改造工程电气设计中的若干问题探讨

何 静 / 丁宗臣

(中国建筑设计院有限公司 ， 北京 100044)

随着社会的发展，科技的进步，越来越多老旧建筑已经不能满足其原本的使用需求，面临着改造和翻新的问题。电气设计中遇到的旧工程改造主要包括建筑的功能发生了改变(如办公楼改为酒店)或主要建筑功能不变，仅增加部分先进的系统，使其品质得以明显提升(如增加中央空调系统、智能化系统)。

与新建项目相比，改造项目投资较少、工期短，大多能保持原来的建筑外观，保持其与周边建筑相协调，对周边环境影响较小，因此已经有越来越多的业主将目光投向旧工程改造。改造与新建的区别在于改造建筑主体结构已经成型，房间结构布局及层高难以调整，从而带来一些技术难题。

1 配电机房

用电指标的提高带来电气机房和竖井的设置问题。大多数老建筑在初步建成时期用电指标比较低，改造中需要增加功能或其他用电设备，从而对单位面积的用电标准有较大幅度的提高。变配电室内变压器的容量及低压配电柜数量会随之增加，设计中需要重新确定变配电室的面积及布置方式，面临的主要问题在于原有建筑的条件限制和规范要求的矛盾，根据《20kV及以下变配电室设计规范》(GB 50053-2013)和《低压配电设计规范》(GB 50054-2011)中的要求尽量使变配电室的布置紧凑、合理。

设计中有以下几点可以借鉴：

(1)若需要增加容量，尽量不改变变压器数量，提高单台变压器容量，保持高压配电柜数量不变，不增加高压柜所占的面积。

(2)布置中可以利用增加“空柜”的方式弥补土建条件的一些不足。如图1，左侧房间为原有变配电室，改造中需要增加配电柜数量，设计中将右侧房间纳入变配电室范围，由于中间承重墙改造中开洞尺寸有限，方案难以实施。在开洞处设置“空柜”，使配电屏主母线保持贯通，但不保留柜后维护通道，使变配电室布置满足规范要求。

(3)需要严格遵守规范中要求的设备与设备、设备与墙、结构柱的间距，并按其最小尺寸布置设备，尽可能节约机房内的空间。如表1所示，设计中低压配电屏前、后通道均按表中数据。根据此标注解，改造项目中的尺寸均可采用“受限制时”一栏中的要求。

表1 成排布置的配电屏通道最小宽度(单位：m)

注：1. 受限制时是指受到建筑平面的限制、通道内有柱等局部突出物的限制；2. 屏后操作通道是指需在屏后操作运行中的开关设备的通道；3. 背靠背布置时屏前通道宽度可按本表中双排背对背布置的屏前尺寸确定；4. 控制屏、控制柜、落地式动力配电箱前后的通道最小宽度可按本表确定；5. 挂墙式配电箱的箱前操作通道宽度，不宜小于1m。

图1 变配电室布置平面图

2 防雷接地

许多老旧项目建成年代久远，建设用的施工图纸早已丢失，经现场勘察也很难确定其当初暗敷在基础内的接地装置。在不具备原始资料的条件下，切实可行的做法就是为建筑重新设置接地装置。接地装置的设置一般有以下两种做法：

(1)设置室外人工接地极。利用建筑的条件，在其外围的庭院、草坪等场所土壤内设置人工接地极。人工接地极一般采用水平敷设的圆钢、扁钢，垂直辐射的角钢和钢管等，不同装置类型导体的最小尺寸见表2。

室外接地体的设置以图2中某工程为例：在该工程面积有限的下沉庭院内设置人工接地极，与室内接地点m相连，作为建筑内某特殊机房的独立接地体。接地体需满足接地电阻的要求，水平接地极的具体电阻值可根据式(1)计算。

表2 接地装置导体的最小尺寸

Rh=ρ(lnL2/hd+K)/2πL

(1)

式中：Rh为水平接地极的接地电阻，Ω；L为水平接地极的总长度，m；h为水平接地极的埋设深度，m；d为水平接地极的直径或等效直径，m；K为水平接地极的形状系数(一字形时取-0.6，矩形时取1)。

式中可见，土壤电阻率(ρ)对接地电阻有很大影响，有些工程补充了一定量室外接地导体，却仍然不满足接地电阻的要求。此时可采用换土法和降阻剂法来降低原土壤的电阻率，快捷有效地减小接地电阻，以满足工程的接地需求。

图2 接地平面图

(2)不具备室外人工接地体条件时，可在建筑内适当位置敷设金属等电位带作为人工接地体。如图2所示，在建筑地下室外墙设置一圈镀锌扁钢作为等电位带，并通过地下室地面面层内暗敷设的等电位扁钢将防雷等电位接地体组成网状，从而有效扩散雷电产生的冲击电流。此方式适用于对接地要求不高的建筑，即人工制造出建筑物的“地”电位，作为防雷接地、保护接地和工作接地的统一接地体。

