淺談超高層建筑的電氣設(shè)計(jì)技術(shù)

曲國峰

摘 要：超高層建筑用電負(fù)荷大、長距離的輸配電、高要求的供電安全性和復(fù)雜的配電系統(tǒng)。本位主要圍繞超高層建筑電氣設(shè)計(jì)基本特征，重點(diǎn)分析了電氣設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)，希望能夠給今后的超高層建筑的電氣設(shè)計(jì)提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：超高層建筑；電氣設(shè)計(jì)；關(guān)鍵技術(shù)

在超高層建筑建設(shè)的過程中應(yīng)用到了很多的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，一般情況下城市之所以要建造超高層建筑，主要就是為了豎立一個(gè)完美的城市形象并展現(xiàn)城市實(shí)力。我國已經(jīng)針對(duì)包括電氣設(shè)計(jì)在內(nèi)的超高層建筑各項(xiàng)設(shè)計(jì)作出了明確規(guī)定，并制定了相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，因此，在對(duì)電氣系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，必須要嚴(yán)格執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)，只有這樣才可以確保整個(gè)超高層建筑的電力安全。

1 超高層建筑的電氣設(shè)計(jì)

1.1超高層建筑電氣設(shè)計(jì)特點(diǎn)

（1）超高層建筑規(guī)模大，建筑高度高，具有用電負(fù)荷大、輸配電距離長、變配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、供電安全性要求高的電氣特點(diǎn)。

（2））超高層建筑內(nèi)人員密集，疏散距離長，事故發(fā)生時(shí)人員疏散困難，因此，對(duì)防災(zāi)用電設(shè)備及應(yīng)急照明等的供電安全性、可靠性要求很高。另外，低壓配電線路的長度一般不宜超過250m。當(dāng)不能滿足供電半徑要求時(shí)，在超高層建筑的避難層應(yīng)設(shè)置樓層變電所。

1.2超高層建筑應(yīng)急電源與備用電源

超高層建筑建筑規(guī)模大，建筑高度高，若發(fā)生火災(zāi)撲救困難、人員密集、疏散時(shí)間長，除設(shè)置可靠的市電電源以外，還應(yīng)設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組作為其應(yīng)急電源。

超高層建筑的應(yīng)急電源與備用電源設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問題：

（1）超高層公共建筑的一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷的負(fù)荷量較大，正常電源斷電后要求持續(xù)供電時(shí)間長，所以應(yīng)配備柴油發(fā)電機(jī)組作為其應(yīng)急電源；超高層公寓建筑的消防用電負(fù)荷、應(yīng)急照明、航空障礙照明、生活水泵宜設(shè)自備電源供電，自備電源宜采用柴油發(fā)電機(jī)組。

（2）超高層建筑的A級(jí)電子信息系統(tǒng)機(jī)房應(yīng)配置自備柴油發(fā)電機(jī)電源，容量應(yīng)包括不間斷電源系統(tǒng)、空調(diào)和制冷設(shè)備的基本容量及應(yīng)急照明和關(guān)系到生命安全等需要的負(fù)荷容量。

應(yīng)急電源采用柴油發(fā)電機(jī)組時(shí)，其電壓等級(jí)選擇應(yīng)考慮如下因素：

（1）建筑物高度在100～300m時(shí)（除數(shù)據(jù)中心大樓外），應(yīng)采用低壓柴油發(fā)電機(jī)組；建筑物高度大于300～400m時(shí)，需進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較后確定采用0.4kV低壓柴油發(fā)電機(jī)組或10kV柴油發(fā)電機(jī)組；建筑物高度大于400m時(shí)，宜選用10kV柴油發(fā)電機(jī)組。需要注意的是，以上結(jié)論是基于低壓傳輸干線采用電力電纜+密集型母線槽組合的配電方式考慮的，在相同電壓降的前提下，還考慮了加大電纜截面或降低電纜載流量來加大傳輸距離。

