博物馆电气设计探讨

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［摘要］通过对某博物馆电气设计实例的分析，简要阐述博物馆供配电设计中的难点，总结管线综合、机械停车、充电桩、展陈用电、进出线套管、应急照明、电弧故障保护等设计经验。

［关键词］配电系统;管线综合;机械停车;充电桩;展陈用电;照明;套管;电弧故障

随着我国现代化的发展，城市建设越来越重视地区的文化建设，这也是近年来各地区兴建文化馆、博物馆、图书馆的缘由。笔者有幸参与了太原市城市规划博物馆项目的电气设计，现以笔者设计过程中遇到的难点重点进行讲述，希望本文能对电气设计人员提供一些经验和帮助。

1项目概况

本项目整个基地呈不规则“长条形”东西向沿路展开，项目用地东西长约486m;南北向进深呈东窄西宽之势，东侧南北向长约63m，西侧南北向长约110m。主要技术经济指标:(1)规划总用地面积44194.14m2，建设用地面积44194.141m2。(2)总建筑面积39986m2，地上建筑面积14309m2，地下建筑面积25677m2。(3)建筑层数:地上2层;地下2层。(4)建筑高度23.90m(限高30m)。(5)机动车停车位379辆，属于大型车库;其中地上停车位102辆;地下停车位277辆。(6)人防:地下二层，平战结合，人防总建筑面积为3207m2，为2个防护单元，平时为汽车库，战时为核六级常六级甲类二等人员掩蔽所。(7)建筑分类:多层大型科学与技术类博物馆。(8)耐火等级:一级。(9)设计使用年限:50年。(10)抗震设防烈度:6度。(11)主要结构类型:地上部分为钢结构，地下部分为钢筋混凝土框架剪力墙结构。(12)屋面防水等级:一级。

2供配电系统设计

由于该博物馆整个基地呈不规则长条形，东西向沿路展开，建筑长度334.3m。根据GB51348－2019《民用建筑电气设计标准》的4.2.3条文:民用建筑宜按不同业态和功能分区设置变电所，当供电负荷较大，供电半径较长时，宜分散设置。民用建筑低压供电半径一般不宜超过300m，过大可能造成电压损失过大或保护开关不能保护线路末端。因此考虑负荷分配和负荷半径问题，该项目电气设置了2个变电所，其中1#主变电所设置在地下一层的东北侧，贴临消防水泵房。主变电所内设置10kV高压柜和2台变压器，用于为全楼提供高压电源及为本楼东侧展厅等负荷提供低压电源;2#分变电所设置在一层的西北侧，其下方地下二层为制冷机房，分变电所内含2台变压器，用于为本楼西侧展厅及车库、制冷站等负荷提供低压电源。

2.110/0.4kV变配电系统

本工程属于大型博物馆建筑，根据JGJ66－2015《博物馆建筑设计规范》中10.4.1条规定，供电负荷应按一级负荷要求供电，其负荷分类如下。一级负荷:消防设备(消防控制室内的火灾自动报警及联动控制设备、消防水泵、消防风机等)、珍品展馆及库房、藏品库房、应急照明、警卫照明、生活泵、污水泵、客梯、扶梯、备用照明、弱电机房用电，其中安防系统用电为特别重要负荷。二级负荷:展览用电、陈列展览区的空调用电、走道照明、贵宾接待室照明、贵宾门厅照明、机械停车等设备。三级负荷:其余电力和照明。本项目从附近的110kV变电站引来2路10kV高压双重电源，该两路电源满足一路电源故障时，另一路不会同时损坏。每路电源平时均能承担本工程一半的负荷，当一路电源故障时，另一路电源能承担本工程全部二级及以上负荷。二路电源同时工作，互为备用。UPS应急电源装置供电范围:消防安防控制室的消防电源、运营商机房电源、网络机房电源、弱电进线间电源等采用UPS作为自备电源，其电源切换时间为毫秒级。其中消防控制室电源、安防控制室安防电源、弱电机房电源UPS供电时间为180min。应急照明集中电源供电范围:本项目疏散照明及疏散指示标志应急照明供电除双电源供电外，还设置了应急照明集中电源供电。蓄电池电源供电时的持续工作时间应不小于1.5h(火灾状态下地下部分持续供电时间1.0h(地上部分持续供电时间0.5h)+非火灾状态下持续供电时间0.5h)。

