某大型博物館電氣設(shè)計(jì)方案研究

0引言

在當(dāng)代社會(huì),大型博物館作為文化、藝術(shù)和歷史的載體,其功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越傳統(tǒng)的展覽和收藏。隨著科技的發(fā)展,博物館的展覽形式越來(lái)越多樣化,數(shù)字化和互動(dòng)化元素的加入,使得電氣設(shè)計(jì)成為保障博物館正常運(yùn)營(yíng)和提升觀眾體驗(yàn)的關(guān)鍵因素。特別是在保護(hù)珍貴文物和藝術(shù)品、保障公眾安全的同時(shí),還需要考慮到能源效率和環(huán)保問(wèn)題o因此,本文的目的在于探討和解析大型博物館電氣設(shè)計(jì)的新策略和方法,以滿足這些現(xiàn)代化建筑的特殊需求。通過(guò)對(duì)供配電系統(tǒng)、應(yīng)急照明系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的深入研究,旨在提供既安全又高效的電氣設(shè)計(jì)方案,以此作為未來(lái)類似項(xiàng)目的參考標(biāo)準(zhǔn)。

1 工程概況

該大型博物館項(xiàng)目位于城市中心,具有獨(dú)特的“L”形設(shè)計(jì),東西長(zhǎng)約520 m,南北寬度在東側(cè)為85m,西側(cè)為95 m,展現(xiàn)出現(xiàn)代化建筑的美學(xué)和實(shí)用性?？傆玫孛娣e為48 000 m²,建筑總面積達(dá)42 000 m²,其中地上建筑面積16 000 m²,地下建筑面積26 000 m²。 本項(xiàng)目一層常設(shè)展廳建筑面積3100 m²,該建筑共分為地上3層和地下2層,最大建筑高度為25.50 m。設(shè)有400個(gè)機(jī)動(dòng)車停車位,其中地上120個(gè),地下280個(gè)。特別設(shè)計(jì)的人防設(shè)施位于地下一層,可在必要時(shí)作為人員掩蔽所。博物館的建筑分類為多層大型綜合性博物館,采用一級(jí)耐火材料,設(shè)計(jì)使用年限為55年,抗震設(shè)防烈度達(dá)到7度。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.1供配電系統(tǒng)

2.1.1 負(fù)荷計(jì)算

在設(shè)計(jì)特大型博物館的電氣系統(tǒng)時(shí),考慮到其建筑總面積約為42000 m²,包括16000 m² 的地面建筑和26 000 m²的地下結(jié)構(gòu),將其定位為特大型建筑。根據(jù)JGJ 66—2015《博物館建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》,此種規(guī)模的項(xiàng)目對(duì)電氣系統(tǒng)的負(fù)荷計(jì)算有著嚴(yán)格的要求^[1]。在本項(xiàng)目中,重要系統(tǒng)如消防、安全、數(shù)據(jù)中心和珍貴展品區(qū)的用電需求被分類為一級(jí)負(fù)荷。同時(shí),電梯、日常用水泵、污水處理設(shè)備及展廳照明等也被歸入一級(jí)負(fù)荷。對(duì)于空調(diào)、展覽用電和廚房設(shè)施等,則被劃分為二級(jí)負(fù)荷,而辦公區(qū)和充電站等被視為三級(jí)負(fù)荷。負(fù)荷計(jì)算采用兩種主要方法:基于單位面積的負(fù)荷估算和需要系數(shù)法^[2]。最終各展廳負(fù)荷如表1所示。

2.1.2具體設(shè)計(jì)