（2）選用中壓柴油發(fā)電機(jī)組時(shí)，中壓柴油發(fā)電機(jī)組的接地形式宜與市電系統(tǒng)一致；當(dāng)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)需接地時(shí)，宜通過真空接觸器與接地電阻相連接，接地電阻應(yīng)裝在接地電阻柜內(nèi)。當(dāng)有多臺(tái)中壓柴油發(fā)電機(jī)組并機(jī)運(yùn)行時(shí)，為減少中性導(dǎo)體產(chǎn)生的三次諧波環(huán)流，可將其中一臺(tái)發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)接地。

1.3超高層建筑配電方式

超高層低壓配電系統(tǒng)配電方式分為放射式和樹干式，放射式配電系統(tǒng)的供電可靠性高，超高層建筑中消防負(fù)荷及一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷宜采用放射式方式供電；樹干式供電時(shí)，每根電纜干線配電層數(shù)不宜超過8層；各避難層的交直流電源，應(yīng)按避難層分別供給，并在末端互投；配電干線應(yīng)按避難層劃分供電區(qū)域，同一干線不應(yīng)同時(shí)帶兩個(gè)區(qū)域單元的用電負(fù)荷。

1.4超高層建筑導(dǎo)體的選擇及敷設(shè)

超高層建筑導(dǎo)體選擇時(shí)應(yīng)考慮建筑物的擾動(dòng)，雖然采用密集型母線槽作為供電載體，可承載數(shù)千安的負(fù)荷電流，但由于母線槽是剛性結(jié)構(gòu)，使用時(shí)應(yīng)慎重。如在地震烈度較高的地區(qū)建設(shè)的超高層建筑宜采用電纜供電，電纜在抗震方面的安全性遠(yuǎn)高于密集型母線槽，性價(jià)比也高于密集型母線槽。

超高層建筑的線纜選型，應(yīng)為阻燃低煙無鹵交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜、電線，或無煙無鹵電力電纜、電線；消防設(shè)備的配電干線和分支干線（應(yīng)急照明和疏散指示標(biāo)志除外）應(yīng)采用礦物絕緣電纜。火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的供電線路、消防聯(lián)動(dòng)控制線路應(yīng)采用耐火銅芯電線電纜；報(bào)警總線、消防應(yīng)急廣播和消防專用電話等傳輸線路應(yīng)采用阻燃或阻燃耐火電線電纜。

1.5超高層建筑應(yīng)急照明

超高層建筑的避難層（間）疏散照明的地面平均水平照度值不應(yīng)低于3lx，垂直疏散區(qū)域、避難走道不應(yīng)低于5lx。在北京市建設(shè)的超高層建筑還應(yīng)采取加強(qiáng)措施，疏散走道、疏散樓梯間和避難區(qū)內(nèi)的地面最低應(yīng)急照度值不應(yīng)低于10lx，其他區(qū)域不應(yīng)低于5lx。建筑高度大于100m的民用建筑，疏散照明的備用電源的連續(xù)供電時(shí)間不應(yīng)小于1.5h。

值得注意的是：超高層建筑中大型商業(yè)的備用照明應(yīng)按一級(jí)負(fù)荷供電，而大型商業(yè)的營業(yè)廳照明也需要按一級(jí)負(fù)荷供電，所以備用照明不需單獨(dú)設(shè)置；設(shè)置停機(jī)坪的超高層建筑，應(yīng)在停機(jī)坪四周設(shè)置應(yīng)急照明。

1.6超高層建筑航空障礙燈

應(yīng)在建筑物的最高層構(gòu)造物的最高部位裝設(shè)障礙標(biāo)志燈，當(dāng)制高點(diǎn)的平面面積較大時(shí)，除在最高端裝設(shè)外，還應(yīng)在其外側(cè)轉(zhuǎn)角的頂端分別設(shè)置。障礙標(biāo)志燈的水平、垂直距離不宜大于45m。建筑物的頂部高出其周圍地面45m以上，必須在其中間層加設(shè)障礙燈中，間層的距離必須不大于45m并盡可能相等，超高建筑物尤其要考慮中間層加設(shè)障礙燈。

