李 蔚， 冯晓良

(中信建筑设计研究总院有限公司，武汉 430014)

0 引言

近年来，笔者所在单位设计了一批大型、特大型体育场馆，如国内的武汉光谷国际网球中心、国外的莫桑比克国家体育场等。体育建筑具有体量大、空间大，人员密集，疏散困难，工艺复杂，功能多变，建筑技术难度大、要求高，多专业高度衔接、融合渗透等特点，其电气设计相比一般民用建筑要复杂得多。

本文所述第七届世界军人运动会主场馆，即武汉东西湖体育中心，由一座体育场、一座体育馆、一座游泳馆组成，运动会期间主要承担足球、乒乓球和游泳(水上救生)等项目比赛。

世界军人运动会是世界最高级别的一个综合性军人运动会，被誉为“军人奥运会”，自1995年开始每4年举办一次，参赛规模约100个国家、8 000余人。第七届世界军人运动会(以下简称“军运会”)将于2019年10月在中国武汉举办，这也是中国首次承办的国际军人综合性运动会。

下文就第七届世界军运会主场馆的供配电、照明、火灾自动报警系统及电气节能等方面电气设计中的重点技术问题做一些探讨。

1 项目概况

1.1 建筑规模

本项目建筑概况见表1，效果图见图1。

项目基本情况 表1

图1 军运会主场馆鸟瞰图

1.2 变配电所及发电机房设置

本项目变配电所及发电机房设置情况见表2，变配电所及发电机房分布见图2。

1.3 智能化系统主要机房设置

本项目智能化系统主要机房设置情况见表3，智能化系统主要机房分布见图3。

2 供配电系统设计

为满足本项目作为甲级体育建筑的一级负荷要求，采用市政双重10kV电源供电，两路10kV电源以穿电缆排管埋地的形式引入，该两路10kV电源彼此独立、互不影响，不致同时断电，其主接线采用单母线分段形式，工作方式为同时工作、分列运行，互为热备用。本项目变压器总装机容量为 14 500kVA，在体育场一层设有整个项目的10kV中心配电室，两路电源平时各承担7 250kVA用电容量，当其中一路电源故障，另一路电源承担全部用电负荷。本项目10/0.4kV变配电系统示意图见图4，0.4kV低压配电系统示意图见图5。

变配电所、柴油发电机房设置表 表2

智能化系统主要机房设置表 表3

图2 军运会主场馆变配电所及发电机房分布图

图3 军运会主场馆智能化系统机房分布图

图4 10/0.4kV变配电系统示意图

图5 0.4kV低压配电系统示意图

2.3 配电干线通道

配电干线通道设置原则为：合理利用建筑空间、适应负荷可变；路径安全可靠、便捷适用、可维护性高。体育场馆常用的配电干线通道方式有地下综合管廊和马道两种。

(1)地下综合管廊：本场馆设有大量的赛事、演出照明及动力设备，用电负荷分散、差异大，且机电管道众多。经过经济性比较，设置地下综合管廊。廊内设置强/弱电桥架、密集母线槽等，可满足场馆比赛、各类临时用电可变性高的要求。地下综合管廊剖面图见图6。

图6 地下综合管廊剖面图

(2)马道：条件许可的情况下优先设置马道，其内安装照明灯具、动力设备、智能化设备(如扬声器等)、配电线路、预留电源点等；封闭的马道应设置照明，且宜纳入安全照明范畴，保障供电可靠性和人身安全。根据建筑特点，本项目在观众席上方设置了马道，其中体育场设置了环形马道，距地28～40m；体育馆设置了两条平行马道，距地22.3m；游泳馆设置了U字型马道，距地18.3m。马道设置及照明灯具安装示意图见图7。

图7 马道设置及照明灯具安装示意图

2.4 配电间设置、电压损失校验

因体育场馆的功能及装饰要求，除少数的末端照明配电箱外，所有现场配电、控制设备均要求在配电间或控制室、机房内安装。通常在体育场馆的周边区域设置配电间，设置时注意考虑建筑布局以及防火分区、功能分区，配电系统合理性，运行维护等几个因素。

对配电系统电压损失校验是设置配电间时一个容易被忽视的问题，尤其是对支线较长的末端线路部分，应进行电压损失计算校验，如果干线与支线的压降超过5%，需相应调整加大干线、支线截面，直至满足要求为止。相应计算见表4。

3 照明设计

3.1 照明设计原则

体育建筑的照明设计是电气技术与建筑艺术结合最为紧密的地方。体育建筑的装饰风格一般趋于简略大气，强调整体统一的线条，避免局部繁杂装饰。本场馆照明设计原则为：以功能性的直接照明、一般照明方式为主，以局部照明、装饰性照明为辅，既符合体育建筑功能特点，也有利于节能。

