某大型博物馆电气设计方案研究

0引言

在当代社会,大型博物馆作为文化、艺术和历史的载体,其功能已远远超越传统的展览和收藏。随着科技的发展,博物馆的展览形式越来越多样化,数字化和互动化元素的加入,使得电气设计成为保障博物馆正常运营和提升观众体验的关键因素。特别是在保护珍贵文物和艺术品、保障公众安全的同时,还需要考虑到能源效率和环保问题o因此,本文的目的在于探讨和解析大型博物馆电气设计的新策略和方法,以满足这些现代化建筑的特殊需求。通过对供配电系统、应急照明系统、火灾自动报警系统的深入研究,旨在提供既安全又高效的电气设计方案,以此作为未来类似项目的参考标准。

1 工程概况

该大型博物馆项目位于城市中心,具有独特的“L”形设计,东西长约520 m,南北宽度在东侧为85m,西侧为95 m,展现出现代化建筑的美学和实用性。总用地面积为48 000 m²,建筑总面积达42 000 m²,其中地上建筑面积16 000 m²,地下建筑面积26 000 m²。 本项目一层常设展厅建筑面积3100 m²,该建筑共分为地上3层和地下2层,最大建筑高度为25.50 m。设有400个机动车停车位,其中地上120个,地下280个。特别设计的人防设施位于地下一层,可在必要时作为人员掩蔽所。博物馆的建筑分类为多层大型综合性博物馆,采用一级耐火材料,设计使用年限为55年,抗震设防烈度达到7度。

2 系统设计方案

2.1供配电系统

2.1.1 负荷计算

在设计特大型博物馆的电气系统时,考虑到其建筑总面积约为42000 m²,包括16000 m² 的地面建筑和26 000 m²的地下结构,将其定位为特大型建筑。根据JGJ 66—2015《博物馆建筑设计规范》,此种规模的项目对电气系统的负荷计算有着严格的要求^[1]。在本项目中,重要系统如消防、安全、数据中心和珍贵展品区的用电需求被分类为一级负荷。同时,电梯、日常用水泵、污水处理设备及展厅照明等也被归入一级负荷。对于空调、展览用电和厨房设施等,则被划分为二级负荷,而办公区和充电站等被视为三级负荷。负荷计算采用两种主要方法:基于单位面积的负荷估算和需要系数法^[2]。最终各展厅负荷如表1所示。

2.1.2具体设计

项目在博物馆地下一层安排一座10/0.4 KV的配电站,位于电力负荷的中心位置。该站配备了6台变压器,其中3台为1 600 KVA型号,另外3台为1 350 KVA 型号,确保各类负荷需求的高效满足^[3]。特别是一些变压器,专门用于空调系统,可在负荷较低的季节进行有效的能源管理。设计中考虑博物馆未来可能面临的挑战,如藏品种类的增加、参观者数量的上升,展示方法、文物保护和教育研究的进步对于大功率的恒温恒湿负荷、实验室负荷以及其他重要负荷,设计采用放射式的供电方式。同时,照明和常规负荷则采用了树干式和放射式相结合的供电模式,以实现电力的均衡分配和有效利用。针对博物馆的特殊要求,如火灾报警、应急照明、安全系统和通信系统等关键系统,设计中包含了不间断电源(UPS)作为应急电源,以保证在紧急情况下这些系统的连续运行。供电系统设计方案见图1所示。

2.2 应急照明系统

2.2.1设计标准

在执行大型博物馆电气设计方案时,特别关注应急照明系统的设计准则。依据JGJ66—2015《博物馆建筑设计规范》指出疏散通道和展览区的地面平均照度不得低于5 lx,这一标准高于GB 51309—2018《消防应急照明和疏散指示系统技术标准》中的3lx 最低要求。据此,在设计实施中应优先考虑遵循JGJ 66—2015《博物馆建筑设计规范》的高标准。对于净空超过8 m的高层展厅区,推荐使用B类灯具^[4]。备用照明系统的照度应保持在常规照明水平的10%或以上。而在选择疏散指示灯时,必须根据室内高度来定。例如:超过4.5 m的室内应采用超大型或大型标志灯。

2.2.2具体设计

在本博物馆的照明方案中,鉴于各展览室形状的差异性,尤其需关注屋顶的特征和弯度,以及灯具设置的高度。博物馆内部存在许多高空区域,在挑选照明设施时,高度成为关键考虑点。对于公共空间,利用智能控制系统来调控照明灯具的开关。 在展览厅的精致照明设计中,初期设计阶段就应考虑足够的电力支持。与此同时,涉及精装修的其他区域也应事先计划好电力和电路的备用安排。备用照明方面,依照项目早期的规划,留出常规照明容量的10%。考虑到该项目空间布局的复杂性及其内部高大空间的存在,紧急照明设计时需要充分考虑空间因素。在设计逃生指示灯时,根据就近原则设定指示方向,以便于快速疏散人员并确保安全。此外,基于建筑的整体布局,合理设置安全出口的指示标志。

