高層民用建筑改造工程電氣設計分析

韓京京

（北京市建筑設計研究院有限公司，北京 100045）

0 引言

隨著社會經濟的不斷發(fā)展和人民生活水平的提高，一些既有建筑不能滿足人們的使用需求，建筑改造和擴建工程明顯增多。高層民用建筑改造工程和新建工程具有顯著差異，需要考量建筑既有的內外部因素制約，同時還要遵行現(xiàn)行的規(guī)范標準，因此，電氣設計的難度較大，采取科學有效的設計理念和方法十分必要。

1 電氣設計國家和行業(yè)標準規(guī)范要求及其變化

GB 50052—2009《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》規(guī)定，一級負荷需要設置雙重電源供電，一個電源出現(xiàn)故障后，另一電源不受損壞；二級負荷供電系統(tǒng)需要采取兩回線路供電。我國建筑供電電源的標準在不同的時期存在一定的差異，1995 年之前設計依照的是GBJ 52—83《工業(yè)與民用供電系統(tǒng)設計規(guī)范》，1995—2009 年依照的設計標準為GB 50052—1995《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》。兩個標準對于一級負荷的規(guī)定要求基本上不存在差異，但是對于二級負荷，《工業(yè)與民用供電系統(tǒng)設計規(guī)范》的規(guī)定是：盡量做到電力變壓器出現(xiàn)故障或是電力線路出現(xiàn)常見故障時，不會導致供電中斷，或是中斷之后能夠實現(xiàn)迅速恢復。在這一規(guī)范要求下，此時期二級負荷為最高負荷等級的高層民用建筑采取的是一回線路供電，備用電源為柴油發(fā)電機組。此類較早的建筑，部分備用柴油發(fā)電機組不能繼續(xù)使用，有的建筑則將發(fā)電機房另作他用，應急電源需要重新設計。部分執(zhí)行GB 50052—1995 標準的高層民用建筑，盡管依照規(guī)范采取兩回供電線路，但電量無法滿足實際需求，變配電系統(tǒng)仍需要改造。

2 高層民用建筑改造工程電氣設計中需要考量的內外部因素

高層民用建筑改造工程電氣設計中，需要考量內外部2個方面的因素，其中內部因素主要是建筑的格局、功能，以及機電設備運行和設備用房設置等，外部因素則包含建筑的投資、需求、周期以及行業(yè)標準規(guī)范的變化情況。

2.1 建筑相關內部因素分析

高層民用建筑改造工程電氣設計需要考量的內部因素，主要指的是建筑現(xiàn)場實際情況，在很大程度上決定了電氣設計方案。

1）建筑格局 主要是指疏散通道、設備用房位置，以及管線和設備運輸通道設置情況。

2）建筑功能 指的是改造工程區(qū)域的大小和功能是否出現(xiàn)根本變化，是否有用電負荷等級、用電負荷容量和變壓器容量變化，以及是否需要增設第二電源。

3）供電設備的運行現(xiàn)狀 主要是改造工程現(xiàn)場的電源供電方式、變壓器容量和負荷率，還有設備的使用年限和現(xiàn)狀等。

4）設備用房設置 主要包括是否設置變配電房、柴油發(fā)電機房，以及設備用房的位置、大小等能否滿足改造工程需求，還包含電氣管井和線路通道使用情況等。

除以上因素外，還要適當考量建筑排水、暖通等用電需求，以及建筑結構荷載等因素。

2.2 設計環(huán)境及需求等外部因素分析

外部因素主要包含設計環(huán)境以及投資建設單位的需求等，這對于高層民用建筑改造工程電氣設計也至關重要。

1）行業(yè)標準規(guī)范的變化情況。

2）建設投資 電氣設計中應當合理地分析方案的經濟性，在滿足當下改造需求的同時，綜合考量長期使用情況，為后續(xù)的改、擴建留出一定的條件。

3）建設需求 高層民用改造工程區(qū)域的功能定性和變化，例如供暖調整等均會使供電需求發(fā)生變化。

4）建設周期 建筑改造工程在不同的建設周期存在差異性的設計需求，這就需要在電氣設計中綜合實際情況考量后續(xù)的改建需求，防止發(fā)生修改及返工等情況。

3 利用PDCA 循環(huán)模式優(yōu)化高層民用建筑改造工程電氣設計

PDCA 循環(huán)是全面質量管理和全過程管理的重要依據(jù)，強調分成4 個階段進行管理，通過不斷循環(huán)的計劃、執(zhí)行、檢查和處理，提升設計管理質量。本文以具體的工程案例進行深入分析（見表1）。

