智慧建筑机电一体化及管道综合设计探讨——苏州中心项目案例

颜宏勇

(启迪设计集团股份有限公司，苏州215500)

[摘要] 本项目设计过程运用机电一体化的设计方法，方案阶段电气专业充分与水暖专业配合，合理配置供电方案及火灾自动报警系统组织框架，并与建筑的定位及项目建成后运维进行一体化考虑；管道综合一体化中，充分了解建筑空间环境，最大限度节省占用空间，为项目成功运行打下坚实的基础。

[关键词] 机电一体化； 应急供电； 共同沟； 综合管廊

中图分类号:TU852文献标识码:A文章编号:1729-1275(2021)03-0046-04

0 引言

随着现代化、科技化的突飞猛进，节能、绿色、智能、智慧概念层出不穷，原来各专业千里走单骑式的“单打独斗”设计越来越不满足需求，各学科的相互融合，跨学科跨领域的合作已势在必行，随之，一体化设计的概念应运而生。

“一体化”原来只是一个经济上的概念:是指多个原来相互独立的主权实体通过某种方式逐步在同一体系下彼此包容，相互合作。 把若干分散企业联合起来，组成一个统一的经济组织。 这个概念引申到建筑设计领域，就是在项目设计中各专业在规范框架下彼此包容，相互合作，作出适合建筑业态功能的最优化设计成果。

建筑设计中的一体化是全方位、全过程的。全方位有两个层面的含义，首先一体化涵盖于建筑设计的各个专业，机电一体化、强弱电一体化、消防一体化、建筑与设备一体化等；全过程主要是项目设计的全过程，甚至应涵盖项目建成后的运维管理等。

而机电一体化是传统的设备专业间的一体化，即给排水、暖通空调及电气三个专业间的相互配合，彼此交融，使建筑的设备系统更加优化，保证设计与后期运维有更好的契合，减少设计缺陷，增强使用舒适度，有效的提升建筑整体品质，追求至臻建筑境界。

1 项目简介

苏州中心项目位于苏州工业园区金鸡湖畔，总建筑面积约113 万m2(地上建筑面积约69 万m2，地下建筑面积约44 万m2)，地下4 层，地上56 层，建筑高度222m(最高)。 是集办公、商业、酒店、酒店式公寓、文化娱乐等多功能、多业态的混合，融地上建筑和地下空间于一体的大型城市综合体。

苏州中心项目包括A、B、C、D、E、J、H、P 八个街区。 以星州街和东西中轴线为界划分为内圈，外圈及南北四个地块。 内圈南地块含B、C 两个街区，内圈北地块含A、J 两个街区；外圈南地块含D、E 共有7 栋超高层塔楼(办公、酒店、公寓)及裙房和内圈超大型购物中心，见图1。

图1 苏州中心项目整体平面概况

2 供配电系统一体化设计

(1)与暖通空调系统的一体化设计

苏州中心项目建有集中能源中心，冷热源集中设置在P 区的DHC 能源中心，能源中心均设置在地下。 冷源为电制冷冷水机组(含冰蓄冷系统)。 热源利用苏州工业园区热电厂的蒸汽。 实现了能源的梯级利用，结合冰蓄冷系统实现电力移峰填谷。

能源中心电制冷冷水机组采用中压10kV 电压等级，水泵、冷却塔为220V/380V 电压等级。 而项目市政供电电源电压等级是20kV。 为此，在P 街区设置能源中心专用变电所，变电所内设置20kV/10kV 及20kV/380V 两组变压器，分别供10kV 中压冷水机组及低压380V 水泵、冷却塔用电。

该项目在能源中心变压器装机容量有20kV/10kV 的 2 × 5 000kVA 及 20kV/380V 的 4 ×1 600kVA， 能源中心总装机容量达16 400kVA。 这里需要一体化考虑的是:当采用集中能源中心时，空调主机单独专用变电所供电后，项目整体的供电量应合理排除空调主机的容量，这样各个街区单位面积供电装机容量相对下降，如表1。