項(xiàng)目在博物館地下一層安排一座10/0.4 KV的配電站,位于電力負(fù)荷的中心位置。該站配備了6臺(tái)變壓器,其中3臺(tái)為1 600 KVA型號(hào),另外3臺(tái)為1 350 KVA 型號(hào),確保各類負(fù)荷需求的高效滿足^[3]。特別是一些變壓器,專門用于空調(diào)系統(tǒng),可在負(fù)荷較低的季節(jié)進(jìn)行有效的能源管理。設(shè)計(jì)中考慮博物館未來(lái)可能面臨的挑戰(zhàn),如藏品種類的增加、參觀者數(shù)量的上升,展示方法、文物保護(hù)和教育研究的進(jìn)步對(duì)于大功率的恒溫恒濕負(fù)荷、實(shí)驗(yàn)室負(fù)荷以及其他重要負(fù)荷,設(shè)計(jì)采用放射式的供電方式。同時(shí),照明和常規(guī)負(fù)荷則采用了樹(shù)干式和放射式相結(jié)合的供電模式,以實(shí)現(xiàn)電力的均衡分配和有效利用。針對(duì)博物館的特殊要求,如火災(zāi)報(bào)警、應(yīng)急照明、安全系統(tǒng)和通信系統(tǒng)等關(guān)鍵系統(tǒng),設(shè)計(jì)中包含了不間斷電源(UPS)作為應(yīng)急電源,以保證在緊急情況下這些系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行。供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案見(jiàn)圖1所示。

2.2 應(yīng)急照明系統(tǒng)

2.2.1設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

在執(zhí)行大型博物館電氣設(shè)計(jì)方案時(shí),特別關(guān)注應(yīng)急照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。依據(jù)JGJ66—2015《博物館建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》指出疏散通道和展覽區(qū)的地面平均照度不得低于5 lx,這一標(biāo)準(zhǔn)高于GB 51309—2018《消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中的3lx 最低要求。據(jù)此,在設(shè)計(jì)實(shí)施中應(yīng)優(yōu)先考慮遵循JGJ 66—2015《博物館建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》的高標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于凈空超過(guò)8 m的高層展廳區(qū),推薦使用B類燈具^[4]。備用照明系統(tǒng)的照度應(yīng)保持在常規(guī)照明水平的10%或以上。而在選擇疏散指示燈時(shí),必須根據(jù)室內(nèi)高度來(lái)定。例如:超過(guò)4.5 m的室內(nèi)應(yīng)采用超大型或大型標(biāo)志燈。

2.2.2具體設(shè)計(jì)

在本博物館的照明方案中,鑒于各展覽室形狀的差異性,尤其需關(guān)注屋頂?shù)奶卣骱蛷澏?以及燈具設(shè)置的高度。博物館內(nèi)部存在許多高空區(qū)域,在挑選照明設(shè)施時(shí),高度成為關(guān)鍵考慮點(diǎn)。對(duì)于公共空間,利用智能控制系統(tǒng)來(lái)調(diào)控照明燈具的開(kāi)關(guān)。 在展覽廳的精致照明設(shè)計(jì)中,初期設(shè)計(jì)階段就應(yīng)考慮足夠的電力支持。與此同時(shí),涉及精裝修的其他區(qū)域也應(yīng)事先計(jì)劃好電力和電路的備用安排。備用照明方面,依照項(xiàng)目早期的規(guī)劃,留出常規(guī)照明容量的10%?？紤]到該項(xiàng)目空間布局的復(fù)雜性及其內(nèi)部高大空間的存在,緊急照明設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮空間因素。在設(shè)計(jì)逃生指示燈時(shí),根據(jù)就近原則設(shè)定指示方向,以便于快速疏散人員并確保安全。此外,基于建筑的整體布局,合理設(shè)置安全出口的指示標(biāo)志。

2.3火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)

