摘要：随着我国经济的发展，城市用地的紧张，高层建筑建设呈现阶梯状上升状态，而近年来在我国多地超限高层建筑物也发展迅猛，一般将建筑高度超过250m的高层建筑称为超限高层建筑。超限高层建筑一般都建设在城市的生活和经济中心，由于超限高层建筑的楼层多，建筑高度高，对供电的可靠性以及消防等的要求也比普通的高层建筑要高得多，相应的建设资金投入大，运行设备多，安全运行标准高，因此设计的复杂性也增加了很多。本文首先列举了超限高层建筑电气设计中的主要关注点，然后分别从供配电系统设计和火灾消防联动系统设计方面探讨了超限高层建筑电气设计中的要点。
关键词：超限高层建筑,电气设计,供配电,火灾,消防联动
一、超限高层建筑概述
我们一般把建筑高度超过100m的高层民用建筑定义为超高层建筑，将建筑高度超过250m的高层建筑称为“超限高层建筑”。目前，我国各大城市的超限高层建筑发展迅猛，全球十大超限高层建筑中国已占过半。下表是我国到到目前为止建成或在建的典型超限高层建筑。
超限高层建筑的共同特点是：建筑高度高，面积大，功能复杂，用电负荷大，供电半径大，消防扑救困难。因而对其供电方案、应急、备用电源、变配电所及疏散照明等方面的电气设计无疑带来很大的挑战。
二、超限高层建筑电气设计的主要关注点
(一)电压损失考量
线缆的电压损失与距离成正比关系，电压损失大，则势必造成受电端的电压偏差较大。因此变电所至用电点距离要控制在适度范围内，一般在150m内有较好的经济性(这也是低压供电半径的概念)。
(二)负荷中心
这是电压损失概念的延伸。在确定了相同的供电对象情况下，将变电所设计在靠近大用电负荷处，综合节能效果更优。
(三)线路敷设及管井
因低压配电电缆非常多，如果变电所集中于一处，则会需要较大或较多的电缆井;而如果设置两处或多处变电所，电缆井则会占用楼层面积。
三、供配电系统设计要点
(一)电力负荷的确定
电力负荷是供电设计的主要依据。国家现行规范，一类高层民用建筑的消防用电设备(如消防水泵、消防电梯、喷淋泵、排烟风机、消控控制中心、应急照明)、电梯、生活水泵用电、电话机房、安保设备和航空障碍灯等应按一级负荷要求供电，其它用电负荷分别为二级或三级负荷;二类高层民用建筑的消防用电、通道及楼梯间照明用电、电梯电力、生活水泵用电、排污泵等应按二级负荷要求供电，其它用电负荷为三级负荷。电力负荷预算时应分别计算动力电和照明电。电力负荷预算正确与否，对电气设备的选择、配置，保证电气设备系统安全、高效运行，对整体工程的经济分析和相关设计，都有重要的指导意义。高层建筑的电力负荷计算，基本上采用负荷密度法和需要系数法。
(二)电源及电压的选择
超限高层建筑一般体量大，一级负荷容量也大，鉴于超限高层建筑往往都是地标性建筑或是比较重要的建筑，因此有条件时建议最低负荷等级不低于二级。超限高层建筑供电系统设计至少需要2路市政独立电源，其电压等级及路数需根据负荷容量及当地供电部门供电条件等来确定。
(三)变配电所的布置
对于高层建筑的用电设备来说，它们的负荷是比较大的，一般来说很大的一部分是一、二级负荷，所以常常变电所的规模一般来说会比较的大。总配电所最好是设置在地下层内，因为变配电所应靠近用电负荷。对于超限高层建筑的总变配电所来说，管线进出的程度会比较多，有高压也有低压的电缆。
(四)电线电缆的选型和敷设
在我国发生的火灾中，因电气引起的火灾占很大的比例，其主要原因是由于电缆电线的老化和过载使用引起的。同时，因火灾时引燃电缆电线中可燃的绝缘和护套材料，致使火灾进一步扩大，绝缘和护套材料燃烧所散发的有毒气体也会导致打量的人员伤亡，并可能阻碍消防人员的灭火。
超限高层建筑物楼内干线电力线路的选型和敷设方式是电气设计中比较繁复的问题。按照明确的设计规范、技术措施和地方标准，在同一路径电缆桥架内敷设的全部电力线路应统一采用同一防火类型的，而超限高层建筑的电气通道和电气竖井普遍狭小、紧凑, 根本无法分得很开，若采用防火封闭式母线槽，则必然是多路平行敷设，其占用的平面和空间尺寸都大, 需较宽阔的电气竖井和开大尺寸的楼板和梁板孔洞,这对结构专业的影响较大, 投资也大。