表1 各街区变压器装机容量

(2)应急供电系统一体化设计

该项目需要采用应急供电的负荷有:消防和相关负荷(经消防专家论证，该项目消防负荷需按特别重要一级负荷供电)、重要负荷(中央监控弱电设备消防控制室空调、乘用电梯、排水泵、污水泵等)、保安设备(保安照明、安保值班室、前台接待、给水泵、自动扶梯等)、办公楼标准层发电机供电采用预留母线方式(提供约15W/m2的发电机电源，这是应招商要求设置)、公寓电梯以及给排水泵等生活必须负荷供电。

由此可知，需要采用应急供电的负荷涵盖了整个项目8 个街区的所有功能区，应急负荷量大、面广。 应急电源可以集中采用中压发电机及各个街区设置应急变压器方案，也可以分散在各个街区设置低压发电机的方案，采用何种方案需要进行分析比较，比较主要从造价分析、机房占用空间、运行维护三个方面进行，结果见表2。

表2 发电机设置方案比较结果

根据方案的比较结果，该项目采用了集中在能源中心设置备用功率3×2 500kVA 的10kV 中压发电机组方案，并在各街区变电所设置应急变压器。同时，考虑业态情况，酒店就地设置低压发电机组，并在各街区考虑今后高端客户需要自设应急低压发电机的位置，配合建筑后期招商要求多种可能性。

(3)大型综合体项目的供电系统，无论是城市供电系统还是应急供电系统，方案阶段的设计尤为重要，根据项目用电负荷特点及负荷分布情况设计供电系统是一体化设计的重要方面，脱离系统谈“一体化”是不现实的，或者只能说是局部浅层的一体化，机电一体化一定是系统的交融。 水暖电系统相辅相成、相得益彰是机电一体化的精髓。

3 消防系统机电一体化设计

(1)火灾自动报警系统设置与运维一体化

苏州中心项目是超大型城市综合体，集商业、办公楼、公寓、酒店等多种业态，建成后各业态的管理相对独立，甚至同一业态也存在不同管理团队独立管理的情况。 在火灾自动报警系统设计中，充分考虑项目建成后运维的情况分设独立管理单元的消防控制室，使得各独立管理业态有相对独立的消防系统，更方便项目运行后的运维管理。

最终共设置8 个消防控制中心，同时在H 地块设置整个项目的总控制中心。 这里需要说明的，内圈(A、BC 地块及该地块5、6 号塔楼)统一交由外方统一管理，为此，内圈地块设置一个二级消防控制中心对该地块3 个消防控制室统一管理。 这样，从系统上来说，共设置10 个消控室:1 个一级总控，1个二级总控(内圈管理)，8 个分控。 基本上满足整个项目的稳定运行。

(2)火灾自动报警系统设计与建筑、水暖消防一体化

首先，在该项目的整体消防设计中，需要考虑在南区和北区同时各发生一次火灾的消防设计，为此，水专业消防用水池在整个CBD 街区全体分2 处设置，在北区和南区分两个系统分别设置消防用水池，并在每个系统分别设置消防水泵。 设置在地下4 层或地下3 层。

火灾自动报警系统设计中众多消控室联动采用分散控制与集中控制相结合的方式。 各三级消控室负责其管理区域内的各消防设备的联动。 一二级总消控室对各三级分消控室采用“只监不控”的方案，三级消控室管理的消防设备的动作状态信号，均应在一二级总消控室显示。 整个项目消防报警系统信号由一级总消控室上传至苏州市消防管理平台。 消防水泵的手动直接启动各消控室均可完成，三级分消控室只是针对直接启动所在区(南区或北区)的消防水泵，二级总消控室可以直接启动与总控管辖范围内的南北区消防水泵，一级总消控室可以直接启动整个项目所有南北区的消防水泵。 图2 所示为火灾自行报警系统拓扑图。

