超高层建筑电气设计实例介绍

黄小玲

（中机中联工程有限公司，重庆400039）

超高层建筑电气设计实例介绍

黄小玲

（中机中联工程有限公司，重庆400039）

该文通过工程实例介绍了超高层建筑电气设计相关内容的具体做法，并分析总结了设计中应关注的重点。

应急电源；供配电系统；竖向电气井道；航空障碍标志灯；防雷设计；超高层建筑；电气设计

1 工程概况

该工程位于重庆市渝中区解放碑，总建筑面积约216184m2，建筑主体高度191.8m，属一类高层公建。由地下五层车库、地上六层商业裙房及两栋四十三层甲级写字楼塔楼组成。根据功能及管理运营要求，甲方要求A塔楼、B塔楼、裙房车库三部分供配电系统独立设置。

2 负荷分级及计算

2.1 超高层建筑负荷分级按一类高层建筑确定

该工程负荷分级如下：

一级负荷：消防用电设备、应急照明、走道照明、客梯、生活给水系统、排污泵、安防及智能控制系统、电信及管理用电子计算机系统设备、航空障碍照明等。

二级负荷：扶梯、电影院用电等。

三级负荷：除一、二级负荷以外的其他负荷。

2.2 负荷取值及计算

（1）建筑负荷密度与建筑功能、建筑面积、建筑高度、附属功能等因素有关。

负荷指标一般在80～120W/m2。商业的用电负荷指标取值应结合不同业态确定，同为商铺，但餐饮商铺和百货商铺的用电负荷指标差异就很大，一般应结合使用需求及业主招商的要求综合考虑，该项目用电负荷指标详见表1。

（2）负荷计算

电力安装容量:Pe=28031kW；

表1 用电负荷指标

有功计算负荷:Pjs=17518kW

变压器安装容量:Sb=23200kVA

经计算该工程单位面积变压器装机容量107VA/㎡。

3 供电电源

超高层建筑应进行整体供配电系统设计，至少需要两路独立市电电源，另需设应急电源或备用电源，一般采用柴油发电机作为应急电源或备用电源。

（1）该项目引入4路10kV电源，4路10kV电源分别引入该工程B1F设置的两个10kV用户配电站，各组的两路电源均引自不同的区域变电站。两路电源同时使用，并互为备用，当其中一路10kV线路故障或检修时，另一路10kV电源仍能负担该项目的重要负荷。

（2）该项目建筑高度低于200m，选用低压（400V）柴油发电机组。根据业主运营管理需求，设置3台柴油发电机组分别供A塔、B塔、裙房车库使用。其中A、B塔楼发电机容量均为1000kW，裙房地库发电机容量为1200kW。此外，为满足将来重要租户的需求，在1#及2#发电机房分别预留1台发电机位置供将来客户自行安装。因为条件制约，B塔、裙房机房位置无法满足风冷机组送排风要求，同时考虑减少对建筑立面的影响，故选择水冷型柴油发电机组。每台水冷发电机组在机房内设置一用一备两台冷却水循环泵，冷却水循环泵将柴油机工作时产生的热水泵送至裙房屋面的远置散热器，通过热交换冷却后重新回到柴油机，并对柴油机进行冷却。

4 高压供配电系统

10kV供配电系统可采取主配电所—分配电所（由总配电所采用单母线不分段的主接线形式以放射式引至各分配变电所向各台变压器供电）、二级配电（总配电所向各分配电所供电，分配电所经过二级配电向变压器供电）两种配电形式。主分结构配电形式与二级配电相比较，缺点是中压电缆数量较多，主站中压开关柜数量多，优点是配电级数少一级，简单、可靠性高。

该工程10kV配电采用主分结构配电形式，主配变电采用单母线分段的主接线形式放射式引至分配变电所，保护设在主站，分站进线设负荷开关起隔离作用，详见图1。

5 低压配电系统

5.1 配电方式

该项目低压配电系统采用三级配电方式，配变电室设总箱，各楼层电井、配电间设层配电箱，终端设用户配电箱。配电系统上下级之间保护开关动作具有选择性。水泵、电梯等单台容量较大的负荷或重要负荷采用放射式配电；办公、商业采用树干式配电。消防一、二级负荷采用双电源或双回路末级自动切换供电；非消防一、二级负荷采用双电源或双回路供电。

5.2 系统类型

低压配电系统采用单母线分段+一段应急母线，两路市电为分段的单母线供电，中间设联络断路器，另设置一段应急母线段，为应急负荷和备用负荷供电。市电与发电机之间采用机械、电气连锁。

