高层建筑电气常见的设计问题以及规避策略

贾 旭 浙江新中环建筑设计有限公司太原分公司

1 前言

在城市化进程不断推进，城市居住人口不断增加的背景下，为了在有限的可用土地面积修建满足大众居住需求的建筑，必须要提高建筑建设的高度，使得国内高层建筑高度不断增加。建筑的高度越大，相应的电气设计难度也会更大，尤其是相应的电气设计要求也越来越高，此时加快制定一些规避电气设计风险及问题的措施显得尤为重要。

2 高层建筑电气设计中常见的问题

2.1 供配电系统安全问题

供配电系统是高层建筑电气设计中的重要组成部分，是确保建筑内部照明系统、消防系统等顺利运作的重要保障。但由于整个设计过程比较复杂，安全性要求较高，一旦其中某个环节出现问题容易诱发比较突出的安全问题。而诱发现有安全问题的因素主要表现在几个方面：一是线路存在过载问题。高层建筑内部人员众多，用电负荷相对较大，非常容易使线路运行中出现突出的过载问题，进而诱发线路安全问题。二是断路或短路问题。在供配电系统设计中的线路如果存在错接问题，或者线路选择不合理、布置位置不合理，都可能使得线路运行中出现断路或短路等安全问题。三是接地系统设计不到位。接地系统设计的合理性关系用电的安全性，如果没有科学设计接地系统，就容易因为接地系统出现失效或者是接地连接出现不达标问题等，相应诱发突出安全问题。四是设备线路本身没有设计配套的防护措施，如没有做好防潮设计或防水设计工作等，容易增加供配电系统设计的安全性。

2.2 消防电气的设计问题

消防电气设计是高层建筑电气设计中另一非常重要的环节，会对整体建筑安全性带来极大影响，消防电气设计问题主要表现为：一是专用回路供电本身设计不合理。在一些电气设计过程中存在直接在非消防供电回路上接入消防设备的行为，或者没有对电气设备本身运行中的电源合理设计，一旦出现火灾事故，就会在切断相关设备电源后无法为这些消防类的电气设备正常运行提供能源支持，影响了消防救援活动的高效开展。二是部分设计人员没有系统化、全面化理解及掌握高层建筑内部相关电力系统建设的实际情况，以至于在设置消防电源的时候存在不合理问题，如直接将切断非消防电源的控制模块设置在照明干线回路当中，此时一旦建筑内部出现火灾事故，就会在电源切断的情况下诱发楼层的大面积停电问题。三是火灾自动报警系统、消防联控系统、自动喷淋泵控制系统等设计中存在问题，如在火灾自动报警系统设计过程中没有对探测器等设置位置合理设计，会直接影响后续火灾自动报警系统正常功能的发挥。

2.3 其他细节的设计问题

在建筑电气设计过程中涉及非常多的关键细节问题，它们的设计实效性会对整体的电气设计效果产生极大影响，但是如果没有合理设计，也会因为设计不到位而直接影响后续相关功能的顺利发挥。关键的细节设计问题如下。

（1）没有科学设置用于配电箱进线的开关。设计人员在进行断路器选择期间如果挑选的类型及功能不合理，如带有短路功能，就会相应增加配电级数，增加了整个建筑内部电力系统运行的负荷，进而增加整个配网运行的安全问题发生概率。

（2）配电站、避难层等部位的电气设计不合理。因为高层建筑电气设计要求比一般建筑更高，如果直接采用一般建筑电气设计思路，会直接影响相应电气设计结果的准确性。

（3）防雷系统设计问题，如电气人员在设计防雷设备期间如果一味地采用旧有的设计模式及思路，而没有考虑现代防雷技术及需求，如仅仅在高层建筑的某一部位安置防雷设备，整体的设计灵活性不足，最终直接影响了所设计防雷系统本身的防雷效果。

（4）节能设计存在问题。在可持续发展的宏观背景下，走节能、减排发展之路是当下电气设计的一个重要方向。但在实际电气设计过程中却只考虑满足业主或客户的设计要求，却没有真正地考虑电气设计中节能减排理念的融入，实际的电气设计中存在能耗高，耗材量大或者节能减排技术融入不足等，不仅影响整体建筑电气设计的经济效益，也会对电气设计的节能减排效果带来不利影响，无法适应新时期的建筑电气设计需求。

