地铁附属商业开发电气设计探讨

曹 宝 康

[上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司, 上海 200092]

0 引 言

地铁商业开发是与地铁车站的规划、设计、建设流程紧密结合的附属开发。地铁附属商业开发电气设计的思路与地铁电气设计有所不同,这需要将轨道交通电气设计与民用建筑电气结合起来综合考虑[1-2]。本文从5个方面阐述了地铁附属商业开发电气设计。

1 电源引入及供配电系统

1.1 电源引入

地铁附属商业开发的外电源引入有两种方式,即从地铁引入(35 kV)和从市政电源引入(10 kV)。

1.1.1 从地铁引入

地铁与商业的电价计费方式不同,地铁存在优惠电价,从地铁接引电源需得到供电局的许可,并采用独立计量。从目前地铁商业开发的设计、建设、运营状况来看,地铁车站建设与商业开发尚难做到同步规划、设计和同步施工。地铁建设规划阶段,由于缺少相应的审批程序,商业开发主体尚不明确,因此地铁线位站点设计与商业开发方案较难同步,其建设速度相对于车站要明显滞后,导致供配电系统设置无法统筹考虑。对于一些地铁车站和商业开发同步实施的车站,优先采用从地铁35 kV变电站引入外电源。济南R3线裴家营站商业开发一次主接线图如图1所示。该车站设置牵引降压混合所,跟随式变电所即为商业用电专设的降压变电所,电源取自地铁35 kV环网。

1.1.2 从市政电源引入

对于地铁建设和地铁附属商业开发不同步的项目,供电从地铁接引除要征求电业意见,还要复核主变容量、预留柜位等,故建议优先考虑引自市电电源。从市政接引电源的方式可以使电源系统相互独立设置,避免相互干扰,便于独立计量。武汉8号线汪家墩站商业开发变电所一次主接线图如图2所示。该商业开发为车站运营后的补充设计内容,电源取自市政10 kV电源。

1.2 商业开发规模与供配电系统设计

目前,地铁附属商业开发供配电系统设计采用的设计原则在不同区域的建设项目会有不同。一般,根据当地建设公司或其他部门给出的书面依据来确定。如南昌1号线地铁附属商业开发供配电系统设计原则是根据商业开发规模来确定,可归纳为无商业开发、附属小型商业开发、附属大型商业开发3种类型。

图1 济南R3线裴家营站商业开发一次主接线图

图2 武汉8号线汪家墩站商业开发变电所一次主接线图

1.2.1 无商业开发

一般指面积小于100 m2的便民设施,多为开放性商铺或零售店,可充分利用车站既有动力照明系统,只增设三级负荷插座箱,进户设商铺配电箱并加计量。另外,不设动力照明系统。

1.2.2 附属小型商业开发

一般是指对车站内规模大于100 m2不超过2 000 m2的配线或车站站厅层设备区的利用,由于这两处空间无独立的出入,不具备独立商业开发的条件,因此其动力照明系统只能在车站电气设计时考虑,如设置车站跟随变电所需预留35 kV回线接口。另外,弱电系统由商业增设。

1.2.3 附属大型商业开发

该类属独立开发地下商业,一般达到标准JGJ 48—2014《商店建筑设计规范》中规定的中型、大型商店建筑规模,其设备用房及动力照明系统、弱电系统宜与地铁系统分开设计,独立申报、管理、核算,不与地铁各系统合用。

2 用电指标及变压器容量选择

地铁附属商业开发的用电指标和变压器容量选择是该类项目电气设计的难点。由于商业类型的不确定性,如地铁附属商业开发可能有下沉式广场、休闲娱乐、餐饮、景观用电等,负荷类别不同,从而影响变压器容量。

2.1 用电指标

一般用电指标由建设单位提供设计标准,不同的项目会有一定偏差。典型的单位建筑面积用电设备安装容量指标如图3所示。

图3 典型的单位建筑面积用电设备安装容量指标

在无相关设计依据时,单位建筑面积用电指标可参考文献[3]表2.7.6中相关规定进行估算。单位建筑面积用电指标可根据“各类建筑用电指标”和“分类建筑面积”加权平均后计算[4]:

式中:Pi——各类建筑用电指标,kW;

Si——分类建筑面积,m2。

2.2 变压器容量

(1) 单台干式变压器容量不应大于1 250 kVA,计算负荷不大于85%,长期工作负荷建议在70%左右。

单台干式变压器容量不大于1 250 kVA是JGJ 16—2008《民用建筑电气设计规范》中的规定,变电所设计一定要与当地供电部门的要求一致,如济南某大型地下空间项目,当地供电局给出的要求是单台主变容量不得超过1 250 kVA。变压器长期运行负载率最合理在70%左右,但是在地铁车站的设计体系中包括大量的消防专用负荷,大部分车站的运行负载率仍不会超过50%。地铁附属商业开发其负荷类别与地铁不同,应当按照标准JGJ 16—2008设计变压器容量和负载率。

(2) 采用单母线分段主接线,双变压器两路进线可以为消防负荷和重要负荷提供双电源和双回路供电系统,以提高供电可靠性。

3 商业开发的接地设置

地铁附属商业开发的接地设计通常采用TN-S系统。地铁附属商业开发与地铁车站共用人工接地网,接地电阻≤1 Ω。具体的做法就是在商业变电所或总配电间设置总等电位箱,引出两根接地电缆,接至地铁车站总等电位排。

