高層民用建筑電氣設(shè)計(jì)要點(diǎn)

文／李鑫榮 香港華藝設(shè)計(jì)顧問深圳有限公司 廣東深圳 518038

引言：

隨著科技的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)生活質(zhì)量的要求日益提高。高層民用建筑作為現(xiàn)代城市的重要組成部分，不僅為人們提供了舒適的生活環(huán)境，還在節(jié)能、環(huán)保、智能化等方面發(fā)揮著重要作用。電氣設(shè)計(jì)作為高層民用建筑的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到建筑的安全、經(jīng)濟(jì)和美觀。因此，深入研究高層民用建筑電氣設(shè)計(jì)的要點(diǎn)具有重要的實(shí)際意義和理論價(jià)值。

1.高層民用建筑電氣設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1.1 高層建筑的電氣設(shè)計(jì)高度大特點(diǎn)

首先，隨著建筑高度的增加（如圖1 所示），電壓穩(wěn)定性的要求也會(huì)提高。由于高層建筑需要輸送的電壓較高，傳統(tǒng)的低壓配電系統(tǒng)可能無法滿足要求。為了保證電壓穩(wěn)定，一般會(huì)采用高壓配電系統(tǒng)，這就需要電氣設(shè)計(jì)要考慮高壓配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和設(shè)備選擇。其次，高層民用建筑內(nèi)可能有大量的電力負(fù)荷，如照明、空調(diào)、電梯等設(shè)備。這就需要電氣設(shè)計(jì)要有足夠的容量來滿足這些需求。同時(shí)，由于高層建筑的高度大，電力負(fù)荷的分布可能會(huì)比較分散，這也會(huì)對(duì)電氣設(shè)計(jì)提出新的挑戰(zhàn)。最后，高層民用建筑的高度大，也帶來了人員疏散和安全問題。如果發(fā)生火災(zāi)等事故，人員疏散可能會(huì)比較困難。因此，電氣設(shè)計(jì)需要有足夠的安全措施，如設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)等。

1.2 高層建筑的電氣設(shè)計(jì)面積大特點(diǎn)

高層民用建筑的面積通常也比較大（如圖2 所示），這就需要電氣設(shè)計(jì)要考慮如何在保證電氣設(shè)備和設(shè)施運(yùn)行效率的同時(shí)，滿足用戶的各種需求。例如，高層民用建筑內(nèi)可能有大量的照明、空調(diào)和電梯等設(shè)備，這就需要電氣設(shè)計(jì)要有足夠的容量來滿足這些需求。同時(shí)，面積大也帶來了用電量大的問題，這就需要電氣設(shè)計(jì)要考慮如何選擇合適的設(shè)備和設(shè)備組合，以降低電力消耗。此外，高層民用建筑的面積大，也會(huì)對(duì)電氣設(shè)計(jì)提出新的挑戰(zhàn)。例如，在高層民用建筑中，電力設(shè)備和設(shè)施的布局可能會(huì)比較分散，這就需要電氣設(shè)計(jì)要考慮如何將這些設(shè)備和設(shè)施進(jìn)行合理的布局和設(shè)計(jì)，以提高使用效率和安全性。同時(shí)，高層民用建筑的面積大，也可能會(huì)帶來噪聲、電磁干擾等問題，這也需要電氣設(shè)計(jì)要考慮如何進(jìn)行有效的降噪和電磁屏蔽設(shè)計(jì)。

圖2 某高層民用建筑立面圖

2.高層民用建筑電氣設(shè)計(jì)原則

2.1 實(shí)用性原則

高層民用建筑進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)時(shí)，需要遵循實(shí)用性原則，因?yàn)檫@有助于滿足用戶需求、提高建筑使用效率、降低運(yùn)營成本以及保障建筑安全[4]。以下是幾個(gè)主要原因：（1）滿足用戶需求：實(shí)用性原則要求電氣設(shè)計(jì)充分考慮用戶的需求，提供充足的照明（如圖3 所示）、空調(diào)、供暖、通訊等服務(wù)。這樣可以確保用戶的工作和生活環(huán)境舒適，提高建筑的整體使用效果。（2）保障建筑安全：實(shí)用性原則要求電氣設(shè)計(jì)充分考慮安全因素，如火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)、應(yīng)急照明系統(tǒng)等。這有助于在發(fā)生火災(zāi)或其他安全事故時(shí)，迅速疏散人員，降低損失。

