簡(jiǎn)談超高層建筑電氣設(shè)計(jì)要點(diǎn)

葉鵬

根據(jù)我國(guó)的《民用建筑設(shè)計(jì)通則》中民用建筑高度與層數(shù)劃分的規(guī)定：建筑物高度超過(guò)100米或者40層以上時(shí)，不論住宅或公共建筑均為超高層。超高層建筑具有采光好、通氣性強(qiáng)、噪音小、污染好等優(yōu)點(diǎn)，但正是因?yàn)槌邔咏ㄖ慕ㄖ?guī)模與建筑高度相比較一般高層建筑更大、更高，使得超高層建筑具有用電負(fù)荷大、變配電系統(tǒng)復(fù)雜、若發(fā)生火災(zāi)撲救較為困難、人員難以疏散等特點(diǎn)。但出于對(duì)建筑安全性與可靠性的特殊要求，超高層建筑給電氣設(shè)計(jì)帶來(lái)的變化與挑戰(zhàn)是十分巨大的。

一、國(guó)內(nèi)超高層建筑電氣設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

1.國(guó)內(nèi)超高層建筑現(xiàn)狀

中國(guó)的飛速發(fā)展以及經(jīng)濟(jì)上的一次次創(chuàng)新，也促進(jìn)了國(guó)內(nèi)很多超高層建筑的誕生，使得中國(guó)的超高層建筑在全球排名第一。

就北京而言，許多人對(duì)它的超高層建筑印象并不深刻。北京給大多數(shù)中國(guó)人的印象仍然是風(fēng)景名勝，而不是高層建筑。但事實(shí)上，北京有許多超高層建筑，在全國(guó)處于領(lǐng)先地位。其中，最著名的是528米的中國(guó)尊和330米的國(guó)際貿(mào)易三期，然而北京的眾多超高層建筑都是比較傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，偏重于實(shí)用，因此并不算非常吸引眼球。

近10年我國(guó)的超高層建筑項(xiàng)目已在眾多城市迅猛發(fā)展，國(guó)內(nèi)在建超高層建筑如圖1所示。

圖1 我國(guó)部分超高層建筑

2.我國(guó)超高層建筑用電負(fù)荷級(jí)別

供電電源的供電回路數(shù)及電壓等級(jí)，應(yīng)根據(jù)超高層建筑的負(fù)荷分級(jí)、用電容量和地區(qū)供電條件確定。根據(jù)表1的負(fù)荷分級(jí)，為確保超高層建筑供電的安全、可靠，應(yīng)按不少于兩個(gè)電源供電。

表1 我國(guó)超高層建筑用電負(fù)荷級(jí)別

3.國(guó)內(nèi)超高層建筑供電電源配置情況

表2數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析表明，超高層建筑其單位負(fù)荷功率多在100～130VA/m2，并采用10～110kV電源供電。

表2 國(guó)內(nèi)部分超高層建筑供電電源配置情況

二、超高層建筑的電氣設(shè)計(jì)

1.供電電源

在超高層建筑中，最常用的應(yīng)急電源是柴油發(fā)電機(jī)，因?yàn)椴裼桶l(fā)電機(jī)具有容量大，供電時(shí)間長(zhǎng)，能獨(dú)立運(yùn)行，不受電網(wǎng)故障的影響的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于電源中斷所需的毫秒負(fù)載，UPS可以過(guò)渡使用一段時(shí)間（UPS的最小時(shí)間不少于10分鐘）。

（1）在建筑物高度低于200米時(shí)，可以采用低壓柴油發(fā)電機(jī)；

（2）在建筑物高度大于400米時(shí)，應(yīng)當(dāng)選用高壓柴油發(fā)電機(jī)；

（3）在建筑物高度在100米～400米時(shí)，需要進(jìn)行技術(shù)分析，然后再確定柴油發(fā)電機(jī)的額定電壓。

2.配變電所

變電站應(yīng)位于負(fù)荷中心。主配變電站應(yīng)該位于地下一層、二層（不是最底層）和首層，也可以設(shè)置獨(dú)立的變電站。變電所應(yīng)根據(jù)負(fù)荷情況設(shè)置在避難層和頂層，其變壓器容量不應(yīng)超過(guò)1000kVA。