2.3火灾自动报警系统

2.3.1开式高压水雾灭火

在设计开式高压水雾灭火系统时,其电气设计需参考气体灭火系统的自动联动控制原则。关键的设计要素包括:高压水雾泵控制柜通常作为整体由供应商提供,而电气工程师的职责是确保消防电源的接入以及手动控制线路的安装。 在消防指挥中心,必须实现对高压水雾泵组的远程手动启动功能。为防止系统误操作,每个防火区域都需要装备感烟和感温探测器。在高压水雾覆盖区的每个进出口的内外两侧,应安装声光警报器,并在外部增设喷雾指示灯。此外,每个独立分区都应装备控制阀,并需接入220V的消防电源,配备输入输出模块和手动控制线路。

2.3.2预作用喷水灭火

在规划预作用喷水灭火系统的电气方案时,其控制方式主要包括单联锁(只由火警控制系统激活)和双联锁(由火警控制系统和安装在充气管路上的压力传感器共同控制)。在单联锁系统中,电气工作的核心是管理位于预作用报警阀组之前的电磁阀,而在双联锁系统中,则需要同时管理这个电磁阀和安装在快速排气阀之前的电磁阀。在这个项目中,选择单联锁控制方案。遇到火灾情况时,消防系统的联动控制器会启动预作用报警阀组前的电磁阀,实现系统的湿式转换。电磁阀配备有控制箱,能够实现自动控制、消防指挥中心的远程控制和现场手动控制。电气系统需要为控制箱供应220 V的消防专用电源,并安装输入输出模块及手动控制线路。

3设计注意要点

3.1 用电安全

在博物馆电气设计中,考虑到公众互动性强,在展览区域电气设计需与室内设计团队紧密协作,确保所有电力设施如配电盘等不暴露于公众视线中。同时,所有公众可接触的电气部件需采用低电压以保障安全,特别是涉水场所的电气设备,必须采用极低电压以避免触电风险。在相对封闭且人员流动较少的储藏区,电气安全措施需更加严格。一是在储藏区配电盘的进线处安装具有防火限流功能的保护器,保护器能在电路发生故障时快速切断电流,有效预防电气火灾。二是合理规划储藏区的电力布局,将主配电盘设置在储藏区外,并将其电力管理纳入整体设备管理系统中,采用“人员到达时通电,离开时断电”的策略,在储藏区入口处设置插卡式电源控制系统,集成门禁与电源控制,无人状态下实现断电^[5]。同时,将储藏区的电力系统接入楼宇控制系统,便于远程监控和管理,增强安全性。根据JGJ 66—2015《博物馆建筑设计规范》的要求,所有照明和插座都应装配防剩余电流保护装置,以进一步保证用电安全。按照图2所示设计库房配电系统,保证用电安全。

3.2 预留进出管线

结合降板区域特点,电气桥架路由设计需避开层高受限的区域,通过建筑模型确定顶板设置位置,确保桥架的敷设路径不受高度限制的影响。在走廊等受限宽度的区域,将强电桥架与智能化桥架分层敷设,需要与水暖系统协调,合理利用空间,并在桥架路由需要穿越展厅等区域时提前与相关专业进行协商。针对二层展厅区域,由于屋顶采用钢梁结构,吊顶安装方式为贴梁敷设。在设计中要注意梁下空间无法用于水暖电管线,因此需要巧妙地通过钢梁的间隙进行管线穿越。在地下一层的主变电所,预留10kV电缆进线套管,并同时预留低压电缆出线套管,确保了电缆进出线的灵活性和未来维护的便利性。考虑到人防区域位于地下二层,电缆需从地下一层进入,需要仔细核对预留管线的标高和预留高度,以确保电缆传输顺利。在整体布局中,考虑到景观用电和小型市政用电的需求,预留低压电缆进出线套管(图3),为未来的电气布局变动提供了便利。

3.3 故障保护

根据GB50057—2010《建筑物防雷设计规范》和 GB 50169—2016《电气装置安装工程 接地装置施工及验收规范》,过载保护需确保所有电气设备按其额定容量运行。例如,变压器、电动机等主要设备需安装热继电器,以监测和控制设备的温度和电流,避免因长时间过载而导致设备损坏或火灾。依据GB 50054—2011《低压配电设计规范》,需为每个电路配置合适的断路器。断路器应能在毫秒级响应短路电流,迅速切断电源,防止电气系统受到进一步损害。例如,主配电板的进线应设置高断容量断路器,以应对潜在的大电流短路事故。根据GB/T13955—2017《剩余电流动作保护装置安装和运行》,漏电保护主要通过安装漏电断路器(RCDs)实现。这些装置需能在30 ms内检测到30 mA的漏电流并断开电源,以保护人身安全。利用智能电气管理系统(如基于DB11/T1439—2017《建筑智能化系统工程设计规范》),实时监控电气系统的运行状态,如电流、电压、功率和温度等参数。

4结束语

博物馆作为文化和历史的重要载体,其电气系统设计的重要性不言而喻。本文深入探讨工程概况、 系统设计方案以及设计中的重要注意要点。

通过对供配电系统、应急照明系统、火灾自动报警系统的详细分析以及用电安全、预留进出管线和故障保护的细致讨论,意在提供全面而具体的视角,理解电气系统设计。

通过本文研究和讨论,希望能够为电气设计领域,尤其是对于具有特殊要求的建筑如博物馆等提供新的见解和参考。

[参考文献]

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[4]张飚.博物馆消防改造电气设计探讨 [J].建筑电气,2022,41(4):14—18.

[5]王梦梦.浅谈某博物馆电气设计[J].智能建筑电气技术,2021,15(3):95—98.

2024年第14期第4篇