既有建筑改造工程電氣設(shè)計方案思路介紹

近年來，“城市更新”“既有建筑改造”成為城市發(fā)展的關(guān)鍵詞，我國既有建筑面積大，能耗高，改造任務(wù)重，既有建筑改造工程的比例逐年上升。既有建筑通常有兩種改造形式:整體改造和局部改造。整體改造僅保留主體結(jié)構(gòu)，所有的機(jī)電系統(tǒng)全部重新設(shè)計，雖然從系統(tǒng)的設(shè)計上與新建筑類似，但是主機(jī)房和主干路由的設(shè)計會受到現(xiàn)狀土建條件的制約，設(shè)計師要著重解決滿足標(biāo)準(zhǔn)要求、使用需求的機(jī)電用房、干線路由和土建制約條件之間的矛盾。局部改造只針對某一區(qū)域進(jìn)行改造，設(shè)計師關(guān)注的重點是改造區(qū)域的規(guī)范執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)、改造區(qū)域系統(tǒng)和未改造區(qū)域系統(tǒng)的銜接、對主干系統(tǒng)的影響、新舊設(shè)備的兼容等問題。在對既有建筑進(jìn)行改造設(shè)計的過程中，機(jī)電專業(yè)面臨更大的挑戰(zhàn)，會遇到與新建建筑完全不同的問題與困擾。

1電氣設(shè)計難點既有建筑改造的電氣設(shè)計難點主要有以下幾個方面。(1)設(shè)計及驗收規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的更新近20年來，隨著國內(nèi)建筑市場的快速發(fā)展，與民用建筑設(shè)計相關(guān)的國家規(guī)范(或標(biāo)準(zhǔn))、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)(或指導(dǎo)意見)不斷推陳出新，這里面包括全新的規(guī)范或者標(biāo)準(zhǔn)，也有很大一部分是老規(guī)范(標(biāo)準(zhǔn))的修編更新。這其中，與電氣專業(yè)設(shè)計相關(guān)的，且對工程設(shè)計產(chǎn)生很大影響的重要規(guī)范有以下幾本。2015年5月開始實施的GB50016-2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》，協(xié)調(diào)原來的GB50016《建筑設(shè)計防火規(guī)范》和GB50045《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》兩本規(guī)范的矛盾之處，整合為一本規(guī)范。GB50116-2013《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》從2014年5月開始實施，這本規(guī)范較98版的要求，很多條文都做了較大的調(diào)整。GB51309-2018《消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》從2019年3月開始實施，這本規(guī)范對消防應(yīng)急照明系統(tǒng)的設(shè)計產(chǎn)生了變革性的調(diào)整，完全顛覆原有的應(yīng)急照明系統(tǒng)的設(shè)計理念，不管是對新建項目還是改造項目都帶來很大的影響。GB51348-2019《民用建筑電氣設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》從2019年8月開始實施，此本標(biāo)準(zhǔn)取代了實施12年之久的JGJ16-2008《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》，新版民標(biāo)修改和增加了很多條款，電氣設(shè)計師應(yīng)盡早掌握這些條款的內(nèi)容和解讀，在新的工程項目中按照新標(biāo)準(zhǔn)實施。改造項目到底采用新規(guī)范、新標(biāo)準(zhǔn)還是繼續(xù)沿用老規(guī)范、老標(biāo)準(zhǔn)是所有改造項目各專業(yè)都面臨的實際問題。有些改造項目，在很難進(jìn)行抉擇的時候，應(yīng)及時與當(dāng)?shù)氐南啦块T、審圖部門等進(jìn)行溝通，尋求合理合法的解決方案。(2)原始設(shè)計及竣工資料缺失改造項目需要業(yè)主提供原始的設(shè)計資料和竣工資料，但實際情況是，很多的改造項目，都面臨著原始設(shè)計資料的缺失，特別是有些項目，經(jīng)過了不止一次的改造，導(dǎo)致現(xiàn)場實際情況與原始設(shè)計資料嚴(yán)重不符。所有的改造項目都應(yīng)該有現(xiàn)場探勘環(huán)節(jié)，甚至應(yīng)該有專業(yè)的探勘團(tuán)隊參與，機(jī)電專業(yè)重點關(guān)注大市政接口、小市政外線、機(jī)電用房、干線路由、防雷接地做法、周圍環(huán)境等情況，并整理一份可作為改造設(shè)計依據(jù)的探勘報告。(3)改造前后使用功能的變化改造項目，通常建筑功能保持不變，改造的目的就是進(jìn)行設(shè)備更換、系統(tǒng)升級、提升生活、工作環(huán)境的舒適度和品質(zhì)要求。但也有一部分改造項目，改造前后建筑的使用功能發(fā)生變化，比如原有辦公建筑改造為酒店建筑，原有商業(yè)建筑改造為辦公建筑等。建筑功能的變化，各專業(yè)執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)也會發(fā)生變化，電氣專業(yè)應(yīng)重點考量用電指標(biāo)變化帶來的變壓器裝機(jī)容量變化，是否需要增容，外電源條件可否滿足增容需求，以及變化后負(fù)荷等級對電源的要求。不同建筑功能電氣系統(tǒng)的設(shè)計思路有差異，采取的技術(shù)手段也不一樣。(4)土建條件對電氣設(shè)計的制約改造項目設(shè)計過程中，對于確定主機(jī)房位置和干線路由走向的方案，常常要花費更多的時間和精力，原因就是這些方案的確定受到現(xiàn)狀土建條件的嚴(yán)重制約。層高、面積、貼臨房間的使用功能、結(jié)構(gòu)加固措施、新開板洞的可能性等因素都決定著機(jī)電用房選取的可行性。

