高层建筑电气设计重难点及优化措施

苏晓波

（广东建安消防机电工程有限公司，广东广州 510300）

0 引言

高层建筑电气系统设计活动中，应对建筑环境、施工成本等影响因素展开系统性的调研，在实际设计时必须保证设计人员秉承实事求是的工作态度，巧妙的借助科学的、合理性的设计方法展开设计工作。设计人员应该持续性的学习各种新颖的设计方法、设计理念，以提高高层建筑物的设计质量，对电气系统的性能进行优化，且还应该保证电气系统的环保性能满足现行规范的基本要求。

1 工程概况

本文以某大楼建设项目作为研究案例，该建筑物的总建筑面积高达7.5万m2，地上建筑物为两栋高层办公大楼、4层裙房；地下结构设计为3层式的地下车库。其中，1#塔楼设计为19层，2#塔楼设计为15层，地下室车库3层局部设计为人防工程。

2 原电气设计方案

该大楼在设计过程中应该坚持安全性、经济性、合理性原则。1#塔楼、裙房应该结合绿色的三星标识展开设计。为保证电气系统的节能效果能够达到管理要求，设计人员应该对可再生资源予以重视，可以在裙房的屋面部位安装176块光伏构件，光伏构件的规格应该为290Wp。分布式光伏发电的总电能为51.04kWp，配备光伏并网柜与GCI-50K组串式逆变器，当逆变器发生逆变汇流以后直接与并网柜进行连接，并网柜的出线端口与配电室进行连接；地下室的顶部地面绿化区域设置10套导光筒；塔楼的屋顶、裙房屋面应该安装太阳能集热板。

（1）新能源机动车充电装置。结合我国住建部最新发布的《关于加强城市电动汽车充电设施规划建设工作报告》内容来看，对于建筑面积超过20000m2的办公楼等大型建筑物需要配备停车场、社会公共停车场，新能源机动车充电装置的数量不得低于总停车位的10%。考虑到经济性原则的影响，该项目内设计如下：地上停车场车位规划为27个，地下车库车位规划为663个，总计690个车位；停车场配备70台充电桩。充电桩的负荷等级全部设计为三级，供电方式设计为一个变压器，多个停车场共同使用，电容尽可能的分布在分段母线上，充电桩选择使用专用类型的供电线路。

（2）变配电室的位置确定、变压器数量确定：①以负荷分布状态进行分析，裙房负一层设计为实验室与机房，一楼属于是检测大厅，2楼是餐厅与厨房，三楼、四楼为员工活动区域，空调外机组全部安装在裙房的屋顶区域。由此就可以发现，裙房区域承受的负载较为集中。②以场地分布的距离进行分析，裙房分布在两座塔楼之间，南侧塔楼与北侧塔楼供电距离可以满足实际需求，通过计算以后得出1号塔楼与风机之间的距离为160m，与3号楼最远的电气设备之间的距离大概为140m，通过对电箱安装的部位、控制开关的定值进行优化设计，能够满足电压灵敏性的要求。需要对未级配电区的灵敏性进行检验，电气的末端若未进行接地处理，一旦发生故障后，首端应具备良好的可靠性。③以电缆敷设的线路进行分析，借助地下一层内安装的桥架向各个电气设备供电，因此设置在建筑物的地下车库中比较合适。④以建筑物的净高度进行分析，因该高层建筑物地下结构分为三层，每层基本上都达到了极限值，所以配电室设置在地下一层比较合适，由于地下一层区域的顶板未设置夹层，所以我们完全可以利用层高与两座塔楼下方的剪力墙布设配电室，不管配电室设置在哪一侧的下方，其与另一侧塔楼之间的距离都不会太远。若设置两座变电所，则不具备经济性原则。

3 电气设计优化措施

高层建筑物在交付运营过程中，其突显出以下特点：流动人员规模庞大、火灾防范难度比较大、人员疏散难度比较大。在对电气系统进行设计时，应该结合用户的实际诉求及用电负荷的差异展开工作，严格的按照国家管理规范的标准，对用电负荷进行等级划分[1]。

3.1 配电方式的选择及优化

对于消防电气设备、部分比较重要的电气设备而言，可以使用多回路放射式电缆，电缆的末端需作特别的处理，然后进行供电，这样可以保证供电的可靠性。该高层建筑物的各楼层用电比较均匀，计算流量相对比较大，所以应该选择使用密集型母线进行供电，逐层设置插接箱进行供电。

