城市文化綜合體的電氣設計

黃 海 峰

(上海建工集團股份有限公司, 上海 200080)

0 引 言

城市文化綜合體一般包括群眾藝術館、圖書館、博物館、美術館、體育館、文化展覽館、劇院等主要建筑和設施,其建成后把多方面文化資源整合在一起,故對電氣設計的要求越來越高[1-2]。做好城市文化綜合體電氣設計,能夠大幅度提升城市文化綜合體的安全性、功能性和經濟性多方面的性能。

1 負荷等級的確定

一般城市文化綜合體項目為復合型建筑,面積在20萬m2以內,所以一般不會建造大型展覽館、特大型博物館以及藏書超過100萬冊的大型圖書館。一般常規等級為:圖書館一般為藏書少于100萬冊,檔案館為乙級居多,劇場大多屬于小型乙等,科技館為小型,博物館為中型規模,體育館屬于乙級及以下規模。根據國家規范要求,相關負荷可以按照JGJ 66—2015《博物館建筑設計規范》、JGJ 57—2016《劇場建筑設計規范》、JGJ 354—2014《體育建筑設計規范》、JGJ 38—2015《圖書館建筑設計規范》以及JGJ 218—2010《展覽建筑設計規范》等規范的要求確定[3-7],消防設備的負荷等級可按現行GB 50016—2014《建筑設計防火規范》的要求來確定。一般城市文化綜合體按照建筑定性大多為多層建筑,其消防負荷為二級負荷考慮。但也有個別建筑按一類高層設置,消防供電負荷為一級。其他負荷最高級別按照對應規范,不超過一級負荷要求,一般不需要獨立設置柴油發電機,但考慮在重要的設備用電區域可以考慮設置UPS和為劇場、展覽建筑預留柴油發電車接口。城市文化綜合體項目負荷等級如表1所示。

表1 城市文化綜合體負荷等級分類

2 供電容量的確定

城市文化綜合體的負荷種類較多,一般包括:舞臺機械負荷,工藝照明負荷,舞臺音響電源負荷、健身娛樂負荷,辦公、后勤和服務型建筑負荷,地下停車庫負荷。

以上負荷有特殊性:① 舞臺機械、燈光、聲音等具有演出功能的場所具有短時容量大等特點,需要考慮其沖擊性負荷的特性;② 負荷分時性,劇場、電影院、綜合體育館等場所等需要考慮負荷的時間特性,還有些設備特定時間點使用;③ 安裝功率大,尤其采用集中型能源站的空調冷凍機組等采用變頻機組,裝機容量很大,但是設備運行規律下可能需要系數很小,根據運營情況確定使用功率。

變壓器裝機容量的確定可同時考慮以下因素:① 劇場設備和空調設備由于容量非常大,需要設置專用變壓器效率更高,而且對于其他設備的供電不造成影響,采用專用變壓器比較合理;② 考慮壓降問題,城市文化綜合體建筑占地面積大,需要考慮低壓供電半徑不超長,經濟合理;③ 考慮管理權屬問題,盡量考慮變壓器供電按單體或者分館配置,便于后期運營維護方便。根據項目設計經驗,城市文化綜合體各區域裝機容量如表2所示。

表2 城市文化綜合體各區域裝機容量

經過分析比較,城市文化綜合體的綜合用電指標在100～120VA/m2,對于初步估算用電負荷很有指導意義,但最終容量的計算還是要以最終的實際資料為準。

3 變配電系統的確定

3.1 變配電所的位置確定

城市文化綜合體建筑一般在地下室或者1F設置變電所。一般設計原則是根據使用功能和建筑單體來分設,要便于管理;考慮到空調設備的容量非常大,需要設置專用變電所;考慮到經濟性和壓降原因,宜考慮在負荷中心設置專用變電所;對于劇場的舞臺燈光、音響、舞臺機械等按照規范分設在不同變壓器上。

3.2 高低壓配電系統

一般的城市文化綜合體面積在20萬m2以內,根據面積指標和,用量容量一般都在20 000 kVA以下,因此高壓進線一般都按2路10 kV高壓進線,對于是否需要高壓母線聯絡一直是設計的一個難點。通過多個項目實踐經驗,主要在幾方面考慮。

(1) 如果當地供電部門對于高壓供電的聯絡無特殊要求時,建議聯絡,可提升系統的靈活性,但同時要求運營管理部門要具有一定的技術保障能力,正常時各承擔50%的負荷,當一路市電停電時,另一路擔負起全部負荷。

