超高层建筑电气设计特殊要求分析

王 玲

（广东建设职业技术学院 机电工程系，广东 广州510440）

0 引 言

超高层建筑，指建筑高度大于100m 的民用建筑，由于其建筑高度高、建筑规模大，功能繁多（办公，商业，会所等）、人员众多，其火灾危险性、疏散和扑救难度均高于普通高层建筑，有着不同于普通高层建筑的诸多特性。为此，电气专业要着重考虑、特别重视超高层建筑的以下问题：供电电源的高可靠性； 配电系统主接线的安全可靠性；分区设置变配电所的合理性；自备应急电源（发电机、UPS、EPS）的合理选取与配置；防雷接地的特殊重要性；电气火灾防范与智能疏散的极端重要性；避难层的供电、火灾应急广播及消防通信的特殊要求；航空障碍灯设置的特殊要求；电气节能与环保技术应用、绿色建筑创建的必要性；智能化系统的复杂性与功能完备性；消防性能化评估、可再生能源利用等专项研究内容等。

1 超高层建筑电气设计特殊要求

针对超高层建筑的特点，现对超高层建筑电气设计要点和注意事项解析如下。

1.1 供电电源的高可靠性

《供配电系统设计规范》GB50052-2009 第3.0.2 要求：“一级负荷应由双重电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。”这一规定是基于城市电网完好，两个电源不致同时发生故障的情况，没有考虑到城市电网发生重大故障导致全面瘫痪的可能。虽然规范3.0.3 明确：一级负荷中的特别重要负荷（如计算机信息系统用电、安防系统用电、消防用电等）除应由双重电源供电外，尚应增设应急电源，但对非消防一级负荷（如走道照明、客梯用电、生活水泵、排污泵用电等）未明确是否增设第三电源。

超高层建筑通常为地标式建筑，为提高上述非消防一级负荷的供电水平，亦应为其设置自备应急发电机组作为第三电源，以确保城市电网瘫痪时大厦的基本运营，将经济损失减少到最低程度。

同时设置不间断电源装置UPS、应急电源装置EPS，为智能化信息系统、应急照明系统等提供第四电源。

1.2 配电系统主接线的安全可靠性

变压器总容量为15000kVA 及以上，宜采用20kV及以上电压等级供电；变压器总容量在15000kVA及以下，宜采用10kV 及以上电压等级供电。具体情况需与当地供电部门协商。两回10（20）kV 中压电源应采用同时工作、互为备用、单母线分段运行方式。

消防负荷、非消防负荷在0.4kV 低压母线段处严格分开，彼此独立、互不干扰，并分别设置消防负荷、非消防一级负荷（保证负荷）专用应急母线段，以确保消防负荷供电的安全可靠性。

低压配电系统采用单母线分段运行方式，干线系统采用放射式、树干式或二者兼用的混合式。垂直干线电缆配电，按每条电力电缆干线供电负荷不超过8 层设置（一般每隔15 层45m 设一避难层，即两个避难层之间同类别负荷干线为2 条及以上，对提高供电可靠性有利）。

1.3 分区设置变配电所的合理性

应根据不同性质用电负荷分布密度，将变配电所设置于各功能区段，如冷冻站与泵站地下区、低中区、中高区、超高区的负荷中心（如地下层、避难层、中间设备转换层、顶层）。

低压出线柜至末端配电箱线路的最大供电半径控制在（200-50）x0.8=120m 以下（末端配电箱至用电设备的线路长度控制在50m 以下）。低压供电线路的总长度具体应按照总电压降不超过5%的要求确定。

为了设备运输和检修方便，变压器最大单台容量地下层控制在2500kVA 及以下，电抗率8%；地上避难层、设备层、顶层控制在1000kVA 及以下，电抗率6%。当专用运输梯的载重量达4.9（5.0）t时，地上设备层可放宽到2000kVA 及以下。

从节省设备用房占地面积、节省线材造价的角度考虑，10kV 高压开关柜与变压器相距不宜过远，尽量靠近，0.4kV 低压开关柜与变压器尽量靠近，间隔0.8～1.0m 为宜，必要的时候亦可选用紧凑型组合式变配电站。

1.4 自备应急电源（发电机、UPS、EPS）的合理选取与配置

200m 及以下区段宜选用0.4kV 发电机组，400m 以上区段应选用10kV 发电机组，将应急电源直接馈送至各功能区段的负荷中心，降低能耗和节省线材。亦可通过技术与经济合理性比较，均选用10kV 或0.4kV 发电机组。

同时分区设置专用的UPS、EPS 机房（需考虑结构荷重），为智能化信息系统、应急照明系统等提供不间断电源。

1.5 防雷接地的特殊重要性

现代超高层建筑大量采用钢结构、钢筋混凝土结构，本身引雷能力强，遭受雷击的概率增大，且外立面多采用带金属构件的玻璃幕墙，设计时应综合考虑外部防雷和内部防雷，兼顾各种用途的接地需要，把防雷接地的各要素与结构钢筋、金属构件等有机结合，构成统一协调、安全可靠的防雷接地体系。

1.6 电气火灾防范与智能疏散的极端重要性

根据超高层建筑内部的不同功能分区，分别设置消防控制分控中心，各功能分区自成系统，独立运行，以实现风险分担。同时，大厦首层（或地下一层）设置消防控制主中心，可实现监控各分控中心的状态，全面提高电气火灾防范的安全可靠性。

