深圳市一方建筑设计有限公司 王永全

相比传统的多层建筑，高层建筑具有容量大、功能多元化、结构复杂等特点，因此相对此类工程项目的施工整体难度更高[1]。电气设计是建筑工程项目施工中的重点环节，也是保障高层建筑居民用电安全、用电连续性的关键，为了实现对居民供电服务的优化，本文将以某高层建筑工程项目为例，对此项目的电气设计方案优化方法展开设计研究。

1 高层建筑电气设计主要内容及难点

可将建筑电气设计划分为三种主要类型，分别为电气智能化设计、强电设计与电气防雷接地设计。下文将以上述提出的三类设计内容为例，进行电气设计主要内容与工作难点的详细分析。

建筑电气中的强电设计主要包括0.4kV变配电设计、0.4kV低压供电系统设计、建筑照明配电系统设计、电力综合动力系统设计[2]。设计的内容包括电气设备对接电源设备电压的选择、供电过程中电力负荷等级的划分、继电保护工作的优化设计、变压装置的综合选型、电力负荷值精准计算、电力设备运行保护开关的选择、连接电缆的设计与选型。针对上述提出的设计内容，明确电气设计的目标为提供不同电气设备在运行中安全、可靠的供电电源[3]。

设计的重点为：电气设备的开关、导线要想实现对设备适配，需要经过大量的精密计算，才能保证所选型的设备与设计的成果与实际需求一致。综合上述分析，提出建筑电气中的强电设计难点：由于高层建筑覆盖面积较大，因此供电路径相对较长，为了避免出现设备运行负载的问题，需要选择可靠性较高、综合性较强的输电线路；当建筑电气设备中存在负荷量较大设备时，应根据设备的功能与实际运行需求，对其进行专项配电设计，一旦出现设计中的不合理问题，将对建筑整体的电网运行造成影响，严重情况下，甚至会影响到整栋建筑的供电、配电、输电安全。

建筑电气设计中的智能化设计内容包括电气火灾自动预警与主动监控设计、智能化布线设计、智能化安全防范设计、建筑电气全自动监控设计等[4]。在设计中，应注意对电气设备机型的选型、机房工程的优化建设等。提出智能化设计中的工作难点：高层建筑的电气综合布线较为复杂，而智能化设计需要实现对电气布线的综合调控，整体调控难度较高；智能化设计需要匹配电气设备智能化终端，因此在考虑电气设备与综合布线适配性的同时，全面考虑智能化终端的适配性。此外，应确保开发或设计的智能化内容满足电气系统综合运行需求，可以在排除电力系统兼容性的基础上，实现对电气功能的全面拓展与优化，保证对智能化技术的应用可以达到预期效果。

建筑电气中的防雷接地设计主要是指，通过对所选建筑的综合勘查与计算，掌握或预测建筑在一年中可能遭受的雷击次数，并在此基础上，结合建筑项目的特点与安全标准，确定建筑防雷等级。根据预设的防雷等级，选择与之匹配的防雷装置，保证建筑在极端天气下遭受雷击后，其中的电气设备可以排除干扰地继续运行。笔者根据自身工作经验，相对于多层建筑而言，高层建筑遭受雷击的可能性更大，因此一旦发生雷击事故，高层建筑的安全后果更加严重，整体经济损失更高。通常情况下，在进行高层建筑电气防雷接地设计时，会按照一类标准布置接闪装置[5]。

综合上述分析，提出此项工作的设计难点：高层结构建筑的配电系统较为复杂，为满足建筑内所有居民的用电需求，通常会布设大型或超大型配电系统，一旦在此过程中出现SPD设计不当的问题，雷击将直接损坏建筑中的电气设备与供配电网，不仅会造成较高的经济层面损失，还会诱发建筑火灾事故，严重情况下，会对建筑中群体生命安全造成威胁。

2 高层建筑电气设计方案

2.1 高层建筑照明体系设计

电气照明是高层建筑正常运行中的必要条件，在对其电气照明体系进行设计时，首先需要明确高层建筑对电气照明体系提出的基本要求，即根据高层建筑的功能及使用环境，对照明体系的照度、色温进行合理配置；针对照明要求较大场所，需要确保照明效果能够实现对周围环境的映衬以及对背景的美化。在明确上述设计要求的基础上，首先针对照明体系的光源进行选择，结合不同功能的高层建筑场所，选择合适的灯具以及控制方式。在选择时，应尽可能选择绿色节能型灯具，并且这一类灯具具备高效、使用寿命长等优势。通常情况下，一般高层建筑内可选用细管径直管荧光灯和紧凑型荧光灯，应选用三基色光源。

针对公共区域的照明可选用LED节能灯。在对照度值设计时，其偏差不得超过照度标准值的±10%，并且确保照明功率的密度值不大于目标值。针对灯具的布置位置也需要进行合理选择，尽可能避开干扰区域，并采用混合照明或全面照明相结合的方式。针对具备充足自然光条件的区域，应当尽可能利用自然光资源。在对照明光源选择时尽可能选择节能型的荧光灯作为主要灯源。在照明区域内，采用一灯一控的方式，对于公共走廊或大面积功能房，其照明应当采用多灯分组集中控制的方式。在完成对电气照明体系的设计后，针对其照度进行计算，并将计算结果与标准照度进行对比。照度的计算公式为：

上述公式中E为电气照明体系的照度；N为灯具数量；U为灯具利用系数；K为灯具亮度；A为光通量。根据公式（1），计算得出照度，将结果与标准照度对比，若低于标准照度则需要通过增加灯具数量或提高灯具亮度等操作，确保照明体系的照度条件符合标准。