2.3.1開(kāi)式高壓水霧滅火

在設(shè)計(jì)開(kāi)式高壓水霧滅火系統(tǒng)時(shí),其電氣設(shè)計(jì)需參考?xì)怏w滅火系統(tǒng)的自動(dòng)聯(lián)動(dòng)控制原則。關(guān)鍵的設(shè)計(jì)要素包括:高壓水霧泵控制柜通常作為整體由供應(yīng)商提供,而電氣工程師的職責(zé)是確保消防電源的接入以及手動(dòng)控制線路的安裝。 在消防指揮中心,必須實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓水霧泵組的遠(yuǎn)程手動(dòng)啟動(dòng)功能。為防止系統(tǒng)誤操作,每個(gè)防火區(qū)域都需要裝備感煙和感溫探測(cè)器。在高壓水霧覆蓋區(qū)的每個(gè)進(jìn)出口的內(nèi)外兩側(cè),應(yīng)安裝聲光警報(bào)器,并在外部增設(shè)噴霧指示燈。此外,每個(gè)獨(dú)立分區(qū)都應(yīng)裝備控制閥,并需接入220V的消防電源,配備輸入輸出模塊和手動(dòng)控制線路。

2.3.2預(yù)作用噴水滅火

在規(guī)劃預(yù)作用噴水滅火系統(tǒng)的電氣方案時(shí),其控制方式主要包括單聯(lián)鎖(只由火警控制系統(tǒng)激活)和雙聯(lián)鎖(由火警控制系統(tǒng)和安裝在充氣管路上的壓力傳感器共同控制)。在單聯(lián)鎖系統(tǒng)中,電氣工作的核心是管理位于預(yù)作用報(bào)警閥組之前的電磁閥,而在雙聯(lián)鎖系統(tǒng)中,則需要同時(shí)管理這個(gè)電磁閥和安裝在快速排氣閥之前的電磁閥。在這個(gè)項(xiàng)目中,選擇單聯(lián)鎖控制方案。遇到火災(zāi)情況時(shí),消防系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)控制器會(huì)啟動(dòng)預(yù)作用報(bào)警閥組前的電磁閥,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的濕式轉(zhuǎn)換。電磁閥配備有控制箱,能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制、消防指揮中心的遠(yuǎn)程控制和現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制。電氣系統(tǒng)需要為控制箱供應(yīng)220 V的消防專用電源,并安裝輸入輸出模塊及手動(dòng)控制線路。

3設(shè)計(jì)注意要點(diǎn)

3.1 用電安全

在博物館電氣設(shè)計(jì)中,考慮到公眾互動(dòng)性強(qiáng),在展覽區(qū)域電氣設(shè)計(jì)需與室內(nèi)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)緊密協(xié)作,確保所有電力設(shè)施如配電盤等不暴露于公眾視線中。同時(shí),所有公眾可接觸的電氣部件需采用低電壓以保障安全,特別是涉水場(chǎng)所的電氣設(shè)備,必須采用極低電壓以避免觸電風(fēng)險(xiǎn)。在相對(duì)封閉且人員流動(dòng)較少的儲(chǔ)藏區(qū),電氣安全措施需更加嚴(yán)格。一是在儲(chǔ)藏區(qū)配電盤的進(jìn)線處安裝具有防火限流功能的保護(hù)器,保護(hù)器能在電路發(fā)生故障時(shí)快速切斷電流,有效預(yù)防電氣火災(zāi)。二是合理規(guī)劃儲(chǔ)藏區(qū)的電力布局,將主配電盤設(shè)置在儲(chǔ)藏區(qū)外,并將其電力管理納入整體設(shè)備管理系統(tǒng)中,采用“人員到達(dá)時(shí)通電,離開(kāi)時(shí)斷電”的策略,在儲(chǔ)藏區(qū)入口處設(shè)置插卡式電源控制系統(tǒng),集成門禁與電源控制,無(wú)人狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)斷電^[5]。同時(shí),將儲(chǔ)藏區(qū)的電力系統(tǒng)接入樓宇控制系統(tǒng),便于遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理,增強(qiáng)安全性。根據(jù)JGJ 66—2015《博物館建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求,所有照明和插座都應(yīng)裝配防剩余電流保護(hù)裝置,以進(jìn)一步保證用電安全。按照?qǐng)D2所示設(shè)計(jì)庫(kù)房配電系統(tǒng),保證用電安全。

