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建筑电气设计内容和深度

时间:2020-03-26 09:03:00点击量:199 作者:杨超月

一、建筑电气设计的概念

建筑电气设计内容和深度



1.设计的概念

设计是一个构思表达、再构思表达、反复推敲、不断深入发展和进行评价的过程。基本上可以概括为博览、创意、构思、表达等几个阶段。博览是博览群书,直接和间接地学习各方面的知识。通过听讲、看书、参观访问、观摩等各种方式,对各种建筑物及建筑物中的各种设备、技术规格和空间尺度要心中有数。

接到设计任务后,就要创意。只有书本知识是不够的,生活体验和设计经验往往也非常重要。在创意中要善于找出问题、揭示矛盾、分析研究、解决疑难。创意就是对具体问题提出解决的思路。创意可能是模糊的,但它对以后的设计至关重要,好的创意才能发展下去,而创意不当就会步履维艰。

好的创意不等于好的设计,因为设计中的矛盾是错综复杂的,一开始矛盾没有展开,而是随着思维的发展而逐步展开,并在展开的过程中逐一对这些问题寻找理想的解决方案。这一过程就是构思发展过程,就是从创意到成熟的过程,这个过程中很重要的就是思维的表达。

思维产生于人的头脑,是个瞬时的火花,这种印象产生后必须抓紧时间记录。好记性不如烂笔头,设计是构思的过程,也是动手的过程。思维借助语言完成,建筑工程设计语言就是图纸或模型。因此,将自己的设计构思表达成为图纸,是设计人员的基本功。

设计过程从一开始到深入下去,各阶段思维的广度、深度都不同,表达方式、工具也可能是多样化的。表达方式和工具要适应思维的速度,推动思维发展成熟。

2.服务的对象

设计是为甲方(业主)的功能需要服务的,也是为施工单位的施工需要服务的。在满足国家有关规定的前提下,设计人员应树立服务意识、树立合作观念、树立敬业精神。对建筑电气专业的设计人员而言,妥善处理与各个专业之间的关系是十分重要的事情,在协调上所用的时间甚至可能超过埋头设计的时间。

3.设计的内容

现代建筑趋于多元化的风格,高度大、面积大、功能复杂,电气设计内容也日趋复杂,项目繁多。建筑电气设计从狭义上仅指民用建筑中的电气设计,从广义上讲应该包括工业建筑、构筑物和道路、广场等户外工程。

传统建筑电气设计只包括供电和照明,而今天一般将其设计的内容形容为强电和弱电。将供电、照明、防雷归类在强电,而其余部分,如电话、电视、消防和楼宇自控等内容统统归于弱电。这种分类以电压的高低为依据,强调了电气设计中所增加的消防、电讯和自控内容与传统电气设计内容完全不同,容易理解,所以很快被人们所接受。

但是,这种按电压高低进行分类的方法并不严谨,如:动力设备的二次控制回路,其电压可能很低;而消防回路中的联动也不宜与配电箱完全分割开。又如人防设计、防雷设计、保安设计等功能性设计,其内容不仅仅是弱电信号的报警,也包含有动力、照明的联锁反应。又如防雷接地,强弱电都要求,而且有向等电位联结发展的趋势,实际上又很难分开。如果电气设计仅仅以电压高低进行分工,势必造成强弱两个子工种之间交叉过多,界限不清楚。

4.电气设计的分类

本书中将尝试一种新的分类方法,就是按功能分类。既然建筑设计是为业主的功能需要服务的,将满足某一类需要的相关设计内容放在一起考虑应该是合情合理的。为此,笔者对建筑电气的要求进行了总结,提出本书的分类方法,愿意以一孔之见与各位同行做进一步的交流。考虑到防雷、消防等内容都是出于对减少建筑物灾害的功能设计,特增加了电气减灾一篇,并将保安监控、防空袭、防爆炸等内容归并其中。而电讯和楼宇集控的出现不仅仅是减灾的需要,也是人们对理想生活环境的追求。出于对信息时代不断发展的新技术考虑,建筑电气的设计内容应能扩展,而信息正是其核心词。减灾篇和信息篇中的内容多是建筑电气设计新增加的内容,而传统的供电篇和照明篇原本就有所界定。

