既有校舍改建避難型建筑電氣設計研究

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摘要：為從根本上提高既有校舍改建避難型建筑水平，確保改建后的建筑服務功能與設計要求相符，需要加強避難型建筑電氣設計管控工作，不斷優化電氣設計方案內容。基于此，文章從電氣設計負荷等級、應急供電系統、應急配電系統、智能系統及平臺轉換系統等方面入手，明確既有校舍改建避難型建筑電器設計要點，不斷優化電氣設計方案內容，以供參考。

關鍵詞：既有校舍；避難型建筑；改建工程；電氣設計

隨著社會經濟發展速度不斷加快，各地區城市化發展進程進一步推進，避難型建筑的規劃及設計工作得到了越來越多部門及人員的關注。在避難型建筑設計過程中，主要就是以學校、體育場、展覽館等公共建筑為基礎，配備數量充足的應急保障基礎設施，以有效應對地震、臺風等自然災害，為避難人員提供住宿或休息等服務。為從根本上提高避難型建筑建設水平，還需要著重關注避難建筑內電氣設計以及弱電等子項目設計工作。

1現行規范及標準

就目前來看，國家及各級服務部門對防震避難建筑物的建設工作提出了更高要求，近幾年頒布多部內容更加完善的執行規范及標準，如《防災避難場所設計規范》（GB51143—2015）、《建筑機電工程抗震設計規范》（GB50981—2014）等。這些建設規范為避難建筑電氣設計工作提供了重要指導依據，對從根本上提升避難型建筑設計水平，保障避難型建筑設計效果意義重大。

2校舍改建目標

文章以岱山小學改建避難型工程為例，該小學位于南京市保障房片區，于2012年投入使用。結合地區頒布的防震減災要求，需要將校舍改造成應急避難專項場地，兼顧防災避難型建筑功能[1]。在避難型建筑改建設計期間，應當嚴格遵循以人為本、安全可靠、平災結合等設計原則，確保實際設計工作能夠在控制地震危害中發揮出重要作用。經過實際調查研究發現，文章案例中的小學建筑總面積為12368m2，地面建筑共四層，總高度為15.3m，屬于框架結構。結合地區防災標準，將該小學改建成遇難建筑，要求避難建筑的最長開放時間為100d。每一層建筑中均設置一個避難單元，有效避難建筑面積為5786m2，避難人數可達到1743人，避難住宿總面積為3486m2。在經避難場所建筑改造后，需要在建筑內部設置應急管理區、應急醫療衛生區、應急物資儲備存放、應急垃圾收集等區域，要求避難建筑以住宿為主。

3災時負荷等級

就目前來看，避難建筑內部電力設備電力負荷等級存在著比較明確的劃分標準，需要在避難場所建筑電氣設計過程中，將設計內容作為應急電源容量計算與應急供配電計算依據，從根本上提升避難型建筑設計水平，需要清楚劃分校舍建筑避難時常用設備的電力負荷等級。（1）一級負荷。在校舍避難建筑改變過程中，一級電氣設備負荷主要涉及消防系統、應急照明系統、通信系統、監控系統、醫療救助房內照明系統等。（2）二級負荷。二級電力負荷設備內部涉及應急供水設備系統、管理區正常照明以及醫療救護房間內空調、熱轉換設備[2]。（3）三級負荷。三級負荷電力設備主要就是除一級電力設備、二級電力設備以外的其他設備種類。通常情況下，電力負荷常見等級為二級。二級負荷內部涉及了消防系統、應急照明系統、通道照明以及安防監控系統等設備，其運行效果可直接影響到避難建筑實際服務功能。

4應急供電系統設計

在既有校舍改建避難型建筑前，學校中已經建成了一座變配電所，可以從市政電網內引入兩回路電壓，將電壓控制在10kV，電源頻率為5Hz。同時，在高壓柜中包括10kV環網柜，低壓主接線采用單母線分段，中間配備母聯開關的配電設備，低壓主進線開關、聯絡開關之間的電氣與機械聯鎖。在實際改建后，避難型建筑的應急功能保障級別為二級，災時需要具備除正常電力系統電源，另再引接臨時電源的條件。

4.1應急電源形式

為從根本上保障避難型建筑電氣設備運行水平，還需要借助專業的咨詢工作，確保建筑各等級場所的經濟指標能夠滿足現行部門規劃及各類需求。經過對實際施工現場進行全面勘察，發現該校舍建筑空地較為狹窄、單體建筑物無充足的面積設置柴油發電機房[3]。為確保校舍改建避難建筑環節有序開展，可以將應急電源設置成移動式應急柴油發電機電源。在災害發生的情況下，兩路電力系統的電源裝置均無法正常運行，還需要相關管理人員手動合閘，啟動柴油發電機組。

