簡談超高層建筑電氣設計要點

葉鵬

根據我國的《民用建筑設計通則》中民用建筑高度與層數劃分的規定：建筑物高度超過100米或者40層以上時，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、噪音小、污染好等優點，但正是因為超高層建筑的建筑規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荷大、變配電系統復雜、若發生火災撲救較為困難、人員難以疏散等特點。但出于對建筑安全性與可靠性的特殊要求，超高層建筑給電氣設計帶來的變化與挑戰是十分巨大的。

一、國內超高層建筑電氣設計現狀

1.國內超高層建筑現狀

中國的飛速發展以及經濟上的一次次創新，也促進了國內很多超高層建筑的誕生，使得中國的超高層建筑在全球排名第一。

就北京而言，許多人對它的超高層建筑印象并不深刻。北京給大多數中國人的印象仍然是風景名勝，而不是高層建筑。但事實上，北京有許多超高層建筑，在全國處于領先地位。其中，最著名的是528米的中國尊和330米的國際貿易三期，然而北京的眾多超高層建筑都是比較傳統的結構，偏重于實用，因此并不算非常吸引眼球。

近10年我國的超高層建筑項目已在眾多城市迅猛發展，國內在建超高層建筑如圖1所示。

圖1 我國部分超高層建筑

2.我國超高層建筑用電負荷級別

供電電源的供電回路數及電壓等級，應根據超高層建筑的負荷分級、用電容量和地區供電條件確定。根據表1的負荷分級，為確保超高層建筑供電的安全、可靠，應按不少于兩個電源供電。

表1 我國超高層建筑用電負荷級別

3.國內超高層建筑供電電源配置情況

表2數據統計分析表明，超高層建筑其單位負荷功率多在100～130VA/m2，并采用10～110kV電源供電。

表2 國內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計

1.供電電源

在超高層建筑中，最常用的應急電源是柴油發電機，因為柴油發電機具有容量大，供電時間長，能獨立運行，不受電網故障的影響的優點。對于電源中斷所需的毫秒負載，UPS可以過渡使用一段時間（UPS的最小時間不少于10分鐘）。

（1）在建筑物高度低于200米時，可以采用低壓柴油發電機；

（2）在建筑物高度大于400米時，應當選用高壓柴油發電機；

（3）在建筑物高度在100米～400米時，需要進行技術分析，然后再確定柴油發電機的額定電壓。

2.配變電所

變電站應位于負荷中心。主配變電站應該位于地下一層、二層（不是最底層）和首層，也可以設置獨立的變電站。變電所應根據負荷情況設置在避難層和頂層，其變壓器容量不應超過1000kVA。

超高層建筑至少在主配變電所設置值班室，值班室應單獨設置變電所，也可與控制室配合使用。值班室應能通過走廊直接與高壓配電裝置室及相應的配電裝置室連接，并應設有一扇門直接通向室外或走廊。

3.低壓配電系統的配電方式

低壓配電系統宜采用三級配電方式，即總配電(配變電室)、區域配電(配電間) 和終端配電。三級配電系統相互之間要求保護開關動作具有選擇性。

三、超高層建筑的消防、照明、防雷系統

1.消防系統

根據GB50116-98《火災自動報警系統設計規范》超高層建筑高度超過100米，應定為特級保護對象。發生火災時，為保證人員安全疏散，樓梯和消防電梯均已疏散，高度超過100米的電梯在機械壓力下通風，以保持部件的正壓，防止煙霧侵入，并與建筑物的避難計劃相匹配。

2.照明系統

超高層建筑應設置航空障礙燈，并應該符合下列規定：

（1）在建筑物或構筑物的最高部位設置障礙標志燈。當高程點面積較大或建筑物復雜時，除在頂部設置障礙標志外，還應在其外角頂部設置障礙標志。

（2）障礙標志的水平和垂直距離不應大于45米。

（3）障礙標志燈應采用自動通斷電的控制裝置，并應有改變光強的措施。

（4）障礙標志燈的設置應便于更換光源。

（5）障礙標志燈電源應按主樓最高負荷等級供電。

3.防雷系統

超高層建筑防雷措施如下：

（1）在屋內設避雷網，將柱內主鋼筋作為避雷引下線引入地下，建筑物基礎應作為共用接地裝置。

（2）特定場所設計安裝專用的避雷裝置。

（3）弱電機房、消防控制室等場所設LEB板，并用專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，以保護整個建筑物的安全。

（5）當屋頂設有直升機停機坪時，應避免避雷針對直升機的影響。

三、結語

超高層建筑綜合性強，具有資源利用最大化、污染小等優點，但其也具有供電范圍大、用電負荷高、使用功能及用電設備性質繁多等電氣設計的挑戰。因此安全可靠的供配電系統設計、完善的消防照明避雷系統等設計，將為大樓的有效利用起到關鍵的作用。我們只有注重對系統的安全性、節能方案做充足的論證，才能迎接和不懼這種獨特的建筑形式給電氣設計帶來的挑戰。