博物館電氣設計探討

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［摘要］通過對某博物館電氣設計實例的分析，簡要闡述博物館供配電設計中的難點，總結管線綜合、機械停車、充電樁、展陳用電、進出線套管、應急照明、電弧故障保護等設計經驗。

［關鍵詞］配電系統;管線綜合;機械停車;充電樁;展陳用電;照明;套管;電弧故障

隨著我國現代化的發展，城市建設越來越重視地區的文化建設，這也是近年來各地區興建文化館、博物館、圖書館的緣由。筆者有幸參與了太原市城市規劃博物館項目的電氣設計，現以筆者設計過程中遇到的難點重點進行講述，希望本文能對電氣設計人員提供一些經驗和幫助。

1項目概況

本項目整個基地呈不規則“長條形”東西向沿路展開，項目用地東西長約486m;南北向進深呈東窄西寬之勢，東側南北向長約63m，西側南北向長約110m。主要技術經濟指標:(1)規劃總用地面積44194.14m2，建設用地面積44194.141m2。(2)總建筑面積39986m2，地上建筑面積14309m2，地下建筑面積25677m2。(3)建筑層數:地上2層;地下2層。(4)建筑高度23.90m(限高30m)。(5)機動車停車位379輛，屬于大型車庫;其中地上停車位102輛;地下停車位277輛。(6)人防:地下二層，平戰結合，人防總建筑面積為3207m2，為2個防護單元，平時為汽車庫，戰時為核六級常六級甲類二等人員掩蔽所。(7)建筑分類:多層大型科學與技術類博物館。(8)耐火等級:一級。(9)設計使用年限:50年。(10)抗震設防烈度:6度。(11)主要結構類型:地上部分為鋼結構，地下部分為鋼筋混凝土框架剪力墻結構。(12)屋面防水等級:一級。

2供配電系統設計

由于該博物館整個基地呈不規則長條形，東西向沿路展開，建筑長度334.3m。根據GB51348－2019《民用建筑電氣設計標準》的4.2.3條文:民用建筑宜按不同業態和功能分區設置變電所，當供電負荷較大，供電半徑較長時，宜分散設置。民用建筑低壓供電半徑一般不宜超過300m，過大可能造成電壓損失過大或保護開關不能保護線路末端。因此考慮負荷分配和負荷半徑問題，該項目電氣設置了2個變電所，其中1#主變電所設置在地下一層的東北側，貼臨消防水泵房。主變電所內設置10kV高壓柜和2臺變壓器，用于為全樓提供高壓電源及為本樓東側展廳等負荷提供低壓電源;2#分變電所設置在一層的西北側，其下方地下二層為制冷機房，分變電所內含2臺變壓器，用于為本樓西側展廳及車庫、制冷站等負荷提供低壓電源。

2.110/0.4kV變配電系統

本工程屬于大型博物館建筑，根據JGJ66－2015《博物館建筑設計規范》中10.4.1條規定，供電負荷應按一級負荷要求供電，其負荷分類如下。一級負荷:消防設備(消防控制室內的火災自動報警及聯動控制設備、消防水泵、消防風機等)、珍品展館及庫房、藏品庫房、應急照明、警衛照明、生活泵、污水泵、客梯、扶梯、備用照明、弱電機房用電，其中安防系統用電為特別重要負荷。二級負荷:展覽用電、陳列展覽區的空調用電、走道照明、貴賓接待室照明、貴賓門廳照明、機械停車等設備。三級負荷:其余電力和照明。本項目從附近的110kV變電站引來2路10kV高壓雙重電源，該兩路電源滿足一路電源故障時，另一路不會同時損壞。每路電源平時均能承擔本工程一半的負荷，當一路電源故障時，另一路電源能承擔本工程全部二級及以上負荷。二路電源同時工作，互為備用。UPS應急電源裝置供電范圍:消防安防控制室的消防電源、運營商機房電源、網絡機房電源、弱電進線間電源等采用UPS作為自備電源，其電源切換時間為毫秒級。其中消防控制室電源、安防控制室安防電源、弱電機房電源UPS供電時間為180min。應急照明集中電源供電范圍:本項目疏散照明及疏散指示標志應急照明供電除雙電源供電外，還設置了應急照明集中電源供電。蓄電池電源供電時的持續工作時間應不小于1.5h(火災狀態下地下部分持續供電時間1.0h(地上部分持續供電時間0.5h)+非火災狀態下持續供電時間0.5h)。