这样分类还有另外一个原因是出于工作量的考虑。对于大型复杂建筑物,以平面图而言,传统强弱电都不只一张。由于消防、电视、广播、保安、综合布线(网络和电话)的要求并不相同,出于方便施工和报批的角度,往往要分别出图。将传统弱电改为减灾和信息,与传统强电的供电和照明并列,可以更加真实地反映出变化后的工作量,也使建筑电气的四个子专业能够大体平衡。下面将进一步叙述建筑电气四个子专业的具体设计内容。

二、供电系统
建筑供电主要是解决建筑物内用电设备的电源问题。包括变配电所的设置,线路计算,设备选择等。

1.供电电源及电压的选择

供电设计:包括供电电源的电压、来源、距离和可靠程度,目前供电系统和远景发展情况;用电负荷的性质、总设备容量和计算负荷;变配电所的数量、容量、位置和主接线;无功功率的补偿容量和补偿前后的功率因数;备用容量和备用电源供电的方式;继电保护的配置、整定和计量仪表的配置。

为了保证供电可靠性,现代高层建筑至少应有两个独立电源。具体数量应视当地电网条件而定。两路独立电源运行方式,原则上是两路同时使用,互为备用。此外,还必须装设应急柴油发电机组,并要求在15s内走道恢复供电,保证应急照明、消防设备、电脑电源等用电。国内高层建筑大都采用10kV等级,对用电量大而且有条件的,建议采用35kV深入负荷中心供电。

2.电力负荷的计算

电力负荷是供电设计的依据参数。计算准确与否,对合理选择设备、安全可靠与经济运行,均起着决定性的作用。负荷计算的基本方法有:利用系数法、单位负荷法等,详见第7章。

3.短路电流计算

计算各种故障情况,以确定各类开关电器的整定值、延时时间。

4.高压接线

好的设计能够产生巨大的效益,这是工程师设计的主要目的。如何因地制宜,保证高低压接线的安全、合理、经济、方便,是我们的一个重要课题。

现代高层建筑一般要求采用两路独立电源同时供电,高压采用单母线分段、自动切换、互为备用。母线分段数目,应与电源进线回路数相适应。只有供电电源为一主一备时,才考虑采用单母线不分段的型式。若出线回路较多时,通常考虑分段。电源进线方式多采用电缆埋地或架空引入。

高压配电系统及低压干线配电方式常采用放射式,楼层配电则为混合式。现代高层建筑的竖井多采用插接母线槽。水平干线因走线困难,多采用动力与竖井母线通过插接箱连接。每层楼竖井设层配电小间,经过插接箱从竖井母线取得电源。当层数较多或负荷巨大时,可按楼层分区供电或将变压器分散布置,但要进行经济分析。

5.低压配电线路设计

首先确定进户线的方位,然后确定各区域总配电箱、分箱的位置,根据线路允许电压降等因素确定干线的走向,管材型号和规格,导线截面等,绘制平面图。

低压配电系统的各级开关,一般采用低压断路器。设计时注意选择性,保护等级不宜超过三级。重要负荷要求两路供电、末端切换,如消防电梯,要求在电梯机房设置切换装置、互为备用。配电设计包括配电系统的接线、主要设备选择、导线及敷设方式的选择、低压系统接地方式选择等。

6.电气设备选择

现代建筑要求电气设备防火、防潮、防爆、防污染、节能及小型化。电气设备有的需要引进。设备引进是一项技术性、政策性很强的工作,对国际市场的产品动态及发展趋势都应有一定了解,具备必要的国际贸易常识。

电气设备的选择是涉及多种因素,首先要考虑并坚持的是产品性能质量。电气产品的选用必须符合国家有关规范。其次才是经济性,要根据业主功能要求、经济情况做出选择。随着人们环境保护意识的日益增加,选择环保产品、节能产品也是新的时尚,这就不仅仅是钱的问题了。

电气工程师所要选择的产品包含在每个设计子项之中,主要有电源设备、高低压开关柜、电力变压器、电缆电线、母线槽、开关电器、照明灯具、电讯产品、消防安防产品、楼宇自控产品等。

