基于超高层综合体项目的电气设计

汪永红

（浙江工业大学工程设计集团，浙江 杭州 310014）

0 引言

随着我国经济水平的快速发展，城市空间和人口规模的急剧扩张促使建筑开始向“上”发展，催生了大量高度超过150m的建筑形式——超高层建筑。目前，我国已有建成的200m 以上建筑1 126 栋，涵盖了国内80 个主要城市。

超高层建筑在集约利用土地资源、推动建筑工程技术进步、促进城市经济社会发展等方面发挥积极作用。但超高层建筑具有建筑规模大，建筑高度高的特点，这使其具有用电负荷大且集中、输配电距离长、变配电系统复杂、供电安全性要求高、雷击风险大、若发生火灾扑救困难、人员密集疏散时间长等特点。因此越来越多的专家对超高层建筑电气设计做出了相关研究工作，李炳华等[1]通过对国内部分超高层建筑核心筒和电气竖井实际情况进行数据采集和分析研究，得出超高层建筑的筒层比和井筒比，并给出超高层建筑强电竖井的数量及面积建议值、弱电竖井的数量及面积建议值。孔嵩[2]对超高层建筑电气的设计要点及关键技术进行了深入分析。任飞宇[3]针对超高层建筑内设置的柴油发电机组的容量计算，对规范要求的应急负荷应按稳定负荷容量来计算“稳定负荷”进行分析和探讨，提出按同一时间内一起火灾灭火考虑的设计原则来优化消防负荷计算。

1 项目概况

项目位于杭州市钱江世纪城核心区，由T1～T7 幢楼组成，地上建筑面积约345 000m2，地下室约132 000m2；地下室共计3 层，地上最高40 层，建筑最高199.98m；T1、T6、T7 大平层办公楼，T2、T3、T4 是普通办公楼，T5 是多层商业综合体。T1、T6、T7、T2 裙房三层，均是商业，项目俯视图如图1 所示。

图1 钱江世纪城核心区项目俯视图

2 负荷等级

T1,T2,T3,T4,T6,T7#楼：

特级负荷：消防用电、安全防范信息和航空障碍照明等。

一级负荷：生活水泵、客梯、排污泵。

三级负荷：办公室等其他电力负荷。

T5#楼：

一级负荷：消防用电负荷、安防系统用电等重要用电负荷、大型商场和超市经营及设备管理计算机系统用电。

二级负荷：大型商场、门厅，公共楼梯及主要通道疏散照明、客梯、自动扶梯、空调用电。

三级负荷：其余为三级用电负荷。

3 变电所设置

本项目用电需求量大，可靠性要求高。考虑到当地供电系统实际的情况，前期与电力部门多次沟通、协商后，决定采用20kV 系统供电。并考虑设置2 个开闭所，分别设置在项目的T1#楼和T5#楼；共设置11 座变电所，分别设置在地下室或者避难层，具体如表1 所示。发电机机房位置如图2 所示，变电所位置如图3 所示。

表1 变电所设置情况

图2 变电所及柴油发电机房位置

图3 T3 塔楼避难层变电所位置（T4 塔楼避难层变电所类同）

本项目单位面积用电指标约为121VA/m2。

4 避难层变压器搬运

本项目塔楼普遍高度近150～200m，考虑其供电半径以及低压线路的造价，T3，T4#楼在避难层（31F）设置了变电所。因20/0.4Kv 变压器普遍比10/0.4kV 变压器体积更大，质量更重[4]，各类常用干式变压器参数如图4 所示。

图4 各类常用干式变压器参数

故建议在设计阶段，严格控制单台变压器最大容量，并结合建筑专业、电梯专业综合考虑变压器垂直运输问题。目前超高层建筑一般有以下几种解决方式供选择。

4.1 利用大型消防电梯或货梯运输

利用建筑已有的大型消防电梯或者货梯作垂直运输工具，搬运大型更方便，且不存在破坏其他设施的风险，但同时也对电梯荷载提出了严苛的要求。本项目避难层采用了1 250kVA变压器，其重量约3.4～4.1t 之间，塔楼无电梯能满足此要求。

大功率电梯前期投资及后期运行费用均较高，若仅仅为了变压器运输而设置此类大载重电梯，显然不合适。

4.2 利用电梯井道运输

利用电梯井道运输，要求井道尺寸大于变压器本体尺寸，这种方式需要拆除电梯曳引绳，在井道内安装专业提升设备，从电梯井道内吊装变压器到避难层。因电梯井道四周设有电梯导轨及随缆等设备设施，变压器吊装过程中要特别小心，防止变压器碰撞电梯导轨。

此方案在项目建设初期，电梯轨道尚未安装到位时较多采用。

4.3 设置平台吊装

避难层设置可伸出室外的吊装平台，为所有机电设备吊装服务。这种方式优点明显，投资较少，对核心筒走道、开门没有特别要求。但是在二次运输过程中，需要拆除平台处的可拆卸百叶，吊装过程中存在破坏外立面幕墙的风险，多个超高层项目中有应用。