电压损失计算表 表4

3.2 照明设计差异化

体育场馆一般具备多种使用功能，多样化使用功能的场所照明标准应符合国家、行业标准规范，并且一个空间内多种功能场所的照度设计应采用差异化设计，即采用“分区一般照明”方式，不宜全部按此类场所的最高照度标准取值，以便于节能。所以，笔者认为应根据使用空间区分比赛场地、主席台、观众席等，按不同的照度标准设计。

体育场馆空间内常见广告照明、局部装饰性照明、电子显示屏等，对一般照明均有所贡献，在其周边可适当降低一般照明的照度标准，减少一般照明的灯具数量，以节省运营成本。

差异化照明设计影响照度均匀度。场馆内因有观看比赛和电视转播要求，对场地照度均匀度U1、U2要求较高(U1=最小照度/最大照度，U2=最小照度/平均照度)，详见表5。

体育场馆的照度均匀度 表5

3.3 眩光值的计算

体育场馆眩光包括：直接眩光、反射眩光和光幕反射等。

因体育场馆高大空间的特点，如不采取有效抑制手段，其直射眩光对人影响很大；场馆有电视转播时要求眩光值GR<30。场地照明中单灯功率大、亮度高，而且需要满足电视转播的高垂直照度要求，设计时应统筹考虑布灯方式及位置，通过软件精细计算其眩光值，反复调整布灯方式、位置或单灯功率，以使眩光值满足要求。

体育场馆的眩光值计算公式：

式中，Lvl为由灯具发出的光直接射向眼睛所产生的光幕亮度(cd/m2)；Lve为由环境引起直接射到眼睛的光所产生的光幕亮度(cd/m2)。

3.4 眩光的抑制措施

(1)直接眩光抑制措施：控制灯具遮光角；采用防眩光灯具；可能条件下优先选择功率较小、表面亮点低的灯具等。长期工作或停留的房间或场所，选用的直接灯具的遮光角不应小于表6的规定。

灯具遮光角选择表 表6

(2)反射眩光和光幕反射抑制措施：避免将灯具安装在干扰区内；采用低光泽度的表面装饰材料；照亮顶棚和墙表面，但避免出现光斑；限制灯具亮度等。

3.5 照明设计计算

照明计算中应综合考虑照度水平、照度均匀度、亮度分布、眩光限制、天然光的利用及各功能照明的控制要求，合理选择照明方案。

体育场馆高大空间对照明技术精细度提出很高要求，通常运用成熟的BIM技术和三维照明设计软件(如DIALux、3DMax、Agi32等)进行多方案计算比选，平衡照明各要素间的合理需求。

3.6 天然光的利用

体育建筑应充分利用自然采光，将天然光照明与人工照明相结合，这是实现照明节能的重要手段。高大空间体育场馆一般均设有大尺寸的采光天窗、开启屋面、侧窗、玻璃幕墙等，在严寒地区由于节能需求，采光天窗、侧窗尺寸会相对缩小或采用其他措施实现保温，但天然光运用仍是一个有效的手段。另外，体育场馆照明应与建筑风格、当地地理环境、气候、历史文化相适应，实现照明与建筑风格和环境协调统一、有机结合。体育场馆采光天窗及玻璃幕墙，见图8～9。

图8 体育场馆采光天窗

图9 体育场馆玻璃幕墙

3.7 军运会主场馆照明光源及灯具选择

本项目体育场、体育馆、游泳馆照明光源及灯具选择，详见表7～9。

体育场照明光源及灯具选择表 表7

体育馆照明光源及灯具选择表 表8

游泳馆体育照明光源及灯具选择表 表9

4 供配电系统、电气照明设计的技术关键点

4.1 供电可靠性

为了提高供电可靠性，应对体育建筑的负荷进行准确分级，并采取针对性强的技术措施。设计要点如下。

(1)对一级负荷，设专用消防负荷应急母线段、重要负荷备用母线段、双电源末端切换。对二级负荷，设两路专用干线交叉供电。

(2)甲级体育场馆的场地照明为一级负荷，由“市电-发电机”切换的重要负荷备用母线段供电(备供)；甲级场馆的观众席照明为二级负荷，由普通母线两路专用干线交叉供电(主、备供)。

