既有校舍改建避难型建筑电气设计研究

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摘要：为从根本上提高既有校舍改建避难型建筑水平，确保改建后的建筑服务功能与设计要求相符，需要加强避难型建筑电气设计管控工作，不断优化电气设计方案内容。基于此，文章从电气设计负荷等级、应急供电系统、应急配电系统、智能系统及平台转换系统等方面入手，明确既有校舍改建避难型建筑电器设计要点，不断优化电气设计方案内容，以供参考。

关键词：既有校舍；避难型建筑；改建工程；电气设计

随着社会经济发展速度不断加快，各地区城市化发展进程进一步推进，避难型建筑的规划及设计工作得到了越来越多部门及人员的关注。在避难型建筑设计过程中，主要就是以学校、体育场、展览馆等公共建筑为基础，配备数量充足的应急保障基础设施，以有效应对地震、台风等自然灾害，为避难人员提供住宿或休息等服务。为从根本上提高避难型建筑建设水平，还需要着重关注避难建筑内电气设计以及弱电等子项目设计工作。

1现行规范及标准

就目前来看，国家及各级服务部门对防震避难建筑物的建设工作提出了更高要求，近几年颁布多部内容更加完善的执行规范及标准，如《防灾避难场所设计规范》（GB51143—2015）、《建筑机电工程抗震设计规范》（GB50981—2014）等。这些建设规范为避难建筑电气设计工作提供了重要指导依据，对从根本上提升避难型建筑设计水平，保障避难型建筑设计效果意义重大。

2校舍改建目标

文章以岱山小学改建避难型工程为例，该小学位于南京市保障房片区，于2012年投入使用。结合地区颁布的防震减灾要求，需要将校舍改造成应急避难专项场地，兼顾防灾避难型建筑功能[1]。在避难型建筑改建设计期间，应当严格遵循以人为本、安全可靠、平灾结合等设计原则，确保实际设计工作能够在控制地震危害中发挥出重要作用。经过实际调查研究发现，文章案例中的小学建筑总面积为12368m2，地面建筑共四层，总高度为15.3m，属于框架结构。结合地区防灾标准，将该小学改建成遇难建筑，要求避难建筑的最长开放时间为100d。每一层建筑中均设置一个避难单元，有效避难建筑面积为5786m2，避难人数可达到1743人，避难住宿总面积为3486m2。在经避难场所建筑改造后，需要在建筑内部设置应急管理区、应急医疗卫生区、应急物资储备存放、应急垃圾收集等区域，要求避难建筑以住宿为主。

3灾时负荷等级

就目前来看，避难建筑内部电力设备电力负荷等级存在着比较明确的划分标准，需要在避难场所建筑电气设计过程中，将设计内容作为应急电源容量计算与应急供配电计算依据，从根本上提升避难型建筑设计水平，需要清楚划分校舍建筑避难时常用设备的电力负荷等级。（1）一级负荷。在校舍避难建筑改变过程中，一级电气设备负荷主要涉及消防系统、应急照明系统、通信系统、监控系统、医疗救助房内照明系统等。（2）二级负荷。二级电力负荷设备内部涉及应急供水设备系统、管理区正常照明以及医疗救护房间内空调、热转换设备[2]。（3）三级负荷。三级负荷电力设备主要就是除一级电力设备、二级电力设备以外的其他设备种类。通常情况下，电力负荷常见等级为二级。二级负荷内部涉及了消防系统、应急照明系统、通道照明以及安防监控系统等设备，其运行效果可直接影响到避难建筑实际服务功能。

4应急供电系统设计

在既有校舍改建避难型建筑前，学校中已经建成了一座变配电所，可以从市政电网内引入两回路电压，将电压控制在10kV，电源频率为5Hz。同时，在高压柜中包括10kV环网柜，低压主接线采用单母线分段，中间配备母联开关的配电设备，低压主进线开关、联络开关之间的电气与机械联锁。在实际改建后，避难型建筑的应急功能保障级别为二级，灾时需要具备除正常电力系统电源，另再引接临时电源的条件。

4.1应急电源形式

为从根本上保障避难型建筑电气设备运行水平，还需要借助专业的咨询工作，确保建筑各等级场所的经济指标能够满足现行部门规划及各类需求。经过对实际施工现场进行全面勘察，发现该校舍建筑空地较为狭窄、单体建筑物无充足的面积设置柴油发电机房[3]。为确保校舍改建避难建筑环节有序开展，可以将应急电源设置成移动式应急柴油发电机电源。在灾害发生的情况下，两路电力系统的电源装置均无法正常运行，还需要相关管理人员手动合闸，启动柴油发电机组。