3.2 电缆选择及敷设

结合《民用建筑设计规范》第7.4.1条进行分析：“一类高层建筑物应该优先选择低烟聚乙烯线缆或是无烟无卤线缆”；此外在13.10.4条中提及到：“消防设备、供电线路、控制线路的选择，需满足以下基本要求：火灾预警管理系统保护的对象应该是一级建筑物，一级建筑物中的消防设备、供电线路、分支线路应该选择使用绝缘电缆，当线路敷设满足防火等级要求的情况下，可以选择使用有机绝缘电缆”[2]。《建筑设计防火规范》第10.1.10条要求到：“在建筑环境存在一定的局限性时，面对消防线路、配电线路使用同一个检查井埋设情况，消防线路应该使用绝缘类型不燃性电缆[3]。

结合以上介绍，将该项目中的电缆全部选择使用阻燃低烟无卤聚乙烯线缆，通过计算出每米电缆的材料体积，确定出检查井中的主干线使用A级阻燃，分支线路选择使用B级阻燃，末端线路使用C级阻燃。对于单独敷设的消防线路可以选择使用偏柔性电缆，线缆的外层应该具备以下要求：无烟、无卤、绝缘。柔性线缆的施工难度相对比较小，采购成本非常低，常使用在应急通信、消防专用通讯等场景中。

线路敷设问题，该高层建筑物中使用的矿物绝缘电缆全部都是利用梯架进行敷设，有机绝缘电缆利用防火桥架进行敷设，这样敷设可以确保大楼在发生火灾的情况下，线路的安全性能够得到保证。非消防电缆全部使用无盖有孔类型的桥架，有利于电缆散热。

3.3 照明节能设计

地下车库环境内的照明度至少为30lx，行车道照明度招商为50lx。行车道两侧的照明设备应该选择使用回路配电，通道沿线设置应急照明灯，应急照明灯应该是由应急照明箱单独进行供电，日间时段可以依靠主电源进行供电，保证灯具持续照明，停车位照明灯可以利用感应器进行控制[4]。

地上环境内的公共场所全部使用LED灯源，楼道间、楼梯转角部位可以设置红外线控制开挖；卫生间、开水房等可以使用红外干控制开关；大厅、电梯、走廊、餐厅应该使用智能化控制系统，根据场景的实际需求进行控制。

高层建筑物中的办公区域一般都是使用LED灯源，其照明形式主要是一般照明与局部照明混合构成，通常都是利用智能照明控制系统予以控制，系统会根据室内外光照强度对照明效果进行调整，局部照明可以使用人工控制开关。

3.4 装配式电气管线布置的优化

该项目中的1号塔楼的5～17层设计的是装配式混凝土施工技术，这种技术意味着施工过程中会使用到诸多的预制混凝土构件，例如，预制楼梯、预制隔断墙、预制楼板等等。为了能够降低前期预埋管线对预制构件的装配质量影响，我们只对火灾报警系统、应急照明系统作暗敷处理，其他非消防设备全部在首次装修施工时，敷设在叠合板下70mm的现浇层中。一般性的PVC管材可以轻易的穿过桁架筋，但是消防设备全部使用金属导管，在实际敷设的过程中，金属导管的角度调整难度比较大。若管线需要交叉进行布设时，其保护层的厚度难以达到30mm，所以我们可以将消防预警、应急照明的线路敷设在叠合板的接缝部位，叠合板接缝部位的现浇段宽度为30cm、厚度为12cm，完全可以并排敷设JDG、接线盒，且施工非常便捷。楼道间的控制面板、疏散指示灯、消防应急报警器全部设计在休息区域，通过垂直布线的方式进行敷设，以此就不需要设置在叠合板的预制层中[5]。ALC预制隔断墙、预制楼梯施工之前，施工人员应该提前将管线预埋工作完成，保证预制构件后期施工顺利进行。叠合板的接缝可以参照下图中信息所示。

3.5 变压器台数确定

通过全面的研究分析以后，将变压器设计在裙房的地下一层中，在-1F区域设置配电室，结合设计图纸来看，地下车库的总面积为3.2万m2，大约占整个项目建筑面积43%。结合企业的业务发展特征，该公司旗下的子公司与集团总部之间的交流比较频繁，2号塔楼存在对外出租的可能性，所以该项目中配备4台SC（B）13-1250kVA干式变压器（2台负责1号塔楼、地下车库、裙房，剩下2台负责2号塔楼、地下车库局部区域、充电桩）。在经过供电需求分析以后，在市政道路的绿化区域新建一座开闭所，两路独立式的电源线路沿着绿化带直接连接负1层桥架至配电室，以此完整该项目中室外区域的所有线路敷设，为后期的施工、维护提供巨大的便利。