設(shè)置停機(jī)坪的超高層建筑，應(yīng)在停機(jī)坪四周設(shè)置航空障礙燈。

2 超高層建筑防雷及接地

依據(jù)規(guī)范，超高層建筑物應(yīng)劃為第二類防雷建筑物，由于超高層建筑物的用戶多為重要企業(yè)辦公或特級(jí)、一級(jí)金融機(jī)構(gòu)、五星級(jí)酒店等，根據(jù)電子信息系統(tǒng)的重要性、使用性質(zhì)和價(jià)值角度考慮，系統(tǒng)的雷電防護(hù)等級(jí)宜按A級(jí)設(shè)計(jì)。

設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)計(jì)算建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)、防雷裝置攔截效率，超高層建筑各項(xiàng)雷擊風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均很高。由于超高層建筑的建筑高度均超過滾球半徑，因此有側(cè)擊雷擊中建筑物中上層表面的幾率。具體實(shí)施應(yīng)采用防直擊雷、側(cè)擊雷、閃電感應(yīng)、電磁脈沖等措施，并做好總等電位連接。此外強(qiáng)電機(jī)房、智能化電子信息機(jī)房接地宜采取接地干線方式，各層強(qiáng)、弱電機(jī)房分別接至強(qiáng)、弱電豎井內(nèi)的接地干線上；當(dāng)超高層屋頂設(shè)有直升機(jī)停機(jī)坪時(shí)，不應(yīng)在安全區(qū)內(nèi)設(shè)避雷針，設(shè)在安全區(qū)以外的避雷針上應(yīng)裝設(shè)航空障礙標(biāo)志燈。

3 超高層建筑防災(zāi)設(shè)計(jì)

建筑高度大于100m的公共建筑，應(yīng)設(shè)置避難層（間）。第一個(gè)避難層（間）的樓面至滅火救援場地地面的高度不應(yīng)大于50m，兩個(gè)避難層（間）之間的高度不宜大于50m。各避難層的交直流電源，應(yīng)按避難層分別供給，并在末端互投；建筑物中的電纜豎井宜按避難層上下錯(cuò)位設(shè)置。

超高層建筑，除游泳池、溜冰場外，均應(yīng)設(shè)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。各避難層內(nèi)應(yīng)設(shè)獨(dú)立的火災(zāi)應(yīng)急廣播系統(tǒng)，應(yīng)能接收消防控制中心的有線無線兩種播音信號(hào)；各避難層與消防控制中心之間應(yīng)設(shè)置獨(dú)立的有線和無線呼救通信；除消防控制室內(nèi)設(shè)置的控制器外，每臺(tái)控制器直接控制的火災(zāi)探測器、手動(dòng)報(bào)警按鈕和模塊等設(shè)備不應(yīng)跨越避難層；各避難層應(yīng)設(shè)置消防專線電話和應(yīng)急廣播；在避難層（間）進(jìn)入樓梯間的入口處和疏散樓梯通向避難層（間）的出口處，設(shè)置明顯的指示標(biāo)志。

4 結(jié)束語

超高層建筑具有高度高、規(guī)模大、用電量大、負(fù)荷等級(jí)高等特點(diǎn)，我國明確規(guī)定了包括電力設(shè)計(jì)在內(nèi)的超高層建筑各項(xiàng)設(shè)計(jì)，同時(shí)將相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定完善。所以，在設(shè)計(jì)電氣系統(tǒng)的過程中，需要對(duì)國家標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格執(zhí)行，從而保障整個(gè)超高層建筑的電力安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]廖懷華；淺談高層建筑電氣設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J]；建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)；2014

[2]尤士剛；某超高層建筑電氣設(shè)計(jì)實(shí)例[J]；智能建筑電氣技術(shù)；2009

[3]傅勇平；朱亮亮；超高層建筑電氣設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)體會(huì)[J]；中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2011