目前,国内绝大数的地铁接地设计均做了人工接地网。这一做法在早期尚存争议,规范中已有解释和规定,采用人工接地网多出于设计习惯和安全性考虑的。GB 20157—2013《地铁设计规范》第15.7.12条条文说明“鉴于土壤电阻率在土壤纵向和横向都存在变化,设计很难计算出利用车站主体钢筋等自然接地极作为接地装置时的接地电阻值,而地铁地下工程与民建工程不同,利用人工接地网外引条件存在实施上的难度”,所以设置人工接地网,人工接地网与车站结构钢筋相连的做法成为安全且普遍的做法,事实上地铁附属商业开发接地的设计思路与地铁车站一致。地铁附属商业开发利用地铁车站的综合接地网是合理的,尤其针对既有结构已经完成的地铁商业开发项目,该方式更加适用。无锡3号线广瑞站及商业开发综合接地示意图如图4所示。广瑞站附属商业开发的接地利用车站综合接地网,在跟随式商业变电所内设置总等电位排,与车站的总等电位排之间通过接地电缆连接。

图4 无锡3号线广瑞站及商业开发综合接地示意图

GB 20157—2013《地铁设计规范》第15.7.12条规定:“变电所应利用车站结构钢筋或变电所结构基础钢筋等自然接地极作为接地装置”。文献[5]对北京地铁1号线和环线做接地试验及现场测试,得出地下结构钢筋的接地电阻均在0.5 Ω以下,同时文献[6]指出“变电所接地装置与结构钢筋绝缘处理几乎做不到”。自然接地网和人工接地网对地不绝缘情况下变电所接地方案如图5所示,接地故障分别由R1支路和R2支路承担,R=R1∥R2。由图5可见,如果在自然接地极基础上再并联人工接地网,整个接地系统的接地电阻会更小,满足电阻≤1 Ω的测试要求。

图5 自然接地网和人工接地网对地

4 弱电系统的整合

地铁设计中弱电系统专业划分较细,包括通信、民用通信、信号、自动售检票系统、火灾自动报警系统(FAS)、综合监控系统、环境与设备监控系统(BAS)、门禁、屏蔽门等专业。在民用建筑弱电的设计中,弱电系统专业包括火灾自动报警系统、安全技术防范系统(含视频安防监控系统、入侵报警系统等)、广播系统、建筑设备监控系统等多个系统专业[7-9]。

如果地铁附属商业开发项目不纳入地铁设计模式内,其本质就是普通的民用建筑项目,可采用民用建筑的设计模式。但该类项目采用地铁设计模式时需要有相关的弱电系统专业配合。地铁通信系统中无线通信系统、电话系统、视频监控系统、广播系统等系统与民用建筑设计中的视频监控系统、广播系统等子系统对应,民用通信系统与民用建筑设计中一致,是将运营商通信系统引入至地铁地下空间。FAS、BAS专业与民用建筑设计中FAS、BAS专业对应,如设置消防控制室需配合土建专业进行预留。

综上,在地铁附属商业开发项目中,弱电系统配合专业一般为FAS、BAS、通信和民用通信专业。

大型地铁地下空间开发很可能单独立项,为纯粹的民用商业项目,由弱电专业(弱电总体)完成相关设计。

5 环控电控室的设置

环控电控室为电气房间,一般靠近环控机房设置,环控电控柜设置在环控电控室中,方便控制和维护。环控电控柜主要实现空调机组的送风机,排风机,制冷机组、冷却水泵、冷却塔等空调设备的集中供电和智能控制[10]。

地铁有固定的布置形式,如标准站、三层站、T字换乘站等。地铁车站站厅、站台一般为长条形,通风专业环控设备集中放在环控机房里面,环控机房一般集中在车站左右两个端头或中间设备层(三层站)。地铁车站内的通风空调设备很集中,从配电、控制的角度都应当设置环控电控室。

地铁附属商业开发是否需要设置环控电控室,需从以下方面考虑:

(1) 商业开发的平面和设备的布置形式,商业开发的设备区是否相对集中。一种情况,商业开发设备区及商业开发环控设备区相对集中布置,故设计时考虑设置商业开发设备专用环控电控室。南京4号线中保站附属商业开发区平面示意图如图6所示。另一种情况,地铁附属商业开发一般的通风设备用房按防火分区设置,相对分散。这种情况无需设置环控电控室进行环控柜集中控制。

图6南京4号线中保站附属商业开发区平面示意图

(2) 现在地铁环控柜设计在听取运营的经验后,将变频柜等控制设备就近设置在现场设备旁;消防专用风机安装在专用排烟机房内,消防风机的配电在现场做末端切换。环控柜更简化,环控柜有许多回路仅为配电回路,与在每个防火分区就近设配电箱的效果一致。

6 结 语

地铁附属商业开发的电气设计应当与地铁车站电气设计尽可能同期,对于地铁附属商业开发的功能定位、结构形式、业态形式要尽早确定,并提供依据。即使地铁商业为后开发,也能有较准确的供配电方案及电气设备安装的预留,避免后期反复修改,造成建设资源的浪费。