3 高层建筑电气设计中常见问题的规避策略

3.1 供配电系统安全问题的规避策略

为了有效解决供配电系统设计中伴有的安全问题，必须要在设计中给予足够重视，提前制定一些规避策略。

（1）做好电力负荷分级工作。为了提高电气系统设计效果，要做好电荷全面分级工作。但在实际应用电力系统期间可以对日常建筑使用用途进行综合考虑的同时，对各种电气系统实际应用中所需要承担的负荷认真分析，尤其是要在设计过程中综合考虑超负荷运行情况，避免给整个电力系统正常运行带来不利影响。在设计电气系统过程中可以结合电力负荷大小相应划分成一级、二级和三级几个级别的负荷。考虑到高层建筑本身涉及较大的面积，可以结合建筑物面积及功能等实际情况合理设置电力负荷，还要注意结合有关负荷开展有效划分，如建筑伴有较大面积时需要应用一级负荷，必须要严格依据有关要求开展各项操作。

（2）供电系统合理设计。在电气设计中，供电系统在整个建筑中扮演着非常关键的角色，因为整个建筑涉及繁杂的系统以及多样化的功能，在配电系统设计中需要结合实际功能来对设计进行合理划分，具体可以将高层建筑采用小单元划分原则，依据单元的不同进行合理设计，之后再由不同供电系统开展区分，保证供电体系可以统一由独立系统进行供电，这样可以更好地发挥其供电功能及作用，提高供电系统设计的安全性。而在整个供电系统设计过程中，在考虑可行性与安全性的基础上，要对配电箱进行合理配置的同时，对配电室进行合理设计，可以创新应用双回路形式的供电系统，借此同照明系统、动力系统等进行匹配性设计，力求有效提升整体供电线路设计效果。

（3）科学敷设管道及线路。在整个电气设计中，电力铺设占有重要地位，具体是在电路设计中准确测量高层建筑物的实际现况，保证设计的管道及线路敷设方案可以符合建筑现场设计及使用需求，还要注意在线路敷设过程中强化线路彼此的对接性设计。而在设计管道敷设线路，要注意做好多次检验及校核工作，保证管道设计可以契合供电的基本规范和要求，在敷设管道过程中还要注意紧密结合高层建筑设计图纸对建筑构造进行准确定位，科学敷设线路管道，保证可以最大程度提升线缆铺设的科学性与实效性，避免因为线缆或管道敷设问题而直接影响了后续供配电系统运行的安全性。

（4）科学设置接地系统及装置。为了确保电气设备运行的安全性，需要在低压配电系统设计中对接地系统合理选择，如TN-S型等，以及借助整体接地设置方式确保高层建筑电力系统运行的安全性。在标准电压运行条件下，不会切断接地保护。一旦存在导电外漏等问题，就会发出警告信息，并提醒有关人员及时加以维修及处理；如果因为电流过大失稳或者金属故障诱发短路问题造成了超负荷问题，可以相应地借助切断保护功能来确保低压配电系统本身运行的安全性。为了对电气设备本身的运行安全进行保护，还要注意避免将电气设备设置在潮湿的环境中，尤其是针对关键地区要合理地设置防漏电装置，全面保护整体低压配电系统运行的安全性。

3.2 消防电气的设计问题的规避策略

为了提高高层建筑消防电气设计效果，保证建筑内部电气系统可以有效助力消防系统等高效运行，避免因为消防电气设计问题而直接影响了高层建筑内灭火等消防救援工作的顺利开展。针对上述存在的一些突出的消防电气设计问题，可以采取以下规避策略。

（1）基于高层建筑设计规范以及相关要求，科学设计消防用电设备，可以在配电间内部专门性设计用于独立提供消防用电设备运行所需的供电回路，保证建筑内部的低压配电柜可以由两路各不干扰的供电回路构成，保证消防用电设备引入的低压电源和建筑居民低压用电的电源接入之间保持相互独立性，确保在切断建筑内部居民低压用电系统之后，不会对建筑内部消防设备的正常运行造成干扰。

（2）基于国内相关设计要求及标准，为了保证高层建筑内部出现火灾事故后可以最短时间进行救援，消防人员要及时切断建筑内部各种非消防设备的电源，确保消防设备对应的电源可以依旧保持正常运行状态。针对此情况，需要合理设计建筑内部居民正常用电的非消防电源和消防电源，保证最大程度提高高层建筑内部相关电源设计的实效性。

