高層建筑電氣常見的設計問題以及規(guī)避策略

賈 旭 浙江新中環(huán)建筑設計有限公司太原分公司

1 前言

在城市化進程不斷推進，城市居住人口不斷增加的背景下，為了在有限的可用土地面積修建滿足大眾居住需求的建筑，必須要提高建筑建設的高度，使得國內高層建筑高度不斷增加。建筑的高度越大，相應的電氣設計難度也會更大，尤其是相應的電氣設計要求也越來越高，此時加快制定一些規(guī)避電氣設計風險及問題的措施顯得尤為重要。

2 高層建筑電氣設計中常見的問題

2.1 供配電系統(tǒng)安全問題

供配電系統(tǒng)是高層建筑電氣設計中的重要組成部分，是確保建筑內部照明系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等順利運作的重要保障。但由于整個設計過程比較復雜，安全性要求較高，一旦其中某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題容易誘發(fā)比較突出的安全問題。而誘發(fā)現(xiàn)有安全問題的因素主要表現(xiàn)在幾個方面：一是線路存在過載問題。高層建筑內部人員眾多，用電負荷相對較大，非常容易使線路運行中出現(xiàn)突出的過載問題，進而誘發(fā)線路安全問題。二是斷路或短路問題。在供配電系統(tǒng)設計中的線路如果存在錯接問題，或者線路選擇不合理、布置位置不合理，都可能使得線路運行中出現(xiàn)斷路或短路等安全問題。三是接地系統(tǒng)設計不到位。接地系統(tǒng)設計的合理性關系用電的安全性，如果沒有科學設計接地系統(tǒng)，就容易因為接地系統(tǒng)出現(xiàn)失效或者是接地連接出現(xiàn)不達標問題等，相應誘發(fā)突出安全問題。四是設備線路本身沒有設計配套的防護措施，如沒有做好防潮設計或防水設計工作等，容易增加供配電系統(tǒng)設計的安全性。

2.2 消防電氣的設計問題

消防電氣設計是高層建筑電氣設計中另一非常重要的環(huán)節(jié)，會對整體建筑安全性帶來極大影響，消防電氣設計問題主要表現(xiàn)為：一是專用回路供電本身設計不合理。在一些電氣設計過程中存在直接在非消防供電回路上接入消防設備的行為，或者沒有對電氣設備本身運行中的電源合理設計，一旦出現(xiàn)火災事故，就會在切斷相關設備電源后無法為這些消防類的電氣設備正常運行提供能源支持，影響了消防救援活動的高效開展。二是部分設計人員沒有系統(tǒng)化、全面化理解及掌握高層建筑內部相關電力系統(tǒng)建設的實際情況，以至于在設置消防電源的時候存在不合理問題，如直接將切斷非消防電源的控制模塊設置在照明干線回路當中，此時一旦建筑內部出現(xiàn)火災事故，就會在電源切斷的情況下誘發(fā)樓層的大面積停電問題。三是火災自動報警系統(tǒng)、消防聯(lián)控系統(tǒng)、自動噴淋泵控制系統(tǒng)等設計中存在問題，如在火災自動報警系統(tǒng)設計過程中沒有對探測器等設置位置合理設計，會直接影響后續(xù)火災自動報警系統(tǒng)正常功能的發(fā)揮。

2.3 其他細節(jié)的設計問題

在建筑電氣設計過程中涉及非常多的關鍵細節(jié)問題，它們的設計實效性會對整體的電氣設計效果產生極大影響，但是如果沒有合理設計，也會因為設計不到位而直接影響后續(xù)相關功能的順利發(fā)揮。關鍵的細節(jié)設計問題如下。

（1）沒有科學設置用于配電箱進線的開關。設計人員在進行斷路器選擇期間如果挑選的類型及功能不合理，如帶有短路功能，就會相應增加配電級數(shù)，增加了整個建筑內部電力系統(tǒng)運行的負荷，進而增加整個配網(wǎng)運行的安全問題發(fā)生概率。