7.继电控制与保护

没有十全十美的系统,没有100%可靠的设备,对于各种突发的意外情况,对关键点进行保护,是电力系统工程师的职责之一。

8.电力管理

功率因数要求补偿到0.9~0.95,可采用集中补偿或分散补偿方式。为降低变压器容量,集中补偿装置通常采用干式移相电容器,设置在低压配电柜一起。

9.变配电所设计

根据建筑特点,确定变电所设计是建筑供电的重点,其设计的内容主要有:变配电所的负荷计算;无功功率补偿计算;变配电室的位置选择;确定电力变压器的台数和额定容量的计算;选择主接线方案;开关容量的选择和短路电流的计算;二次回路方案的确定和继电保护的选择与整定;防雷保护及接地装置的设计;变配电所内的照明设计;编制供电设计说明书;编写电气设备和材料清单;绘制配电室供电平面图;二次回路图及其他施工图。

10.电梯

电梯按使用功能分类有:高级客梯、普通客梯、观景梯、服务梯、消防梯、货梯、自动扶梯等;按速度划分有:低速梯、快速梯、高速梯和超高速梯;按电流分为直流和交流梯。设计人员的任务是确定电梯台数和决定电梯功能。电梯的配置和选型,往往是建筑师根据建筑需要作出决定,但电气设计人员宜参与协商,与建筑师共同研究确定。为缩短候梯时间、提高运输能力,采用高速电梯、分区控制和电脑群控已经是常见的。

三、照明系统
电气照明设计包括设计说明、光源选择、照度计算、灯具造型、灯具布置、安装方式、眩光控制、调光控制、线路截面、敷设方法和设备材料表等。照明设计和建筑装修有着非常密切的关系,应与建筑师密切配合,以期达到使用功能和建筑效果的统一。绿色照明是指在设计中广泛采用新的材料、技术、方法,达到节能、高效及环保的要求。

1.电光源

选择人工光源是照明设计的第一步。从爱迪生发明白炽灯以来,电光源也几经改朝换代。了解各类电光源的特点是我们电气设计工程师的职责。

2.照明计算

照度计算是设计的理论根据,一丝不苟地进行照度计算、三相平衡计算、灯具配光曲线选择,是照明设计的基本功。有人认为,照明设计是比较容易的一部分,那是仅仅看到照明设计人员在一个又一个画灯泡的现象,而不了解照明设计所涉及的复杂理论和在实际选型中所涉及的多种因素。

3.灯具选型

根据不同的场合选择不同的灯具,以达到预期的效果,往往需要电气工程师与建筑师协商。电气工程师需要更多的考虑技术规格方面的因素,如灯具效率、照度值、功率消耗等,而某些涉及美学的问题,属于仁者见仁、智者见智,建筑师和业主往往有不同的见解。实际工作中,电气工程师有责任对建筑物的基本照明做出安排,对灯具进行选型。

4.应急照明

100%的电源迟早会出现会出现中断,出于生理和心理的安全需要,设置应急照明是必须的。见本书第19章的内容。

5.环保和节能

(1)环保:环境保护的重要性不言而喻,我们只有一个地球,破坏环境无异于杀鸡取卵。增强电气工程师在设计中的环保意识,是我们应尽的责任。

(2)节电:节省能源是我国经济建设中的一项重大政策,节约用电是节约能源中的一个重要方面,它直接关系到建筑物的运行效率和其中人们的生活、工作。节电方案的设计应根据技术先进、安全适用、经济合理、节约能源和保护环境的原则确定。采用合理的配电方式,采用高效电气设备,采用无功功率补偿和电脑优化控制等措施,节约用电。

四、电气减灾系统
1.安全用电

人的生命安全是我们在运行电力系统中所必须首先考虑的问题。电是双刃剑,安全使用才能带来方便和效益,我们应该牢记:安全第一。有关安全用电的知识见本书第21章。

2.防雷

雷击是一个概率事件,设置接闪器等防雷装置增大了落雷的概率,但可以有效地控制雷击灾害。传统的防雷方法是采用避雷针、避雷带等,近年来用过的有消雷器和放射式避雷针,但在国内理论界基本是否定的。而提前放电和抗雷器等避雷方法理论界还在争论之中。本书22章有简练的综述。

