办公用房电气设计的探讨和实践——国家知识产权局广东审协中心电气设计

陈沛霖

(广州华森建筑与工程设计顾问有限公司，广州 510045)

0 引言

随着国家经济实力的持续增强，国内企业由做大到做强的发展思路越发清晰。 无论是品牌价值，还是科技创新实力，知识产权都在其中扮演了非常重要的角色。 国家知识产权局广东审协中心作为知识产权的审查机构，对其自持办公的设计提出了更高的要求:创新、价值，以此匹配其企业的愿景及核心理念。 本次电气设计也根据企业特性做了几项设计上的优化和创新。

1 工程概况

国家知识产权局专利审查协作中心是国家知识产权局的直属事业单位。 其主要职能是发明专利申请的实质审查；PCT 国际申请的国际检索和国际初步审查；作出实用新型专利检索报告；为企业提供专利申请和保护等方面的技术和法律咨询服务。 业务用房需满足其专利审查工作、员工入职及岗位培训、业务研讨与交流、专家来访等业务功能，同时应配有体育活动区、食堂区、地下停车及公共配套等。 任务要求项目所需配套服务设施用地面积不得超过项目总用地积的7%，其建筑面积不得超过总建筑面积的10%。 预计一期总投资人民币6亿元。 建筑密度≤30%，容积率≤2.0，绿地率≥30%，建筑高度≤45m。 总建筑面积11.6 万m2。 按一类办公建筑进行设计。

2 变配电系统

2.1 负荷情况

考虑到供电的可靠性，主要办公场所负荷等级按地、市级办公建筑要求设计。 具体负荷分类详见表1。

负荷分类 表1

本工程总视在功率为9 948kVA，总装机容量12 800kVA， 变压器平均负荷率为77.7%。 其中一、二级负荷占比较大。

2.2 供电电源

考虑到项目对用电可靠性要求较高，一、二级负荷占比较大，故由市政提供两路20kV 专线作为双重电源，分别送至本工程变电所的高压供电装置，高压配电采用20kV 放射式供电方式。 系统采用单母线分段中间设母联开关的接线方式，每一路均可带约100%的总用电负荷，平时分段运行，各负担约50%负荷，互为备用。 当一路电源故障时，联络开关自动合闸，由另一路电源负担。 同时设置一台1 280kW(常用功率)柴油发电机组＋UPS 不间断电源作为计算中心的应急电源。 具体详图1。

图1 高低压主接线示意图

2.3 变配电房设置

对变配电房的集中设置和分散设置充分论证，最后结合经济性、适用性等因素，在两个负荷中心分别设两个变配电房，两个变配电房分别设置4×1 600kVA 变压器。 通过前期经济分析比较，比集中设于1＃变配电房，节省低压线缆投资约280 万，增加高压电缆投资35 万。 故变配电房按负荷中心建设，仅初期投资便节省约250 万。 同时有利于减少线损，降低能源损耗，详见图2。

图2 负荷中心、变配电房设置

2.4 低压配电

竖向干线每栋塔楼考虑分两回路进行高低区供电，低区母线升至顶层(本项目塔楼5～10 层)，两条母线均预留插接口。 在适当增加投资的情况下，进一步提高了供电的可靠性。

3 设计创新

3.1 接闪器的定制化设计

由于项目建筑高度不高，外立面设计新颖，为了更好地保证建筑作品的完成度，本项目防雷设计经过多轮论证，并与当地防雷所、气象部门进行多轮汇报，最后实施的防雷方案接闪器尽量不外露，基本达到近观不影响建筑外立面的良好效果。

1＃业务楼～3＃业务楼建筑物屋顶为3m 的斜面设计，根据规范及与防雷所的多次沟通，在斜面两侧设置接闪器，同时紧贴屋面敷设。 各层退台接闪器紧贴女儿墙敷设。

4＃业务楼建筑物为不规则的双曲面GRC 幕墙体系，对于外设接闪器难度大，且影响美观。 经多次分析论证，结合GRC 的龙骨布置图，将龙骨按6m×6m 间距的要求进行可靠电气联结，形成内部均压环，在GRC 板的间隙处等距设置避雷短针作为接闪器。 最终此方案通过气象局及防雷所的论证，并于2017 年获得国家实用新型专利授权。

3.2 结合光导照明系统进行地下室智能照明控制

3.2.1 光导照明系统本项目应用的原因

光导照明系统(导光管日光照明系统)是一种新型的节能照明技术，直接利用自然光，无需消耗电能，通过采光区、传输区、输出区将自然光投射到工作区。 有全光谱、无眩光等显著优点。

本项目地处南方、全年日照充足，同时项目场地开阔，楼高为24 ～36m，对阳光无过多阻挡，为此系统的应用提供充足条件。

3.2.2 本项目光导照明系统设置

主要为地下室照明进行补充。 采光区结合景观做法，设于首层人行道、园林绿化等处；传输区设于地下室顶板，但由于室外有覆土，故需要做好结构一次倒浇完成，并做好相应的防水措施；输出区均在车库上方设漫射器。 光导照明装置与普通照明经济分析详见表2。

