某超高层办公建筑变配电及电气消防设计探讨

陈小琴

(南昌铁路勘测设计院有限责任公司 江西南昌 330000)

0 引言

在我国社会经济迅猛发展的背景下，我国城市化进程不断加快，城市的规模以及人口数量也都随之不断扩大，而高层建筑由于具有空间利用上优越性的优点，因此其数量和规模也都呈现了迅速增长的趋势。诚然，在高层建筑发挥自身空间利用优越性的过程中，也随之提出了变配电及电气消防设计的新时代需求。高层建筑层数多、面积大、人口众多、功能复杂并且对信息化要求极高，所以更加依赖电气设计，电气设计工作的科学性和合理性对高层建筑的可靠性和安全性也有着决定性的影响。

相关研究表明，电气设备需要承担很多的电气使用量，提高设备负荷。因此，在超高层建筑设计过程中，必须要重视对电气设计关键技术的研究，才能更好地助推超高层建筑项目顺利完成。

1 工程概况

图1 竖向花园中庭效果图

上海市某信息科技大厦，地上28层，地下3层，裙房高度26.8m，总高度119.8m，建筑面积11.6万m2。一层为办公大堂及部分商业，二层为商业。三层及以上为办公。主楼办公区域有两处120m挑空的中庭，中庭内每层有不上人挑出回廊，如图1所示。该项目为了让每一楼层的使用者享用和体验室内立体景观，竖向中庭与各层回廊上人平台间不设置固定防火分隔。因此，如何合理设置中庭内排烟设施，顺利有效地排出中庭内的热烟，同时避免热烟对各层回廊上人平台及相邻办公区造成不利影响，是该项目消防设计的重点及难点。基此，本文拟将重点介绍该项目电气设计中的配电及大空间消防设计。

2 变配电系统

2.1 负荷分级

该工程属一类高层建筑，按一级负荷要求供电[3]。

一级负荷有：走道照明、障碍照明、值班照明用电、安全防范系统、消防设备(含消防控制室用电、火灾自动报警系统、消防泵、喷淋泵、消防电梯、防火卷帘用电、火灾自动报警系统、消防泵、喷淋泵、消防电梯、防火卷帘、防排烟风机、防火阀门等)，以及通信机房电源、变配电所电源、应急及疏散照明、客梯用电、排污泵、生活水泵用电、主要业务和计算机系统用电、电子信息设备机房用电、办公租户IT设备用电及其它有特殊要求的负荷。

二级负荷有：大型商业自动扶梯、空调用电等；其余为三级负荷。

2.2 电源

该工程由供电局提供两路独立10kV高压电源，从上级两个不同的区域变电站引来，以电缆埋地方式进入建筑物地下一层。在地下一层设置一座10kV/0.4kV用户变配电站，内设6台1600kVA的干式变压器，其中4台为办公服务，2台为商业及地下室供电。变压器总安装容量为9600kVA。

另外，在地下一层设置应急柴油发电机组，作为消防负荷的后备电源及满足小业主特殊用电负荷的使用要求。

2.3 应急电源

由于该项目采用两路独立高压市政进线的供电方案，已能满足一级负荷的供电要求。根据上海地规《民用建筑电气防火设计规程》DG/TJ08-2048-2008[1]的要求(该工程为2016年项目，尚未实施新规)“特级建筑(建筑高度超过100m的公共建筑)除应按一级负荷供电外，尚应设置自备发电机或第三路市电作为消防的应急电源，以及参照国内高档办公楼和商业项目的经验，应急电源系统作为第三路电源将为一级负荷、消防用电等提供备用电源。”

独立于正常电源的发电机组是应急电源的一种，应急柴油发电机是项目中运用比较普遍的一种型式。柴油发电机应急供电状态分为两种，一种为消防应急供电，即火灾发生同时市政双电源中断情况下的供电，此应急供电状态下柴油发电机供电负荷主要为最大防火分区及其临近防火分区相应的消防负荷；另一种为非消防应急供电，即非火灾发生市政双电源中断情况下的供电，此应急供电状态下柴油发电机供电负荷主要为需保障供电的重要负荷。

该项目设置柴油发电机作为第三路电源，供电予下列用电负荷：

(1) 消防用电(包括消防控制室、火灾自动报警及联动控制装置、火灾应急照明及疏散指示标志、防烟及排烟设施、自动灭火系统、消防水泵、消防电梯及其排水泵、电动的防火卷帘及门窗以及阀门等) 。

(2) 办公楼部分客梯电力(电梯迫降及保证部分电梯运行) 。

(3) 商业经营管理用计算机系统。

(4)电话机房及电信机房电源 。

(5) 安保系统电源 。

(6) 排污泵 。

(7) 生活水泵。

(8) 擦窗机。

(9) 航空障碍灯。

(10) 办公区域IT等重要负荷(包括其空调设备) 。

初步设计阶段，柴油发电机容量的预估可参考已设计的项目案例，如表1所示。

表1 办公租户IT等重要负荷后备柴发用电指标及预留柴发安装空间项目案例

柴油发电机供电负荷第1)～9)项，根据《工业与民用配电设计手册》建议按装机容量10%～20%进行估算，装机容量为9600kVA，因此初期阶段该项目建议按照装机量15%进行估算。柴油发电机供电负荷第10)项参照相关项目案例，该项目建议按照20VA/m2进行估算。综上所述，该项目设置2台1250kVA柴油发电机并机运行，作为该项目应急电源。施工图阶段根据各设备专业具体提资细化计算，核算此容量符合需求。

