改造工程電氣設計中的若干問題探討

何 靜 / 丁宗臣

(中國建筑設計院有限公司 ， 北京 100044)

隨著社會的發展，科技的進步，越來越多老舊建筑已經不能滿足其原本的使用需求，面臨著改造和翻新的問題。電氣設計中遇到的舊工程改造主要包括建筑的功能發生了改變(如辦公樓改為酒店)或主要建筑功能不變，僅增加部分先進的系統，使其品質得以明顯提升(如增加中央空調系統、智能化系統)。

與新建項目相比，改造項目投資較少、工期短，大多能保持原來的建筑外觀，保持其與周邊建筑相協調，對周邊環境影響較小，因此已經有越來越多的業主將目光投向舊工程改造。改造與新建的區別在于改造建筑主體結構已經成型，房間結構布局及層高難以調整，從而帶來一些技術難題。

1 配電機房

用電指標的提高帶來電氣機房和豎井的設置問題。大多數老建筑在初步建成時期用電指標比較低，改造中需要增加功能或其他用電設備，從而對單位面積的用電標準有較大幅度的提高。變配電室內變壓器的容量及低壓配電柜數量會隨之增加，設計中需要重新確定變配電室的面積及布置方式，面臨的主要問題在于原有建筑的條件限制和規范要求的矛盾，根據《20kV及以下變配電室設計規范》(GB 50053-2013)和《低壓配電設計規范》(GB 50054-2011)中的要求盡量使變配電室的布置緊湊、合理。

設計中有以下幾點可以借鑒：

(1)若需要增加容量，盡量不改變變壓器數量，提高單臺變壓器容量，保持高壓配電柜數量不變，不增加高壓柜所占的面積。

(2)布置中可以利用增加“空柜”的方式彌補土建條件的一些不足。如圖1，左側房間為原有變配電室，改造中需要增加配電柜數量，設計中將右側房間納入變配電室范圍，由于中間承重墻改造中開洞尺寸有限，方案難以實施。在開洞處設置“空柜”，使配電屏主母線保持貫通，但不保留柜后維護通道，使變配電室布置滿足規范要求。

(3)需要嚴格遵守規范中要求的設備與設備、設備與墻、結構柱的間距，并按其最小尺寸布置設備，盡可能節約機房內的空間。如表1所示，設計中低壓配電屏前、后通道均按表中數據。根據此標注解，改造項目中的尺寸均可采用“受限制時”一欄中的要求。

表1 成排布置的配電屏通道最小寬度(單位：m)

注：1. 受限制時是指受到建筑平面的限制、通道內有柱等局部突出物的限制；2. 屏后操作通道是指需在屏后操作運行中的開關設備的通道；3. 背靠背布置時屏前通道寬度可按本表中雙排背對背布置的屏前尺寸確定；4. 控制屏、控制柜、落地式動力配電箱前后的通道最小寬度可按本表確定；5. 掛墻式配電箱的箱前操作通道寬度，不宜小于1m。

圖1 變配電室布置平面圖

2 防雷接地

許多老舊項目建成年代久遠，建設用的施工圖紙早已丟失，經現場勘察也很難確定其當初暗敷在基礎內的接地裝置。在不具備原始資料的條件下，切實可行的做法就是為建筑重新設置接地裝置。接地裝置的設置一般有以下兩種做法：

(1)設置室外人工接地極。利用建筑的條件，在其外圍的庭院、草坪等場所土壤內設置人工接地極。人工接地極一般采用水平敷設的圓鋼、扁鋼，垂直輻射的角鋼和鋼管等，不同裝置類型導體的最小尺寸見表2。

室外接地體的設置以圖2中某工程為例：在該工程面積有限的下沉庭院內設置人工接地極，與室內接地點m相連，作為建筑內某特殊機房的獨立接地體。接地體需滿足接地電阻的要求，水平接地極的具體電阻值可根據式(1)計算。

表2 接地裝置導體的最小尺寸

Rh=ρ(lnL2/hd+K)/2πL

(1)

式中：Rh為水平接地極的接地電阻，Ω；L為水平接地極的總長度，m；h為水平接地極的埋設深度，m；d為水平接地極的直徑或等效直徑，m；K為水平接地極的形狀系數(一字形時取-0.6，矩形時取1)。

式中可見，土壤電阻率(ρ)對接地電阻有很大影響，有些工程補充了一定量室外接地導體，卻仍然不滿足接地電阻的要求。此時可采用換土法和降阻劑法來降低原土壤的電阻率，快捷有效地減小接地電阻，以滿足工程的接地需求。

圖2 接地平面圖

(2)不具備室外人工接地體條件時，可在建筑內適當位置敷設金屬等電位帶作為人工接地體。如圖2所示，在建筑地下室外墻設置一圈鍍鋅扁鋼作為等電位帶，并通過地下室地面面層內暗敷設的等電位扁鋼將防雷等電位接地體組成網狀，從而有效擴散雷電產生的沖擊電流。此方式適用于對接地要求不高的建筑，即人工制造出建筑物的“地”電位，作為防雷接地、保護接地和工作接地的統一接地體。