2.2電力配電系統

(1)低壓配電系統采用220/380V放射式與樹干式相結合的方式，對于單臺容量較大的負荷或重要負荷采用放射式供電;對于照明及一般負荷采用樹干式與放射式相結合的供電方式。(2)消防負荷:采用來自兩臺變壓器不同母線段的兩路電源供電并在末端互投。一級非消防負荷:采用來自兩臺變壓器不同母線段的兩路電源供電并在末端互投。二級非消防負荷:采用來自兩臺變壓器不同母線段的兩路電源供電并在末端或適當位置互投，或單電源專線供電。三級負荷:采用單電源供電。(3)除有變頻控制要求的電機外，本工程30kW及以下的電動機采用全壓啟動方式;30kW以上非消防設備用的電動機采用軟啟動方式;30kW以上消防設備用的電動機采用Y/△降壓啟動方式。(4)潛污泵采用液位傳感器就地控制，水位超高報警、水位顯示及泵故障由BA系統完成。(5)空調機、新風機、排風機、送風機等采用BA系統控制。(6)消防專用設備:消火栓泵、噴淋泵、消防穩壓泵、排煙風機、加壓送風機等不進入BA系統。(7)排風兼排煙風機，進風兼補風風機:平時由BA系統控制，火災時由消防控制室控制。(8)消防設備的熱繼電器保護只作用于報警，不動作于跳閘。消防設備配電用的低壓斷路器保留過載保護。(9)變配電室等設有事故排風機房間的室內、外均應設置控制電器，控制啟停風機。

3電氣設計中的注意要點

3.1管線綜合的難點

由于該博物館屬于大型博物館，造型復雜多變，且多高大空間，電氣設計過程中，需要多注意一些通高的部位，結合建筑的模型，需敷設好電氣的橋架路由。同時需要與暖通和水專業溝通好，注意局部的碰撞與避讓。該項目的地下二層人防區域內是機械停車庫，由于層高限制，設置機械停車后，上方空間敷設管線比較緊張，且后期維修敷設不方便，故敷設橋架時需要注意避讓機械車位，路由選擇車道上方。一些特殊區域橋架路由定好后，需要注意安裝高度，結合結構梁高，避開穿梁的位置。地下二層頂板局部位置為降板區域，層高受限，電氣橋架路由設計時應避開降板的區域。在一些通高區域，需結合建筑模型注意頂板設置位置，以判斷橋架敷設路徑。在走廊內敷設樓道寬度受限時，電氣可將強電橋架與智能化橋架分層敷設，同時需與水暖核對好位置，部分橋架路由需要穿過展廳時，應提前與建筑、暖通專業協商好，確定好哪一部分空間可以走電氣橋架，從而避讓空調風管。該項目的二層是展廳區域，屋頂是鋼梁結構，吊頂的安裝是貼梁敷設，即梁下是沒有空間走水暖電的管線，根據路徑需求，結合建筑模型空間結構，管線可以在鋼梁的空隙內穿越。這個時候由于建筑有美觀要求，需考慮好如何讓管線進入到鋼梁的空隙內，且沒有外露的管線路徑。在二層的南北兩側有2個很長的休息長廊，該部分空間由于建筑要達到一種空間的美感，水暖電不能在該長廊內的吊頂上敷設電纜橋架、風管和水管，為了配合建筑需求，電氣選擇將橋架移進展廳內敷設，休息長廊內只留必要穿管敷設的回路。這些鋼管的安裝位置結合建筑結構需求，最后確定在梁上預留孔洞。同時該項目的二層屋頂是兩側翹起的斜屋頂，這就導致了展廳內的吊頂標高不是一個統一的高度，橋架穿越展廳敷設時，安裝高度需要沿著梁的傾斜隨之調整安裝高度，使橋架與梁始終保持一樣的間距敷設。橋架敷設路由圖如圖1～2所示。

