辦公用房電氣設計的探討和實踐——國家知識產權局廣東審協中心電氣設計

陳沛霖

(廣州華森建筑與工程設計顧問有限公司，廣州 510045)

0 引言

隨著國家經濟實力的持續增強，國內企業由做大到做強的發展思路越發清晰。 無論是品牌價值，還是科技創新實力，知識產權都在其中扮演了非常重要的角色。 國家知識產權局廣東審協中心作為知識產權的審查機構，對其自持辦公的設計提出了更高的要求:創新、價值，以此匹配其企業的愿景及核心理念。 本次電氣設計也根據企業特性做了幾項設計上的優化和創新。

1 工程概況

國家知識產權局專利審查協作中心是國家知識產權局的直屬事業單位。 其主要職能是發明專利申請的實質審查；PCT 國際申請的國際檢索和國際初步審查；作出實用新型專利檢索報告；為企業提供專利申請和保護等方面的技術和法律咨詢服務。 業務用房需滿足其專利審查工作、員工入職及崗位培訓、業務研討與交流、專家來訪等業務功能，同時應配有體育活動區、食堂區、地下停車及公共配套等。 任務要求項目所需配套服務設施用地面積不得超過項目總用地積的7%，其建筑面積不得超過總建筑面積的10%。 預計一期總投資人民幣6億元。 建筑密度≤30%，容積率≤2.0，綠地率≥30%，建筑高度≤45m。 總建筑面積11.6 萬m2。 按一類辦公建筑進行設計。

2 變配電系統

2.1 負荷情況

考慮到供電的可靠性，主要辦公場所負荷等級按地、市級辦公建筑要求設計。 具體負荷分類詳見表1。

負荷分類 表1

本工程總視在功率為9 948kVA，總裝機容量12 800kVA， 變壓器平均負荷率為77.7%。 其中一、二級負荷占比較大。

2.2 供電電源

考慮到項目對用電可靠性要求較高，一、二級負荷占比較大，故由市政提供兩路20kV 專線作為雙重電源，分別送至本工程變電所的高壓供電裝置，高壓配電采用20kV 放射式供電方式。 系統采用單母線分段中間設母聯開關的接線方式，每一路均可帶約100%的總用電負荷，平時分段運行，各負擔約50%負荷，互為備用。 當一路電源故障時，聯絡開關自動合閘，由另一路電源負擔。 同時設置一臺1 280kW(常用功率)柴油發電機組＋UPS 不間斷電源作為計算中心的應急電源。 具體詳圖1。

圖1 高低壓主接線示意圖

2.3 變配電房設置

對變配電房的集中設置和分散設置充分論證，最后結合經濟性、適用性等因素，在兩個負荷中心分別設兩個變配電房，兩個變配電房分別設置4×1 600kVA 變壓器。 通過前期經濟分析比較，比集中設于1＃變配電房，節省低壓線纜投資約280 萬，增加高壓電纜投資35 萬。 故變配電房按負荷中心建設，僅初期投資便節省約250 萬。 同時有利于減少線損，降低能源損耗，詳見圖2。

圖2 負荷中心、變配電房設置

2.4 低壓配電

豎向干線每棟塔樓考慮分兩回路進行高低區供電，低區母線升至頂層(本項目塔樓5～10 層)，兩條母線均預留插接口。 在適當增加投資的情況下，進一步提高了供電的可靠性。

3 設計創新

3.1 接閃器的定制化設計

由于項目建筑高度不高，外立面設計新穎，為了更好地保證建筑作品的完成度，本項目防雷設計經過多輪論證，并與當地防雷所、氣象部門進行多輪匯報，最后實施的防雷方案接閃器盡量不外露，基本達到近觀不影響建筑外立面的良好效果。

1＃業務樓～3＃業務樓建筑物屋頂為3m 的斜面設計，根據規范及與防雷所的多次溝通，在斜面兩側設置接閃器，同時緊貼屋面敷設。 各層退臺接閃器緊貼女兒墻敷設。

4＃業務樓建筑物為不規則的雙曲面GRC 幕墻體系，對于外設接閃器難度大，且影響美觀。 經多次分析論證，結合GRC 的龍骨布置圖，將龍骨按6m×6m 間距的要求進行可靠電氣聯結，形成內部均壓環，在GRC 板的間隙處等距設置避雷短針作為接閃器。 最終此方案通過氣象局及防雷所的論證，并于2017 年獲得國家實用新型專利授權。

3.2 結合光導照明系統進行地下室智能照明控制

3.2.1 光導照明系統本項目應用的原因

光導照明系統(導光管日光照明系統)是一種新型的節能照明技術，直接利用自然光，無需消耗電能，通過采光區、傳輸區、輸出區將自然光投射到工作區。 有全光譜、無眩光等顯著優點。

本項目地處南方、全年日照充足，同時項目場地開闊，樓高為24 ～36m，對陽光無過多阻擋，為此系統的應用提供充足條件。

3.2.2 本項目光導照明系統設置

主要為地下室照明進行補充。 采光區結合景觀做法，設于首層人行道、園林綠化等處；傳輸區設于地下室頂板，但由于室外有覆土，故需要做好結構一次倒澆完成，并做好相應的防水措施；輸出區均在車庫上方設漫射器。 光導照明裝置與普通照明經濟分析詳見表2。

