现代城市高层建筑电气设计的要点研究

段建伟

（山西五建集团有限公司，山西太原 030001）

人们对用电需求与日俱增，相对应的高层建筑的电气设计质量问题也逐渐成为越来越多人讨论的焦点。作为一项从设计到施工都十分复杂的工程，在实际过程中进行电气设计工作，应在对其特点进行详细分析后，同时满足安全、节能的特点进行施工，才可以最大限度达到预期效果，提高电气设计工作的质量。

1 高层建筑电气设计特点

随着城市越发现代化，高层建筑也随之拔地而起[1]。城市中的高层建筑比起常规建筑，有极为显著的区别：人口密度高、使用功能复杂、需求复杂、建筑设备过多、能源消耗大、高度极高、易发生危险等，这样的显著的区别导致了其高层建筑电气设计十分独特：用电量很大、电气线路繁多、电路系统复杂以及对于供电可靠性提出了很高的要求。

相关设计人员在进行工作时，必须要以安全、可靠为基础[2]。具体来讲，就是要首先保障总体设计的安全性能，避免事故的发生[3]。其次要结合实际情况，确保供电系统可以稳定运行。并且要在保障以上前提的情况，追求设计简单化，没少一个电气设备，就会少一处隐患的出现。

对于实际高层建筑电气设计工作来说，其设计工作最为核心的复杂点在于，由于其包含的用电设备种类十分广泛（如表1 所示），如何同时满足与其相关联的不同用电设备种类的差异化要求。

表1 高层建筑用电设备种类

高层建筑通过其不同的用处加以分类，不同类型在消耗用电量上也存在许多差异，但从总体上比较来说，其耗电量较大，并且许多高层建筑的消防用电、应急设备等还需要另外设置独立的电源。

2 高层建筑电气设计的要点

2.1 防雷和接地的设计

因为目前的高层建筑的接地设计越来越现代化，许多高层建筑大多在建设剪力墙时选用钢筋混凝土作为主体材料，通过这种方法可以使其与楼板之间存在安全的连接，从而最大限度保证金属管线的正常工作。此外，在高层建筑中应用的较为广泛地设置避雷针以及避雷带的传统形式随着时代的发展也逐渐出现了新式设备：放射性避雷针以及消雷器等。在实际应用过程中，得到普遍使用的是混合接地系统，其主要应用方式，是将对电气系统的保护设计、防雷设计、电力接地等综合运用到高层建筑中，全面性的对其进行防御。这两种技术在许多工程中虽然得到了一定程度的应用，但社会各界仍然对其理论性存在诸多争议，这就代表这种新型设备依然许多更多实践性的探索。

2.2 高压低压配电系统设计

在实际的高层建筑施工中，构成高压配电系统的重要部分是同时供电的两路10kV 电源[4]。在一般情况下，单母线分段这一形式是高压配电最为常见的形式，一方面可以使双方进行自动切换，另一方面也一定程度上有相互备用的作用。在电气设计中，往往变压器的台数越少越好，所以为了在保证合理性的同时，也最大限度减少变压器的台数，大部分单台变压器的容量都会大于1000kV/A。选择大于这一数值的原因是，在常规状态下，变压器能够正常解列运行，为了避免出现低压时短路电流的情况，可在中间设置一个联络开关进行控制。

此外，在计算高低压配电的计算时，可使用高供高计的方式，但这一方法仍然需要安装设计电度表，最后采取公开的方式，通过照片以及动力两个方面进行计价。

2.3 供电电压和电源的选择

要想最大程度上保障高层建筑供电系统的可靠性，往往需要通过设立两个对立电源的方式进行[5]。在涉及电源的过程中，可以根据负荷程度以及所在区域的电网条件对电源的具体数量进行定量。虽然在名义上两路电源处于独立运行的状态，但在实际状态下，他们仍然处于同时供电的状态，且双方间属于相互备用的模式。另外，为了最大限度防止意外情况造成断电的情况发生，供电单位需要安装柴油发电机组，确保因意外情况出现断电后，可以保证在15s 之内使电力系统再次运行，保障供电。我国对于应急用电的标准往往根据应急用电设备为标准，如应急照明、消防设备、电梯、电脑等，所以我国普遍应急用电的供电电压为10kV。