超高層建筑至少在主配變電所設(shè)置值班室，值班室應(yīng)單獨(dú)設(shè)置變電所，也可與控制室配合使用。值班室應(yīng)能通過(guò)走廊直接與高壓配電裝置室及相應(yīng)的配電裝置室連接，并應(yīng)設(shè)有一扇門(mén)直接通向室外或走廊。

3.低壓配電系統(tǒng)的配電方式

低壓配電系統(tǒng)宜采用三級(jí)配電方式，即總配電(配變電室)、區(qū)域配電(配電間) 和終端配電。三級(jí)配電系統(tǒng)相互之間要求保護(hù)開(kāi)關(guān)動(dòng)作具有選擇性。

三、超高層建筑的消防、照明、防雷系統(tǒng)

1.消防系統(tǒng)

根據(jù)GB50116-98《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》超高層建筑高度超過(guò)100米，應(yīng)定為特級(jí)保護(hù)對(duì)象。發(fā)生火災(zāi)時(shí)，為保證人員安全疏散，樓梯和消防電梯均已疏散，高度超過(guò)100米的電梯在機(jī)械壓力下通風(fēng)，以保持部件的正壓，防止煙霧侵入，并與建筑物的避難計(jì)劃相匹配。

2.照明系統(tǒng)

超高層建筑應(yīng)設(shè)置航空障礙燈，并應(yīng)該符合下列規(guī)定：

（1）在建筑物或構(gòu)筑物的最高部位設(shè)置障礙標(biāo)志燈。當(dāng)高程點(diǎn)面積較大或建筑物復(fù)雜時(shí)，除在頂部設(shè)置障礙標(biāo)志外，還應(yīng)在其外角頂部設(shè)置障礙標(biāo)志。

（2）障礙標(biāo)志的水平和垂直距離不應(yīng)大于45米。

（3）障礙標(biāo)志燈應(yīng)采用自動(dòng)通斷電的控制裝置，并應(yīng)有改變光強(qiáng)的措施。

（4）障礙標(biāo)志燈的設(shè)置應(yīng)便于更換光源。

（5）障礙標(biāo)志燈電源應(yīng)按主樓最高負(fù)荷等級(jí)供電。

3.防雷系統(tǒng)

超高層建筑防雷措施如下：

（1）在屋內(nèi)設(shè)避雷網(wǎng)，將柱內(nèi)主鋼筋作為避雷引下線引入地下，建筑物基礎(chǔ)應(yīng)作為共用接地裝置。

（2）特定場(chǎng)所設(shè)計(jì)安裝專(zhuān)用的避雷裝置。

（3）弱電機(jī)房、消防控制室等場(chǎng)所設(shè)LEB板，并用專(zhuān)用接地線引至共用接地裝置。

（4）室外高出屋面的金屬欄桿，各層金屬窗等都要與防雷接地體連接，從而有效避免自然雷擊，以保護(hù)整個(gè)建筑物的安全。

（5）當(dāng)屋頂設(shè)有直升機(jī)停機(jī)坪時(shí)，應(yīng)避免避雷針對(duì)直升機(jī)的影響。

三、結(jié)語(yǔ)

超高層建筑綜合性強(qiáng)，具有資源利用最大化、污染小等優(yōu)點(diǎn)，但其也具有供電范圍大、用電負(fù)荷高、使用功能及用電設(shè)備性質(zhì)繁多等電氣設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)。因此安全可靠的供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、完善的消防照明避雷系統(tǒng)等設(shè)計(jì)，將為大樓的有效利用起到關(guān)鍵的作用。我們只有注重對(duì)系統(tǒng)的安全性、節(jié)能方案做充足的論證，才能迎接和不懼這種獨(dú)特的建筑形式給電氣設(shè)計(jì)帶來(lái)的挑戰(zhàn)。