（3）优化消防电气设计方案。针对高层建筑内部的火灾自动报警系统、消防联控系统、消火栓泵控制等相关消防电气设计的需求，结合高层建筑消防设计方面的基本规定及要求等，针对不同方面的电气进行合理设计，借助最终得到的电气设计方案最大程度提高消防电气设计效果。以火灾自动报警系统这一消防电气设计为例，设计人员在设计过程中要注意对探测器的类型以及彼此之间的水平距离等进行科学设计，如探测器彼此在水平方向上的距离要控制在0.2m，并且同上方设置的灯也要注意保持0.2m距离，保证可以提高消防电气设计质量。

3.3 关键的细节设计问题的规避策略

在电气设计中，细节设计占有重要地位，会对整体电气系统设计的质量产生极大影响。在设计过程中也要注意结合现阶段电气设计中存在的突出问题，提前做好准备工作。以上述发现的细节设计问题为例，为了提高相应问题规避效率，可以针对性采取以下规避策略。

（1）在选择配电箱的进线开关期间，要注意紧密结合我国相关方面的设计标准及要求，如低压配电的级数要保持在三级之内。主要是由于随着配电级数的增加，会使得供电可靠性更小，所以要严格控制配电级数。而在基于放射式供电开展配电箱进线操作期间，可以选择断路器（具备隔离功能等）或负荷开关构成配电箱的进线开关，更好地提高电气设计质量，保证整个电气系统运行的可靠性与安全性。

（2）配电站和避难层等部位的电气设计。在实际设计中，设计人员要对供电半径进行有效考虑。通常，电气设计过程中低压出线柜和配电箱末端之间要保持120m的距离，根据高层建筑总电压5.0%的比例确定出低压供电线路的要求；在变配电电气设计中要注意灵活地渗透分区域设计理念与思路，并且根据功能的不同要科学划分配电站。在高层建筑底部位置处要进行高压配电室设置，如果相应空间面积相对较大，可以相应地设计为独立变电站。而在避难层设计过程中，设计人员需要综合考虑居住人员逃生需求以及相邻避难层彼此之间的距离，并借助单独交直流电供应方式作为避难层的相应供电方式，保证对相应关键部位的供电安全性与稳定性进行有效控制。

（3）优化设计防雷系统。防雷系统是当下高层建筑电气设计中不可或缺的一个设计部分，其本身会对整体建筑的安全性带来极大影响。考虑到当下防雷系统设计中在装置设计等方面存在一些问题，在实际电气设计中要注意优化电气设计中所采用的防雷设备，如可以有机结合防雷设备和金属装置。这样在后续发生雷雨天气后可以顺利地将雷电通过设计的建筑防雷系统导入到大地中，可以很好地对居民自身的生命安全进行防护，确保各类建筑内部各类电气设备运行的安全性。此外，在设计防雷系统期间也要注意对接地装置的设计情况进行综合考虑，力求接收到的雷电可以顺利被导入到大地当中，还可以有效地利用一些先进的防雷、引雷等技术来改善防雷系统的性能，使它们可以更好地保护高层建筑本身的安全性。

（4）电气节能设计策略。当下国内面临着比较严峻的耗能问题和环境污染问题，在电气设计中有效地渗透减排、节能等绿色发展理念具有重要的现实意义，是电气细节设计重点内容之一，这就需要电气设计人员充分考虑节能问题。比如，在选择电气设备的时候，要立足于长远发展视角来优选节能性比较好的高性能电气设备，保证它们具备能耗低，污染小等基本特征，以此方可更好地贯彻电气节能设计理念。同时，要注意对现有的高层建筑电气系统设计优化设计，充分融入一些现代社会的全新科学技术，力求实现节约系统设计材料，增加整体电气设计经济效益的目标。

（5）其他电气细节设计策略。除了上述电气设计要点外，由于涉及供电系统、照明系统、电话系统等众多方面内容，为了提高整体电气设计质量，需要针对这些电气涉及内容也渗透细节把控理念，即要针对不同的电气设计环节及内容进行严格管控，保证可以全面提升电气设计的质量。比如，针对照明系统设计，要合理选择光源、灯具，并对它们的布置方式及位置等进行合理确定，尤其是要确保应急照明系统和常规照明系统采用不同的电源进行供电。

4 结束语

综上所述，高层建筑在供配电系统、消防电气以及其他细节设计方面中都存在一些突出问题。针对这些电气设计问题，要注意结合电气设计相关规范及要求，提前做好电气设计问题的防范工作，保证最大程度提升电气设计效果。