夏 林， 钱大勋， 罗 武， 廖述龙， 钱梓楠

(同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司，上海 200092)

图1 项目外立面

获奖介绍

获奖等级：一等奖

获奖单位：同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司

获奖人员：夏林；钱大勋；罗武；廖述龙；钱梓楠；孙峰；顾玉辉；甘招辉

获奖专家评语：经专家组评审，认为该工程所采用的主要技术有突出的创新性和经济性，社会和环境效益非常显著，项目具有以下技术特点。

(1)供电可靠性及自动化程度高：在超大规模项目中，国内首次采用双路全冗余110kV双重电源供电，设置用户110/10.5kV直降式主变电站和电力综合管理系统，国际上首次将变电所电力监控、应急发电机并机和监控、三联供电力、风力发电监控、应急照明、电源转换监控、楼宇智能照明、电气防火监控、SPD监控和电能计量收费等管理系统集成。

(2)新能源利用广泛、示范性强：超高层建筑中，国内首次采用并网冷热电联供内燃机组和并网风力发电系统。

(3)供配电可靠性理论上有突破：国内民用项目首次运用可靠性系统理论对复杂供配电系统进行综合计算分析，同时提出对影响系统可靠性系数权重的关键节点和元器件进行重点设计和维护。

(4)在防雷方面首次采用了雷电风险评估，引下线利用外层幕墙金属斜拉索，顶层设置气象站等先进技术措施。

该项目获得2019年度上海市优秀工程勘察设计建筑电气一等奖。上述各项主要指标达到建筑电气设计行业的国际先进水平。

项目指标

项目名称：上海中心大厦

项目地点：中国上海市陆家嘴金融贸易区

占地面积:30 368m2

总建筑面积：574 158m2

建筑高度：632m

建筑功能：停车场、零售、会议中心、办公、酒店、观光

建设单位：上海中心大厦建设发展有限公司

竣工时间：2018年07月18日

图2 项目室内图

1 项目总体介绍

项目由上海建工集团股份有限公司承担工程建造全过程总承包管理任务。上海建工集团所属基础集团、一建集团、机施集团、安装集团分别承担基础、土建、钢结构和机电设备系统安装施工。于2008年11月29日开工，2014年12月30日基本建成。本项目东临东泰路，西靠银城中路，南接陆家嘴环路，北望花园石桥路，与上海环球中心、金茂大厦呈品字形布置。

本工程由主楼(地上127层)、裙房(地上5层)及地下室(地下5层)组成；总建筑面积57.4万m2，其中地上建筑面积约40.76万m2，地下建筑面积约16.57万m2。主楼结构高度580m，塔冠最高点高度632m。竖向分为9个功能区，1区为大堂、商业、会议、餐饮区，2～6区为办公区，7～8区为酒店和精品办公区，9区为观光区，9区以上为屋顶皇冠。其中1～8区顶部为设备避难层。