6 配变电所设置

6.1 变配电房布局及供电范围

10/0.4kV变电所应按功能及管理运营要求分别设置，考虑负荷中心并结合供电半径及安装维护、设备自身安全、线路节能、季节运行节能，分别设置在地下设备层、避难层。设计的关键原则是变压器尽量靠近负荷中心，最大化的利用变压器的带负荷能力。

图1 10kV配电接线示意图

该工程业主方管理运营要求将A塔、B塔、裙房车库三个区域配电系统及设备用房分别独立设置，配变电所设在地下车库、避难层等负荷中心，供电半径不大于150m，配变电所设置如表2。

表2 配、变电所及发电站的设置位置、数量、容量及型式表

6.2 超高层建筑中上部设备的运输问题

由于变压器等大型电器设备安装在建筑中上部，运输存在一定的难度，特别是变压器首次吊装及日后设备维护更换的垂直及水平运输通道，在设计阶段必须考虑充分。一般可采取三种方式：

（1）变压器容量不超过1000kVA，建筑设置3t的货梯即可运输。

（2）利用电梯井道作为竖向运输通道，并在水平运输通道的适当位置预留水平牵引。

（3）采用外墙吊装的方式，在屋顶预留吊装锚杆，机房梁上预埋吊钩，建筑外墙预留可打开孔洞。

不管是采取何种方式，都必须和建筑、结构专业密切配合，电气专业应提供相应的荷载及设备尺寸，建筑结构做好预留预埋。

该项目变压器首次吊装采用塔吊的方式运输，后期设备维护更换采用外墙吊装的方式，在屋顶预留吊装锚杆，机房梁上预埋吊钩，建筑外墙预留可打开孔洞。

7 竖向井道设计

高层建筑强弱电设备间面积一般为楼层面积的5‰～10‰，该工程A、B塔楼分别在核心筒设置7㎡强、弱电井各一个；商业裙房按防火分区分别设置强、弱电井，每个电井服务面积不超过1000mm2，服务半径不超过50m。竖井的设置应注意以下几点：

（1）尽量减少转换竖井，为便于管理，电气竖井按使用功能设置，裙楼设竖井及配电间，分流与塔楼无关的管线。

（2）考虑进出线方便，尺寸除考虑敷设竖向电缆、封闭母线、还应有配电箱、电度表箱、分线箱、接线箱等占用的空间及操作维护距离，一般宜在箱体前留有不小于0.8m的操作维护距离。

（3）应考虑结构梁对垂直方向线路敷设的影响，注意上部墙体厚度减小时，尽量使竖井内墙体对齐，便于线路敷设。

（4）为防止进水，竖井的地坪或门槛宜高出本层地坪0.15～0.3m。

8 电线电缆选择

根据《民用建筑电线电缆防火设计规程》，在设计中应合理选择供电电缆，满足使用功能及规范要求，不无故提高标准，兼顾安全与经济。

8.1 消防设备供电线缆

（1）由变电所引至双电源自动切换箱的电源线路采用矿物绝缘电缆。

（2）由消防设备配电箱引至消防设备的配电线路，当采用穿管敷设时，应采用耐火线电缆；当采用金属线槽敷设时，应采用A类阻燃耐火线缆。

8.2 非消防设备配电线缆

选用低烟无卤A级阻燃电缆、B级阻燃电线。

8.3 火灾自动报警系统传输线缆

火灾自动报警系统传输线路的选择应结合敷设方式合理选择：

（1）穿金属管或阻燃型硬质塑料管暗敷（保护厚度不小于30mm）时，采用铜芯无卤低烟阻燃线缆。

（2）穿有防火保护的金属管明敷时，采用铜芯无卤低烟耐火线缆。

（3）穿有防火保护的金属槽盒敷设时，采用铜芯阻燃无卤低烟阻燃耐火线缆。

9 照明设计

（1）超高层建筑应设置航空障碍灯并应符合规定：

①障碍标志灯装设在建筑物的最高部位。当制高点平面面积较大，除在最高端装设障碍标志灯外，还应在其外侧转角的顶端分别设置。

②障碍标志灯的水平、垂直距离不宜大于45m。

③障碍标志灯宜采用自动通断电源的控制装置，并宜设有变化光强的措施。

④障碍标志灯的设置应便于更换光源。

⑤障碍标志灯电源应按主体建筑中最高负荷等级要求供电。应由专用回路供电，保护开关宜为二极，容量≥16A。

⑥供电方式宜为环形供电，若为环形供电，导线截面可≥2.5mm2，否则应≥4mm2。该工程在A塔、B塔屋顶停机坪层、屋顶层、34层、24层、14层分别设置航空障碍灯。