圖3 住宅建筑照明標(biāo)準(zhǔn)值

2.2 經(jīng)濟(jì)性原則

高層民用建筑進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)時(shí)，需要遵循經(jīng)濟(jì)性原則，因?yàn)檫@有助于降低建筑成本、提高投資回報(bào)、優(yōu)化資源利用以及提高能源效率。以下是幾個(gè)主要原因：（1）降低建筑成本：經(jīng)濟(jì)性原則要求在電氣設(shè)計(jì)過程中，充分考慮設(shè)備和材料的選擇，以實(shí)現(xiàn)最佳的投資回報(bào)。合理選擇和配置設(shè)備和材料，可以降低建筑的建造成本，提高投資回報(bào)。（2）降低運(yùn)營成本：經(jīng)濟(jì)性原則要求在電氣設(shè)計(jì)過程中，充分考慮設(shè)備和設(shè)施的運(yùn)行成本，選擇合適的控制系統(tǒng)和維護(hù)方案。這有助于降低設(shè)備故障率和維修成本，提高運(yùn)營效率。（3）延長設(shè)備壽命：經(jīng)濟(jì)性原則要求在電氣設(shè)計(jì)過程中，充分考慮設(shè)備的使用壽命和維護(hù)成本。選擇高質(zhì)量的設(shè)備和合理的維護(hù)方案，可以延長設(shè)備的使用壽命，降低長期運(yùn)營成本。

2.3 環(huán)保原則

高層民用建筑在進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)時(shí)，需要遵循環(huán)保原則，因?yàn)檫@有助于減少建筑對(duì)環(huán)境的影響、降低能源消耗、實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展[5]。以下是幾個(gè)主要原因：（1）減少碳排放：環(huán)保原則要求在電氣設(shè)計(jì)過程中，采用高效節(jié)能的設(shè)備和技術(shù)，降低建筑的能源消耗。這有助于減少建筑的碳排放，降低對(duì)環(huán)境的負(fù)擔(dān)。（2）提高能源利用效率：環(huán)保原則要求在電氣設(shè)計(jì)過程中，充分考慮能源的利用和消耗，選擇高效節(jié)能的設(shè)備和技術(shù)。這有助于提高能源利用效率，降低能源消耗，減少對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。（3）使用可再生能源：環(huán)保原則要求在電氣設(shè)計(jì)過程中，考慮利用可再生能源，如太陽能、風(fēng)能等。這有助于降低建筑對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴，減少對(duì)環(huán)境的污染。（4）綠色照明：環(huán)保原則要求在電氣設(shè)計(jì)過程中，采用綠色照明技術(shù)，如LED 照明、節(jié)能燈具等。這有助于降低照明系統(tǒng)的能耗，減少對(duì)環(huán)境的負(fù)擔(dān)。（5）優(yōu)化建筑能耗分布：環(huán)保原則要求在電氣設(shè)計(jì)過程中，合理分配建筑的能源需求，降低高能耗設(shè)備和系統(tǒng)的使用，優(yōu)化能源消耗分布。這有助于降低建筑的整體能源消耗，實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展。（6）減少電磁污染：環(huán)保原則要求在電氣設(shè)計(jì)過程中，合理布局和設(shè)計(jì)電氣設(shè)備和設(shè)施，減少電磁輻射和電磁干擾。這有助于降低電磁污染，保護(hù)建筑內(nèi)部人員的身心健康。

3.高層民用建筑電氣設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 高層建筑配供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高層民用建筑的配供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要考慮到以下幾個(gè)主要點(diǎn)[2]：（1）供電安全性：由于高層建筑的高度大，可能存在電氣安全隱患。配供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)采取必要的安全措施，如設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)等。此外，應(yīng)選擇符合安全標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備和材料，如絕緣材料、阻燃電纜等。（2）供電穩(wěn)定性：由于高層建筑的高度大，可能存在電壓波動(dòng)和不穩(wěn)定的問題。配供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)采取必要的穩(wěn)定措施，如設(shè)置自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器（AVR）、無功補(bǔ)償裝置等。（3）供電可靠性：高層建筑的供電可靠性要求較高，配供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)采取必要的冗余設(shè)計(jì)，如雙路供電、備用發(fā)電機(jī)等。同時(shí)，應(yīng)建立健全的電源監(jiān)控和管理系統(tǒng)，確保供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。（4）供電效率：高層建筑的用電負(fù)荷大，供電效率直接影響到能源消耗和運(yùn)行成本。配供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)選擇高效節(jié)能的設(shè)備和技術(shù)，如低壓配電設(shè)備、智能化配電監(jiān)控系統(tǒng)等。（5）設(shè)備和布線選擇：高層建筑的供電系統(tǒng)需要選擇合適的設(shè)備和布線方案，以降低故障率和維修成本。例如，選擇具有良好絕緣性能和耐腐蝕性能的電纜和導(dǎo)線，選擇性能穩(wěn)定的開關(guān)和保護(hù)裝置，選擇便于維護(hù)和管理的電氣設(shè)備布局方案。（6）電氣安全設(shè)計(jì)：高層建筑的配供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循電氣安全規(guī)范，如國際電工委員會(huì)（IEC）的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。此外，應(yīng)考慮到電氣設(shè)備和布線的安全防護(hù)，如設(shè)置接地系統(tǒng)、過電壓保護(hù)裝置等。（7）能效管理：高層民用建筑的配供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)能源管理和優(yōu)化，以降低能源消耗和運(yùn)行成本。可以考慮使用智能化配電監(jiān)控系統(tǒng)和能源管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)能效的實(shí)時(shí)監(jiān)控和優(yōu)化。