(2) 考慮到劇場、博物館等一、二級負荷容量較多,如果高壓不能聯絡,低壓聯絡基本可以滿足系統的使用需要,且可以考慮運營淡季時停用部分變壓器和檢修變壓器時方便使用,所以低壓聯絡不可缺失。

(3) 冷凍機組、水泵等沖擊性負載宜單獨設置變壓器供電,不應和照明、音頻和智能化等負荷在一臺變壓器。

3.3 備用電源

考慮到城市文化綜合體一般很少有達到一級負荷中重要負荷要求的電力負荷,不考慮設置柴油發電機,但考慮到一些臨時性展覽演出的需要,建議低壓配電系統預留柴油發電車接入的電力接口。一般僅考慮展覽館、博物館和劇場的低壓出線接口處預留,其他單體不考慮,一般為變壓器裝機容量的20%～30%;其他安防系統或者經營用電的負荷考慮用UPS電源保障。

3.4 低壓配電

在各層按防火分區設置強電間。低壓配電采用放射式與樹干式相結合的方式。對于大型設備和重要設施的低壓配電線路,采用放射式配電方式;至一般設備的配電線路,采用放射與樹干混合配電方式。所有消防類的負荷均設置雙ATS自動切換,以確保供電的可靠性;消防水泵房、防煙與排煙風機房的消防用電設備的供電,在其最末一級配電箱處設置自動切換裝置。考慮到計量和管理的方便,在各館供電區域均設立電力計量(如書吧、餐廳等)。

展覽館、博物館和劇場建筑供配電系統如圖1所示。

圖1 展覽館、博物館和劇場建筑供配電系統

藝術館、圖書館等建筑供配電系統如圖2所示。

圖2 藝術館、圖書館等建筑供配電系統

集中能源中心供配電系統如圖3所示。

圖3 集中能源中心供配電系統

4 智慧應急指揮系統

城市文化綜合體建筑一般為當地重要地標性建筑,具有如下特點:① 建筑結構復雜。文化類建筑主體類型多,結構形式復雜多樣,人員需要較長時間才能疏散到安全場所;② 功能多樣。一般的文化類建筑具有多種功能、人員密集容易出現混亂,火災時更容易導致傷亡;③ 發生火災時,在煙囪效應作用下煙氣和火勢豎向蔓延快,增加安全疏散的困難。

綜合體建筑面積大、范圍區域廣,消防聯動設備中消火栓泵、噴淋泵、排煙風機等除了總線控制外,還需要多線手動控制。在前期方案設計時需要結合綜合體建筑規劃合理的消防控制中心和分控室的位置和數量。在減少運營成本的同時確保消防系統的安全、可靠,一般需考慮如下關鍵問題:

(1) 消防水泵距離要求。GB 50974—2014《消防給水及消火栓系統技術規范》第11.0.12條要求,有管理權限的人在消防水泵控制線路故障時能緊急啟動消防水泵,且要保證消防水泵緊急啟動應在報警后5 min內正常工作。根據上述要求,消防控制中心的位置要應盡可能靠近消防水泵房。

(2) 消防防排煙設備的距離要求和分控室的選擇。GB 50116—2013《火災自動報警系統設計規范》中第4.1.2條條文解釋“當線路壓降超過5%時,其直流24 V電源應由現場提供”,即對線路壓降的要求小于5%。根據實際計算時超過1 km壓降大于5%,因此在選擇消防控制室和分控室時一定要考慮該因素。

智慧應急指揮管理系統通過建筑內部主要的設備管理將消防系統、安防系統、垂直交通系統和應急通信系統等應急子系統進行集成調度。通過應用人工智能、大數據和物聯網技術,在智慧建筑應急指揮中心,對上述子系統進行通信,實現實時數據采集,監測建筑突發事件的發生,數據信息及其應急預案等信息保存在后臺數據庫中。當突發事件發生中,應急指揮管理系統的應急指揮中心通過分析突發事件的類型和嚴重程度調用相應的應急預案進行處置,確保建筑安全,并且盡可能減少人身傷害和財產損失。應急指揮信息系統設計應具有日常工作管理、預案管理、預警管理、應急值班、應急資源調配與監控、輔助應急指揮、預測預警、應急培訓、演練及評估管理等功能。

5 結 語

本文介紹了城市文化綜合體建筑電氣設計和施工配合中的一些難點問題。城市文化綜合體的電氣系統是一個巨大而復雜的系統,只有詳細了解了整個系統和相關的物業管理公司的相關要求,才能更好完成電氣設計。