2工程實例本小節(jié)結(jié)合既有建筑改造工程實例在電氣設(shè)計過程中遇到的實際問題進(jìn)行分析探討，并提出相對可行的解決方案。該項目位于北京，原使用功能為批發(fā)零售商場，建筑面積約13萬m2，地上12層，地下2層，室外地面至主屋面女兒墻最高點51.5m，建筑最高點高度64.09m，改造后為高層辦公商業(yè)綜合體。本項目除地下人防部分及整個建筑的主體結(jié)構(gòu)維持不變，其他部分均在改造范圍。2.1外電源及變電室的改造變壓器，總裝機(jī)容量9700kVA，單位裝機(jī)容量指標(biāo)為74VA/m2。根據(jù)改造后建筑功能的用電需求，變壓器裝機(jī)容量需要增加至15200kVA，設(shè)置8臺變壓器。此改造項目需要對變電室進(jìn)行改造，當(dāng)時提出兩個改造方案。方案1:將原有變電室面積擴(kuò)大。原有變電室設(shè)置于整個建筑地下一層的西南角，約440m2，設(shè)置6臺變壓器，改造前變電室設(shè)備排布已相當(dāng)緊張，變電室北側(cè)有200mm2

的空間可劃分給變電室使用，擴(kuò)大變電室的面積，將新增的2臺變壓器及高低壓配電柜設(shè)置于此。方案1優(yōu)點:

變配電設(shè)備集中設(shè)置，便于統(tǒng)一管理，新增設(shè)備可利用原有的設(shè)備吊裝孔和運輸通道。方案1缺點:

原有變電室設(shè)置于西南角，整個建筑的南北和東西方向的長度分別為125m和110m，從變電室到對角位置的低壓配電距離在地下一層就將近250m，建筑高度52m，到屋頂?shù)淖钸h(yuǎn)端設(shè)備的配電距離將超過300m，低壓線纜配電距離過長，另外8臺變壓器集中于一處變電室出線，對變電室附近走道的凈高造成很大的壓力。方案2:新增一座變電室。原有變電室設(shè)置于地下一層西南角，新增變電室設(shè)置于地下一層?xùn)|北角。根據(jù)現(xiàn)場實際踏勘并對照原有設(shè)計圖紙、竣工圖紙，在東北角位置可以找到一處滿足土建要求的空間作為變電室，內(nèi)設(shè)2臺變壓器，為建筑東北角附近的用電負(fù)荷提供電源。方案2優(yōu)點:

縮短供電半徑，減少低壓電纜的配線長度，降低線路損耗。方案2缺點:

新增變電室附近無設(shè)備吊裝孔，需要利用南側(cè)的設(shè)備吊裝孔，再沿地下一層通道將設(shè)備推至北側(cè)新增變電室。運輸設(shè)備時，運輸通道需做臨時支護(hù)，結(jié)構(gòu)專業(yè)需要考慮新增變電室荷載要求。經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比，在土建條件滿足要求的前提下，方案2明顯優(yōu)于方案1。選擇方案2作為實施方案。2.2電氣用房的改造除了變電室，還有其他的電氣用房，包括柴發(fā)機(jī)房、消防安防控制室、弱電機(jī)房、強(qiáng)弱電間等可能都在改造范圍。改造項目首先關(guān)注的也是這些電氣用房的設(shè)置是否滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和改造后的功能需求。本項目消防安防控制室和弱電主機(jī)房位置維持現(xiàn)狀。查看本項目的原設(shè)計圖紙，在地下一層變電室的北側(cè)有柴發(fā)機(jī)房，內(nèi)設(shè)1臺1200kW柴油發(fā)電機(jī)組，但現(xiàn)場踏勘，柴發(fā)機(jī)房位置已改作他用，據(jù)物業(yè)介紹，此建筑未曾安裝過柴發(fā)機(jī)組。根據(jù)改造后的功能需求，本項目需要設(shè)置柴發(fā)機(jī)組，原始設(shè)計資料中的柴發(fā)機(jī)房位置可恢復(fù)為此功能用房，但原始圖紙中，柴發(fā)機(jī)房沒有預(yù)留任何進(jìn)排風(fēng)的土建條件，經(jīng)過幾種可能的方案對比，最終還是選擇在該位置設(shè)置柴發(fā)機(jī)房，采用遠(yuǎn)置式散熱的柴油發(fā)電機(jī)組。作為主干路由走向的電氣小間的設(shè)置是否合理是電氣設(shè)計很關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。項目原有的電氣小間為強(qiáng)弱電共用，面積僅有3.7m2，如圖1所示。經(jīng)現(xiàn)場探勘，里面強(qiáng)弱電設(shè)備的安裝不滿足操作距離要求，強(qiáng)弱電設(shè)備之間也沒有任何間隔，消防和非消防的干線電纜敷設(shè)于同一線槽內(nèi)，如圖2。圖1原設(shè)計文件中的電氣小間布置大樣圖2現(xiàn)場探勘的電氣小間照片原有的電氣小間不能滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求，相比20年前的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)行的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)有了很大的提高，系統(tǒng)的數(shù)量增多，特別是對消防系統(tǒng)的設(shè)置有了更嚴(yán)格的要求。同時，智能化系統(tǒng)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用也對電氣小間的空間使用面積提出更高的要求。結(jié)合本項目的實際情況，所有作為豎向主干路由的強(qiáng)弱電小間均重新設(shè)計。由于原設(shè)計采用自然排煙，根據(jù)新的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，此項目改造后需要設(shè)置機(jī)械排煙，原有的電氣小間位置改為排煙井。2.3電氣消防系統(tǒng)的改造對于改造項目，特別是局部改造項目，電氣消防系統(tǒng)的改造是個復(fù)雜而又棘手的部分。最主要的原因是和電氣消防系統(tǒng)設(shè)計密切相關(guān)的幾本規(guī)范的頒布實施。GB50016-2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(2018版)、GB50116-2013《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》、GB51309-2018《消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，這幾本規(guī)范對火災(zāi)自動報警系統(tǒng)和消防應(yīng)急照明系統(tǒng)的設(shè)計產(chǎn)生巨大影響。還有暖通專業(yè)的GB51251-2017《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》、給排水專業(yè)的GB50974-2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》、GB50084-2017《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》的頒布實施也會給電氣專業(yè)的設(shè)計帶來一定程度的影響。一些地區(qū)對既有建筑消防系統(tǒng)改造范圍、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)或?qū)彶闃?biāo)準(zhǔn)也有相應(yīng)的規(guī)定，如北京市《既有建筑改造工程消防設(shè)計指南》(試行)、南京市《既有建筑改造消防設(shè)計審查工作指南》(試行)