3.防火

随着建筑物的日趋复杂化,功能的多样化,防火问题变得越来越重要。由于电气原因引起的火灾也在不断上升之中。建筑防火设计包括所有的设备专业,水要有喷淋、消防泵,暖通要有防排烟,电气的火灾探测器、通信和联动控制系统更是必不可少的。

4.防盗

现代社会科技的发展使我们拥有了更多的手段来保证自身和设备的安全。防盗设计包括:闭路监视系统、巡更系统、传呼系统、车库管理系统等。

5.防空和防爆

战争和意外爆炸也是设计建筑物要考虑的问题。作为电气设计工程师,在作设计绘图中要根据需要研究和落实保安措施。

五、信息系统
1.电视

为了使用户收看好电视节目,公共建筑一般都设置共用天线电视接收系统CATV和有线电视系统CCTV。它们都是有线分配网络,除收看电视节目外,还可以在前端配合一定的设备,如摄象机、录象机、调制器,自己制作节目形成闭路电视系统进线节目的播放。

进行分配系统设计时,应合理确定电视机输入端的电平范围。视频同轴电缆、高频插接件、线路放大器、分配器、分支器的选择,应注意系统的匹配及产品的质量。天线的位置十分重要的,应该选择在没有遮挡、没有干扰、安装方便的地方。

2.电话

电话设计包括电话设备的容量、站址的选定、供电方式、线路敷设方式、分配方式、主要设备的选择、接地要求等。

3.广播

旅游建筑的音响广播设计包括公众广播、客房音响、高级宴会厅的独立音响、舞厅音响等。公众音响平时播放背景音乐,发生火灾时,兼作应急广播用。客房音响的设置目的是为客人提供高级的音乐享受,建立舒适的休息环境。高级宴会厅多是多功能的,必须设置专用的音响室,配备高级组合音响设施,以适应各种不同会议要求。餐厅、多功能厅、酒吧间为满足各类晚会的需要,宜配置可移动的音响设备。高级饭店前厅一般要设计音乐喷泉。

4.网络

网络设备的出现是随着信息工业的发展而出现在建筑物中的新事物。信息时代的到来,使我们的生存成了比特的组合。

5.电脑管理系统

电脑管理系统是指对建筑物中人流、物流进行现代化的电脑管理,如车库管理、饭店管理等子系统。

6.楼宇自控

自动控制与调节:包括根据工艺要求而采用的自动、手动、远程控制、联锁等要求;集中控制或分散控制的原则;信号装置、各类仪表和控制设备的选择等。楼宇自控是智能建筑的基本要求,也是建筑物功能发展的时代产物。楼房不仅仅是遮风避雨的居所,也是实现梦想的舞台。

建筑供电设计是建筑工程设计的一部分,在不同的设计阶段有不同的深度要求。那种超越设计阶段的做法不是锦上添花,而是画蛇添足。

六、设计深度
1.一般原则

设计施工中必须始终贯彻国家的有关政策和法律,符合现行的国家标准和设计规程。对于某些行业、部门和地区的工程设计任务,还应该遵守这些行业、部门和地区的有关规定。但是,在规范的前提下,应该尽量满足建设单位的需要,竖立服务思想。建筑供电的设计一般原则归纳起来有以下几点。

(1)建筑电气设计必须严格依据国家规范,这是不言而喻的。为加强对建筑工程设计文件编制工作的管理,保证设计质量,国家制订了相关标准。建筑供电设计和施工必须贯彻执行国家有关政策和法令,设计文件的编制符合国家现行的标准、设计规范和制图标准,遵守设计工作程序。