（2）配電站、避難層等部位的電氣設計不合理。因為高層建筑電氣設計要求比一般建筑更高，如果直接采用一般建筑電氣設計思路，會直接影響相應電氣設計結果的準確性。

（3）防雷系統(tǒng)設計問題，如電氣人員在設計防雷設備期間如果一味地采用舊有的設計模式及思路，而沒有考慮現(xiàn)代防雷技術及需求，如僅僅在高層建筑的某一部位安置防雷設備，整體的設計靈活性不足，最終直接影響了所設計防雷系統(tǒng)本身的防雷效果。

（4）節(jié)能設計存在問題。在可持續(xù)發(fā)展的宏觀背景下，走節(jié)能、減排發(fā)展之路是當下電氣設計的一個重要方向。但在實際電氣設計過程中卻只考慮滿足業(yè)主或客戶的設計要求，卻沒有真正地考慮電氣設計中節(jié)能減排理念的融入，實際的電氣設計中存在能耗高，耗材量大或者節(jié)能減排技術融入不足等，不僅影響整體建筑電氣設計的經濟效益，也會對電氣設計的節(jié)能減排效果帶來不利影響，無法適應新時期的建筑電氣設計需求。

3 高層建筑電氣設計中常見問題的規(guī)避策略

3.1 供配電系統(tǒng)安全問題的規(guī)避策略

為了有效解決供配電系統(tǒng)設計中伴有的安全問題，必須要在設計中給予足夠重視，提前制定一些規(guī)避策略。

（1）做好電力負荷分級工作。為了提高電氣系統(tǒng)設計效果，要做好電荷全面分級工作。但在實際應用電力系統(tǒng)期間可以對日常建筑使用用途進行綜合考慮的同時，對各種電氣系統(tǒng)實際應用中所需要承擔的負荷認真分析，尤其是要在設計過程中綜合考慮超負荷運行情況，避免給整個電力系統(tǒng)正常運行帶來不利影響。在設計電氣系統(tǒng)過程中可以結合電力負荷大小相應劃分成一級、二級和三級幾個級別的負荷。考慮到高層建筑本身涉及較大的面積，可以結合建筑物面積及功能等實際情況合理設置電力負荷，還要注意結合有關負荷開展有效劃分，如建筑伴有較大面積時需要應用一級負荷，必須要嚴格依據(jù)有關要求開展各項操作。

（2）供電系統(tǒng)合理設計。在電氣設計中，供電系統(tǒng)在整個建筑中扮演著非常關鍵的角色，因為整個建筑涉及繁雜的系統(tǒng)以及多樣化的功能，在配電系統(tǒng)設計中需要結合實際功能來對設計進行合理劃分，具體可以將高層建筑采用小單元劃分原則，依據(jù)單元的不同進行合理設計，之后再由不同供電系統(tǒng)開展區(qū)分，保證供電體系可以統(tǒng)一由獨立系統(tǒng)進行供電，這樣可以更好地發(fā)揮其供電功能及作用，提高供電系統(tǒng)設計的安全性。而在整個供電系統(tǒng)設計過程中，在考慮可行性與安全性的基礎上，要對配電箱進行合理配置的同時，對配電室進行合理設計，可以創(chuàng)新應用雙回路形式的供電系統(tǒng)，借此同照明系統(tǒng)、動力系統(tǒng)等進行匹配性設計，力求有效提升整體供電線路設計效果。

（3）科學敷設管道及線路。在整個電氣設計中，電力鋪設占有重要地位，具體是在電路設計中準確測量高層建筑物的實際現(xiàn)況，保證設計的管道及線路敷設方案可以符合建筑現(xiàn)場設計及使用需求，還要注意在線路敷設過程中強化線路彼此的對接性設計。而在設計管道敷設線路，要注意做好多次檢驗及校核工作，保證管道設計可以契合供電的基本規(guī)范和要求，在敷設管道過程中還要注意緊密結合高層建筑設計圖紙對建筑構造進行準確定位，科學敷設線路管道，保證可以最大程度提升線纜鋪設的科學性與實效性，避免因為線纜或管道敷設問題而直接影響了后續(xù)供配電系統(tǒng)運行的安全性。