（2）超高层建筑屋顶直升机停机坪的照明应符合《民用直升机场飞行场地技术标准》MH5013-2008的要求。

（3）超高层建筑应设置消防应急照明和疏散指示系统。超高层项目工程规模大、功能复杂、楼层高、人员密集，应急疏散诱导设计非常重要，可采用智能应急疏散指示系统，该系统与火灾自动报警系统联动，根据火灾探测器报警的区域自动选择最佳逃生路线，控制标志灯导向箭头方向，同时可以远程设定和控制语音提示、导光流、频闪等其它联动功能，有效诱导人员疏散。

10 防雷设计

（1）超高层建筑在进行预计年雷击次数计算时，应注意等效面积的算法：每边扩大宽度应按等于建筑高度H计算，同时考虑其周边2H范围内比本建筑高的其他建筑物的影响。

该工程经计算预计年雷击次数为0.64次/a，根据《建筑物防雷设计规范》，该工程属于二类防雷建筑，屋面接闪带网格按5m×5m或6m×4m加强设防。

（2）超高层建筑电子信息系统防雷击电磁脉冲防护等级应结合建筑使用功能及其电子信息系统重要性确定，该项目按B级设计。

（3）在防雷设计时还应注意以下几点：

①当屋顶设有直升机停机坪时，应避免避雷针对直升机的影响。该工程屋面及直升机停机坪采用接闪带保护即可满足要求。

②航空障碍标志灯上装设避雷小针进行保护。

③燃气放散管的管顶或其附近应设置避雷针，其针尖高出管顶不应小于3m，并使其保护范围高出管顶不应小于1m。

11 火灾报警系统设计

根据规范要求，该项目采取控制中心报警系统形式，消防控制中心设在裙房一层。

11.1 避难层报警系统设置要求

（1）各避难层内设独立的火灾事故广播系统，该系统宜能接收消防控制中心的有线和无线两种播音信号。

（2）各避难层与消防控制中心之间设独立的有线和无线呼救通讯。

（3）在避难层每隔20m设置火警及专用电话插孔。

11.2 燃气泄漏报警系统

建筑内可能散发可燃气体、可燃蒸汽的场所应设可燃气体报警装置。燃气泄漏报警应自成系统还是接入火灾报警系统，应根据项目具体情况确定，燃气锅炉房、燃气计量间、调压间等用气量较大的场所宜设置可燃气体泄漏报警系统，餐饮商铺厨房等用气量较少的场所可设置燃气泄漏探测器接入火灾报警系统。

（1）锅炉房

锅炉房燃气泄漏报警自成独立系统，采用可燃气体报警控制器，实现以下功能：当环境中存在待测气体的浓度达到或超过预置报警值时，控制器立即发出声、光报警，并关闭燃气总进气阀，联动开启相应区域事故风机，并显示报警地址点，可燃气体报警控制器与消防主机通过RS485总线通讯，消防控制室能显示报警器、排风机工作状态信号，并能控制紧急切断阀关闭。

（2）餐饮商铺厨房

餐饮商铺厨房在燃气阀门及燃气灶上方区域设置可燃气体探测器，接入火灾自动报警系统。

11.3 漏电火灾报警系统

该工程漏电火灾报警系统按特级保护设计，系统由漏电报警主机、通讯控制器、监控单元、探测器等组成。采用全范围多级监控方案，即以末端监测为基础，在正常照明、应急照明、正常电力、消防电力四类配电系统中一、二或三级配电箱柜均设置保护监测点。漏电火灾报警系统监控主机安装在消防控制室内，统一管理。

[1]中华人民共和国国家标准.GB50116-2013火灾自动报警系统设计规范[S].北京：中国计划出版社，2013.

[2]中华人民共和国行业标准.JGJ16-2008民用建筑电气设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[3]重庆市工程建设标准.DBJ50-054-2013大型商业建筑设计防火规范[S].重庆市城乡建设委员会，2013.

[4]中华人民共和国国家标准.GB50057-2010建筑物防雷设计规范[S].北京：中国计划出版社，2011.

[5]重庆市工程建设标准.DBJ 50-054-2013民用建筑电线电缆防火设计规程[S].重庆市城乡建设委员会，2013.

责任编辑：孙苏

Introduction to Electrical Design Practice of High-rise Building

Specific practices of electrical design for high-rise buildings are introduced through engineering cases and attention-worthy points are analyzed and summarized.

emergency supply;power supply and distribution system;vertical electrical shaft;aviation obstacle lights;lightning protection design; high-rise building;electric

TU976+.1

A

1671-9107（2014）11-0041-04

10.3969／j.issn.1671-9107.2014.11.041

2014-10-21

黄小玲（1975-），女，重庆人，本科，高级工程师，主要从事建筑电气设计工作。