4.2移动式发电机组

相较于普通发电机组而言，移动式发电机组具备启动速度快、运行维护便捷、不需要固定机房等优势，可以被广泛应用在建设场地较为狭窄的施工项目中。但在移动式发电机组运行期间，需要预留充足的室外操作场地以及接地端子，移动发电机组在平时不运行的情况下需要被储藏在专用的仓库内。

4.3应急电源持续供电

学校是长期、固定式的避难型场所，需要着重关注校舍建筑内电气系统设计与改建工作，确保应急电站能够为该建筑进行持续供油。通常情况下，发电机组发出的电量与耗油量关系极为密切，需要着重考虑到油量消耗情况，合理计算出油箱内油品的使用时限。由于学校内部师生数量多、人口密集度大，空地较为紧张。为切实满足消防与合理规划要求，应当避免在电气设计过程中，使用预埋空地储油罐或存放储油桶等方式。通过与工程各建设单位进行积极协商，在电气设计期间决定将储存油料及装置设置在校外，确保油料存放地点与应急避难场所地点保持适宜距离，在待载及灾前避难准备过程中，应当由专业运输车辆运输油料，确保油料能够及时补给。针对近几年地震灾害调查结果，发现国内电力系统保障能力正处于逐步提高的阶段，恢复供电的时间日渐缩短。因此在校舍改建成避难型建筑过程中，可以结合当地电力系统实际运行情况有针对性地减少油料储存量。当前国内市场已经具有较为成熟的油料供应商，可为遇难性建筑中的移动电站提供租赁以及维修保养服务。在避难型建筑改建期间，相关管理部门能够采用外包的方式，要求供应商在灾时提供更加全面的应急电源服务项目，节省下充足的应急灾害管控资金以及人员投入成本，从根本上保障避难建筑整体服务水平。

4.4蓄电池（EPS）

在避难建筑设计初期，应当着重考量蓄电池设计工作，将蓄电池作为有效补给方案，以从根本上缩短电能转换所需时间。与柴油发电机组相比，蓄电池的蓄配容量不足，实际采购与维护成本较高。但将其应用在避难建筑中，能够将转换时间控制在最低范围之内，能够切实满足防灾避难电源系统转换时间要求，如不同消防等级其他应急系统毫秒级需求等。通过分析现行避难建筑电气设计规范要点，发现现行避难规范中没有针对转换时间设置具体要求。在灾害发生前期，如电力系统双回路中的电源全部失电，应急灯具均需配备蓄电池，要求蓄电池存储的电量应当满足建筑内所有人员疏散需求。通过对避难建筑电气设计方案的经济适用性与技术可行性进行分析，发现将蓄电池作为应急电源应用在校舍改建避难建筑中的综合效益不高，因此可以将其替换成应急柴油发电机组设备。

4.5应急电源容量计算

结合现行电气设计规范，要求柴油发电机组的供电容量满足一级与二级电力负荷要求。通过分析避难人员长期居住及夜晚基本照明要求，需要应急电源的供电电容量符合实际标准。如果在电力运行期间出现负载较大的情况，也可以就现场实际建设要求对电力系统进行灵活处理，限制部分三级负荷装置。通过收集建设现场发电机组稳定功率、可靠系数、需要系数、总设备容量等，计算出该柴油机组发电容量值，选取适宜的移动型柴油机组发电机组。

5应急配电系统设计

在校舍建筑改造前，竖向配电系统需要依照平时要求进行设计。应急照明等小容量负荷应当采用树干式配电、照明、空调、厨房用电等大容量负荷方式，消防用电需要使用双电源切换到末端方式。在不同等级电力负荷设施上应当具有独立回路，如消防系统、应急照明系统、医疗救护房间内的设备及照明系统等。要求每个避难单元设置不同种类专用电源配电柜与配电箱。为切实提升电源配置水平，需要在建筑内各单元配备应急照明层箱、主要医疗区配电箱、安防监控通信配电箱、应急水泵、动力配电柜。注重在避灾建筑中设置应急智能化系统，建设与当地应急救援中心相互配套的联系网络。将校内广播系统转变成应急广播系统，并在应急配套用房中建设广播支路与扬声器，确保各类重要的避灾信息能够及时传输给避难人群。

6结束语

总之，为切实发挥出校舍建筑改建避难型建筑运行期间的最大作用，成为应急避险、安置灾民、救治伤员的重要场所，需要严格管控电气设计环节，要求电气设备能够为工作人员提供系统的避灾服务。

参考文献：

[1]易椠椠.某超高层办公大楼的配电与照明系统的设计及应用[D].株洲:湖南工业大学,2018.

[2]刘昊.节能技术在建筑电气设计中的应用[J].住宅与房地产,2021(15):123-124.

[3]史书元.建筑电气设计中的消防配电设计研究[J].大众用电,2021,36(6):75-76.

作者：陈云 单位：江苏省第二建筑设计研究院有限责任公司