除了常规火灾自动报警及消防联动控制系统外，超高层建筑还应设置电气火灾监控系统（多级防火剩余电流动作报警、过电流超温报警系统）、气体灭火控制系统、固定消防炮灭火控制系统、消防水泵定期自动巡检系统、空气采样早期烟雾探测系统等多种特殊且必需的系统。

同时，需设置应急照明智能疏散逃生系统，这是因为超高层建筑内人员流动大、密集度高、疏散通道复杂。为了做到“安全、准确、迅速”逃生，须引入智能化动态疏散的理念，以火灾现场即时的、真实的信息为依据，根据预设的疏散方案进行局部疏散路径的动态调整、优化，从而有效解决安全、准确快速疏散问题。

1.7 避难层的供电、火灾应急广播及消防通信的特殊要求

避难层内除空调机房外，其他动力、照明等配电干线须单独设置，不应与其他层公用，且均应采用消防双电源供电并在末端自投，以确保避难层电气消防的独立性和可靠性。

1.8 航空障碍灯设置的特殊要求

应标志出超高层建筑的最高点和最边缘（即视高和视宽），并应在中间层加设障碍灯，中间层的距离必须大于45m 并尽可能相等，水平距离亦不大于45m；按规范在不同高度选用不同光强、不同类型的障碍灯，确保在不同高度的障碍灯数目及排列，应能从各个方位都能看到超高层建筑的轮廓，并且考虑障碍灯的同步闪烁，以达到明显的警示作用。

1.9 电气节能与环保技术应用、绿色建筑创建的必要性

超高层建筑的使用功能非常复杂、用电量负荷极大，电气节能与环保技术应用的潜力巨大，效果明显。首先应深入研究、全面优化其高、低压变配电系统和应急电源系统的设计方案，并设置综合能耗计量与运营管理系统，从系统配置和管理上为节省电能创造有利条件。

同时，应充分开发与利用可再生能源，积极采用绿色照明、太阳能光伏发电技术、风力发电和风光互补发电技术及其他各种有效的电气节能技术；积极采用环保型发电机、无烟无卤清洁型电缆及其他各种有效的电气环保技术；设置智能照明控制系统、各种机电设备的自动监控系统（BAS）、综合能耗独立分项计量与运营管理系统等。从设备选型、系统配置和运营管理等各个环节多管齐下，最大限度地节约能源、保护环境、减少污染，力争达到国家标准 《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2006 中的“三星”或“二星”等级。

“绿色建筑”指在建筑的全寿命周期内，最大限度地节约资源（节能、节地、节水、节材）、保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑。

绿色建筑对住宅建筑而言，要求公共场所和部位的照明采用高效光源、高效灯具和低损耗镇流器等附件，并采取其他节能控制措施，在有自然采光的区域设定定时或光电控制。智能化系统定位正确，采用的技术先进、实用、可靠，达到安全防范子系统、管理与设备监控子系统与信息网络子系统的基本配置要求。

绿色建筑对公共建筑而言，要求各房间或场所的照明功率密度值不高于现行国家标准《建筑照明设计标准》GB50034 规定的现行值。新建的公共建筑，冷热源、输配系统和照明等各部分能耗进行独立分项计量。建筑室内照度、统一眩光值、一般显色指数等指标满足 《建筑照明设计标准》GB50034 中的有关要求，建筑智能化系统定位合理，信息网络系统功能完善。建筑通风、空调、照明等设备自动监控系统技术合理，系统高效运营。

1.10 智能化系统的复杂性与功能完备性

超高层建筑智能化系统极其复杂，功能要求非常完备，主要系统有：火灾自动报警系统与消防联动系统（含众多子系统）；通信网络系统；计算机网络系统；办公自动化系统（含入侵报警系统、视频安防监控系统、出入口控制系统、电子巡更系统、停车库管理系统等子系统）；有线电视与卫星电视接收系统；VSAT 卫星通信系统；无线信号增强系统（无线对讲系统）；IC 卡一卡通综合业务管理系统；广播、扩声与同声传译系统；多媒体数字会议系统；电子信息显示系统；建筑设备监控系统（BA）（能耗远传自动计费系统等）；智能化系统集成；信息机房工程。

1.11 需专项研究内容

城市电网（外部供电电源）供电电压等级的调查研究；自备应急发电机组的电压等级选择研究；发电机冷却方式比较研究；电气消防性能化评估；太阳能光伏发电、风力发电与风光互补发电技术研究；智能化系统集成技术研究等。

2 结 语

超高层建筑的性质与一般建筑有较大的区别，电气设计要求更高，电气设计性能与建筑物的质量、功能、舒适度、使用寿命等有着密切的联系，需予以高度重视。本文分析了超高层建筑电气设计特殊要求的要点和内容，在实际设计中，还需要设计人员全面考虑各项要素，合理制定电气设计方案，使超高层建筑达到良好的使用性能。

[1]韩风明.超高层办公建筑电气设计[J].现代建筑电气，2011(1):37-41.

[2]李叶正.超高层建筑电气设计的要点[J].电工技术，2015(3):45-45.

[3]刘新建.超高层建筑消防电气设计的几点体会[J].智能建筑与城市信息，2015(2):85-87.

[4]任宝立,于波.超高层建筑供配电系统方案经济技术比较[J].智能建筑电气技术，2014(3)：50-53.

[5]《建筑照明设计标准》GB50034-2013[Z].北京:中国建筑工业出版社,2013.