2.2电力配电系统

(1)低压配电系统采用220/380V放射式与树干式相结合的方式，对于单台容量较大的负荷或重要负荷采用放射式供电;对于照明及一般负荷采用树干式与放射式相结合的供电方式。(2)消防负荷:采用来自两台变压器不同母线段的两路电源供电并在末端互投。一级非消防负荷:采用来自两台变压器不同母线段的两路电源供电并在末端互投。二级非消防负荷:采用来自两台变压器不同母线段的两路电源供电并在末端或适当位置互投，或单电源专线供电。三级负荷:采用单电源供电。(3)除有变频控制要求的电机外，本工程30kW及以下的电动机采用全压启动方式;30kW以上非消防设备用的电动机采用软启动方式;30kW以上消防设备用的电动机采用Y/△降压启动方式。(4)潜污泵采用液位传感器就地控制，水位超高报警、水位显示及泵故障由BA系统完成。(5)空调机、新风机、排风机、送风机等采用BA系统控制。(6)消防专用设备:消火栓泵、喷淋泵、消防稳压泵、排烟风机、加压送风机等不进入BA系统。(7)排风兼排烟风机，进风兼补风风机:平时由BA系统控制，火灾时由消防控制室控制。(8)消防设备的热继电器保护只作用于报警，不动作于跳闸。消防设备配电用的低压断路器保留过载保护。(9)变配电室等设有事故排风机房间的室内、外均应设置控制电器，控制启停风机。

3电气设计中的注意要点

3.1管线综合的难点

由于该博物馆属于大型博物馆，造型复杂多变，且多高大空间，电气设计过程中，需要多注意一些通高的部位，结合建筑的模型，需敷设好电气的桥架路由。同时需要与暖通和水专业沟通好，注意局部的碰撞与避让。该项目的地下二层人防区域内是机械停车库，由于层高限制，设置机械停车后，上方空间敷设管线比较紧张，且后期维修敷设不方便，故敷设桥架时需要注意避让机械车位，路由选择车道上方。一些特殊区域桥架路由定好后，需要注意安装高度，结合结构梁高，避开穿梁的位置。地下二层顶板局部位置为降板区域，层高受限，电气桥架路由设计时应避开降板的区域。在一些通高区域，需结合建筑模型注意顶板设置位置，以判断桥架敷设路径。在走廊内敷设楼道宽度受限时，电气可将强电桥架与智能化桥架分层敷设，同时需与水暖核对好位置，部分桥架路由需要穿过展厅时，应提前与建筑、暖通专业协商好，确定好哪一部分空间可以走电气桥架，从而避让空调风管。该项目的二层是展厅区域，屋顶是钢梁结构，吊顶的安装是贴梁敷设，即梁下是没有空间走水暖电的管线，根据路径需求，结合建筑模型空间结构，管线可以在钢梁的空隙内穿越。这个时候由于建筑有美观要求，需考虑好如何让管线进入到钢梁的空隙内，且没有外露的管线路径。在二层的南北两侧有2个很长的休息长廊，该部分空间由于建筑要达到一种空间的美感，水暖电不能在该长廊内的吊顶上敷设电缆桥架、风管和水管，为了配合建筑需求，电气选择将桥架移进展厅内敷设，休息长廊内只留必要穿管敷设的回路。这些钢管的安装位置结合建筑结构需求，最后确定在梁上预留孔洞。同时该项目的二层屋顶是两侧翘起的斜屋顶，这就导致了展厅内的吊顶标高不是一个统一的高度，桥架穿越展厅敷设时，安装高度需要沿着梁的倾斜随之调整安装高度，使桥架与梁始终保持一样的间距敷设。桥架敷设路由图如图1～2所示。

3.2机械停车电量与充电桩电量的预留

该项目的地下人防区域内设置了机械停车库，根据设备需求，电气设计时需要根据机械停车位的数量预留电量。该项目按照一组机械停车位5kW电量进行预留。考虑到机械停车停电将造成人员密集的公共场所秩序混乱，影响范围较大，故将该项目的机械停车电源定为二级负荷供电，采用来自两台变压器不同母线段的两路电源供电并在末端位置互投。由于现代社会中电动汽车的普及，导致车库设置充电桩电源成了必备选项。根据GB/T51313－2018《电动汽车分散充电设施工程技术标准》及当地规定:大型公共建筑物配建停车场，社会公共停车场建设充电设施或预留建设安装条件的车位比例不应低于10%;故该项目按照车位数的10%进行预留充电车位，其中充电车位的20%部分是快充电源，其余为慢充电源。由于该博物馆是对市民及游客开发的公共场所，此次设计不仅设置了快慢充电桩，还同时设置了大客车预留电源。根据规范要求充电桩电源按照三级负荷供电。结合建筑布局与使用需求，在该项目的地下二层车库内设置了22个慢充电源。在室外的东侧地面停车场区域设置了6个快充电源、10个慢充电源，快充和慢充电源相对集中地分设在地面停车场的东西两侧。在室外西侧的大巴车停车位设置了2个大客车电源。这样设置能同时满足室内和室外的汽车充电需求，也满足了大客车的充电需求。