2.2 高层建筑接地防雷体系设计

高层建筑的高度通常在80m以上，因此遭受雷击的概率比普通建筑更多，同时由于当前高层建筑当中含有的智能化电子设备种类和数量越来越多，因此电子设备能否正常运行关系到整个建筑的正常使用。首先，可选择在高层建筑的适当位置安装接闪器。接闪器的结构组成包括接闪网、接闪带、接闪杆等，在应用这一装置后能够实现对雷电闪击的拦截。高层建筑的屋顶上包含了大量钢结构构件，这些构件具备良好的导电性能，因此可以将其作为接闪器，根据钢结构构件的位置，采用就近连接的方式与防雷引线进行连接。针对高层建筑的接闪网安装，应当充分符合规划的标准，以此实现接闪器与建筑物主体的可靠连接。

其次，还可布置防雷引下线，将雷电流通过接闪器进行传导，并将其导入到建筑物接地装置上，以此能够有效降低电磁的干扰。按照一类、二类和三类防雷建筑划分，规定其防雷引下线平均间距依次不得超过12m、18m和25m。

最后，在设计过程中，综合考虑施工的便捷性和接地的可靠性，选用将高层建筑的结构基础钢筋结构作为自然接地端，构建一个封闭的环型接地网，用以实现控制接地电位的平衡，避免在雷雨天气发生反击的现象。

2.3 高层建筑变配电体系设计

高层建筑与一般建筑类型相比电气设计的难度以及复杂程度较高，为实现对其变配电体系的设计，首先需要明确高层建筑与一般建筑之间在供电条件上的差异。通常情况下，非高层建筑的供电半径在50m以内，配电线路电压下降均能够满足要求，但对于高层建筑而言，由于建筑本体较高，若仍然采用传统变配电方式，则供电半径远远超出允许范围。因此，基于这一特点，在对高层建筑的变配电体系进行设计时，应当充分考虑到高层建筑的特殊性。当前，建筑供配电中最常采用的方式包括树干式供电、放射式供电、环网式供电等。对于高层建筑而言，若采用前两种供电方式，在出现某一线路故障时，会造成主干线上各个连接的配电设备无法正常运行。因此，为了确保高层建筑当中各个设备的正常运行和使用，尽可能采用环网式的供电模式。图1为两种常见的环网接线方式。

在实际对高层建筑电气变配电体系设计时，应当综合考虑建筑内各用电设备的连接方式以及建筑本身的结构特点，对环网接线方式类型进行选择，同时针对建筑中低压侧也同样可以采用一般建筑中常见的放射式供电类型，以此辅助环网供电，以此为高层建筑中的用电设备提供更高品质供电服务。

2.4 高层建筑智能化体系设计

在上述完成对高层建筑中各类基本电气体系的设计后，为了促进高层建筑的智能化发展，还需要针对具有现代化特征的电气体系进行设计，确保高层建筑中各智能设备、技术的正常运行。针对高层建筑当中的无线网络体系设计，确保无线宽带网络能够实现对整栋高层建筑公共场所的全覆盖，充分满足各个区域的有限网络使用需求，并保证各个无线节点之间能够实现无线漫游。将POE交换机安装在设备间机柜上，并采用光纤和核心交换机联接的方式实现通信传输。图2为高层建筑中水平方向光纤和核心交换机联接方式示意图

在确定无线网络体系的基本结构后，为了提高高层建筑的运行和使用安全，针对其火灾自动报警体系进行设计。图3为高层建筑中火灾自动报警设备间分布图。

按照图3所示的方式对报警设备间进行布置，为了避免在发生火灾时各个设备间指挥逻辑出现错乱，需要设置一个消防控制中心，并对高层建筑中所有消防设施具备优先控制权，在火灾发生时，采用就近原则，立刻调取最近消防设备间的设备到达火灾现场，从而在第一时间为救援提供所需设备条件，将火灾的影响范围控制在最小。

3 工程实例

选择某高层结构建筑电气工程项目作为此次试验研究对象，获取此工程项目所处地理位置的相关信息见表1。

表1 某高层结构建筑电气工程项目所处地理位置相关信息描述

根据工程特点与设计要求，将此建设的电气防雷接地设计等级设定为二级，基于此，设计8m×12m或10m×10m的接闪带网格。按照本文提出的相关内容进行电气综合设计方案优化，并在此基础上，在建筑屋顶设置避雷针，根据工程实际需求，选择φ15mm的热镀锌圆管避雷针与φ12mm热镀锌圆管接闪带。同时，设计时需要全面考虑建筑外观的美化。根据天气预报，选择某雷电天气开展试验，将电流传感器与电压传感器安装在待测试电气设备的终端，监测在雷击的瞬间电气设备的电流值与电压值是否存在异常。记录瞬时数据见表2。

从表2数据可知，在雷击瞬间电气设备的电流值存在轻微波动，但此种细微的波动不影响电气设备的稳定运行。因此，在完成实验后证明了本文设计的方案可以提高电气防雷能力。

表2 雷击瞬间电气设备的电流值与电压值

4 结语

高层结构建筑是我国市场中建筑行业在逐步发展中形成的一种建筑结构形态，可以将高层结构建筑作为我国未来建筑行业发展与建设的主要方向。为了提高高层结构建筑的市场价值，开展建筑电气设计方案优化方法的研究，对比试验结果表明，本文设计的方案可以提高电气防雷能力，但要将此方案在市场中推广使用，还需要后期科研单位技术人员进行此方案的进一步优化与完善。