(3)系统设计与项目建成后的运维结合起来，从系统设计方案阶段应有充分的考虑。 这也是与运维一体化设计的必要内容，消防系统如此，供电系统也是如此。 项目建成后长期可靠、方便的运行是设计的最终目标，只有合理的配置消防系统，才能使项目各业态顺畅独立运行，同时又可以对项目的整体消防进行统一管理。

图2 苏州中心火灾自动报警系统拓扑图

电气的消防设计，是对建筑整体消防信息采集，组织火灾时的灭火“战斗”，同时预警火灾发生的危险情况等。 这里需要强调的是消防一体化设计，设计前要对整个建筑项目各个专业消防设计的方案充分了解，这样才能在让各专业的消防设计最后在电气专业的报警与控制系统中充分融合起来，形成整个项目完整的消防体系。

4 管道综合一体化设计

(1)共同沟在项目中的使用

本工程设有>600m 的共同沟(综合管廊)，共同沟作为整个项目设备(水暖电)主干通道沟通整个CBD 全体街区，见图3～4。

图3 共同沟在项目中设置位置

共同沟做法参照城市综合管廊的做法，比如断面的仓位设置、仓内空间设置，及附属消防、通风、供电、照明接环境监控等系统。

共同沟有针对性的借鉴城市综合管廊的做法，有自身的特点:共同沟是建筑单体(或建筑群)设置的，城市综合管廊是城市市政设置。 这样，决定了共同沟比较短、城市综合管廊长；共同沟管道相对会小、城市综合管廊管道大；共同沟大多在建筑内、城市综合管廊大多在市政地下土层内。 另外，共同沟内设备管线与城市综合管廊管线种类也有一定的区别。 见图5。

图4 共同沟在建筑中剖面位置

图5 共同沟标准断面布置

该项目中的共同沟无燃气管道，但与城市综合管廊相比多出集中能源的空调冷冻水的管道，共同沟全程中进出管线相对频繁且进出位置均在建筑内部，所以进出位置的分隔措施要求高，除物理分隔防水要求外，分隔应达到耐火极限3h 的防火要求，特别是管线进出的防火封堵尤为重要。

(2)管道综合设计一体化

管道综合设计涉及建筑空间与机电的一体化，建筑的空间需要满足使用的同时保障一定的空间舒适性，而机电管线的安装是满足建筑的使用功能的必备条件，机电管线与空间与空间是一对矛盾体。 机电管线综合一体化设计，最优化解决各类管线合理布置，在满足机电设备运行前提下最大限度节省空间是设计成功的关键因素之一。

那么，机电管线的一体化设计除了最大限度节省空间的同时，也要与安装与运维一体化考虑。 节省了空间要方便安装及运行后必要的维护。 城市综合体管线综合设计一般按照以下几个原则考虑:有压管道让无压管道、小(直径或截面)管道让大管道、水管道(有压)让风管道、冷水管道让热水管道、电气管道让水管及风管。

项目实际设计过程中遵循上面的原则同时，有条件时应考虑方案阶段考虑好机电不同专业楼层主干管走不同路由通道。 见图6。

图6 电气独立路由干线铺设

5 结束语

机电一体化是个综合工程，关于一体化设计必须关注几个方面的问题。

(1)建筑工程一体化是全专业、全方位及全过程的设计，机电一体化设计与建筑、结构专业需要密切配合，同时设计应充分了解建筑建成后的运维管理方式，在使用便捷的同时绿色节能。

(2)机电一体化不能脱离机电各专业的系统，只有系统能做到一体化才能水乳交融进而进一步服务于建筑。

(3)管道的一体化首先需要吃透建筑平面及空间布局及建筑师的创意，有条件的应能够找出不同的平面空间路由布置不同专业的管线。 管道的一体化设计应达到建筑空间最大的优化，特大型综合体项目可以考虑采用共同沟的综合管道方案。