（4）科學設置接地系統(tǒng)及裝置。為了確保電氣設備運行的安全性，需要在低壓配電系統(tǒng)設計中對接地系統(tǒng)合理選擇，如TN-S型等，以及借助整體接地設置方式確保高層建筑電力系統(tǒng)運行的安全性。在標準電壓運行條件下，不會切斷接地保護。一旦存在導電外漏等問題，就會發(fā)出警告信息，并提醒有關人員及時加以維修及處理；如果因為電流過大失穩(wěn)或者金屬故障誘發(fā)短路問題造成了超負荷問題，可以相應地借助切斷保護功能來確保低壓配電系統(tǒng)本身運行的安全性。為了對電氣設備本身的運行安全進行保護，還要注意避免將電氣設備設置在潮濕的環(huán)境中，尤其是針對關鍵地區(qū)要合理地設置防漏電裝置，全面保護整體低壓配電系統(tǒng)運行的安全性。

3.2 消防電氣的設計問題的規(guī)避策略

為了提高高層建筑消防電氣設計效果，保證建筑內部電氣系統(tǒng)可以有效助力消防系統(tǒng)等高效運行，避免因為消防電氣設計問題而直接影響了高層建筑內滅火等消防救援工作的順利開展。針對上述存在的一些突出的消防電氣設計問題，可以采取以下規(guī)避策略。

（1）基于高層建筑設計規(guī)范以及相關要求，科學設計消防用電設備，可以在配電間內部專門性設計用于獨立提供消防用電設備運行所需的供電回路，保證建筑內部的低壓配電柜可以由兩路各不干擾的供電回路構成，保證消防用電設備引入的低壓電源和建筑居民低壓用電的電源接入之間保持相互獨立性，確保在切斷建筑內部居民低壓用電系統(tǒng)之后，不會對建筑內部消防設備的正常運行造成干擾。

（2）基于國內相關設計要求及標準，為了保證高層建筑內部出現(xiàn)火災事故后可以最短時間進行救援，消防人員要及時切斷建筑內部各種非消防設備的電源，確保消防設備對應的電源可以依舊保持正常運行狀態(tài)。針對此情況，需要合理設計建筑內部居民正常用電的非消防電源和消防電源，保證最大程度提高高層建筑內部相關電源設計的實效性。

（3）優(yōu)化消防電氣設計方案。針對高層建筑內部的火災自動報警系統(tǒng)、消防聯(lián)控系統(tǒng)、消火栓泵控制等相關消防電氣設計的需求，結合高層建筑消防設計方面的基本規(guī)定及要求等，針對不同方面的電氣進行合理設計，借助最終得到的電氣設計方案最大程度提高消防電氣設計效果。以火災自動報警系統(tǒng)這一消防電氣設計為例，設計人員在設計過程中要注意對探測器的類型以及彼此之間的水平距離等進行科學設計，如探測器彼此在水平方向上的距離要控制在0.2m，并且同上方設置的燈也要注意保持0.2m距離，保證可以提高消防電氣設計質量。

3.3 關鍵的細節(jié)設計問題的規(guī)避策略

在電氣設計中，細節(jié)設計占有重要地位，會對整體電氣系統(tǒng)設計的質量產生極大影響。在設計過程中也要注意結合現(xiàn)階段電氣設計中存在的突出問題，提前做好準備工作。以上述發(fā)現(xiàn)的細節(jié)設計問題為例，為了提高相應問題規(guī)避效率，可以針對性采取以下規(guī)避策略。

（1）在選擇配電箱的進線開關期間，要注意緊密結合我國相關方面的設計標準及要求，如低壓配電的級數(shù)要保持在三級之內。主要是由于隨著配電級數(shù)的增加，會使得供電可靠性更小，所以要嚴格控制配電級數(shù)。而在基于放射式供電開展配電箱進線操作期間，可以選擇斷路器（具備隔離功能等）或負荷開關構成配電箱的進線開關，更好地提高電氣設計質量，保證整個電氣系統(tǒng)運行的可靠性與安全性。

