某大型博物館電氣設(shè)計方案研究

摘 要：針對大型博物館電氣設(shè)計的復(fù)雜性問題，詳細給出了電氣設(shè)計方案。首先概述工程總體情況，包括博物館的基本結(jié)構(gòu)和電氣需求。在系統(tǒng)設(shè)計方案部分，分析供配電系統(tǒng)，包括對電力負荷的計算和具體設(shè)計方法。對于應(yīng)急照明系統(tǒng)，依據(jù)設(shè)計標準，提出確保參觀者和展品安全的照明方案。在火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的設(shè)計中，探討開式高壓水霧滅火和預(yù)作用噴水滅火兩種先進設(shè)計方案。而后討論設(shè)計中的重要注意事項，包括用電安全、合理布局的預(yù)留進出管線以及故障保護措施的設(shè)計，以期為類似建筑的電氣設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：大型博物館；電氣設(shè)計；方案

中圖分類號：TU85" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2024）14-0016-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.14.004

0" " 引言

在當代社會，大型博物館作為文化、藝術(shù)和歷史的載體，其功能已遠遠超越傳統(tǒng)的展覽和收藏。隨著科技的發(fā)展，博物館的展覽形式越來越多樣化，數(shù)字化和互動化元素的加入，使得電氣設(shè)計成為保障博物館正常運營和提升觀眾體驗的關(guān)鍵因素。特別是在保護珍貴文物和藝術(shù)品、保障公眾安全的同時，還需要考慮到能源效率和環(huán)保問題。因此，本文的目的在于探討和解析大型博物館電氣設(shè)計的新策略和方法，以滿足這些現(xiàn)代化建筑的特殊需求。通過對供配電系統(tǒng)、應(yīng)急照明系統(tǒng)、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的深入研究，旨在提供既安全又高效的電氣設(shè)計方案，以此作為未來類似項目的參考標準。

1" " 工程概況

該大型博物館項目位于城市中心，具有獨特的“L”形設(shè)計，東西長約520 m，南北寬度在東側(cè)為85 m，西側(cè)為95 m，展現(xiàn)出現(xiàn)代化建筑的美學(xué)和實用性?？傆玫孛娣e為48 000 m2，建筑總面積達42 000 m2，其中地上建筑面積16 000 m2，地下建筑面積26 000 m2。本項目一層常設(shè)展廳建筑面積3 100 m2，該建筑共分為地上3層和地下2層，最大建筑高度為25.50 m。設(shè)有400個機動車停車位，其中地上120個，地下280個。特別設(shè)計的人防設(shè)施位于地下一層，可在必要時作為人員掩蔽所。博物館的建筑分類為多層大型綜合性博物館，采用一級耐火材料，設(shè)計使用年限為55年，抗震設(shè)防烈度達到7度。

2" " 系統(tǒng)設(shè)計方案

2.1" " 供配電系統(tǒng)

2.1.1" " 負荷計算

在設(shè)計特大型博物館的電氣系統(tǒng)時，考慮到其建筑總面積約為42 000 m2，包括16 000 m2的地面建筑和26 000 m2的地下結(jié)構(gòu)，將其定位為特大型建筑。根據(jù)JGJ 66—2015《博物館建筑設(shè)計規(guī)范》，此種規(guī)模的項目對電氣系統(tǒng)的負荷計算有著嚴格的要求[1]。在本項目中，重要系統(tǒng)如消防、安全、數(shù)據(jù)中心和珍貴展品區(qū)的用電需求被分類為一級負荷。同時，電梯、日常用水泵、污水處理設(shè)備及展廳照明等也被歸入一級負荷。對于空調(diào)、展覽用電和廚房設(shè)施等，則被劃分為二級負荷，而辦公區(qū)和充電站等被視為三級負荷。負荷計算采用兩種主要方法：基于單位面積的負荷估算和需要系數(shù)法[2]。最終各展廳負荷如表1所示。

2.1.2" " 具體設(shè)計

項目在博物館地下一層安排一座10/0.4 kV的配電站，位于電力負荷的中心位置。該站配備了6臺變壓器，其中3臺為1 600 kVA型號，另外3臺為1 350 kVA型號，確保各類負荷需求的高效滿足[3]。特別是一些變壓器，專門用于空調(diào)系統(tǒng)，可在負荷較低的季節(jié)進行有效的能源管理。設(shè)計中考慮博物館未來可能面臨的挑戰(zhàn)，如藏品種類的增加、參觀者數(shù)量的上升，展示方法、文物保護和教育研究的進步對于大功率的恒溫恒濕負荷、實驗室負荷以及其他重要負荷，設(shè)計采用放射式的供電方式。同時，照明和常規(guī)負荷則采用了樹干式和放射式相結(jié)合的供電模式，以實現(xiàn)電力的均衡分配和有效利用。針對博物館的特殊要求，如火災(zāi)報警、應(yīng)急照明、安全系統(tǒng)和通信系統(tǒng)等關(guān)鍵系統(tǒng)，設(shè)計中包含了不間斷電源（UPS）作為應(yīng)急電源，以保證在緊急情況下這些系統(tǒng)的連續(xù)運行。供電系統(tǒng)設(shè)計方案見圖1所示。

