体育馆建筑电气设计要点探讨

赵宏

（北京市建筑设计研究院有限公司）

1 引言

近年来，随着我国经济的蓬勃发展，人民的生活也日渐富足，与此同时，人们对体育文化以及体育场馆的需求也日渐增长。对于体育馆建筑而言，由于会进行国家重大赛事的转播，如果电力供应不充足或电力保障不到位，断电将会造成较大的不利影响。本文以某冬奥室内竞赛场馆为例，介绍体育馆建筑电气的设计要点。

2 项目概况

2.1 项目简要

本项目是北京2022年冬季奥运会冰球项目的比赛场馆（见图1）。总建筑面积9783m2，扩建部分面积13726m2，功能为冰球训练场地及赛时管理用房；原建筑面积84110㎡，功能为冰球比赛场地及赛时需求配套的功能房间。其中，地上建筑面积68415m2，原建筑面积59640m2，扩建建筑面积8775m2；地下建筑面积29421m2，原建筑面积24470m2，扩建建筑面积4951m2。建筑主要功能：冬奥会男/女冰球比赛、训练及附属功能，冬残奥会冰车冰橇比赛。建筑层数：地上4层，地下1层。建筑高度：改造主馆建筑檐口为31.836m，扩建训练馆建筑檐口为12.6m。

图1 国家体育馆夜景

2.2 项目技术对比

由于电力的重要影响作用，体育馆建筑用电指标是体育馆建筑设计过程中基础的考虑因素。原设有1600kW柴油发电机组，其机房设在首层1＃变电室旁边，当一路市电失电跳闸后，发电机空载启动备用，当二路市电均失电跳闸后，保证发电机在15S之内自动投入带负载运行。发电机供电回路与市电供电回路设有机械联锁，以防向市电网倒送电。

2.3 变配电所和柴油发电机房布置

冰球场馆的中间部分为冰球比赛项目场地，外围往往为功能性区域。因此，变配电室往往位于场馆边缘，并且距离电力负载量较大的区域较远。为防止因场馆面积过大以及负荷分散等原因导致的电力供应不足问题，在确定变配电所和柴油发电机房的位置及数量时，应当充分综合六种因素：

①市政电源进线位置；

②体育馆建筑平面布局；

③防火分区；

④供电半径；

⑤能源中心；

⑥运行维护。

3 供配电系统设计

3.1 负荷分级

体育馆建筑的电力负荷等级分级应当参照两类要素：①体育建筑的等级；②体育建筑的使用要求。具体而言，体育馆建筑的电力负荷等级可以分为三类（见表1）。

表1 负荷分级表

3.2 变配电系统

为防止出现因供电稳定性下降导致的电力供应不足现象，应当根据体育建筑的负荷分级制定相应的保障措施。

1）供电电源

为防止出现一级负荷供电不足的现象，电源分别引自安慧站110kV变电站及南泥沟站110kV变电站。采用10kV电缆由上述两个变电站分别各引一路引入国家体育馆电缆分界室，10kV电缆为中性点经低电阻接地系统。

高压电缆分界室设在首层，设有层高2.2m的电缆夹层，两组兀接柜分别向1#变电室内的高压柜供电。

变电室：原场馆设置两个10kV变电室。其中1#主变电室设在首层南侧，设置2台1600KVA变压器、2台1250KVA变压器和1台800KVA变压器；2#分变电室设在地下一层北侧，设置2台1250KVA变压器和1台800KVA变压器。1#变电室设有2.2m的电缆夹层，进出线下进下出为主，2＃变电室不设架空层，进出线电缆采用上进上出的方式。

副馆设置专用变配电室，采用2台2000KVA变压器，进出线下进下出为主，下设2.2m高电缆夹层。原场馆总装机容量9800KVA。冬奥会赛前拟在训练馆增加变配电室，安装2台2000KVA变压器，为制冰及新建训练馆供电。进出线以下进下出为主，下设2.2m高电缆夹层。

2）场地照明

为防止出现比赛期间场地照明供电不足的现象，可以将移动柴油发电机作为第三路电源。需要注意的是，在设计过程中，应当为其预留充足的接口。双电源供电应当被作为比赛场地照明末端所采用的主要供电方式，就后备电源而言，可以采用在线式UPS。同时，该电源的供电时长应当超过20min，否则将难以保证一路电源断电后的照明亮度需求。

3）系统运行

通常情况下，两路10kV市电同时供电时，10kV侧及0.4kV低压母线联络开关不会均处于闭合状态。其中，分列运行往往是两段母线的运行方式，采用手动联络的部分主要有三个：

①0.4kV低压侧；

②10kV变压器；

③10kV侧联络开关。

如果每对变压器都能保持正常运转，末端双电源自动切换开关将不会自动投切。如果两台变压器均出现运转不正常的现象，柴油发电机将会收到失电信号，并在不超过20s的时间内启动控制器[1]。

4 场地照明设计

4.1 光源选择及灯具布置

对体育馆建筑的电气设计而言，其主要目的在于保证体育馆内的照明系统能够时刻处于正常运转的状态。为此，在对体育馆照明系统进行设计时，应当根据体育馆建筑的等级确定照明系统的设计标准，并根据其使用功能以及所涵盖的体育项目种类确定具体所需的照明灯具数量，从而在保证场地单位功率密度适当的情况下防止出现资源浪费以及运行成本过高的现象。在比赛场馆内，为保证照明系统亮度并减少能耗，屋顶应当以网架结构为主，并配备数量充足的LED光源（见图2）。由于现场观看比赛和电视转播比赛对场馆内的亮度具有较高的要求，为保证场馆内照度能够达到较高水平，本文以U代替场馆内照度均匀度，并按照U=最小照度/最大照度进行计算。如果场馆内主摄像机垂直平均照度为2100lx，辅摄像机垂直平均照度为1500lx，则U应当既不小于0.7，又不大于0.9。

图2 冰球场馆内部照明

4.2 照度计算

确定体育馆照明方案时，应当着重考虑五类因素:

①亮度分布；

②照度水平；

③眩光限制；

④各功能区域照明的控制要求；

⑤照度均匀度。

为更合理、准确地计算出体育馆照度，往往会在BIM技术以及三维照明设计软件中选择某一种进行计算（见表2、表3）。

表2 赛场地照度标准

I:健身、业余训练；Ⅱ：业余比赛、专业训练；Ⅲ：专业比赛；Ⅳ：TV转播国家比赛、国际比赛；Ⅴ：TV转播重大国家比赛、重大国际比赛；Ⅵ：HDTV转播重大国家比赛、重大国际比赛。Eh：水平照度；EV：垂直照度；Evmai：主摄像机方向垂直照度；EvAUX：辅摄像机方向垂直照度。

表3 主要房间或场所照明设备技术参数

5 高大空间的火灾自动报警系统设计

通过分析相关案例以及国家相应的设计要求规范可以发现，如果体育馆建筑内部空间高度在10m以上，在设计火灾自动报警系统及确定火灾自动报警装置时，不能仅仅以一种火灾参数作为确定火灾探测器的标准，最少应当选用两种。具体而言，在设计该系统和确定所使用的装置时，应当将空气采样检测装置与图像型探测器结合使用，从而充分提升系统的有效性和准确性。

6 结语

综上所述，由于体育馆建筑内部的功能比较繁杂，并且内部空间差异较大，使得该类建筑电气系统的设计具备较强的复杂性和重要性。为使体育馆建筑的电气设计更加科学合理，并且可靠性更强，尤其应当详细考虑火灾及雷电因素对供电系统可能造成的各种不利影响，从而为体育馆建筑的电力供应提供稳固保障。