3.2機械停車電量與充電樁電量的預留

該項目的地下人防區域內設置了機械停車庫，根據設備需求，電氣設計時需要根據機械停車位的數量預留電量。該項目按照一組機械停車位5kW電量進行預留。考慮到機械停車停電將造成人員密集的公共場所秩序混亂，影響范圍較大，故將該項目的機械停車電源定為二級負荷供電，采用來自兩臺變壓器不同母線段的兩路電源供電并在末端位置互投。由于現代社會中電動汽車的普及，導致車庫設置充電樁電源成了必備選項。根據GB/T51313－2018《電動汽車分散充電設施工程技術標準》及當地規定:大型公共建筑物配建停車場，社會公共停車場建設充電設施或預留建設安裝條件的車位比例不應低于10%;故該項目按照車位數的10%進行預留充電車位，其中充電車位的20%部分是快充電源，其余為慢充電源。由于該博物館是對市民及游客開發的公共場所，此次設計不僅設置了快慢充電樁，還同時設置了大客車預留電源。根據規范要求充電樁電源按照三級負荷供電。結合建筑布局與使用需求，在該項目的地下二層車庫內設置了22個慢充電源。在室外的東側地面停車場區域設置了6個快充電源、10個慢充電源，快充和慢充電源相對集中地分設在地面停車場的東西兩側。在室外西側的大巴車停車位設置了2個大客車電源。這樣設置能同時滿足室內和室外的汽車充電需求，也滿足了大客車的充電需求。

3.3展陳電量的預留與展廳照明電量的設計

由于博物館內有多個展廳，電氣設計時將每個展廳按照展廳展覽用電和照明用電分別預留展陳用電配電箱和照明配電箱。展陳用電電量均比較大，考慮到電纜載流量的影響與前端變電所出線數量的優化，此次設計時采用了封閉母線樹干式配電。每個展廳的配套電源均設置在了所處的防火分區的配電間內。低壓配電干線系統圖如圖3所示。

3.4預留好進出線管線

項目設計中在地下一層的1#主變電所預留10kV電纜進線套管，同時在變電所內預留低壓電纜出線的套管。在人防區域處的防爆波電纜井處也預留了低壓電纜進出線套管，由于人防區域在地下二層，電纜要從地下一層進入地下二層，需核對預留的管線標高，確認預留高度。一個獨立樓座設計時還要考慮項目的景觀用電預留、小市政用電預留，該項目在地下一層的南北兩側預留了四處低壓電纜進出線套管，以方便后期的管線進出博物館。

3.5照明設計需留意空間造型

由于該項目的展廳并非都是規則形狀，故在照明設計時，需要考慮屋頂的造型與弧度，以及考慮房間的燈具安裝高度。由于該博物館有很多位置是通高的，照明設計時要考慮高度的影響，選擇適合的照明燈具。公共空間的照明需考慮采用智能照明控制器控制燈具的開斷。展廳內的照明多涉及精裝設計，一次設計時應預留好電量。建筑內涉及到精裝的其他區域，應同時做好電量與回路的預留工作。展廳內還涉及到備用照明的預留，應按照普通照明的10%進行預留。

3.6應急照明設計

前面已經多次提到該項目空間復雜，多高大空間，故應急照明設計時，需要考慮空間的影響，房間高度大于8m以上，需要使用B型應急照明燈具;房間高度8m以下，用A型應急照明燈具。同時在設計疏散指示標志燈的時候要按照就近的原則設計指示方向，讓人員盡快疏散，保證安全。同時要根據建筑的指示方向設置安全出口標志。根據規范要求，在大的展廳內，還需增加設置地面疏散指示標志燈，展廳內的地面水平最低照度不低于3lx。

3.7配電線路的電弧故障保護

根據最新GB51348－2019《民用建筑電氣設計標準》第7.6.6規定:商場、超市以及人員密集場所的照明、插座回路，宜裝設電弧故障保護電器;儲存可燃物品的庫房的照明、插座回路，宜裝設電弧故障保護電器。由于該項目展廳屬于人員密集場所，其照明和插座回路均設置了電弧故障保護器。在電氣設計時，考慮電弧故障保護器的功能與用途，將其設置在了出線回路的斷路器后面。

4結束語

隨著城市文化建設的發展，會有越來越多的博物館項目建設，本文只簡單描述了一下博物館設計過程中的電氣思路與遇到的難點問題。希望通過對太原博物館的設計探討，為以后的電氣設計人員提供一下借鑒與幫助。

參考文獻

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作者：王夢夢 單位：中國建筑設計研究院有限公司