2 电气设计系统

系统名称建设内容技术特点及指标供配电系统采用双重110kV电源全冗余供电。两级配电110kV/10kV/0.4kV(1)高可靠性:双重110kV电源全冗余供电(2)每路容量40MVA,总供电容量80MVA配变电所在地下一/二层设置1处110/10kV主变电站,各分区设备层和地下层设置10/0.4kV分变电所(1)上楼变压器容量均为1 250kVA,通过3.5T货梯运输(2)设置应急电源专用变压器,提出了全新的应急电源与市电可靠切换技术方案,避免因应急电源变压器平时不带负载带来的隐患,确保应急电源的可靠性(3)110/10kV主变电站设置两台40MVA六氟化硫变压器,110kV采用GIS,变电所管理纳入市调/区调/临调,为确保变电站的消防安全,设置多种火灾报警方式(4)各分区设备层和地下层共设置16个10/0.4kV分变电所,共设置69台10/0.4kV变压器自备应急电源(1)设置4台2 500kW的10kV柴油发电机组,并机供本楼消防及重要应急设备电源(2)酒店区设置1台 1 600kW 的10kV柴油发电机组和1台1 600kW的0.4kV柴油发电机组,为酒店区的应急设备供电(3)在柴发机房内预留3台0.4kV柴油发电机组和2台10kV高压柴油发电机组,为重要租户供电(1)所有发电机均设置在地下一层,高区采用10kV柴油发电机组,低区采用0.4kV柴油发电机组(2)满足了重要客户IT等重要设备的供电需求,预留五个租户柴油发电机机位(3)发电机组均采用远置式散热器,在裙房顶层设置发电机测试负载,确保发电机运行的可靠性(4)首次在设计中考虑应急发电机组故障的应对方案,根据应急备用电源的重要性对特级负荷作了分类,并实现发电机故障时自动切除部分负荷,以确保发电机系统的运行低压配电系统变压器低压侧主接线采用单母线分段,设联络开关。两台变压器为一组,平时分列运行,当一台变压器发生故障时,切除三级负荷,由另一台负担全部特别重要负荷及一、二级负荷供电(1)运用可靠性系统理论对复杂供配电系统进行综合计算分析,为优化供配电系统提供有效分析,同时提出对影响系统可靠性系数权重的关键节点和元器件进行重点维护的措施(2)严格执行建筑设计防火规范;根据运营单位的特殊要求,在符合规范的前提下,细化用电设备的配电需求,做到安全可靠(3)为配合实现应急发电机组故障的应对方案,所有低压侧双电源转换均实现监控管理配电线路布线系统(1)10kV电缆采用8.7/10kV铜芯交联聚乙烯绝缘低烟无卤B1级防火性能的阻燃耐火聚乙烯护套电力电缆(2)大容量配电干线采用密集型母线槽(3)小容量干线采用0.6/1kV交联低烟无卤A级阻燃绝缘电缆(4)消防设备、应急照明的配电线路采用BTTZ矿物绝缘电缆(1)率先采用了具有B1级防火性能的10kV耐火电缆,双重电源分别设置10kV电缆专用竖井,确保大楼10kV线路传输的可靠性(2)垂直敷设的10kV耐火电缆均采用细钢丝铠装,以防止垂吊装过程中损伤电缆(3)设置应急电源专用配电配线竖井,确保应急电源配电线路的可靠性(4)在现有国家规范的基础上,参照先进地区的做法,将配电线路按照阻燃级别分类使用,进一步提高了使用中的安全性(5)在桥架、线槽和配管的选择和安装中,充分根据干燥、潮湿、易燃易爆场所的特点做到合理设计,并对预留空间做好防火封堵措施(6)布线系统十分注意对空间的影响和破坏,合理选择走向,尽量增加走廊等处的净高

续表

图3 110kV变电站配电室及值班室

图4 地下一层总控机房

3 电气技术主要创新点

(1)采用双路全冗余110kV双重电源供电，设置用户110/10.5kV主变电站。

(2)设置大楼电力综合管理系统，将变电所电力监控、应急发电机并机和监控、三联供电力监控、风力发电监控、智能应急照明、电源转换监控、楼宇智能照明、电气防火监控、SPD监控和电能计量收费等管理系统纳入电力综合管理。

(3)设置两台1.06MW的冷热电联供内燃机组，实现内部10kV侧并网。

(4)塔冠层设置100组3kWp/组的小型风力发电机群，并实现0.4kV侧并网。

(5)主变和分变电所10kV侧设置电网监测级电能质量仪表和检测电网异常状态的故障录波，录波精度达到512点/周波，为变电所电力监控系统提供了系统稳定性分析和故障预判功能，为实现供配电系统监控和提高系统稳定可靠运行提供了良好的技术支撑。

(6)为提高变电所电力监控的可靠性，实现分变电所无人值守、远程监控的需求，电力监控系统的通信管理层采用高速以太网的环形链路传输和双网双环双机热备冗余，信息采集网与控制网传输分离，确保了控制网的实时性，并提升了故障容错能力的自愈功能。

(7)运用可靠性系统理论对复杂供配电系统进行综合计算分析，为优化供配电系统提供有效分析，同时提出对影响系统可靠性系数权重的关键节点和元器件进行重点维护。

(8)各分变电所设置应急电源专用变压器，提出了全新的应急电源与市电可靠切换的技术方案，避免因应急电源变压器平时不带负载而带来隐患，确保应急电源的可靠性。该方案在超高层电气设计领域得到很好的借鉴和应用。

(9)率先采用了具有B1级防火性能的10kV耐火电缆，双重电源分别设置10kV电缆专用竖井，确保了大楼10kV线路传输的可靠性。

(10)设置应急电源专用配电配线竖井，确保应急电源配电线路的可靠性。

(11)除设置4台大楼应急发电机组以及2台酒店应急发电机组外，依据客户需求预留3台0.4kV和2台10kV重要租户的发电机组，满足了重要客户的需求，发电机组均采用远置式散热器，在裙房顶层设置发电机测试负载，确保发电机运行的可靠性。

(12)首次在设计中考虑应急发电机组故障的应对方案，根据应急备用电源的重要性对特级负荷作了分类，并实现发电机故障时自动切除部分负荷，以确保发电机系统的运行。

(13)各分变电所均按声学要求采用隔震和变压器专用弹簧避震装置，有效控制楼板震动引起的低频噪声。

(14)为防止谐波引起的危害，确立了以预防为主的谐波治理方针，在设备招标技术规格书和招标过程中严格把控谐波限值，变电所低压侧均设置基本量的有源滤波装置并预留增设柜位，所有配电干线均设置谐波监测。