(3)因甲级场馆的场地照明、观众席照明分属一、二级负荷，故应分别设置供电干线、配电总箱。

4.2 正常照明

特殊显色指数R9应>0；金卤灯色温应为 4 000K～6 000K；TV应急照明≥正常照明的50%，垂直照度值≥750lx。

4.3 应急照明

根据JGJ 354-2014《体育建筑电气设计规范》(以下简称“《体育规范》”)第9.1.4条(强条)设计要点：(1)以上光源均采用可瞬时点亮的LED灯、EPS集中供电，持续供电时间≥90min，且应急照明线路与普通非消防线路不应共用线槽。(2)场地和观众席的安全照明属消防应急负荷，正常照明为非消防一、二级负荷。所以，场地和观众席的安全照明与正常照明的配电线路，应在马道上分开，分别设置各自桥架敷设，不允许在同一桥架加防火隔板敷设。

4.4 备用照明

根据《体育规范》第9.3.1条，设计要点：(1)以上条款涉及的场所，如由二次装修布灯，则需对二次装修提出照明方式、备用照明的照度要求，本项目设计按“双电源箱+EPS”供电预留，以实现对二次装修可控。(2)上述“备用照明”均属非消防一级负荷、由重要负荷母线段供电。(3)EPS与发电机配合使用、供电时间应≥30min。如一次设计布灯，则可采用“双电源箱+自带蓄电池应急灯(供电≥30min)”形式，对于“兴奋剂检查室”，应设置地面插座以满足局部照明要求。

4.5 智能照明

根据《体育规范》第8.5.7条，设计要点：在各场馆中分别设置两套独立的智能照明控制系统，对应场地照明控制、非场地照明控制，且均与各场馆的BA系统、比赛设备管理系统留有通信接口。

5 火灾自动报警系统设计

体育场馆通常为大体量、大空间建筑，人员密集、疏散困难，其消防安全是重中之重，必须严格按照国家和行业规范执行，其电气消防设计的关键点主要包括以下几个方面。

5.1 设置完备的智能应急照明疏散系统

笔者认为，与传统应急照明相比，智能应急照明系统应具有以下三大突出优势。

(1)其核心理念不是就近疏散，而是安全疏散，即疏散指示灯的指向箭头应为双向可调，能根据火灾的实时部位动态调整，指向安全的出口，而非就近的出口。

(2)安全出口灯的附近发生火灾时(烟感、温感两个动作信号确认)，该安全出口灯联动熄灭。

(3)安全出口灯带有语音播报功能，当附近未发生火灾时，能发出“这里是安全出口”的语音提示，引导人员疏散。

在此特别强调指出，火灾自动报警平面图中，安全出口灯对应的各出口内侧，除设感烟探测器外，还必须加设感温探测器，以实现两个火灾触发信号、联动熄灭“安全出口”标志灯。

5.2 高度大于12m的空间，应同时选择两种及以上火灾参数的报警探测器

常见可选用管路吸气式、线型光束(红外对射)、光截面、OSID双鉴式成像感烟探测等感烟类火灾探测器，以及图像型火焰、双波段(红外/彩色图像)火焰探测器等感光类火灾探测器；项目设计时应结合建筑功能特点、火灾危险特征、气候条件等进行选择。

5.3 高度大于12m的空间，应设置消防水炮灭火控制系统

对消防水炮灭火控制系统，为保证火灾探测早期性、可靠性，应设置独立的火灾探测系统，以保证探测准确可靠，同时，为消防水炮提供准确的火灾区域参数，并与消防水炮自身火灾探测系统、自动跟踪定位射流灭火系统有效结合。

5.4 设置完备的电气火灾监控系统

体育场馆应设置完备的电气火灾监控系统，特别对于高度>12m的照明线路应设置具有探测电弧功能的电气火灾监控探测器。智能应急照明疏散系统接线图见图10。

图10 智能应急照明疏散系统接线图

6 电气节能设计

体育场馆照明灯具点多面广、机电设备能耗大，所以电气节能设计的重点应放在智能照明控制、机电设备监控与能效管理方面。

6.1 智能照明控制系统

体育场馆因其大体量、大空间，常为能耗大户。智能照明控制子系统为体育场馆的高大空间照明节能提供了技术手段，主要在公共走道、进出口门厅、比赛场地、观众席等空间场所实施，并将泛光照明纳入智能照明控制系统。系统依托先进的计算机网络技术，采用总线式网络拓扑，将各种开关模块R、计量模块J、调光模块D、场景控制模块M、时间管理模块MT等连成网络，完成照明系统节能监控。

体育馆智能照明控制系统图见图11。

图11 体育馆智能照明控制系统图

6.2 建筑能效管理系统(EMS)

能效管控系统通过深度集成技术，将供配电子系统、照明子系统、动力子系统、中央空调子系统等深度集成进入机电设备能效管控系统，并进行统一设计。能效管控系统平台对深度集成的子系统采用相同的应用软件以实现被集成子系统的全部功能，并满足日常运行管理要求，适应体育场馆人员密集、持续运行时间长等特点。能源管理系统具备模式控制、群控以及手动控制等功能。

7 结束语