寸，這種方式需要拆除電梯曳引繩，在井道內(nèi)安裝專業(yè)提升設(shè)備，從電梯井道內(nèi)吊裝變壓器到避難層。因電梯井道四周設(shè)有電梯導(dǎo)軌及隨纜等設(shè)備設(shè)施，變壓器吊裝過程中要特別小心，防止變壓器碰撞電梯導(dǎo)軌。

此方案在項(xiàng)目建設(shè)初期，電梯軌道尚未安裝到位時(shí)較多采用。

4.3 設(shè)置平臺吊裝

避難層設(shè)置可伸出室外的吊裝平臺，為所有機(jī)電設(shè)備吊裝服務(wù)。這種方式優(yōu)點(diǎn)明顯，投資較少，對核心筒走道、開門沒有特別要求。但是在二次運(yùn)輸過程中，需要拆除平臺處的可拆卸百葉，吊裝過程中存在破壞外立面幕墻的風(fēng)險(xiǎn)，多個(gè)超高層項(xiàng)目中有應(yīng)用。

5 變電所降噪、屏蔽措施

本項(xiàng)目避難層（31F）的變電所有與客房、辦公室上下貼臨的情況，在設(shè)計(jì)階段，就應(yīng)采取降噪、屏蔽等措施。

5.1 變電所降噪措施

（1）聲源控制

在變壓器選型過程中，將噪聲指標(biāo)作為衡量設(shè)備性能的重要參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制，盡量選用低噪聲設(shè)備。

（2）聲屏障

變電所聲屏障一般采用磚混結(jié)構(gòu)或鋼板結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)除滿足聲學(xué)要求外，還應(yīng)滿足電氣安全、運(yùn)行檢修、通風(fēng)散熱等方面的要求。變電所內(nèi)變壓器周圍的防火墻，也可看成是一種磚混結(jié)構(gòu)的隔聲屏障。

（3）隔振裝置

為減少變壓器通過建筑結(jié)構(gòu)傳播至噪聲敏感建筑物室內(nèi)，可在變壓器、電抗器等聲源底部加裝隔振裝置，并將管線的剛性連接改為彈性連接，以減少噪聲（振動）的傳播。

本項(xiàng)目采用第（1）～（3）種方案。

5.2 變電所屏蔽措施

（1）在墻內(nèi)和地坪內(nèi)敷設(shè)鋼絲網(wǎng)，在變電所的頂棚明敷鐵皮（0.5mm 厚），并與接地裝置連接。

（2）刷屏蔽涂料（亦稱導(dǎo)電漆）：涂料主要有：銀導(dǎo)電漆、銀銅導(dǎo)電漆和鎳導(dǎo)電漆，刷屏蔽涂料。

本項(xiàng)目采用第（1）種方案。

6 柴油發(fā)電機(jī)設(shè)置

超高層建筑規(guī)模大，建筑高度高，若發(fā)生火災(zāi)撲救困難、人員密集、疏散時(shí)間長，故除設(shè)置可靠的2 路市電電源以外，還應(yīng)設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組作為特級負(fù)荷的應(yīng)急電源。結(jié)合本工程實(shí)際情況，共設(shè)置4 處柴油發(fā)電機(jī)房，具體如表2 所示，柴油發(fā)電機(jī)基本參數(shù)[4]如圖5 所示。

表2 柴油發(fā)電機(jī)設(shè)置情況

圖5 柴油發(fā)電機(jī)基本參數(shù)

柴油發(fā)電機(jī)均設(shè)置在地下一層，靠近各區(qū)的變電所設(shè)置。柴油發(fā)電機(jī)體積和重量均比較大，在設(shè)計(jì)初期，就要考慮設(shè)備運(yùn)輸問題，規(guī)劃地下室設(shè)備運(yùn)輸線路，復(fù)核運(yùn)輸通道、機(jī)房門的尺寸、機(jī)房高度。