3.2 預(yù)留進(jìn)出管線

結(jié)合降板區(qū)域特點(diǎn),電氣橋架路由設(shè)計(jì)需避開(kāi)層高受限的區(qū)域,通過(guò)建筑模型確定頂板設(shè)置位置,確保橋架的敷設(shè)路徑不受高度限制的影響。在走廊等受限寬度的區(qū)域,將強(qiáng)電橋架與智能化橋架分層敷設(shè),需要與水暖系統(tǒng)協(xié)調(diào),合理利用空間,并在橋架路由需要穿越展廳等區(qū)域時(shí)提前與相關(guān)專業(yè)進(jìn)行協(xié)商。針對(duì)二層展廳區(qū)域,由于屋頂采用鋼梁結(jié)構(gòu),吊頂安裝方式為貼梁敷設(shè)。在設(shè)計(jì)中要注意梁下空間無(wú)法用于水暖電管線,因此需要巧妙地通過(guò)鋼梁的間隙進(jìn)行管線穿越。在地下一層的主變電所,預(yù)留10kV電纜進(jìn)線套管,并同時(shí)預(yù)留低壓電纜出線套管,確保了電纜進(jìn)出線的靈活性和未來(lái)維護(hù)的便利性。考慮到人防區(qū)域位于地下二層,電纜需從地下一層進(jìn)入,需要仔細(xì)核對(duì)預(yù)留管線的標(biāo)高和預(yù)留高度,以確保電纜傳輸順利。在整體布局中,考慮到景觀用電和小型市政用電的需求,預(yù)留低壓電纜進(jìn)出線套管(圖3),為未來(lái)的電氣布局變動(dòng)提供了便利。

3.3 故障保護(hù)

根據(jù)GB50057—2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》和 GB 50169—2016《電氣裝置安裝工程 接地裝置施工及驗(yàn)收規(guī)范》,過(guò)載保護(hù)需確保所有電氣設(shè)備按其額定容量運(yùn)行。例如,變壓器、電動(dòng)機(jī)等主要設(shè)備需安裝熱繼電器,以監(jiān)測(cè)和控制設(shè)備的溫度和電流,避免因長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載而導(dǎo)致設(shè)備損壞或火災(zāi)。依據(jù)GB 50054—2011《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》,需為每個(gè)電路配置合適的斷路器。斷路器應(yīng)能在毫秒級(jí)響應(yīng)短路電流,迅速切斷電源,防止電氣系統(tǒng)受到進(jìn)一步損害。例如,主配電板的進(jìn)線應(yīng)設(shè)置高斷容量斷路器,以應(yīng)對(duì)潛在的大電流短路事故。根據(jù)GB/T13955—2017《剩余電流動(dòng)作保護(hù)裝置安裝和運(yùn)行》,漏電保護(hù)主要通過(guò)安裝漏電斷路器(RCDs)實(shí)現(xiàn)。這些裝置需能在30 ms內(nèi)檢測(cè)到30 mA的漏電流并斷開(kāi)電源,以保護(hù)人身安全。利用智能電氣管理系統(tǒng)(如基于DB11/T1439—2017《建筑智能化系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》),實(shí)時(shí)監(jiān)控電氣系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),如電流、電壓、功率和溫度等參數(shù)。

4結(jié)束語(yǔ)

博物館作為文化和歷史的重要載體,其電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要性不言而喻。本文深入探討工程概況、 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案以及設(shè)計(jì)中的重要注意要點(diǎn)。

通過(guò)對(duì)供配電系統(tǒng)、應(yīng)急照明系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的詳細(xì)分析以及用電安全、預(yù)留進(jìn)出管線和故障保護(hù)的細(xì)致討論,意在提供全面而具體的視角,理解電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

通過(guò)本文研究和討論,希望能夠?yàn)殡姎庠O(shè)計(jì)領(lǐng)域,尤其是對(duì)于具有特殊要求的建筑如博物館等提供新的見(jiàn)解和參考。

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2024年第14期第4篇