空管塔台建筑电气设计探讨

丁 辉， 江国庆， 李东洋， 郭光明， 韩子厚

(航天建筑设计研究院有限公司，北京 100071)

0 引言

塔台是设于机场的航空运输管制设施，用于监管和控制飞机起降，是机场建设和运行的重要组成部分，对保障机场安全运行起到了举足轻重的作用。塔台一般分为塔台管制室、检修环、设备机房、交通核心筒、办公室、休息室、设备机房等场所。塔台顶部的管制室、检修环、设备机房等作为管制员工作、重要工艺设备运行场所，组成了塔台的核心部位。除了应满足整个建筑物的正常运行外，塔台的设计尤其要保证塔台核心区域的运行可靠、使用方便。本文结合内蒙古呼和浩特市新机场新建塔台工程的设计情况，对塔台的电气设计进行探讨。

1 工程概况

本工程项目为一座新建塔台、新建塔台工程用房(建筑面积2 316m2)、新建油机房(专为塔台及塔台工程用房服务，建筑面积60m2)，位于新机场航站区，其中油机房专为塔台及塔台工程用房服务。塔台建筑性质为一类通信建筑、一层高层公共建筑，耐火等级一级、屋面防水等级一级，占地面积210m2，建筑物地上十七层、地下一层，总建筑面积4 265 m2，建筑檐口高度91.15m。变电所、UPS间、消控室等统一集中设置在塔台工作用房，强电管线通过二层连廊敷设至塔台，弱电管线通过室外管道接入塔台。

2 供配电设计

根据工艺条件，塔台及塔台工作用房内机房按照B级机房进行设计。部分工艺负荷(包括电子信息机柜负荷、席位负荷、其他工艺负荷)、精密空调、消防负荷等按一级负荷特别重要的负荷设计；安防系统、普通弱电系统、一般照明、空调、风机水泵等用电负荷按二级负荷考虑；其他负荷按三级负荷考虑。

在塔台工作用房一层设有10/0.4kV变电所,内设两台1 000kVA变压器，为塔台、塔台工作用房、油机房供电。

高压配电系统为单母线运行接线方式，中间不设联络，两路高压电源互为备用，平时各带载50%负荷。当一路高压电源故障或失电时，由另外一路高压电源带载100%负荷；220/380V低压配电系统为单母线分段运行结线方式。

正常时，两台变压器同时运行，各带50%负荷。当其中一台变压器发生故障或进行检修时，进线开关分闸断开后，联络开关合闸，由另一台变压器供电给所有负荷。图1为低压配电系统图。

本工程工艺设备主要是明室和检修环内的机柜和席位用电，这些负荷均为重要负荷；其他工艺要求设置的主要是插座(为弱电系统服务及极端天气下电暖气设备使用)，均为普通负荷。在塔台检修环内设置2台STS为检修环机房及明室配电，每台STS柜均能带载100%的电子信息设备机柜。STS柜通过配电列头柜为每台机柜或席位供电，电缆敷设至PDU。

据了解，一般的电子信息设备允许供电中断时间为10ms左右，因此要求STS工艺的切换时间≤5ms，以保证STS切换不影响电子信息设备的正常运行。图2为明室与检修环公艺配电系统图。

图2 明室与检修环工艺配电系统图

在塔台工作用房一层设有两个UPS间(命名为UPS间1和UPS间2)，UPS间1内设置UPS1和UPS2，UPS间2内设置UPS3和UPS4。UPS1和UPS2并机组成一套UPS供电系统，UPS3和UPS4并机组成一套UPS供电系统，形成两套“1+1”冗余配置组成的双总线UPS供电系统。每台UPS均具有带载100%工艺负荷的能力，平时每台UPS各带载25%的工艺负荷。当一套UPS供电系统中的一台UPS发生故障时，由另外一台UPS与另外一套UPS供电系统形成双总线供电系统；当三台UPS都发生故障时，则由剩余的UPS独立给工艺设备供电。每台UPS持续供电时间按30min计算，理论上UPS供电系统能够给工艺设备持续供电2h。

本工程设有负载总线同步设备，以保证两套UPS供电系统输出的电源频率、相位等同步。当UPS旁路电源的频率、相位等在规定的偏差范围内时，各UPS跟踪自身旁路；当旁路电源频率、相位等超出偏差范围时，负载总线同步设备启动，迫使UPS输出电源同步运行。本设计能够为工艺设备提供十分可靠的供配电系统。

本工程总计算有功功率为932kW(其中照明71.3kW，重要工艺负荷163.4kW，普通工艺负荷145.8kW，空调负荷292.8kW，热水器、电伴热等111.3kW，安防、弱电60kW，以及其他负荷190.4kW；需要考虑同时使用系数0.9)，按照《民用建筑电气设计规范》中对柴油发电机的计算要求，考虑0.82的余量系数，柴油发电机房内设1台输出功率为1 200kW(常用功率，不限时运行)的柴油发电机组，将其作为塔台、塔台工作用房内全部负荷的备用电源。在两路市电完全失电后，柴油发电机启动，为本工程所有负荷供电。两路市电的全部失电信号作为柴油发电机的启动信号。需要注意的是，柴油发电机订货需配套控制柜以实现上述功能，且柴油发电机组电源与正常电源之间必须采取防止并列运行的措施。

3 照明设计

照明设计的重点是塔台管制明室的设计。明室位于塔台的最上方，为保证管制员视野，四周为360°无遮挡玻璃幕墙。照明设计应注重眩光、反射光等对管制员视觉的影响，同时应实现光源照度可调，方便管制员根据自身情况进行调光控制。考虑到明室照明的重要性，明室照明采用EPS供电，供电持续时间≥90min。