3.3展陈电量的预留与展厅照明电量的设计

由于博物馆内有多个展厅，电气设计时将每个展厅按照展厅展览用电和照明用电分别预留展陈用电配电箱和照明配电箱。展陈用电电量均比较大，考虑到电缆载流量的影响与前端变电所出线数量的优化，此次设计时采用了封闭母线树干式配电。每个展厅的配套电源均设置在了所处的防火分区的配电间内。低压配电干线系统图如图3所示。

3.4预留好进出线管线

项目设计中在地下一层的1#主变电所预留10kV电缆进线套管，同时在变电所内预留低压电缆出线的套管。在人防区域处的防爆波电缆井处也预留了低压电缆进出线套管，由于人防区域在地下二层，电缆要从地下一层进入地下二层，需核对预留的管线标高，确认预留高度。一个独立楼座设计时还要考虑项目的景观用电预留、小市政用电预留，该项目在地下一层的南北两侧预留了四处低压电缆进出线套管，以方便后期的管线进出博物馆。

3.5照明设计需留意空间造型

由于该项目的展厅并非都是规则形状，故在照明设计时，需要考虑屋顶的造型与弧度，以及考虑房间的灯具安装高度。由于该博物馆有很多位置是通高的，照明设计时要考虑高度的影响，选择适合的照明灯具。公共空间的照明需考虑采用智能照明控制器控制灯具的开断。展厅内的照明多涉及精装设计，一次设计时应预留好电量。建筑内涉及到精装的其他区域，应同时做好电量与回路的预留工作。展厅内还涉及到备用照明的预留，应按照普通照明的10%进行预留。

3.6应急照明设计

前面已经多次提到该项目空间复杂，多高大空间，故应急照明设计时，需要考虑空间的影响，房间高度大于8m以上，需要使用B型应急照明灯具;房间高度8m以下，用A型应急照明灯具。同时在设计疏散指示标志灯的时候要按照就近的原则设计指示方向，让人员尽快疏散，保证安全。同时要根据建筑的指示方向设置安全出口标志。根据规范要求，在大的展厅内，还需增加设置地面疏散指示标志灯，展厅内的地面水平最低照度不低于3lx。

3.7配电线路的电弧故障保护

根据最新GB51348－2019《民用建筑电气设计标准》第7.6.6规定:商场、超市以及人员密集场所的照明、插座回路，宜装设电弧故障保护电器;储存可燃物品的库房的照明、插座回路，宜装设电弧故障保护电器。由于该项目展厅属于人员密集场所，其照明和插座回路均设置了电弧故障保护器。在电气设计时，考虑电弧故障保护器的功能与用途，将其设置在了出线回路的断路器后面。

4结束语

随着城市文化建设的发展，会有越来越多的博物馆项目建设，本文只简单描述了一下博物馆设计过程中的电气思路与遇到的难点问题。希望通过对太原博物馆的设计探讨，为以后的电气设计人员提供一下借鉴与帮助。

参考文献

［1］GB51348-2019民用建筑电气设计标准［S］．北京:中国建筑工业出版社，2020．

［2］GB50052-2009供配电系统设计规范［S］．北京:中国计划出版社，2010．

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［5］GB50016-2014建筑设计防火规范(2018年版)［S］．北京:中国计划出版社，2018．

［6］GB50217-2018电力工程电缆设计标准［S］．北京:中国计划出版社，2018

［7］GB50034-2013建筑照明设计标准［S］．北京:中国建筑工业出版社，2014．

［8］GB50057-2010建筑物防雷设计规范［S］．北京:中国计划出版社，2012．

［9］GB50116-2013火灾自动报警系统设计规范［S］．北京:中国计划出版社，2014．

［10］GB51309-2018消防应急照明和疏散指示系统技术标准［S］．北京:中国计划出版社，2019．

［11］JGJ100-2015车库建筑设计规范［S］．北京:中国建筑工业出版社，2015．

［12］GB50067-2014汽车库、修车库、停车库设计防火规范［S］．北京:中国计划出版社，2015．

［13］GB50189-2015公共建筑节能设计标准［S］．北京:中国建筑工业出版社，2015．

［14］GB/T50378-2019绿色建筑评价标准［S］．北京:中国建筑工业出版社，2019．

［15］JGJ66-2015博物馆建筑设计规范［S］．北京:中国建筑工业出版社，2016．

作者：王梦梦 单位：中国建筑设计研究院有限公司