5 变电所降噪、屏蔽措施

本项目避难层（31F）的变电所有与客房、办公室上下贴临的情况，在设计阶段，就应采取降噪、屏蔽等措施。

5.1 变电所降噪措施

（1）声源控制

在变压器选型过程中，将噪声指标作为衡量设备性能的重要参数进行严格控制，尽量选用低噪声设备。

（2）声屏障

变电所声屏障一般采用砖混结构或钢板结构，其设计除满足声学要求外，还应满足电气安全、运行检修、通风散热等方面的要求。变电所内变压器周围的防火墙，也可看成是一种砖混结构的隔声屏障。

（3）隔振装置

为减少变压器通过建筑结构传播至噪声敏感建筑物室内，可在变压器、电抗器等声源底部加装隔振装置，并将管线的刚性连接改为弹性连接，以减少噪声（振动）的传播。

本项目采用第（1）～（3）种方案。

5.2 变电所屏蔽措施

（1）在墙内和地坪内敷设钢丝网，在变电所的顶棚明敷铁皮（0.5mm 厚），并与接地装置连接。

（2）刷屏蔽涂料（亦称导电漆）：涂料主要有：银导电漆、银铜导电漆和镍导电漆，刷屏蔽涂料。

本项目采用第（1）种方案。

6 柴油发电机设置

超高层建筑规模大，建筑高度高，若发生火灾扑救困难、人员密集、疏散时间长，故除设置可靠的2 路市电电源以外，还应设置柴油发电机组作为特级负荷的应急电源。结合本工程实际情况，共设置4 处柴油发电机房，具体如表2 所示，柴油发电机基本参数[4]如图5 所示。

表2 柴油发电机设置情况

图5 柴油发电机基本参数

柴油发电机均设置在地下一层，靠近各区的变电所设置。柴油发电机体积和重量均比较大，在设计初期，就要考虑设备运输问题，规划地下室设备运输线路，复核运输通道、机房门的尺寸、机房高度。

经过与建筑专业复核，从一层至地下室的汽车坡道满足汽车搬运发电机的需求，故不另外设置柴油发电机的吊装孔。复核汽车坡道净高是否满足发电机运输要求时，需要复核坡道最低高度是否大于汽车的运输平台高度+柴油发电机的高度，并需要预留一定的余量。

7 竖向井道设置

各个塔楼仅设置一个强电井，约7.8m2。低压电缆、母线及各种配电箱共井敷设，在强电井内另设一个高压电缆井，敷设高压电缆，如图6 所示。在初步设计阶段，宜排布强电井道大样图，按照实际需求设置强电井道，既不偏大而影响建筑核心筒排布，也不偏小影响后期安装、检修。

图6 超高层强电井道布置图

8 低压配电设计

超高层低压配电系统配电方式分为放射式和树干式，消防等重要负荷采用放射式配电，办公等普通负荷采用树干式配电。

各避难层采用单独回路放射式供电，并在末端互投；

设置在避难层的变电所，其低压配电回路不要跨越上下避难层。

办公与酒店由不同的管理公司管理，其配电干线需相互独立。

9 超高层防雷设计

本项目为超高层建筑，须按照二类防雷建筑设计。防雷接闪带须结合幕墙设置，在主体防雷设计中预留主体防雷设施与幕墙金属构架的结点，方便后期幕墙防雷深化。建筑物外墙内侧和外侧垂直敷设的金属管道及类似金属物应在顶端和底端与防雷装置连接，并应在高度100～200m 区域内每间隔不超过50m 与防雷装置连接一处，高度0～100m 区域内在100m 附近楼层与防雷装置连接。应将高度45m 及以上外墙上的栏杆、门窗等较大金属物直接或通过预埋件与防雷装置相连，高度45m及以上水平突出的墙体应设置接闪器并与防雷装置相连。

10 航空障碍灯

航空障碍标志灯[5]应装设在建筑物或构筑物的最高部位；除在最高端装设障碍标志灯外，还应在其外侧转角的顶端分别设置航空障碍标志灯。

航空障碍标志灯的水平安装间距不宜大于52m；垂直安装自地面以上45m 起，以不大于52m 的等间距布置。

11 消防报警系统

超高层建筑除了泳池、卫生间等场所外，其他场所均应设置消防报警设施。

酒店区域的消防设计除了应满足国内消防规范要求外，尚满足酒店管理公司的消防要求，如：消防报警设备应满足FM或者UL 认证的要求；酒店区域消防设备相对独立，并要求设置独立的酒店消防控制室。

各个消防控制室主机之间需要总线联络，消防主机之间相互兼容。

12 结论

本文针对超高层建筑的特点，归纳总结了超高层综合体20kV 供配电系统、20/0.4kV 变电所、发电机房、强电井道、消防报警等主要电气系统的设计要点。