3.2 高層建筑照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

高層民用建筑照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要考慮以下幾個(gè)主要點(diǎn)[3]：（1）照明需求分析：照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)首先需要分析建筑的照明需求。這包括根據(jù)不同區(qū)域的功能、使用場景和客戶需求，確定合理的照度、色溫、顯色指數(shù)等照明參數(shù)。（2）照明形式選擇：高層民用建筑照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)建筑的空間特點(diǎn)和風(fēng)格，選擇合適的照明形式，如直接照明、間接照明、混合照明等。同時(shí)，應(yīng)考慮照明系統(tǒng)的裝飾效果和美觀性。（3）照明設(shè)備選擇：照明設(shè)備的選擇應(yīng)根據(jù)照明需求和照明形式進(jìn)行。例如，選擇高性能的光源、高效率的燈具、智能化的照明控制系統(tǒng)等。此外，應(yīng)考慮照明設(shè)備的能源效率、使用壽命和維護(hù)成本。（4）照明布局規(guī)劃：照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮照明設(shè)備的布局規(guī)劃，以實(shí)現(xiàn)照明效果的最佳化。例如，合理布置燈具的位置和角度，使光線分布均勻、無陰影；根據(jù)功能區(qū)域的特點(diǎn)，選擇合適的照明形式和照明設(shè)備。（5）照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)照明系統(tǒng)的智能化管理和控制?？梢赃x擇采用集中式照明控制系統(tǒng)或分布式照明控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)照明設(shè)備的遠(yuǎn)程控制、定時(shí)控制、場景切換等功能。（6）節(jié)能與環(huán)保設(shè)計(jì)：照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循節(jié)能與環(huán)保原則。例如，選擇節(jié)能型光源、燈具和控制系統(tǒng)；采用高效的照明布局規(guī)劃，減少照明設(shè)備的能耗；優(yōu)化照明系統(tǒng)的運(yùn)行模式，降低能源消耗。（7）照明系統(tǒng)的安全性：照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮照明設(shè)備的安全性，確保照明系統(tǒng)在各種極端條件下的可靠性和穩(wěn)定性。例如，設(shè)置過載保護(hù)、短路保護(hù)、漏電保護(hù)等安全裝置。

3.3 高層建筑避雷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

高層民用建筑避雷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要考慮以下幾個(gè)主要點(diǎn)：（1）防雷分區(qū)劃分：高層民用建筑的避雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)建筑的防雷分區(qū)進(jìn)行劃分。根據(jù)建筑物的高度和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，合理劃分防雷區(qū)，并確定各區(qū)的避雷措施。（2）接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)：接地系統(tǒng)是高層民用建筑避雷系統(tǒng)的核心組成部分。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循國際電工委員會(huì)（IEC）的相關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)，如國際接地系統(tǒng)（IT）或國際接地系統(tǒng)（TT）。同時(shí)，應(yīng)選擇合適的接地材料和接地導(dǎo)體，確保接地系統(tǒng)的安全可靠。（3）引下線和接地網(wǎng)設(shè)計(jì)：引下線設(shè)計(jì)應(yīng)考慮避雷系統(tǒng)的負(fù)載能力和連接可靠性。選擇合適的引下線材料和敷設(shè)方式，如鋼筋混凝土內(nèi)主筋、鍍鋅鋼等。接地網(wǎng)設(shè)計(jì)應(yīng)確保接地導(dǎo)體之間的有效連接，形成完整的接地網(wǎng)絡(luò)。（4）避雷裝置選擇：避雷裝置包括避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)等。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)建筑物的高度和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇合適的避雷裝置類型。同時(shí)，應(yīng)確保避雷裝置的安裝位置、高度和方向等符合避雷要求。（5）電氣設(shè)備的保護(hù)：高層民用建筑避雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)確保電氣設(shè)備的安全。例如，選擇具有防雷保護(hù)功能的電氣設(shè)備，如配電箱、變壓器、電動(dòng)機(jī)等。同時(shí)，應(yīng)考慮將電氣設(shè)備的金屬外殼或基礎(chǔ)與接地系統(tǒng)有效連接，降低設(shè)備遭受雷電侵襲的風(fēng)險(xiǎn)。（6）避雷系統(tǒng)的檢測和維護(hù)：避雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮避雷系統(tǒng)的檢測和維護(hù)。建立定期的避雷系統(tǒng)檢測制度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除避雷系統(tǒng)的隱患。同時(shí)，應(yīng)確保避雷系統(tǒng)的維護(hù)和管理符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。