3.1 計劃

該改造工程經過技術指導和討論，最終定性為辦公室改造為教育基地。原本建設投資單位定性為博物館，從改造后建筑的面積以及人流量和展藏品、用途等方面考量，不足以定位博物館。定性為博物館后，建筑、電氣、給排水和暖通等，不僅要遵循通用規(guī)范標準，還要遵守JGJ 66－2015《博物館建筑設計規(guī)范》的相關要求，改造工程電氣設計的標準更高。另外，經過實地考察發(fā)現(xiàn)，若是依照博物館來定性，只有對建筑整體進行改造，才能夠滿足規(guī)范要求，改造工程是無法實施的。最終經過專家討論，將建筑改造工程定性為教育基地，保證了改造工程的可行性。

表1 某辦公樓改造工程基本情況

3.2 執(zhí)行

對改造工程變配電系統(tǒng)進行設計時，調研了建筑現(xiàn)場實際情況。首先，建筑既有變壓器容量能夠滿足增容和變配電設備正常運行，但是運行時間已有23 年之久，電力變壓器較為陳舊，損耗較大，已達到安全使用年限。在設備用房方面，原有柴油發(fā)電機房被占用，成為大型鍋爐設備，建筑只有一路供電電源。負荷容量方面，建筑原有的設計是108kW 二級負荷設備容量，實際使用的設備安裝容量是100kW，改造工程需要增加20kW 的消防風機。另外，此改造工程中，建筑的其他區(qū)域需要正常工作，因此不能停電施工。

針對以上實際情況，此改造工程電氣設計中的關鍵點為供電第二電源設計，可以選取的設計方案有3 種。

1）自附近開閉所引一路10kV 高壓電源。

2）重建柴油發(fā)電機房。

3）用EPS 作為改造區(qū)域的備用電源，先不考量建筑整體重要負荷供電。

3.3 檢查協(xié)調

通過和改造工程投資建設方的溝通，改造工程為分期改造，此次改造是首期工程，需要適當考量投入及改造后使用情況，資金允許時，可以納入二期改造內容。

對于前文提出的3 種電氣設計方案，方案1 是投資方堅持的方案，主要是出于后期維護和經濟性的考量。從技術方面來看，建筑原有的負荷容量是108kW，引一路10kV 電源，經濟性與合理性均不足。此方案中，不僅要將原高壓柜拆除換新，還要增設高壓進線柜、計量柜及聯(lián)絡柜，并對高壓柜室進行外擴，改造范圍顯著增加，并且對建筑結構也會產生影響，不能達到節(jié)省投資的目的。

改造方案2 計劃拆除原柴油發(fā)電機房中的鍋爐設備，重建柴油發(fā)電機房，這樣能夠同時滿足改造需求和建筑的整體供電。經過造價預算，投資方決定將建筑整體空調系統(tǒng)納入改造，鍋爐設備暫不拆除。經過實地調研測量，建筑地下室無法滿足進排風及排煙安裝需求，有安裝空間的位置但無法實滿足排風及排煙需求，最終決定在本期改造中僅考量教育基地改造工程重要負荷的供電連續(xù)性及可靠性。

經過對電氣設計方案1 和方案2 的分析、核實與明確，同時滿足改造工程中其他區(qū)域不停電的需求，將變配電房設備更新、柴油發(fā)電機房重建及空調系統(tǒng)改造納入二期改造工程，首期改造需要考量教育基地的供配電，使用動力型EPS 作為改造工程備用電源較為合理。將EPS 安裝在消防風機房中，能夠同時滿足規(guī)范和使用要求。

3.4 處理

依照不斷分析考量的電氣設計方案進行施工，施工和投入使用后均未發(fā)生重大修改和調整，PDCA 循環(huán)較為有效。

4 結語

對高層民用建筑改造工程進行電氣設計時，需要從建筑的既有條件出發(fā)，針對性地采取科學的設計理念和方法，不斷完善電氣設計方案。由于高層民用建筑改造工程項目的復雜性，在電氣設計中采取PDCA 循環(huán)模式進行設計優(yōu)化，是十分必要和有效的。高層民用建筑改造工程電氣設計中PDCA 循環(huán)方法的應用，能夠使工程中可能出現(xiàn)的問題得到有效解決，具有較高的實效性。