(2)根据近期规划设计兼顾远景规划,以近期为主,适当考虑远期扩建的衔接,以利于宏观节约投资。

(3)必须根据可靠的投资数额确定适当的设计标准:如灯光设计标准,规范只给了最低的标准。而设备档次(如灯具豪华程度、装修标准)等取决于投资数额,有多少钱办多少事。

(4)根据用电负荷的等级和用电量确定配电室电力变压器的数量,配电方式及变压器的额定容量等。

(5)建筑工程作为商品,必须考虑其经济效益、成本核算、用户满意程度、商品流通环节是否通畅、扩大再生产的能力等。

(6)设计应结合的实际情况,积极采用先进技术,正确掌握设计标准;对于电气安全、节约能源、环境保护等重要问题要采取切实有效的措施;设备布置要便于施工和维护管理;设备及材料的选择要综合考虑。

(7)建筑电气设计是整个建筑工程设计的一部分,设计过程中要与有关建筑、结构、给排水、暖通、动力和工艺等工种密切协调配合。

2.设计步骤

在项目决策以后,建筑工程设计一般分为初步设计和施工图两个阶段。大型和重要的民用建筑工程,在初步设计之前应进行方案选优。小型和技术要求简单的建筑工程,可以方案设计代替初步设计。

当接受建筑工程设计任务时,首先应落实设计任务书和批准文件是否具备;检查需要设计的项目、范围和内容是否正确。上述手续齐备后就可办理设计委托文件。

设计人员在开展设计工作前,应进行调查研究,收集必要的资料,把有关的基本条件搞清楚,这是保证设计质量、加快设计进度的前提条件。然后,按照设计各阶段的深度要求,编制设计文件。经过审核后,报请有关主管部门审查批准,交施工单位。施工开始前,设计人员要相施工单位的技术人员或工程负责人作工程技术交底。施工过程中应对有关设计方面出现的技术问题负责处理。工程竣工后,参加工程竣工验收。

对于大型建筑工程,如果技术要求高的、投资规模较大的建设工程项目及大型民用建筑工程设计,在初步设计之前还可根据有关部门或建设单位的需要进行方案设计,对设计工程作出一个或若干个设计方案,交有关部门或建设单位的需要进行设计,这样可避免在初步设计中一些重大原则问题作出较大的改动或造成返工。对于工艺上比较复杂而又缺乏设计经验的工程,可以增加工艺设计阶段。小型建设工程设计可用方案设计代替初步设计。

对于一般的工程项目,设计单位需要将编制初步设计的文件交建设单位电气报请上级及有关主管部门批准后,方可根据正式审批意见进行施工图设计。对于建筑电气设计有关部门一般有:城乡规划部门、供电部门、邮电部门、消防部门、人防部门、环境保护部门和文物部门等。

3.设计文件的编制

设计文件包括:设计说明书,图纸目录,设计图纸,主要设备及材料表,投资概预算表,计算书等。其中设计图纸的绘制,应按照GB和IEC标准执行。主要内容有外线总平面供电设计、变配电室的设计、车间动力供电设计、建筑照明设计,共用天线电视系统设,广播和电话系统设计等。

下面将叙述有关说明书和图纸应表达清楚的内容。需要指出的是:这些内容不是详细无遗的,也不是每一个设计文件都必须包括的,每一个具体的建筑工程项目应包括哪些电气内容,应依据其特点和实际情况而定,但深度应满足要求。

4.设计文件的具体内容

施工图设计文件主要以图纸表示,设计说明作为图纸的补充,凡是图纸上已经表示清楚的,设计说明就不必重复了。

(1)设计说明

建筑工程项目一般都需要写一个施工总说明,给出本工程的总体概念。对于各分项工程局部问题可在其图上写出。

总说明的内容为:工程一般性介绍,如设计依据,包括根据整个工程的设计任务书与电气有关的内容;与当地的供电、邮电等有关部门的协商文件;本工程其他专业所提供的资料和要求。如果是改、扩建工程,应写明与原工程的关系。

初步设计图纸一般包括以下内容:供电设计总平面图、变配电所平面图、高低压供电系统图、低压及照明配电系统图、弱电布置系统图和平面图。

(2)外线工程供电设计

主要是确定供电的形式是采用电缆供电还是架空线路供电,是用放射式线路还是树干式供电线路,计算导线的截面,绘制总平面图。

具体图纸的设计内容见前面的说明,特别需要指出的是:除了设计图纸以外,还应该有设计计算书。