(15)大楼设置总等电位联结，设备层设置环形等电位联结带，便于等电位联结的施工和检查，变压器中性点就近直接接至等电位带。

(16)大楼高速电梯均采用节能馈电措施，节能率达到23%以上。

(17)为确保大楼人员的应急疏散，设置智能应急疏散系统，并首次设置消防辅助电梯，供应急时人员的有序疏散，提供消防辅助电梯的应急电源，并提供高速电梯的平层应急电源。

(18)大楼几乎全部采用LED照明，并采用智能照明控制，既降低了照明能耗，又实现了多样的照明场景，为景观和立面照明提供了丰富的观赏价值。

(19)BIM全过程设计，包括方案、管线综合、建造、施工物料、维护等。

(20)防雷设计技术特点可查看上文“电气设计系统”部分“民用建筑物防雷及接地系统”内容。

(21)本项目设置消防无线通讯覆盖系统，提供消防队员高区救灾时与地面的通讯保障。

(22)本项目作为超高层建筑，人员密集、机电设施众多，突发事件情况下人员疏散时间长、机电设施调度复杂。应急指挥系统应能通过系统集成平台，对各机电系统运行情况和数据进行汇总分析后，根据预案来制定最优化的应急策略，充分保障人员的安全疏散撤离。

4 电气节能效果

(1)上海中心大厦获得中国绿色建筑三星和LEED铂金奖的双重认证，在国内的大型建筑中尚属首例。

(2)大楼全部采用LED照明，提高了光源的使用寿命，照明的功率密度LPD限值低于国标目标值，满足LEED和绿色三星要求，并采用智能照明控制系统，预计减少23%的照明能耗。

(3)设置两台1 060kW的燃气内燃机组，提供冷热电联供，以天然气为燃料，利用其产生的余热通过余热锅炉、余热型吸收式冷热水机组为建筑供热、供冷，同时产生电力，系统以热定电方式运行，高效地提升了一次能源的利用率。三联供发电与大厦10kV主母线并网运行，设置电力监测和控制系统，并设置系统同步的并列、解列等继电保护控制，避免向市电网的逆向馈电。

(4)可再生能源风力发电的利用。建筑顶部565～569m段设置54个垂直轴涡轮风力发电机组，总容量达300kWp,预计每年将提供157 500kWh电量用于顶部景观照明。

(5)设置电梯电能回馈装置，利用其轻载上行和重载下行时的重力势能转化为电能，节能效果十分显著，预计馈能利用率超过30%。

(6)将10/0.4kV变压器分散设置在各设备层，合理配置供配电区域，将变压器深入负荷中心，既提高了供电质量，又节省了电缆投资，同时降低了电缆的传输损耗。

(7)按经济密度选择电缆和导线截面，减少常年损耗，使用寿命全周期投入最省。

(8)按系统、用户、用电设备组设置及功能全方位设置能耗监察和管理系统。

(9)谐波治理遵循以防为主、治理为辅的原则。大量的非线性用电设备将造成谐波危害，在设计和用电设备招标中提供合理的谐波限定参数要求，招标过程中严格把控。大容量非线性用电设备要求设置滤波装置，变电所低压侧设置5%变压器容量的有源滤波装置，并预留运行后实测加装有源滤波装置的安装空间。

(10)首次在国内大型工程中设置大楼设备和能源调度的能源中心管理系统CPMS(Central Plant Management System)，建立最优化分析和管理体系，达到最佳经济运行的目的，同时有效降低碳排放。

(11)完善的智能化系统设计。设置建筑设备综合管理系统和系统集成，并对中央能源系统作精细化设备能源管理，有效地降低设备的运行能耗。

5 项目自我评价

上海中心大厦是国内建成的最高的超高层建筑，是上海陆家嘴金融中心三个标志性建筑之一，获得中国绿色建筑三星和LEED铂金奖的双重认证，有极高的设计要求与使用要求，很多系统要求都是首创，在国内外没有可供借鉴的经验。

项目设计的同时完成了上海市的超高层建筑关键技术科研课题，在超高层复杂系统可靠性研究、电梯馈能研究、应急发电机接地形式研究、应急发电机电压选择研究、超高层建筑防雷与接地安全研究、应急电源供配电系统研究等方面作了大量探索，更是获得了行业协会资深专家的技术支持，为供配电和应急电源系统作了大量的方案和经济性比较，多次召开行业专家的技术论证会，确定了可供实施的最佳方案，也为我国超高层建筑电气设计提供了很好的借鉴。