3 管線綜合

大多數八九十年代設計的老舊建筑原本沒有設置中央空調系統、消防系統等，機電設備較少并且大多集中在地下室機房。為提高建筑的舒適性和消防安全性，建筑標準層需要增加大量風管、水管、冷媒管及強弱電橋架，瞬間凸顯出層高嚴重不足的問題。這時需要與水、暖專業密切配合，將管線科學、合理地排列，利用管井、走廊與功能房間的位置分布特點，盡量減少管線交叉，最大程度地保證室內有效空間高度。

圖4 橋架安裝示意圖

以圖3中工程為例，經過綜合考慮，一般建筑標準層內可將辦公區內的空調風機盤管設備設于梁間區域，新風管道設在辦公區域的梁下空間，走道內布置走道排風、水噴灑及強弱電橋架等。為便于橋架內敷設電纜和導線，將其設置在最底層，接近于吊頂。圖3中橋架寬度較窄，上方和水平方向與其他平行管線留有空間，可滿足施工需求。因考慮到消防水噴灑及走道照明需要居中設置，并避免強電線路對弱電系統的電磁干擾，強、弱電橋架分別在走道兩邊布置較為適宜。

圖3 機電管線布置剖面示意圖

改造工程中空間情況復雜，可能不具備理想的安裝條件。對于電氣系統而言，電纜橋架的作用是將電纜敷設到位，因此只要能保證電纜敷設空間，其尺寸是靈活可調的。電纜橋架的具體安裝要求如圖4所示，圖4(a)中表示為600mm～800mm寬的電纜橋架，如靠墻安裝需保留100mm的支、吊架空間，水平方向和橋架正上方還需預留工人安裝空間(陰影內區域)，以確保施工安裝。圖四(a)中表示為300mm寬的電纜橋架，因橋架尺寸有限，安裝時僅需考慮手臂操作即可，安裝空間(陰影內區域)可以明顯減小。所有風管、水管當與橋架并行時均要設置在陰影區域以外，交叉穿過時可走在陰影內虛線區域里，方能不影響電纜安裝。

如條件允許。建議使用三維制圖軟件revit mep或magiCAD，將機電管線在建筑模型中進行合理布置，更為直觀地設計管線路由并細致地解決管線碰撞問題，以確保建筑的室內高度。

4 消防系統

老項目重新向消防部門報批時經常會被要求按照最新規范設計。上世紀八、九十年代的建筑均未設置報警系統和應急照明，消防設備配電等也不滿足規范要求。目前對改造項目影響比較多的新規范包括《火災自動報警系統設計規范》(GB 50116-2013)、《建筑設計防火規范》(GB 50016-2014)、《建筑照明設計標準》(GB 50034-3013)等。在改造項目初期，必須與甲方共同商定改造內容和范圍，從而初步估算出消防改造投資并順利通過審批。通常需要考慮以下幾方面內容：

(1)增加火災報警系統，根據建筑物規模和性質確定其系統形式；通常選擇在原建筑門廳附近增加控制室，如僅需要報警也可不設置控制室，僅在值班室內增加區域報警主機。

(2)增加應急照明系統。根據投資情況和業主需要，確定應急照明系統類型。如檔次較高的大型商業、寫字樓照明系統需全面改造時可以增加應急疏散照明控制系統；如要求不高的一般建筑，建議增加自帶浮充蓄電池的應急照明燈具，不僅節約成本、安裝方便，而且后期維護簡單、實用。

(3)增加消防水泵巡檢控制系統。消防巡檢也是近十年來公安部提出的要求。由于消防水泵在

火災發生時會因長期處于停止狀態而不能正常運行，因此增加自動巡檢裝置，使其每月定期運行一段時間以確保需要時能夠正常使用。在消防水泵房中設置巡檢控制柜，一般情況下需單獨設置控制室，以門連窗與水泵設備間隔開。改造中，面積受限時也可與水泵設備共室，控制柜下設置300mm高的基礎，以防止水淹。

(4)所有消防設備控制箱按雙路電源末端互投設計。改造過程中視情況確定改造設計原則。如原設備控制箱維護較好，能夠繼續使用，僅缺少雙電源切換裝置，在配電箱附近增加雙電源開關箱即可，無需更換整個配電箱。

5 改造項目中高科技的應用趨勢

近年來，越來越多先進技術融入到設計軟件中，必將為未來改造項目設計帶來巨大幫助。

1)全息攝影技術與三維繪圖軟件相結合

許多設計軟件公司已經開始研發此項技術。未來將實現在改造項目開始前，利用特殊的技術手段記錄并再現老建筑物的真實的全部三維圖像信息，形成數據云。結合電腦程序，點對點一一導入并生成BIM，作為改造項目的基礎模型。這種技術有效避免了原施工圖和竣工圖的丟失、使用過程中的擅自改造使實際情況與原圖紙不符等問題。

2)BIM軟件強大的管理功能

運用BIM設計軟件，可以隨時生成改造過程中增加的構件及設備材料表，不僅能準確顯示出各設備的位置和安裝細節，還能分門別類地將設備及其元器件的數量和各項參數統計出來，簡單、快捷、準確地計算出改造項目的各系統投資。

由于舊工程改造項目可節約投資，如果能夠多做并做好，利國利民，必將越來越多地出現在今后的設計工作中。本文對相關設計過程中的問題提出個人的觀點，希望能夠對同行們的設計工作有所幫助。