3.4 高層建筑火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

高層民用建筑火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要考慮以下幾個(gè)主要點(diǎn)[1]：（1）系統(tǒng)布局規(guī)劃：首先，需要對(duì)建筑內(nèi)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行布局規(guī)劃。這包括確定探測器的安裝位置、消防設(shè)備的位置以及報(bào)警系統(tǒng)的連接線路。同時(shí)，應(yīng)確保消防設(shè)備和報(bào)警系統(tǒng)與其他系統(tǒng)相互獨(dú)立，不受干擾。（2）探測器選擇：選擇合適的火災(zāi)探測器是火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)建筑物的特點(diǎn)和火災(zāi)發(fā)生的可能性，選擇合適的火災(zāi)探測器類型，如感煙探測器、感溫探測器、火焰探測器等。（3）報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)：報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)確保其準(zhǔn)確性、可靠性和安全性。選擇性能穩(wěn)定、反應(yīng)迅速的報(bào)警設(shè)備和控制裝置，如火災(zāi)報(bào)警控制器、聲光報(bào)警器等。同時(shí)，應(yīng)確保報(bào)警系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)和協(xié)調(diào)。

3.5 高層建筑電氣節(jié)能的設(shè)計(jì)

高層民用建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)需要考慮以下幾個(gè)主要點(diǎn)：（1）選擇高效的設(shè)備和材料：建筑電氣設(shè)備的效率直接影響建筑的能源消耗。選擇高效、節(jié)能的設(shè)備和材料是實(shí)現(xiàn)電氣節(jié)能的關(guān)鍵。例如，選擇高效變壓器、節(jié)能型燈具、高效電機(jī)等。（2）優(yōu)化配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)：通過合理的配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以降低配電系統(tǒng)的損耗和功率損耗，從而降低能源消耗。這包括合理分配負(fù)荷、優(yōu)化配電線路的路徑和長度、選擇適當(dāng)?shù)碾娎|截面等。（3）智能化照明控制：智能化照明控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)照明設(shè)備的定時(shí)開關(guān)、亮度調(diào)節(jié)、場景切換等功能，從而降低照明系統(tǒng)的能源消耗。

4.高層民用建筑電氣設(shè)計(jì)的未來展望

4.1 智能化與物聯(lián)網(wǎng)（I0T）技術(shù)的應(yīng)用

智能化與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將成為未來電氣設(shè)計(jì)的重要組成部分。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)建筑內(nèi)各種設(shè)備的互聯(lián)互通和智能控制。例如，照明系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)、安防系統(tǒng)等可以實(shí)現(xiàn)智能化管理和自動(dòng)控制，提高能源利用效率和用戶體驗(yàn)。

4.2 能源管理系統(tǒng)（EMS）的發(fā)展

能源管理系統(tǒng)將成為未來電氣設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分。通過能源管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)建筑內(nèi)各種能源設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析和優(yōu)化控制，提高能源利用效率，降低能源消耗。

4.3 綜合布線系統(tǒng)的優(yōu)化：

未來高層民用建筑電氣設(shè)計(jì)將更加注重綜合布線系統(tǒng)的優(yōu)化。通過采用新型的布線技術(shù)和設(shè)備，提高布線系統(tǒng)的靈活性、可靠性和可擴(kuò)展性，適應(yīng)未來建筑電氣系統(tǒng)的發(fā)展需求。

4.4 數(shù)字化與虛擬化技術(shù)的應(yīng)用

數(shù)字化與虛擬化技術(shù)將在未來電氣設(shè)計(jì)中發(fā)揮重要作用。通過建立數(shù)字化模型和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電氣系統(tǒng)的可視化、仿真和優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和可靠性。

4.5 用戶參與與設(shè)計(jì)

在未來電氣設(shè)計(jì)中，用戶參與將發(fā)揮更重要的作用。通過用戶需求分析和參與設(shè)計(jì)，確保電氣系統(tǒng)能夠滿足用戶的實(shí)際需求，提高用戶滿意度和建筑的使用價(jià)值。

結(jié)語：

總而言之，高層民用建筑電氣設(shè)計(jì)要點(diǎn)的研究，有助于提高建筑電氣設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率，保障建筑物的安全性和經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)也為綠色建筑的發(fā)展提供了技術(shù)支持。通過深入研究和實(shí)踐，我們期待可以為高層民用建筑電氣設(shè)計(jì)領(lǐng)域提供新的理念和技術(shù)，推動(dòng)我國高層民用建筑的電氣設(shè)計(jì)不斷向著更加科學(xué)、合理、高效的方向發(fā)展。