光導照明系統及普通照明經濟分析比較(按地下室標準柱網8.1m×8.1m 考慮) 表2

3.2.3 地下室智能照明

光導照明系統在日照充足時能起到很好的效果，但在光照不足情況下(傍晚及大陰天情況)，車庫閑時開啟1/4 照明，上下班時段開啟100%照明。同時，為了提高閑時行車通過時的照度需求，采用“車來燈亮、車走燈暗”的控制方式。

車庫進行分區域劃分，對車庫照明燈具進行控制，閑時當有車輛進出車道時，相應區域探測器(地感線圈＋紅外探測器)發出信號，該區域燈具(1/2照明)被喚醒點亮，車輛或人在感應區域內活動時，照明燈具(1/2 照明)一直保持常亮，當車或人離開探測區域約20 秒后(可調)，恢復原1/4 照明水平。

3.3 BIM 技術應用

除了做常規的管線綜合、機房布置外，還做了以下兩項嘗試。

3.3.1 大型機組的運輸模擬

出于造價上的考慮，地下室層高做了比較嚴格的控制。 故對大型機組(如柴發機組、制冷機組)的運輸做了BIM 模擬，運輸通道的部分管線需后安裝，同時為日后設備更換也做了對應管線臨時拆改施工預案，便于物業管理接手后的運營管理，詳見圖3。

圖3 大型設備運輸分析

3.3.2 管線綜合結合施工工序模擬

本項目BIM 應用除運用在設計階段外，后續還延伸到了施工階段。 根據施工專業標段先后施工的特性，結合施工工序要求，對管線安裝順序進行了模擬，確保BIM 管線綜合的有效性。

4 節能措施

4.1 辦公室照明設計充分考慮日照因素

采用DALUX 軟件，結合日照補充，對電氣回路以及控制進行優化設計，最大限度發揮自然光的作用，達到更佳的節能效果。 詳見以下各種天氣情況下的分析報告(此模擬僅考慮本棟建筑窗臺及外遮陽系統的影響，未考慮周邊樓棟不同時段的遮陽效果，適用于高層高區部分以及開闊場地的建筑群)。

晴天工況:內區照度100 ～200lx，略不足，補充20%照明即可滿足要求。

陰天工況:約50%區域照度不足300lx，補充部分區域照明后，全區照度滿足要求。

經過使用一年的驗證，可達到很不錯的節能效果(晴天可節能80%，陰天可節能50%)，后期使用方希望利用維修經費增加照度傳感器(窗邊采集兩點即可)，對室內辦公照明進行自行調節控制，進一步提高節能效果和自動化水平。

4.2 能源管理系統實現主動節能

本項目使用方(審協中心)節能意識較強，除按常規分項計量要求進行設計外，每個辦公室均設為獨立計量單元，通過數據的有效采集和長期積累，作為企業節能標兵或者各項考核的基礎依據。 真正將采集的數據落到實處，達到節能的效果。

5 持續改進

建筑設計不僅僅是滿足審圖要求，竣工即結束，還需要對建筑后續的使用便利性、適用性、改進空間進行琢磨。 因此，本項目在竣工驗收后，也持續更新了一些設計改進。

5.1 新型辦公建筑的諧波治理問題

對于一般辦公項目，采用無功補償及電抗器對諧波均有較好的抑制作用。

由于本項目在后期采用大量LED 燈具及變頻控制設備，同時辦公桌標準配置為雙屏幕顯示器＋手提電腦等，故項目大部分用電設備均是諧波的發生源，致使部分出線回路(公共照明的出線回路)的諧波電流總畸變率(ITHD)高于150%(后面排查，和燈具質量有一定關系)，出現配電系統諧波過高、無功補償柜不投切等現象。 通過現場實測諧波數據，考慮諧波源比較分散的特點，采用低壓側集中治理層措施。 目前，仍處于現場數據收集以及方案制定階段。

5.2 高大空間的照明設計配合

由于限額設計原因，本項目部分功能房間需要后期改造完善，以下提到的報告廳照明設計就是后期與室內裝修單位共同完成的。

考慮到建筑美觀，裝修設計單位對大型燈具比較排斥，而寬配光曲線的燈具投射距離有限，窄配光曲線燈具布置將會很密，對照明設計提出了較大挑戰。 筆者團隊根據裝修的理想意向，進行了第一版的設計與照度分析，詳見圖4。

由圖4 可看出，邊緣地帶照度不足，均勻性不夠。 經過多次分析論證，在不破壞整體效果的情況下，在報告廳墻上增設燈帶以彌補邊緣照度不足的問題。

圖4 照度分析

6 結束語

每個項目的電氣設計都有其難點、特點。 筆者將會在這個項目中繼續總結，持續改進，希望在日后還有更多的應用與設計點與各位同行進行分享討論，文中不足之處歡迎各位專家、同行不吝指正。