4.2移動式發電機組

相較于普通發電機組而言，移動式發電機組具備啟動速度快、運行維護便捷、不需要固定機房等優勢，可以被廣泛應用在建設場地較為狹窄的施工項目中。但在移動式發電機組運行期間，需要預留充足的室外操作場地以及接地端子，移動發電機組在平時不運行的情況下需要被儲藏在專用的倉庫內。

4.3應急電源持續供電

學校是長期、固定式的避難型場所，需要著重關注校舍建筑內電氣系統設計與改建工作，確保應急電站能夠為該建筑進行持續供油。通常情況下，發電機組發出的電量與耗油量關系極為密切，需要著重考慮到油量消耗情況，合理計算出油箱內油品的使用時限。由于學校內部師生數量多、人口密集度大，空地較為緊張。為切實滿足消防與合理規劃要求，應當避免在電氣設計過程中，使用預埋空地儲油罐或存放儲油桶等方式。通過與工程各建設單位進行積極協商，在電氣設計期間決定將儲存油料及裝置設置在校外，確保油料存放地點與應急避難場所地點保持適宜距離，在待載及災前避難準備過程中，應當由專業運輸車輛運輸油料，確保油料能夠及時補給。針對近幾年地震災害調查結果，發現國內電力系統保障能力正處于逐步提高的階段，恢復供電的時間日漸縮短。因此在校舍改建成避難型建筑過程中，可以結合當地電力系統實際運行情況有針對性地減少油料儲存量。當前國內市場已經具有較為成熟的油料供應商，可為遇難性建筑中的移動電站提供租賃以及維修保養服務。在避難型建筑改建期間，相關管理部門能夠采用外包的方式，要求供應商在災時提供更加全面的應急電源服務項目，節省下充足的應急災害管控資金以及人員投入成本，從根本上保障避難建筑整體服務水平。

4.4蓄電池（EPS）

在避難建筑設計初期，應當著重考量蓄電池設計工作，將蓄電池作為有效補給方案，以從根本上縮短電能轉換所需時間。與柴油發電機組相比，蓄電池的蓄配容量不足，實際采購與維護成本較高。但將其應用在避難建筑中，能夠將轉換時間控制在最低范圍之內，能夠切實滿足防災避難電源系統轉換時間要求，如不同消防等級其他應急系統毫秒級需求等。通過分析現行避難建筑電氣設計規范要點，發現現行避難規范中沒有針對轉換時間設置具體要求。在災害發生前期，如電力系統雙回路中的電源全部失電，應急燈具均需配備蓄電池，要求蓄電池存儲的電量應當滿足建筑內所有人員疏散需求。通過對避難建筑電氣設計方案的經濟適用性與技術可行性進行分析，發現將蓄電池作為應急電源應用在校舍改建避難建筑中的綜合效益不高，因此可以將其替換成應急柴油發電機組設備。

4.5應急電源容量計算

結合現行電氣設計規范，要求柴油發電機組的供電容量滿足一級與二級電力負荷要求。通過分析避難人員長期居住及夜晚基本照明要求，需要應急電源的供電電容量符合實際標準。如果在電力運行期間出現負載較大的情況，也可以就現場實際建設要求對電力系統進行靈活處理，限制部分三級負荷裝置。通過收集建設現場發電機組穩定功率、可靠系數、需要系數、總設備容量等，計算出該柴油機組發電容量值，選取適宜的移動型柴油機組發電機組。

5應急配電系統設計

在校舍建筑改造前，豎向配電系統需要依照平時要求進行設計。應急照明等小容量負荷應當采用樹干式配電、照明、空調、廚房用電等大容量負荷方式，消防用電需要使用雙電源切換到末端方式。在不同等級電力負荷設施上應當具有獨立回路，如消防系統、應急照明系統、醫療救護房間內的設備及照明系統等。要求每個避難單元設置不同種類專用電源配電柜與配電箱。為切實提升電源配置水平，需要在建筑內各單元配備應急照明層箱、主要醫療區配電箱、安防監控通信配電箱、應急水泵、動力配電柜。注重在避災建筑中設置應急智能化系統，建設與當地應急救援中心相互配套的聯系網絡。將校內廣播系統轉變成應急廣播系統，并在應急配套用房中建設廣播支路與揚聲器，確保各類重要的避災信息能夠及時傳輸給避難人群。

6結束語

總之，為切實發揮出校舍建筑改建避難型建筑運行期間的最大作用，成為應急避險、安置災民、救治傷員的重要場所，需要嚴格管控電氣設計環節，要求電氣設備能夠為工作人員提供系統的避災服務。

參考文獻：

[1]易槧槧.某超高層辦公大樓的配電與照明系統的設計及應用[D].株洲:湖南工業大學,2018.

[2]劉昊.節能技術在建筑電氣設計中的應用[J].住宅與房地產,2021(15):123-124.

[3]史書元.建筑電氣設計中的消防配電設計研究[J].大眾用電,2021,36(6):75-76.

作者：陳云 單位：江蘇省第二建筑設計研究院有限責任公司