简谈超高层建筑电气设计要点

叶鹏

根据我国的《民用建筑设计通则》中民用建筑高度与层数划分的规定：建筑物高度超过100米或者40层以上时，不论住宅或公共建筑均为超高层。超高层建筑具有采光好、通气性强、噪音小、污染好等优点，但正是因为超高层建筑的建筑规模与建筑高度相比较一般高层建筑更大、更高，使得超高层建筑具有用电负荷大、变配电系统复杂、若发生火灾扑救较为困难、人员难以疏散等特点。但出于对建筑安全性与可靠性的特殊要求，超高层建筑给电气设计带来的变化与挑战是十分巨大的。

一、国内超高层建筑电气设计现状

1.国内超高层建筑现状

中国的飞速发展以及经济上的一次次创新，也促进了国内很多超高层建筑的诞生，使得中国的超高层建筑在全球排名第一。

就北京而言，许多人对它的超高层建筑印象并不深刻。北京给大多数中国人的印象仍然是风景名胜，而不是高层建筑。但事实上，北京有许多超高层建筑，在全国处于领先地位。其中，最著名的是528米的中国尊和330米的国际贸易三期，然而北京的众多超高层建筑都是比较传统的结构，偏重于实用，因此并不算非常吸引眼球。

近10年我国的超高层建筑项目已在众多城市迅猛发展，国内在建超高层建筑如图1所示。

图1 我国部分超高层建筑

2.我国超高层建筑用电负荷级别

供电电源的供电回路数及电压等级，应根据超高层建筑的负荷分级、用电容量和地区供电条件确定。根据表1的负荷分级，为确保超高层建筑供电的安全、可靠，应按不少于两个电源供电。

表1 我国超高层建筑用电负荷级别

3.国内超高层建筑供电电源配置情况

表2数据统计分析表明，超高层建筑其单位负荷功率多在100～130VA/m2，并采用10～110kV电源供电。

表2 国内部分超高层建筑供电电源配置情况

二、超高层建筑的电气设计

1.供电电源

在超高层建筑中，最常用的应急电源是柴油发电机，因为柴油发电机具有容量大，供电时间长，能独立运行，不受电网故障的影响的优点。对于电源中断所需的毫秒负载，UPS可以过渡使用一段时间（UPS的最小时间不少于10分钟）。

（1）在建筑物高度低于200米时，可以采用低压柴油发电机；

（2）在建筑物高度大于400米时，应当选用高压柴油发电机；

（3）在建筑物高度在100米～400米时，需要进行技术分析，然后再确定柴油发电机的额定电压。

2.配变电所

变电站应位于负荷中心。主配变电站应该位于地下一层、二层（不是最底层）和首层，也可以设置独立的变电站。变电所应根据负荷情况设置在避难层和顶层，其变压器容量不应超过1000kVA。

超高层建筑至少在主配变电所设置值班室，值班室应单独设置变电所，也可与控制室配合使用。值班室应能通过走廊直接与高压配电装置室及相应的配电装置室连接，并应设有一扇门直接通向室外或走廊。

3.低压配电系统的配电方式

低压配电系统宜采用三级配电方式，即总配电(配变电室)、区域配电(配电间) 和终端配电。三级配电系统相互之间要求保护开关动作具有选择性。

三、超高层建筑的消防、照明、防雷系统

1.消防系统

根据GB50116-98《火灾自动报警系统设计规范》超高层建筑高度超过100米，应定为特级保护对象。发生火灾时，为保证人员安全疏散，楼梯和消防电梯均已疏散，高度超过100米的电梯在机械压力下通风，以保持部件的正压，防止烟雾侵入，并与建筑物的避难计划相匹配。

2.照明系统

超高层建筑应设置航空障碍灯，并应该符合下列规定：

（1）在建筑物或构筑物的最高部位设置障碍标志灯。当高程点面积较大或建筑物复杂时，除在顶部设置障碍标志外，还应在其外角顶部设置障碍标志。

（2）障碍标志的水平和垂直距离不应大于45米。

（3）障碍标志灯应采用自动通断电的控制装置，并应有改变光强的措施。

（4）障碍标志灯的设置应便于更换光源。

（5）障碍标志灯电源应按主楼最高负荷等级供电。

3.防雷系统

超高层建筑防雷措施如下：

（1）在屋内设避雷网，将柱内主钢筋作为避雷引下线引入地下，建筑物基础应作为共用接地装置。

（2）特定场所设计安装专用的避雷装置。

（3）弱电机房、消防控制室等场所设LEB板，并用专用接地线引至共用接地装置。

（4）室外高出屋面的金属栏杆，各层金属窗等都要与防雷接地体连接，从而有效避免自然雷击，以保护整个建筑物的安全。

（5）当屋顶设有直升机停机坪时，应避免避雷针对直升机的影响。

三、结语

超高层建筑综合性强，具有资源利用最大化、污染小等优点，但其也具有供电范围大、用电负荷高、使用功能及用电设备性质繁多等电气设计的挑战。因此安全可靠的供配电系统设计、完善的消防照明避雷系统等设计，将为大楼的有效利用起到关键的作用。我们只有注重对系统的安全性、节能方案做充足的论证，才能迎接和不惧这种独特的建筑形式给电气设计带来的挑战。