2.2" " 應(yīng)急照明系統(tǒng)

2.2.1" " 設(shè)計標準

在執(zhí)行大型博物館電氣設(shè)計方案時，特別關(guān)注應(yīng)急照明系統(tǒng)的設(shè)計準則。依據(jù)JGJ 66—2015《博物館建筑設(shè)計規(guī)范》指出疏散通道和展覽區(qū)的地面平均照度不得低于5 lx，這一標準高于GB 51309—2018《消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)技術(shù)標準》中的3 lx最低要求。據(jù)此，在設(shè)計實施中應(yīng)優(yōu)先考慮遵循JGJ 66—2015《博物館建筑設(shè)計規(guī)范》的高標準。對于凈空超過8 m的高層展廳區(qū)，推薦使用B類燈具[4]。備用照明系統(tǒng)的照度應(yīng)保持在常規(guī)照明水平的10%或以上。而在選擇疏散指示燈時，必須根據(jù)室內(nèi)高度來定。例如：超過4.5 m的室內(nèi)應(yīng)采用超大型或大型標志燈。

2.2.2" " 具體設(shè)計

在本博物館的照明方案中，鑒于各展覽室形狀的差異性，尤其需關(guān)注屋頂?shù)奶卣骱蛷澏?，以及燈具設(shè)置的高度。博物館內(nèi)部存在許多高空區(qū)域，在挑選照明設(shè)施時，高度成為關(guān)鍵考慮點。對于公共空間，利用智能控制系統(tǒng)來調(diào)控照明燈具的開關(guān)。在展覽廳的精致照明設(shè)計中，初期設(shè)計階段就應(yīng)考慮足夠的電力支持。與此同時，涉及精裝修的其他區(qū)域也應(yīng)事先計劃好電力和電路的備用安排。備用照明方面，依照項目早期的規(guī)劃，留出常規(guī)照明容量的10%?？紤]到該項目空間布局的復(fù)雜性及其內(nèi)部高大空間的存在，緊急照明設(shè)計時需要充分考慮空間因素。在設(shè)計逃生指示燈時，根據(jù)就近原則設(shè)定指示方向，以便于快速疏散人員并確保安全。此外，基于建筑的整體布局，合理設(shè)置安全出口的指示標志。

2.3" " 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)

2.3.1" " 開式高壓水霧滅火

在設(shè)計開式高壓水霧滅火系統(tǒng)時，其電氣設(shè)計需參考氣體滅火系統(tǒng)的自動聯(lián)動控制原則。關(guān)鍵的設(shè)計要素包括：高壓水霧泵控制柜通常作為整體由供應(yīng)商提供，而電氣工程師的職責是確保消防電源的接入以及手動控制線路的安裝。在消防指揮中心，必須實現(xiàn)對高壓水霧泵組的遠程手動啟動功能。為防止系統(tǒng)誤操作，每個防火區(qū)域都需要裝備感煙和感溫探測器。在高壓水霧覆蓋區(qū)的每個進出口的內(nèi)外兩側(cè)，應(yīng)安裝聲光警報器，并在外部增設(shè)噴霧指示燈。此外，每個獨立分區(qū)都應(yīng)裝備控制閥，并需接入220 V的消防電源，配備輸入輸出模塊和手動控制線路。

2.3.2" " 預(yù)作用噴水滅火

在規(guī)劃預(yù)作用噴水滅火系統(tǒng)的電氣方案時，其控制方式主要包括單聯(lián)鎖（只由火警控制系統(tǒng)激活）和雙聯(lián)鎖（由火警控制系統(tǒng)和安裝在充氣管路上的壓力傳感器共同控制）。在單聯(lián)鎖系統(tǒng)中，電氣工作的核心是管理位于預(yù)作用報警閥組之前的電磁閥，而在雙聯(lián)鎖系統(tǒng)中，則需要同時管理這個電磁閥和安裝在快速排氣閥之前的電磁閥。在這個項目中，選擇單聯(lián)鎖控制方案。遇到火災(zāi)情況時，消防系統(tǒng)的聯(lián)動控制器會啟動預(yù)作用報警閥組前的電磁閥，實現(xiàn)系統(tǒng)的濕式轉(zhuǎn)換。電磁閥配備有控制箱，能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制、消防指揮中心的遠程控制和現(xiàn)場手動控制。電氣系統(tǒng)需要為控制箱供應(yīng)220 V的消防專用電源，并安裝輸入輸出模塊及手動控制線路。