2.4 火灾自动报警及消防联动控制系统

电气设计的不合理往往会导致出现许多隐患，因此我国广泛在电气设计中加入防火以及报警系统，在避免出现火情出现事故的同时，也为降低事故发生的危险提供了帮助。

在科技的不断进步下，我国的高层建筑在发生火灾时的自动报警灭火机制也日趋成熟，并得到统一。其主要包括以下两个步骤：①由火灾探测器对发生火灾的信号进行详细识别，并转化为电信号，传输到分区报警器以及消防中心；②电信号在传输到分区报警器以及消防中心后，会迅速转化为声光报警信号，再由消防中心完成一系列消防行动的指挥及监控。

2.5 电梯用电设计

电梯机房大多设立在电梯井道的上方，所以大多数情况下，常规电梯的梯井都是可以连通或是通过设置开口的方式进行连通。目前的市场上，电梯普遍根据使用功能分为三种，客用电梯、消防电梯以及货运电梯。若是按照速度的划分，可以分为低速、快速、高速、超高速。按照电流的划分分为直流以及交流两种。在目前的高层建筑电梯设计中，更看重对其速度能力以及运输能力的提高，所以其更多采用高速以及超高速的电梯，并采用分组的形式进行控制。并且为了在保证速度的同时，最大限度提高其舒适性以及稳定性，用作客用的电梯往往利用直流电动机作为其驱动核心。在此之外，进行电梯的电气设计的过程中，除开电梯的驱动型的因素外，也要重点关注设置插座、选择主开关、装置通风及控制、各项配电设计、电气照明等因素。

所以在实际设计过程中，在选用电梯时，设计人员往往要根据高层建筑的使用需求来设计电梯。同时对比不同电梯的差异化区别进行探讨，选择出最佳方案。

2.6 电气设计中的节能设计

伴随着国家人口的加剧以及工业情况的飞速发展，许多能源的消耗速度也在飞速增长[6]。为了避免出现能源危机情况的发生，节能减排成为许多行业发展的新路径。如何做好高层建筑电气设计工作的同时，为节能减排做出贡献成为新的难题。

2.6.1 满足建筑物的使用功能

如果高层建筑电气设计不能满足建筑物的使用功能，则考虑其他问题未免显得有些苍白[7]。其在使用功能方面不仅要满足照明的几大要素：照度、色彩、显色指数这几方面的要求，同时也要尽可能满足空调的空调对于舒适度、卫生状况、风量以及温度等方面的基本要求。并且要保障运输通道的四周没有遮挡。此外，在一些娱乐性场所的用电情况、展厅的正常用电以及工艺照明等特殊情况。

2.6.2 考虑经济效益情况

在主张节能的同时，也不要忽略了经济因素，如果选择通过过度投入成本的方式来换取节能的目的，这种方式未免有些过于极端。如果想要将节能的理念融入实际电气设计中，更应该关注的焦点应在电气设计的细节中体现，以短时间内以节能为目的的同时得到费用回报为基础，开展节能工作。这样的方式才更加地持之以恒，且能更加广泛地接受。

2.6.3 减少不必要的耗能

在进行高层建筑电气设计的过程中，首先要明确的是那种电量消耗是与建筑的必要功能关系不大的，简单来说就是没有必要的电量消耗。根据具体情况，开展具体应对措施。在实际过程中，不可进行盲目的节能，应遵循“开发技术、科学经济”的原则，同时，针对不同建筑情况，要进行不同层次的考量，例如，有的高层建筑电能消耗很大，在这一基础上，就为节能的操作性留出了很大空间，在设计过程中也应该充分考虑这一问题。同时在选用电气节能设备时，也要对其进行多角度的考量，在综合性考量过后在选用节能设备，达成真正的节能目的。

3 结语

综上所述，对于高层建筑电气设计而言，其需要从多方面考量，来满足建筑的用电需求，为了满足这些问题，就需要相关设计人员从实际出发，对种类繁多的电气设备进行分析比对，并将节能理念融入其中，最终从根本上提高高层建筑电气设计质量。