超限高层建筑电气设计关键技术

郑申平

(山西四建集团有限公司，山西 太原 030024)

近年来，随着我国社会经济的飞速发展与建筑建设水平的不断进步，人们对建筑设计提出了更高的要求。电气设计是建筑设计中的一项关键性内容，而对于超限高层建筑来说，电气设计更是一项重难点内容。超限高层建筑是一类特殊的高层建筑，在其电气设计实践中遇到的问题较多、较复杂，若想保证电气设计的科学性与合理性，必须要对各方面问题进行细致分析及对相关设计标准规范进行全面研究。以下就联系实际来谈谈相关问题。

1 超限高层建筑的概念

我国将高度超过24m的综合性建筑物、公共建筑物或其他建筑物以及楼层数多于10层的住宅建筑物称为高层建筑，而超限高层建筑也属于高层建筑的范畴，它是指超过相关规范要求限制的高层建筑。一般来说，超限高层建筑的高度与层数并无统一定数，例如混凝土框架剪力墙结构建筑高度超过120m即可判定为超限高层建筑、混合剪力墙结构建筑高度超过100m即可判定为超限高层建筑、带错层结构建筑高度超过80m即可判定为超限高层建筑、网架结构建筑高度超过55m即可判定为超限高层建筑、网架无盖结构建筑高度超过28m即可判定为超限高层建筑。

2 超限高层建筑电气设计关键技术分析

2.1 项目概况

某超限高层建筑项目的建筑高度为498m，总建筑面积为383350m2，包括地下89569m2+地上293781m2；地下共有4层，地上共有塔楼100层，包含10个避难层及设备层。本项目属一类超高层公共建筑，需按一级负荷要求供电。

2.2 电气设计原则

超限高层建筑电气设计需遵循以下三项原则。①是可靠性原则。由于超限高层建筑中用电人数多、人员分布密集，所以在电气设计中必须要遵循可靠性原则，通过科学分析建筑实际用电负荷等级来进行合理规划，保证电气系统的持续稳定运行；②是简洁性原则。由于超限高层建筑中的电气设备及管线使用量较多、日常运行和维护工作量较大，所以在电气设计中必须要遵循简洁性原则，尽可能地减少无用设备，提高操作的方便性与简易性；③是安全性原则。用电安全问题是人们所最关心的一项问题，所以在超限高层建筑电气设计中必须要遵循安全性原则，做好各项安全细节优化，不漏放任何安全问题，切实保障用电安全。

2.3 发电机接入方案设计

2.3.1 应急电源设置依据

由于本项目建筑高度>250m，所以按照相关规范要求，需设置柴油发电机组以用于消防应急电源；消防用电需按一级负荷中的特别重要的负荷供电。对于柴油发电机组中的消防供电回路，需以专用线路与专用母线段相连接，连续供电时间需≥3.0h。另外，由于本项目中包含酒店业态，所以还需按照《旅馆建筑设计规范》中的相关规范要求来合理设置自备电源。

2.3.2 柴油发电机电源接入方式

对于超限高层建筑而言，电压降会随柴油发电机组供电距离的增加而增加，因此若柴油发电机组为常规400V型，可能无法有效保证电能质量。一般来说，当供电距离<250m时，可选择常规400V型柴油发电机组；当供电距离为250m～400m时，可根据技术经济比较选择400V型柴油发电机组或10kV型柴油发电机组；当供电距离>400m时，需选择10kV型柴油发电机组或400V型(低区)+10kV型(高区)柴油发电机组。由于本项目建筑高度>400m，所以考虑到技术经济问题和高区酒店业态特点，选择分业态、分区段设置3台不同的柴油发电机，其中酒店业态的柴油发电机组需独立设置，合用1台10kV型柴油发电机组；应急电源分区段设置1台400V型(低区)柴油发电机+1台10kV型(高区)柴油发电机。在确定好柴油发电机组的电压等级后，还需认真考虑供配电系统的接入问题。通常情况下，需在发电机出线端即开始进行消防负荷与一些重要负荷的分回路供电，且消防供电回路需以专用线路与专用母线段相连接。另外，本项目还要求消防专用线路采用耐火母线，并确保满足950℃3h耐火试验。

2.3.3 电缆选型

对于超限高层建筑而言，消防配电线路一般需与其他配电线路在不同的电缆井、沟内进行分开敷设，或者也可以在电缆井、沟两侧对二者进行分别布置，且应采用矿物绝缘类不燃性电缆。根据相关规范要求，当建筑高度>100m时，普通设备配电电缆需达到阻燃A级；当建筑高度>250m时，则需确保产品符合GB 31247《电缆及光缆燃烧性能分级》中的B1级试验标准。此外，消防及疏散电梯的供电电线电缆需达到阻燃A级、耐火时间≥3.0h，其他消防供配电电线电缆需达到阻燃B1级、耐火时间≥3.0h；消防用电的供配电干线需敷设于不同竖井内，并采用双路由供电方式；避难层与非避难层不得共用配电干线，且其中消防用电需采用专用回路供电。此外，超限高层建筑中的非消防用电线电缆也需达到阻燃B1级。在本项目的电缆选型中，严格遵循了上述规范要求。

2.3.4 电气竖井的设置

在高层建筑中，电气竖井是指专门供电气各系统进行管线敷设的一种上、下贯通的井道，通常情况下，电气竖井可以与楼层强弱电间合并使用，当然也可以对其进行单独设置。对于超限高层建筑而言，由于其建筑区段多，且每个区段内都有较多数量的电梯，所以根据不同的功能需对核心筒进行不同方案的布置，而这无疑给电气竖井的设置造成了较大困难。如何在超限高层建筑内进行合理的电气竖井规划，并在有限的核心筒面积内实现对电气竖井及其他机电专业井道、电梯井道等的有效整合，一直都是超限高层建筑电气设计的一项重难点问题。一般情况下，在超限高层建筑的强电低压区间竖井设置和跨区间强电干线竖井的设置中，都需要充分考虑到防火分区问题，一些重要项目还需对高压竖井和应急竖井进行分开布设。普通高层建筑中弱电竖井的数量通常为1～2个，由于本项目建筑高度>250m，因此需按照相关规范要求设置≥2个弱电竖井。再者，在本项目的电气竖井设置中，还需严格遵循JGJ 16-2008《民用建筑电气设计规范》中的相关规范要求，确保高压电源电气线路、低压电源电气线路、消防应急电源电气线路这三者相互之间的安全距离均≥0.3m，若无法确保安全距离≥0.3m时则需采取一定的隔离措施；消防配电箱与端子箱前之间的安全操作距离需≥0.8m。对于普通高层建筑来说，当满足了上述规范要求后，只需再做好桥架、母线及配电箱等的布置，并注意预留出一定的空间即可；但对于超限高层建筑而言，消防用电的供配电干线需敷设于不同竖井内，并采用双路由供电方式。在本项目的低区标准层中，总共设置了2个防火分区，每个防火分区中各设置1个低压强电间兼竖井；单独设置高压竖井和发电机供电竖井；消防常用电缆分竖井设置，设置位置是本防火分区内合并使用的电气竖井与低压强电间内；消防备用电缆也分竖井设置，设置位置是另一防火分区内合并使用的电气竖井与低压强电间内。

3 结 语

综上所述，在超限高层建筑电气设计中，关键需遵循可靠性、简洁性和安全性原则，并把握好发电机接入方案设计、电缆选型和电气竖井的设置等技术要点。在实践当中可能会遇到许多问题，具体还需充分结合项目实际特点，在严格遵循相关规范要求的前提下，对设计方案进行不断优化。