3.6 电动汽车充电设施

（1）为避免出现因充电桩、蓄电池而引发的火灾安全事故，对地下车库内安装的充电桩应该设置额外的限制条件。结合《电动汽车分散充电设施工程技术标准》（GB/T 51313—2018）中管理要求来看，新建地下车库安装的充电设备应该分布在同一个防火区域内；假若设置在地下环境中时，应该尽可能的设置在地下车库的第一层，不宜安装在地下四层以下。《电动汽车充换电设施系统设计标准》中要求对于额定电流小于32A的充电桩设备应该安装在充电站、电池更换站、停车库中，不得随意安装在其他场所。且还规定到：地下停车库到每个消防单元中，充电桩的数量不得超过12个，消防单元的出入口应该避开车辆，并设置特级防火卷帘门进行分隔，防火单元的楼板、隔墙防火等级不得低于1.5h。

（2）针对于电击防护问题，我国现行管理规范《民用建筑电气设计规范》（JGJ 16—2018）中明确的要求到：凡使用以下设备，其配备的线路全部需要设置电流防护措施：①手持式电气设备、移动式电气设备。②公告场所露天环境下使用的电气设备。露天环境下的充电桩全部需要设置电流保护器RCD，这属于是为了防护个体遭受电击，一般情况下，电流保护的标准值为30mA瞬动。需要特别提及到的一点是，充电设备含有一定的脉动直流电流，所以应该使用A型RCD，不可以选择使用AC型RCD。结合《电动汽车交流充电桩技术条件》（NB/T 33002—2020）中管理要求来看，电流保护装置应该设置在供电电缆进电端的侧向，产品说明书中明确的备注到充电桩结构中已经安装RCD电流保护器，电源配电箱控制开关部位还应该额外的安装RCD电流保护器。结合《电动汽车分散充电设施工程技术标准》（GB/T 51313—2018）中要求来看，交流电流充电桩的电流保护器所对应的型号规格应该与充电桩内置的电流保护器RCD保持一致。③露天环境下，无电位环境的充电桩设备需要在停车位上设置等电位平衡线，电位平衡线使用热镀锌钢管加工而成，钢管的规格尺寸为25mm×4mm，需深入底层以下0.15～－0.3m，这种设计可以保证在电流保护器失效后，人体接触到的电流保持在一个安全范围以内，不会对人体造成较大的伤害。

3.7 关于备用电源的设想

考虑到后期整个建筑物对于供电的需求会增大，相应的供电稳定性要求也会提供，所以，高层建筑物应该配备必要性的备用电源，鉴于此，本文提出以下两种建议。

（1）配备蓄电池组。该高层建筑物使用220V浮充电方式，当双路控制电源全部处于断电状态时，供电系统会立刻进行逆变处理以后，向指定线路提供电能。例如，临时照明、通讯控制电源、安全监测供电等地。若蓄电池的容量可以满足实际需求，可以喂电气提供临时电源，例如，电梯控制电源。这种设计方案最大的特点是不会产生较大的噪声，可以保证电气在短时间恢复供电。正常情况下，还能向通讯设备供电，其缺陷为前期需要投入较大的成本，且后期维护工作比较麻烦。

（2）配备备用发电机。虽然配备一个备用的发电机不具备经济性原则，但是在设计过程中可以选择功率偏大、性能偏高的鼓风机电机、电梯电机，并配备柴油发动机，通过配线组装为一个发电机组，在常规运行状态下，可以使用既有的电动功能，在出现事故状态下系统可以切换使用发电功能。

4 结语

综上所述，在设计高层建筑物的电气系统时，应该满足建筑物的实用性、施工经济性、电气先进性原则，实际进行过程中需保证建筑物自身的需求得到满足，对电器系统进行合理的优化设计，提高对建筑电气材料的考察力度，重视空调通风系统、建筑物照明系统的设计，保证供配电系统的稳定性，借助科学化、先进化的设计方法进行优化设计，突出建筑电气系统的功能性，展现出建筑电气系统设计的价值，以此来间接性的推动社会经济进一步发展。