3 管线综合

大多数八九十年代设计的老旧建筑原本没有设置中央空调系统、消防系统等，机电设备较少并且大多集中在地下室机房。为提高建筑的舒适性和消防安全性，建筑标准层需要增加大量风管、水管、冷媒管及强弱电桥架，瞬间凸显出层高严重不足的问题。这时需要与水、暖专业密切配合，将管线科学、合理地排列，利用管井、走廊与功能房间的位置分布特点，尽量减少管线交叉，最大程度地保证室内有效空间高度。

图4 桥架安装示意图

以图3中工程为例，经过综合考虑，一般建筑标准层内可将办公区内的空调风机盘管设备设于梁间区域，新风管道设在办公区域的梁下空间，走道内布置走道排风、水喷洒及强弱电桥架等。为便于桥架内敷设电缆和导线，将其设置在最底层，接近于吊顶。图3中桥架宽度较窄，上方和水平方向与其他平行管线留有空间，可满足施工需求。因考虑到消防水喷洒及走道照明需要居中设置，并避免强电线路对弱电系统的电磁干扰，强、弱电桥架分别在走道两边布置较为适宜。

图3 机电管线布置剖面示意图

改造工程中空间情况复杂，可能不具备理想的安装条件。对于电气系统而言，电缆桥架的作用是将电缆敷设到位，因此只要能保证电缆敷设空间，其尺寸是灵活可调的。电缆桥架的具体安装要求如图4所示，图4(a)中表示为600mm～800mm宽的电缆桥架，如靠墙安装需保留100mm的支、吊架空间，水平方向和桥架正上方还需预留工人安装空间(阴影内区域)，以确保施工安装。图四(a)中表示为300mm宽的电缆桥架，因桥架尺寸有限，安装时仅需考虑手臂操作即可，安装空间(阴影内区域)可以明显减小。所有风管、水管当与桥架并行时均要设置在阴影区域以外，交叉穿过时可走在阴影内虚线区域里，方能不影响电缆安装。

如条件允许。建议使用三维制图软件revit mep或magiCAD，将机电管线在建筑模型中进行合理布置，更为直观地设计管线路由并细致地解决管线碰撞问题，以确保建筑的室内高度。

4 消防系统

老项目重新向消防部门报批时经常会被要求按照最新规范设计。上世纪八、九十年代的建筑均未设置报警系统和应急照明，消防设备配电等也不满足规范要求。目前对改造项目影响比较多的新规范包括《火灾自动报警系统设计规范》(GB 50116-2013)、《建筑设计防火规范》(GB 50016-2014)、《建筑照明设计标准》(GB 50034-3013)等。在改造项目初期，必须与甲方共同商定改造内容和范围，从而初步估算出消防改造投资并顺利通过审批。通常需要考虑以下几方面内容：

(1)增加火灾报警系统，根据建筑物规模和性质确定其系统形式；通常选择在原建筑门厅附近增加控制室，如仅需要报警也可不设置控制室，仅在值班室内增加区域报警主机。

(2)增加应急照明系统。根据投资情况和业主需要，确定应急照明系统类型。如档次较高的大型商业、写字楼照明系统需全面改造时可以增加应急疏散照明控制系统；如要求不高的一般建筑，建议增加自带浮充蓄电池的应急照明灯具，不仅节约成本、安装方便，而且后期维护简单、实用。

(3)增加消防水泵巡检控制系统。消防巡检也是近十年来公安部提出的要求。由于消防水泵在

火灾发生时会因长期处于停止状态而不能正常运行，因此增加自动巡检装置，使其每月定期运行一段时间以确保需要时能够正常使用。在消防水泵房中设置巡检控制柜，一般情况下需单独设置控制室，以门连窗与水泵设备间隔开。改造中，面积受限时也可与水泵设备共室，控制柜下设置300mm高的基础，以防止水淹。

(4)所有消防设备控制箱按双路电源末端互投设计。改造过程中视情况确定改造设计原则。如原设备控制箱维护较好，能够继续使用，仅缺少双电源切换装置，在配电箱附近增加双电源开关箱即可，无需更换整个配电箱。

5 改造项目中高科技的应用趋势

近年来，越来越多先进技术融入到设计软件中，必将为未来改造项目设计带来巨大帮助。

1)全息摄影技术与三维绘图软件相结合

许多设计软件公司已经开始研发此项技术。未来将实现在改造项目开始前，利用特殊的技术手段记录并再现老建筑物的真实的全部三维图像信息，形成数据云。结合电脑程序，点对点一一导入并生成BIM，作为改造项目的基础模型。这种技术有效避免了原施工图和竣工图的丢失、使用过程中的擅自改造使实际情况与原图纸不符等问题。

2)BIM软件强大的管理功能

运用BIM设计软件，可以随时生成改造过程中增加的构件及设备材料表，不仅能准确显示出各设备的位置和安装细节，还能分门别类地将设备及其元器件的数量和各项参数统计出来，简单、快捷、准确地计算出改造项目的各系统投资。

由于旧工程改造项目可节约投资，如果能够多做并做好，利国利民，必将越来越多地出现在今后的设计工作中。本文对相关设计过程中的问题提出个人的观点，希望能够对同行们的设计工作有所帮助。