等，這些地方標(biāo)準(zhǔn)或指導(dǎo)意見也可以作為改造項目的設(shè)計依據(jù)。本項目除了人防區(qū)域不在改造范圍，其他區(qū)域全部進(jìn)行改造，可以看做是一個整體改造項目，電氣消防系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)全部執(zhí)行現(xiàn)行規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)的要求。消防控制室的主機(jī)設(shè)備也全部更換。和原設(shè)計相比，增加了電氣火災(zāi)報警系統(tǒng)、消防電源監(jiān)控系統(tǒng)、燃?xì)鈭缶到y(tǒng)、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、余壓監(jiān)控系統(tǒng)等。對于不在改造范圍的人防區(qū)域，由于早期采購安裝的火災(zāi)探測器與新的消防主機(jī)不兼容，所以更換所有人防區(qū)域的末端火災(zāi)探測器、手報按鈕等。消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)執(zhí)行GB51309-2018的要求，采用集中電源集中控制型的系統(tǒng)，主機(jī)設(shè)在消防控制室。人防區(qū)域仍采用傳統(tǒng)的應(yīng)急照明配電方式，220V的應(yīng)急照明燈具，消防狀態(tài)強(qiáng)制點亮。2.4電氣線纜的改造GB50016-2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(2018版)、GB50116-2013《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》、GB51348-2019《民用建筑電氣設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》都對電氣系統(tǒng)的線纜選型有新的要求。過去的項目大多采用YJY及BV電纜及導(dǎo)線，這種線纜會在火災(zāi)發(fā)生時產(chǎn)生大量的有毒氣體。改造項目在線纜的選型上應(yīng)執(zhí)行新的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計中應(yīng)明確電纜的燃燒性能、產(chǎn)煙毒性、燃燒滴落物等級標(biāo)準(zhǔn)。電纜選型表如表1所示。2.5防雷接地系統(tǒng)的改造建筑內(nèi)部進(jìn)行局部改造的項目通常不涉及到防雷系統(tǒng)的改造，但對于整體改造項目來說，防雷接地是很重要的改造內(nèi)容。改造項目的防雷接地系統(tǒng)要根據(jù)每個項目的實際情況采取不同的措施。對于利用結(jié)構(gòu)鋼筋作為防雷引下線和接地體的建筑，且引下線和接地網(wǎng)保持完好，經(jīng)過檢測，滿足繼續(xù)使用要求，則可僅對屋面接閃裝置進(jìn)行修復(fù)或者改造。有些改造項目建造時間比較早，磚混結(jié)構(gòu)形式，采用專用防雷引下線且明敷的方式，接地網(wǎng)均96為人工接地體。防雷引下線受到空氣和土壤中化學(xué)成分的影響發(fā)生腐蝕，人工接地體長期埋在潮濕的土壤環(huán)境中，最容易發(fā)生腐蝕，引起接地網(wǎng)斷裂，引下線與接地網(wǎng)的脫離，造成接地安全隱患。對這類項目，改造時，防雷接地系統(tǒng)均應(yīng)該重新設(shè)計施工。早期建筑的防雷系統(tǒng)幾乎沒有考慮對電子信息系統(tǒng)的防護(hù)措施，項目在改造設(shè)計時，應(yīng)執(zhí)行GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》和GB50343-2012《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》的標(biāo)準(zhǔn)要求。本項目屋面接閃器全部重新設(shè)計，引下線和接地體維持現(xiàn)狀。電子信息系統(tǒng)的雷電防護(hù)等級為C級，電涌保護(hù)器的設(shè)置位置和技術(shù)參數(shù)如表2所示。本項目在改造設(shè)計的過程中，因為增加了柴發(fā)機(jī)房、變電室、強(qiáng)弱電小間、電梯，對于這些部位的等電位連接重新進(jìn)行設(shè)計。在地下一層公區(qū)走道的頂板下方敷設(shè)一圈40×4鍍鋅扁鋼，此鍍鋅扁鋼與原有變電室的總等電位箱、由基礎(chǔ)底板鋼筋接至原電氣小間(現(xiàn)已該做他用)的LEB箱的扁鋼可靠連接。從這一圈接地扁鋼分別引至新增的變電室、柴發(fā)機(jī)房、電梯井道、強(qiáng)弱電間的等電位箱。同時把新增變電室、柴發(fā)機(jī)房內(nèi)的等電位箱與房間內(nèi)的兩根柱內(nèi)的主鋼筋進(jìn)行可靠連接。實現(xiàn)改造后建筑的總等電位聯(lián)結(jié)。2.6綠色節(jié)能改造建造時間稍長的一些早期建筑，基本沒有綠色節(jié)能的設(shè)計理念，而且后期隨著設(shè)備設(shè)施的逐漸老化，資源利用效率低，能源消耗水平高的問題越發(fā)突出。我國在十二五期間就提出了對既有建筑進(jìn)行綠色改造的規(guī)劃目標(biāo)，制定了GB/T51141-2015《既有建筑綠色改造評價標(biāo)準(zhǔn)》(此標(biāo)準(zhǔn)正在修編，已發(fā)布征求意見稿)、JGJ176-2009《公共建筑節(jié)能改造技術(shù)規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)，同時還有GB/T50378-2019《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》、GB50189-2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》，推動更多的既有建筑改造后獲得綠色建筑標(biāo)識。本改造項目根據(jù)GB/T50378-2019《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》二星(73.2分)以及LEEDCSV4中LEED金級(70分)的要求，對各個專業(yè)提出設(shè)計要求，使改造后的建筑獲得綠色二星和LEED金級標(biāo)識認(rèn)證。表3為對電氣專業(yè)提出的要求。3電氣設(shè)計要點(1)