在超限高层建筑中配电干线可选择耐火型电力电缆，其中的楼层住户供电干线采用清洁型耐火预制分支电力电缆，配电干线在变配电室内段的敷设用开敞式电缆托盘, 室外到电气竖井间段采用封闭式防火电缆桥架敷设, 在电气竖井内的敷设全部采用电缆明敷固定在阶梯式电缆梯架上。在楼层间的分支干线导线敷设根据所配设备的消防负荷等级选择防火类型，并尽可能地穿钢管暗敷在墙壁和楼板内，明敷防火线路在外套保护钢管上喷涂防火涂料, 其中超高层建筑物内的住户普通配电线路也必须采用阻燃电线。各层电气竖井内的楼板孔洞和各处墙壁上的电气安装孔洞，在设备安装施工的后期一定要用防火胶泥等防火材料严实封堵。
为了尽量减少因电缆绝缘及护套的燃烧引起的烟雾及有毒气体对人员造成的伤害，工程设计中应根据建筑物的重要程度和使用性质，尽可能的选用低烟无卤的环保电缆，以便在万一火灾发生时，减少烟雾及有毒气体的产生，为大楼内的人员疏散争取更多的逃生时间。
四、火灾自动报警和消防联动系统的设计
(一)火灾自动报警系统的设置
按照《火灾自动报警系统设计规范》的要求，超高层建筑的报警探测器的设置是除面积小于5m2的卫生间外，所有的房间、通道都必须设置。设计时需要注意的是各类探测器的有效保护范围要从严把握，切实根据每一场所的层高、顶板面坡度、板下突出梁柱深度、使用环境等来严格确定应该使用的每个探测器的种类，以及有效保护半径。另外, 超高层建筑的探测器应选用自带地址码的智能型，当使用的场所是地下室、地面卫生间、厨房时以温感型为主;各层房间、普通机房、通道、楼梯间、井道等以烟感型为主;水泵房、柴油发电机房、变配电室等重要消防设备机房、防火分区交界处的防火卷帘门附近的应采用二者混合型;厨房内还需增设联网到火灾自动报警系统的可燃气体泄漏探测器。
(二)疏散照明系统
如何确保火灾疏散安全是超限高层建筑的重点与难点之一。超限高层建筑存在疏散距离长及人员《民用建筑电气设计规范》对疏散照明的连续供电时间要求为不低于30min，乃为最低要求，鉴于超限高层建筑存在扑救困难、疏散距离长及疏散人流量大等情况，其供电时间应提高，建议不低于90min。应按国标消防规范的一类高层建筑标准设置消防广播、报警按钮、消防对讲电话、直通电话等等, 并满足所有消防控制联动要求。
(三)其他系统的联动
超高层的水专业消防设计，与一般的高层建筑有较大的不同，由于超高层建筑的高度高，消火栓泵和自喷泵已经不能从消防水泵房直接供水至顶层的消防灭火设备，消防部门应要求在大楼中间的设备层增设消防系统的加压设备，以保证自动灭火设备的正常运行。对于消火栓系统，当消火栓动作或经火灾确认后，消防系统能直接或经消控中心联动启动消火栓泵供水灭火，当低区发生火灾时，直接启动地下室消防水泵房的低区消火栓泵，当高区发生火灾时，直接启动避难层消防加压水泵房的高区消火栓泵，并同时启动地下室消防水泵房的消火栓转输水泵。
对于水喷淋系统，当各层的水流指示器及设在消防水泵房的报警压力开关同时动作时，消防系统能直接或经消控中心联动启动自喷泵供水灭火，当低区发生火灾时，直接启动地下室消防水泵房的低区自喷泵，当高区发生火灾时，直接启动避难层消防加压水泵房的高区自喷泵，并同时启动地下室消防水泵房的自喷转输水泵。在火灾延续时间内，当由消防车通过水泵结合器供水的情况下，对高区发生的火灾，可通过消防加压水泵房的自喷接力泵向高区的消防灭火设备供水。
在消防控制室，对消防水泵，防烟和排烟风机既可通过现场模块进行自动控制也可在联动控制台上通过硬线手动控制，并接收其反馈信号。
结语
超限高层建筑的电气设计内容繁杂，由于其建筑高度高，人员密集，对供电的可靠性以及消防等的要求必须安全可靠。这对超限高层的电气设计者提出了更高的要求。随着科学技术的发展，超限高层的建筑电气设计也在不断进步和完善，必将为我国的建筑电气事业提供新的发展动力。
参考文献
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