經(jīng)過與建筑專業(yè)復(fù)核，從一層至地下室的汽車坡道滿足汽車搬運(yùn)發(fā)電機(jī)的需求，故不另外設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)的吊裝孔。復(fù)核汽車坡道凈高是否滿足發(fā)電機(jī)運(yùn)輸要求時(shí)，需要復(fù)核坡道最低高度是否大于汽車的運(yùn)輸平臺高度+柴油發(fā)電機(jī)的高度，并需要預(yù)留一定的余量。

7 豎向井道設(shè)置

各個(gè)塔樓僅設(shè)置一個(gè)強(qiáng)電井，約7.8m2。低壓電纜、母線及各種配電箱共井敷設(shè)，在強(qiáng)電井內(nèi)另設(shè)一個(gè)高壓電纜井，敷設(shè)高壓電纜，如圖6 所示。在初步設(shè)計(jì)階段，宜排布強(qiáng)電井道大樣圖，按照實(shí)際需求設(shè)置強(qiáng)電井道，既不偏大而影響建筑核心筒排布，也不偏小影響后期安裝、檢修。

圖6 超高層強(qiáng)電井道布置圖

8 低壓配電設(shè)計(jì)

超高層低壓配電系統(tǒng)配電方式分為放射式和樹干式，消防等重要負(fù)荷采用放射式配電，辦公等普通負(fù)荷采用樹干式配電。

各避難層采用單獨(dú)回路放射式供電，并在末端互投；

設(shè)置在避難層的變電所，其低壓配電回路不要跨越上下避難層。

辦公與酒店由不同的管理公司管理，其配電干線需相互獨(dú)立。

9 超高層防雷設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目為超高層建筑，須按照二類防雷建筑設(shè)計(jì)。防雷接閃帶須結(jié)合幕墻設(shè)置，在主體防雷設(shè)計(jì)中預(yù)留主體防雷設(shè)施與幕墻金屬構(gòu)架的結(jié)點(diǎn)，方便后期幕墻防雷深化。建筑物外墻內(nèi)側(cè)和外側(cè)垂直敷設(shè)的金屬管道及類似金屬物應(yīng)在頂端和底端與防雷裝置連接，并應(yīng)在高度100～200m 區(qū)域內(nèi)每間隔不超過50m 與防雷裝置連接一處，高度0～100m 區(qū)域內(nèi)在100m 附近樓層與防雷裝置連接。應(yīng)將高度45m 及以上外墻上的欄桿、門窗等較大金屬物直接或通過預(yù)埋件與防雷裝置相連，高度45m及以上水平突出的墻體應(yīng)設(shè)置接閃器并與防雷裝置相連。

10 航空障礙燈

航空障礙標(biāo)志燈[5]應(yīng)裝設(shè)在建筑物或構(gòu)筑物的最高部位；除在最高端裝設(shè)障礙標(biāo)志燈外，還應(yīng)在其外側(cè)轉(zhuǎn)角的頂端分別設(shè)置航空障礙標(biāo)志燈。

航空障礙標(biāo)志燈的水平安裝間距不宜大于52m；垂直安裝自地面以上45m 起，以不大于52m 的等間距布置。

11 消防報(bào)警系統(tǒng)

超高層建筑除了泳池、衛(wèi)生間等場所外，其他場所均應(yīng)設(shè)置消防報(bào)警設(shè)施。

酒店區(qū)域的消防設(shè)計(jì)除了應(yīng)滿足國內(nèi)消防規(guī)范要求外，尚滿足酒店管理公司的消防要求，如：消防報(bào)警設(shè)備應(yīng)滿足FM或者UL 認(rèn)證的要求；酒店區(qū)域消防設(shè)備相對獨(dú)立，并要求設(shè)置獨(dú)立的酒店消防控制室。

各個(gè)消防控制室主機(jī)之間需要總線聯(lián)絡(luò)，消防主機(jī)之間相互兼容。

12 結(jié)論

本文針對超高層建筑的特點(diǎn)，歸納總結(jié)了超高層綜合體20kV 供配電系統(tǒng)、20/0.4kV 變電所、發(fā)電機(jī)房、強(qiáng)電井道、消防報(bào)警等主要電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。