（2）配電站和避難層等部位的電氣設計。在實際設計中，設計人員要對供電半徑進行有效考慮。通常，電氣設計過程中低壓出線柜和配電箱末端之間要保持120m的距離，根據(jù)高層建筑總電壓5.0%的比例確定出低壓供電線路的要求；在變配電電氣設計中要注意靈活地滲透分區(qū)域設計理念與思路，并且根據(jù)功能的不同要科學劃分配電站。在高層建筑底部位置處要進行高壓配電室設置，如果相應空間面積相對較大，可以相應地設計為獨立變電站。而在避難層設計過程中，設計人員需要綜合考慮居住人員逃生需求以及相鄰避難層彼此之間的距離，并借助單獨交直流電供應方式作為避難層的相應供電方式，保證對相應關鍵部位的供電安全性與穩(wěn)定性進行有效控制。

（3）優(yōu)化設計防雷系統(tǒng)。防雷系統(tǒng)是當下高層建筑電氣設計中不可或缺的一個設計部分，其本身會對整體建筑的安全性帶來極大影響。考慮到當下防雷系統(tǒng)設計中在裝置設計等方面存在一些問題，在實際電氣設計中要注意優(yōu)化電氣設計中所采用的防雷設備，如可以有機結合防雷設備和金屬裝置。這樣在后續(xù)發(fā)生雷雨天氣后可以順利地將雷電通過設計的建筑防雷系統(tǒng)導入到大地中，可以很好地對居民自身的生命安全進行防護，確保各類建筑內部各類電氣設備運行的安全性。此外，在設計防雷系統(tǒng)期間也要注意對接地裝置的設計情況進行綜合考慮，力求接收到的雷電可以順利被導入到大地當中，還可以有效地利用一些先進的防雷、引雷等技術來改善防雷系統(tǒng)的性能，使它們可以更好地保護高層建筑本身的安全性。

（4）電氣節(jié)能設計策略。當下國內面臨著比較嚴峻的耗能問題和環(huán)境污染問題，在電氣設計中有效地滲透減排、節(jié)能等綠色發(fā)展理念具有重要的現(xiàn)實意義，是電氣細節(jié)設計重點內容之一，這就需要電氣設計人員充分考慮節(jié)能問題。比如，在選擇電氣設備的時候，要立足于長遠發(fā)展視角來優(yōu)選節(jié)能性比較好的高性能電氣設備，保證它們具備能耗低，污染小等基本特征，以此方可更好地貫徹電氣節(jié)能設計理念。同時，要注意對現(xiàn)有的高層建筑電氣系統(tǒng)設計優(yōu)化設計，充分融入一些現(xiàn)代社會的全新科學技術，力求實現(xiàn)節(jié)約系統(tǒng)設計材料，增加整體電氣設計經濟效益的目標。

（5）其他電氣細節(jié)設計策略。除了上述電氣設計要點外，由于涉及供電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、電話系統(tǒng)等眾多方面內容，為了提高整體電氣設計質量，需要針對這些電氣涉及內容也滲透細節(jié)把控理念，即要針對不同的電氣設計環(huán)節(jié)及內容進行嚴格管控，保證可以全面提升電氣設計的質量。比如，針對照明系統(tǒng)設計，要合理選擇光源、燈具，并對它們的布置方式及位置等進行合理確定，尤其是要確保應急照明系統(tǒng)和常規(guī)照明系統(tǒng)采用不同的電源進行供電。

4 結束語

綜上所述，高層建筑在供配電系統(tǒng)、消防電氣以及其他細節(jié)設計方面中都存在一些突出問題。針對這些電氣設計問題，要注意結合電氣設計相關規(guī)范及要求，提前做好電氣設計問題的防范工作，保證最大程度提升電氣設計效果。