3" " 設(shè)計注意要點

3.1" " 用電安全

在博物館電氣設(shè)計中，考慮到公眾互動性強，在展覽區(qū)域電氣設(shè)計需與室內(nèi)設(shè)計團隊緊密協(xié)作，確保所有電力設(shè)施如配電盤等不暴露于公眾視線中。同時，所有公眾可接觸的電氣部件需采用低電壓以保障安全，特別是涉水場所的電氣設(shè)備，必須采用極低電壓以避免觸電風險。在相對封閉且人員流動較少的儲藏區(qū)，電氣安全措施需更加嚴格。一是在儲藏區(qū)配電盤的進線處安裝具有防火限流功能的保護器，保護器能在電路發(fā)生故障時快速切斷電流，有效預(yù)防電氣火災(zāi)。二是合理規(guī)劃儲藏區(qū)的電力布局，將主配電盤設(shè)置在儲藏區(qū)外，并將其電力管理納入整體設(shè)備管理系統(tǒng)中，采用“人員到達時通電，離開時斷電”的策略，在儲藏區(qū)入口處設(shè)置插卡式電源控制系統(tǒng)，集成門禁與電源控制，無人狀態(tài)下實現(xiàn)斷電[5]。同時，將儲藏區(qū)的電力系統(tǒng)接入樓宇控制系統(tǒng)，便于遠程監(jiān)控和管理，增強安全性。根據(jù)JGJ 66—2015《博物館建筑設(shè)計規(guī)范》的要求，所有照明和插座都應(yīng)裝配防剩余電流保護裝置，以進一步保證用電安全。按照圖2所示設(shè)計庫房配電系統(tǒng)，保證用電安全。

3.2" " 預(yù)留進出管線

結(jié)合降板區(qū)域特點，電氣橋架路由設(shè)計需避開層高受限的區(qū)域，通過建筑模型確定頂板設(shè)置位置，確保橋架的敷設(shè)路徑不受高度限制的影響。在走廊等受限寬度的區(qū)域，將強電橋架與智能化橋架分層敷設(shè)，需要與水暖系統(tǒng)協(xié)調(diào)，合理利用空間，并在橋架路由需要穿越展廳等區(qū)域時提前與相關(guān)專業(yè)進行協(xié)商。針對二層展廳區(qū)域，由于屋頂采用鋼梁結(jié)構(gòu)，吊頂安裝方式為貼梁敷設(shè)。在設(shè)計中要注意梁下空間無法用于水暖電管線，因此需要巧妙地通過鋼梁的間隙進行管線穿越。在地下一層的主變電所，預(yù)留10 kV電纜進線套管，并同時預(yù)留低壓電纜出線套管，確保了電纜進出線的靈活性和未來維護的便利性?？紤]到人防區(qū)域位于地下二層，電纜需從地下一層進入，需要仔細核對預(yù)留管線的標高和預(yù)留高度，以確保電纜傳輸順利。在整體布局中，考慮到景觀用電和小型市政用電的需求，預(yù)留低壓電纜進出線套管（圖3），為未來的電氣布局變動提供了便利。

3.3" " 故障保護

根據(jù)GB 50057—2010《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》和GB 50169—2016《電氣裝置安裝工程 接地裝置施工及驗收規(guī)范》，過載保護需確保所有電氣設(shè)備按其額定容量運行。例如，變壓器、電動機等主要設(shè)備需安裝熱繼電器，以監(jiān)測和控制設(shè)備的溫度和電流，避免因長時間過載而導(dǎo)致設(shè)備損壞或火災(zāi)。依據(jù)GB 50054—2011《低壓配電設(shè)計規(guī)范》，需為每個電路配置合適的斷路器。斷路器應(yīng)能在毫秒級響應(yīng)短路電流，迅速切斷電源，防止電氣系統(tǒng)受到進一步損害。例如，主配電板的進線應(yīng)設(shè)置高斷容量斷路器，以應(yīng)對潛在的大電流短路事故。根據(jù)GB/T 13955—2017《剩余電流動作保護裝置安裝和運行》，漏電保護主要通過安裝漏電斷路器（RCDs）實現(xiàn)。這些裝置需能在30 ms內(nèi)檢測到30 mA的漏電流并斷開電源，以保護人身安全。利用智能電氣管理系統(tǒng)（如基于DB11/T

1439—2017《建筑智能化系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)范》），實時監(jiān)控電氣系統(tǒng)的運行狀態(tài)，如電流、電壓、功率和溫度等參數(shù)。

4" " 結(jié)束語

博物館作為文化和歷史的重要載體，其電氣系統(tǒng)設(shè)計的重要性不言而喻。本文深入探討工程概況、系統(tǒng)設(shè)計方案以及設(shè)計中的重要注意要點。

通過對供配電系統(tǒng)、應(yīng)急照明系統(tǒng)、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的詳細分析以及用電安全、預(yù)留進出管線和故障保護的細致討論，意在提供全面而具體的視角，理解電氣系統(tǒng)設(shè)計。

通過本文研究和討論，希望能夠為電氣設(shè)計領(lǐng)域，尤其是對于具有特殊要求的建筑如博物館等提供新的見解和參考。

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收稿日期：2024-01-15

作者簡介：李飛（1986—），男，北京人，高級工程師，研究方向：電氣技術(shù)管理。