根据GB 51348《民用建筑电气设计标准》、MH 5001-2013《民用机场飞行区技术标准》，在塔台顶部、中部均设置航空障碍灯，灯具安装位置应兼顾美观和检修方便。塔台中部设置的航空障碍灯不能对管制员的视线造成干扰，一般应安装在检修环层以下。

4 消防设计

由于特殊的建筑使用功能和性质原因，塔台项目介于构筑物与建筑物之间，专业性突出，与常规民用建筑有着明显区别。且在目前的国家规范体系中，没有专业的、针对塔台的防火设计规范。因此，本项目塔台参照GB 50016-2014《建筑设计防火规范》(2018年版)，以及建筑结构特征相对类似的相关设计防火标准GY 5067-2017《广播电影视建筑设计防火标准》等执行设计要求，但基于塔台专业性强、使用功能单一的特点，在围绕建筑功能执行设计时，并不可完全按照上述两标准进行设计。图3所示为明室(17F)和备用明室(16F)之间的疏散楼梯示意图。

在本项目电气消防设计中，除满足相关规范外，还需重点关注以下内容。

图3 明室(17F)和备用明室(16F)之间的疏散楼梯示意图

(1)受塔台平面尺寸限制，塔台各楼层难以设置两部疏散楼梯，仅能设置一部疏散楼梯，每层也仅有一个安全出口。结合塔台人员较少、对环境熟悉、疏散效率高的特点，经软件模拟，一部疏散楼梯也能进行有效疏散。

为更好地提升疏散有效性，电气设计应保证防烟楼梯间及其前室(包括消防电梯合用前室)内消防应急照明系统的地面最低照度≥10lx，持续供电时间≥90min。此项设计将应急照明系统的疏散照度和持续时间均提高到目前规范规定的最高等级。

(2)塔台明室要求管制员在360°方向上保持视线通透，因此，明室(17F)通向备用明室(16F)的疏散楼梯只能设计成敞开楼梯。敞开楼梯容易形成烟囱效应，火灾时烟气通过楼梯间肆意蔓延。

为有效疏散，电气设计时，在位于16F的防烟楼梯间前室内踏步上设置消防应急踏步灯(也可设置明显的灯光警示标识)，同时，其地面最低水平照度≥10lx，持续供电时间≥90min。

(3)为便于及时发现火灾隐患，塔台非消防用电负荷设置电气火灾监控系统，非消防线缆燃烧性能不应低于B1级。消防设备供电干线、分支干线、天线桅杆筒体内电缆采用矿物绝缘类不燃性电缆。

(4)设备管道和线缆穿越墙体、楼板等部位时，采用防火封堵材料封堵严密，如17F明室、16F备用明室与检修环层之间的孔洞位置。

(5)其余消防设计内容可参考GY-5067《广播电影电视建筑设计防火标准》、GB50016《建筑设计防火规范》进行。

5 安防设计

空管塔台的安防设计除应按照GB 50348-2018《安全防范工程技术标准》进行设计外，还应参照《民航空管单位安全保卫设施配置及管理暂行办法》、MH/T 7003-2017《民用运输机场安全保卫设施》。塔台管制小区按照一类安全保卫区域进行设计，需设置视频监控系统、出入口控制(门禁)系统。与一般民用建筑设计相比，塔台部分的设计有以下特点。

(1)塔台安防信号最终均需要上传至空管总控中心，总控中心的设置位置根据建设方要求、方便值班管理确定。总控中心管理平台应能将视频监控、门禁、入侵报警等系统进行集成，并能兼容开放式协议相关设备，实现不同设备和系统间的信息交换，并预留满足公安和机场业务需求的接口。总控中心能够接收和处理多路报警信息，同时接收多路前段联动上传的报警图像。所有安防系统记录保存时间为90天。

(2)视频监控系统采用数字形式架构，室内摄像机采用高清室内型固定摄像机，主要用于监控楼内主要出入口、电梯前室、走廊、电梯轿箱、设备机房；建筑物四周区域设置室外型高清摄像机；明室内设置全景摄像机。

(3)在建筑物的主要出入口、各重要房间设置门禁系统。门禁系统要求使用复合验证方式，一般采用密码锁和刷卡的形式。门禁系统应具有与视频监控系统的联动功能，发生刷卡、开门动作或警报时，视频监控系统应能够自动显示门禁通行口内外两侧的实时视频信息，联动响应时间应≤1s，应能通过刷卡信息检索监控录像。除应急疏散门外，其他通行口门禁掉电自动锁闭，并在受控区设置机械开启装置；门禁系统疏散通道各电控锁具备掉电开锁功能，当发生火灾等紧急情况时，由消防系统强制打开疏散通道上的门禁系统。

6 结束语

塔台是机场的重要设施和指挥枢纽，对空中交通的安全运行至关重要。因塔台具有结构、功能特殊性，且塔台设计尚没有专门的设计规范支持，本文主要参考现有规范和已建成塔台的成熟设计经验，对塔台设计方案的特殊性也进行了详细的阐述。如对工艺设备的供电可靠性要求极高，高压电源、变压器、UPS等重要设备都需要进行冗余、容错配置；明室因其视野要求，对照明设计也提出了特定的要求；塔台消防设计因为没有专门的规范，其方案都需要提交当地消防部门进行专门审批等。