光导照明系统及普通照明经济分析比较(按地下室标准柱网8.1m×8.1m 考虑) 表2

3.2.3 地下室智能照明

光导照明系统在日照充足时能起到很好的效果，但在光照不足情况下(傍晚及大阴天情况)，车库闲时开启1/4 照明，上下班时段开启100%照明。同时，为了提高闲时行车通过时的照度需求，采用“车来灯亮、车走灯暗”的控制方式。

车库进行分区域划分，对车库照明灯具进行控制，闲时当有车辆进出车道时，相应区域探测器(地感线圈＋红外探测器)发出信号，该区域灯具(1/2照明)被唤醒点亮，车辆或人在感应区域内活动时，照明灯具(1/2 照明)一直保持常亮，当车或人离开探测区域约20 秒后(可调)，恢复原1/4 照明水平。

3.3 BIM 技术应用

除了做常规的管线综合、机房布置外，还做了以下两项尝试。

3.3.1 大型机组的运输模拟

出于造价上的考虑，地下室层高做了比较严格的控制。 故对大型机组(如柴发机组、制冷机组)的运输做了BIM 模拟，运输通道的部分管线需后安装，同时为日后设备更换也做了对应管线临时拆改施工预案，便于物业管理接手后的运营管理，详见图3。

图3 大型设备运输分析

3.3.2 管线综合结合施工工序模拟

本项目BIM 应用除运用在设计阶段外，后续还延伸到了施工阶段。 根据施工专业标段先后施工的特性，结合施工工序要求，对管线安装顺序进行了模拟，确保BIM 管线综合的有效性。

4 节能措施

4.1 办公室照明设计充分考虑日照因素

采用DALUX 软件，结合日照补充，对电气回路以及控制进行优化设计，最大限度发挥自然光的作用，达到更佳的节能效果。 详见以下各种天气情况下的分析报告(此模拟仅考虑本栋建筑窗台及外遮阳系统的影响，未考虑周边楼栋不同时段的遮阳效果，适用于高层高区部分以及开阔场地的建筑群)。

晴天工况:内区照度100 ～200lx，略不足，补充20%照明即可满足要求。

阴天工况:约50%区域照度不足300lx，补充部分区域照明后，全区照度满足要求。

经过使用一年的验证，可达到很不错的节能效果(晴天可节能80%，阴天可节能50%)，后期使用方希望利用维修经费增加照度传感器(窗边采集两点即可)，对室内办公照明进行自行调节控制，进一步提高节能效果和自动化水平。

4.2 能源管理系统实现主动节能

本项目使用方(审协中心)节能意识较强，除按常规分项计量要求进行设计外，每个办公室均设为独立计量单元，通过数据的有效采集和长期积累，作为企业节能标兵或者各项考核的基础依据。 真正将采集的数据落到实处，达到节能的效果。

5 持续改进

建筑设计不仅仅是满足审图要求，竣工即结束，还需要对建筑后续的使用便利性、适用性、改进空间进行琢磨。 因此，本项目在竣工验收后，也持续更新了一些设计改进。

5.1 新型办公建筑的谐波治理问题

对于一般办公项目，采用无功补偿及电抗器对谐波均有较好的抑制作用。

由于本项目在后期采用大量LED 灯具及变频控制设备，同时办公桌标准配置为双屏幕显示器＋手提电脑等，故项目大部分用电设备均是谐波的发生源，致使部分出线回路(公共照明的出线回路)的谐波电流总畸变率(ITHD)高于150%(后面排查，和灯具质量有一定关系)，出现配电系统谐波过高、无功补偿柜不投切等现象。 通过现场实测谐波数据，考虑谐波源比较分散的特点，采用低压侧集中治理层措施。 目前，仍处于现场数据收集以及方案制定阶段。

5.2 高大空间的照明设计配合

由于限额设计原因，本项目部分功能房间需要后期改造完善，以下提到的报告厅照明设计就是后期与室内装修单位共同完成的。

考虑到建筑美观，装修设计单位对大型灯具比较排斥，而宽配光曲线的灯具投射距离有限，窄配光曲线灯具布置将会很密，对照明设计提出了较大挑战。 笔者团队根据装修的理想意向，进行了第一版的设计与照度分析，详见图4。

由图4 可看出，边缘地带照度不足，均匀性不够。 经过多次分析论证，在不破坏整体效果的情况下，在报告厅墙上增设灯带以弥补边缘照度不足的问题。

图4 照度分析

6 结束语

每个项目的电气设计都有其难点、特点。 笔者将会在这个项目中继续总结，持续改进，希望在日后还有更多的应用与设计点与各位同行进行分享讨论，文中不足之处欢迎各位专家、同行不吝指正。