2.4 竖向配电系统

由于该项目既是超高层建筑，又是信息数据中心大楼，供电可靠性尤为重要。所以，除了电源，在配电系统形式上也应考虑可靠性。塔楼办公用电竖向配电系统采用双母线形式，奇偶层间隔配电(即5、7、9等奇数层1根供电母线，6、8、10等偶数层1根供电母线)，间隔预留母线插接口，平时由防火隔板隔挡，突发情况时可插接母线开关箱，配出回路，母线插接箱前需预留相应长度的电缆，同时设置有经过市电与应急柴油发电机双电源切换后的应急母线，以满足重要租户对应急备用电源的需求。竖向配电示意如图2所示。

图2 竖向配电示意图

3 大空间消防设计

3.1 消防火灾探测报警系统

根据GB 50116-2013 《火灾自动报警系统设计规范》[2]第4.6.4条，消防卷帘内侧的平台区域与办公区划分为同一报警区域，设置烟感进行保护(满足规范要求)。

中庭消防水专业设置大空间射水装置，由该装置统一配置大空间灭火探测器进行保护，该系统提供报警信号给火灾报警系统。同时，中庭大空间射水装置上侧安装大空间红外对射线性感烟探测器，对大空间进行有效保护。

大空间红外对射感烟探测器水平布置设置方案如图3所示。

图3 红外对射感烟探测器布置示意图

五层以下由水炮灭火探测器进行保护，从六层开始每隔3层安装一套(安装间距约12.45m)，距离顶部0.5m设置一套，共设置9套(分别安装以6F、9F、12F、15F、18F、21F、24F、27F楼板位置及28F距顶0.5m安装一套)。

中庭消防暖通采用分段排烟的自然排烟方式，每隔5～6层设置电动排烟窗进行自然排烟，排烟窗的设置如图4所示。当中庭和回廊发生火情时，火灾报警系统接收到报警信号后联动打开所有电动排烟窗(满足规范要求)。

图4 自然排烟窗开窗位置

中庭防火卷帘联动控制及电动排烟窗联动控制策略：

(1)若一层大堂及中庭防火分区发生火情。

根据GB 50116-2013 《火灾自动报警系统设计规范》第4.6.4条及4.5.2条，一层大堂防火分区内任两只独立的火灾探测器报警或当卷帘外侧大空间射水装置/线性感烟探测器发生报警信号时，火灾报警系统接收到该报警信号后，联动相关消防设备(满足规范要求)；该分区卷帘及上层所有卷帘直接下降到楼板面(根据12J609《防火门窗》，上层卷帘尺寸约9.4m×4m(W×H)，功率约1.1kW，考虑最不利情况共33个卷帘同时降落(27个楼层卷帘+6个大堂分隔卷帘)，总功率约36.3kW。强电系统容量可满足同时降落)，使火灾有效隔离。联动开启所有电动排烟窗，进行自然排烟。(满足规范要求)

(2)若办公区防火分区发生火情

则本层及相邻上下层卷帘均需降落，即每层2个卷帘，三层共为6个卷帘需降落。

(3)若中庭上空防火分区发生火情

当办公区发生火灾，烟气进入中庭区域使中庭上空内任两只独立的火灾探测器发生报警信号时，火灾报警系统接收到该报警信号后，联动相关消防设备(满足规范要求)；中庭所有卷帘直接下降到楼板面(根据12J609《防火门窗》，考虑最不利情况共33个卷帘同时降落(27个楼层卷帘+6个大堂分隔卷帘)，总功率约36.3KW。强电系统容量可满足同时降落)，使火灾有效隔离。联动开启所有电动排烟窗，进行自然排烟(满足规范要求)。

3.2 排烟窗的配电设计

由于中庭由一层挑空至屋顶，南北出入口侧的排烟窗分属于一层的两个防火分区，每个防火分区需为该分区一至二十八层的所有电动排烟窗供电，数量众多，参考各厂家样本，一个排烟窗控制箱可控制8扇排烟窗，因此需在一层南北出入口附近各设置一个电动排烟窗控制室，用于电动排烟窗控制箱的集中放置。同时，在南北出入口设置一个紧急启动按钮，当火灾发生时可通过按压按钮紧急开启本防火分区所有排烟窗，如图5所示。

图5 电动排烟窗配电及控制示意图

4 结语

本文拟以上海某超高层办公项目为例，从变配电系统、应急电源、竖向配电系统、大空间消防设计等方面介绍了超高层建筑电气设计中的一些特点。当然，超高层办公建筑电气系统设计要点还有很多，因此需要电气设计人员综合分析建筑各方面的因素，不断研究和创新，从而设计出最合理的电气方案。所以，本文所介绍的，仅是他山之石的冰山一角，但冀望能对同行有所参考借鉴。