整體改造項目，通常變電室也會在改造范圍，而且根據(jù)建筑使用功能的調(diào)整和建筑品質(zhì)的提升要求，大多會面臨變壓器裝機(jī)容量增容的問題，需要業(yè)主方及時與當(dāng)?shù)毓╇姴块T落實外電源條件和增容方案的可行性，這會成為項目能否順利推進(jìn)的制約因素之一。(2)變電室改造盡可能利用原有的土建條件，包括設(shè)備運輸通道、電纜夾層、預(yù)留板洞等，避免結(jié)構(gòu)上的大拆大改。(3)更換后的變配電設(shè)備應(yīng)選擇為高效節(jié)能產(chǎn)品。繼續(xù)利用舊的供配電設(shè)備應(yīng)委托相關(guān)部門對其進(jìn)行檢測，確保這些電氣設(shè)備能夠繼續(xù)安全可靠運行。(4)

關(guān)注改造后的變電室上方的房間功能是否為有水的房間、是否為對電磁干擾有要求的房間等。(5)

如果改造后需增設(shè)柴發(fā)機(jī)房，則要綜合考慮設(shè)備運輸通道、機(jī)房的進(jìn)排風(fēng)土建條件、機(jī)房輸油管預(yù)留條件、排煙管的設(shè)置位置、機(jī)房的荷載對結(jié)構(gòu)的影響等因素。(6)涉及到外線進(jìn)線位置的電氣用房盡量維持現(xiàn)狀，不做調(diào)整，避免在建筑地下室外墻重新打孔，破壞防水。(7)改造后的電氣小間盡量做到