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一、建筑電氣設(shè)計(jì)的概念
1.設(shè)計(jì)的概念
　　設(shè)計(jì)是一個(gè)構(gòu)思表達(dá)、再構(gòu)思表達(dá)、反復(fù)推敲、不斷深入發(fā)展和進(jìn)行評(píng)價(jià)的過程。基本上可以概括為博覽、創(chuàng)意、構(gòu)思、表達(dá)等幾個(gè)階段。博覽是博覽群書，直接和間接地學(xué)習(xí)各方面的知識(shí)。通過聽講、看書、參觀訪問、觀摩等各種方式，對(duì)各種建筑物及建筑物中的各種設(shè)備、技術(shù)規(guī)格和空間尺度要心中有數(shù)。
　　接到設(shè)計(jì)任務(wù)后，就要?jiǎng)?chuàng)意。只有書本知識(shí)是不夠的，生活體驗(yàn)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)往往也非常重要。在創(chuàng)意中要善于找出問題、揭示矛盾、分析研究、解決疑難。創(chuàng)意就是對(duì)具體問題提出解決的思路。創(chuàng)意可能是模糊的，但它對(duì)以后的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，好的創(chuàng)意才能發(fā)展下去，而創(chuàng)意不當(dāng)就會(huì)步履維艱。
　　好的創(chuàng)意不等于好的設(shè)計(jì)，因?yàn)樵O(shè)計(jì)中的矛盾是錯(cuò)綜復(fù)雜的，一開始矛盾沒有展開，而是隨著思維的發(fā)展而逐步展開，并在展開的過程中逐一對(duì)這些問題尋找理想的解決方案。這一過程就是構(gòu)思發(fā)展過程，就是從創(chuàng)意到成熟的過程，這個(gè)過程中很重要的就是思維的表達(dá)。
　　思維產(chǎn)生于人的頭腦，是個(gè)瞬時(shí)的火花，這種印象產(chǎn)生后必須抓緊時(shí)間記錄。好記性不如爛筆頭，設(shè)計(jì)是構(gòu)思的過程，也是動(dòng)手的過程。思維借助語(yǔ)言完成，建筑工程設(shè)計(jì)語(yǔ)言就是圖紙或模型。因此，將自己的設(shè)計(jì)構(gòu)思表達(dá)成為圖紙，是設(shè)計(jì)人員的基本功。
　　設(shè)計(jì)過程從一開始到深入下去，各階段思維的廣度、深度都不同，表達(dá)方式、工具也可能是多樣化的。表達(dá)方式和工具要適應(yīng)思維的速度，推動(dòng)思維發(fā)展成熟。
2.服務(wù)的對(duì)象
　　設(shè)計(jì)是為甲方(業(yè)主)的功能需要服務(wù)的，也是為施工單位的施工需要服務(wù)的。在滿足國(guó)家有關(guān)規(guī)定的前提下，設(shè)計(jì)人員應(yīng)樹立服務(wù)意識(shí)、樹立合作觀念、樹立敬業(yè)精神。對(duì)建筑電氣專業(yè)的設(shè)計(jì)人員而言，妥善處理與各個(gè)專業(yè)之間的關(guān)系是十分重要的事情，在協(xié)調(diào)上所用的時(shí)間甚至可能超過埋頭設(shè)計(jì)的時(shí)間。
3.設(shè)計(jì)的內(nèi)容
　　現(xiàn)代建筑趨于多元化的風(fēng)格，高度大、面積大、功能復(fù)雜，電氣設(shè)計(jì)內(nèi)容也日趨復(fù)雜，項(xiàng)目繁多。建筑電氣設(shè)計(jì)從狹義上僅指民用建筑中的電氣設(shè)計(jì)，從廣義上講應(yīng)該包括工業(yè)建筑、構(gòu)筑物和道路、廣場(chǎng)等戶外工程。
　　傳統(tǒng)建筑電氣設(shè)計(jì)只包括供電和照明，而今天一般將其設(shè)計(jì)的內(nèi)容形容為強(qiáng)電和弱電。將供電、照明、防雷歸類在強(qiáng)電，而其余部分，如電話、電視、消防和樓宇自控等內(nèi)容統(tǒng)統(tǒng)歸于弱電。這種分類以電壓的高低為依據(jù)，強(qiáng)調(diào)了電氣設(shè)計(jì)中所增加的消防、電訊和自控內(nèi)容與傳統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)內(nèi)容完全不同，容易理解，所以很快被人們所接受。
　　但是，這種按電壓高低進(jìn)行分類的方法并不嚴(yán)謹(jǐn)，如：動(dòng)力設(shè)備的二次控制回路，其電壓可能很低；而消防回路中的聯(lián)動(dòng)也不宜與配電箱完全分割開。又如人防設(shè)計(jì)、防雷設(shè)計(jì)、保安設(shè)計(jì)等功能性設(shè)計(jì)，其內(nèi)容不僅僅是弱電信號(hào)的報(bào)警，也包含有動(dòng)力、照明的聯(lián)鎖反應(yīng)。又如防雷接地，強(qiáng)弱電都要求，而且有向等電位聯(lián)結(jié)發(fā)展的趨勢(shì)，實(shí)際上又很難分開。如果電氣設(shè)計(jì)僅僅以電壓高低進(jìn)行分工，勢(shì)必造成強(qiáng)弱兩個(gè)子工種之間交叉過多，界限不清楚。
4.電氣設(shè)計(jì)的分類
　　本書中將嘗試一種新的分類方法，就是按功能分類。既然建筑設(shè)計(jì)是為業(yè)主的功能需要服務(wù)的，將滿足某一類需要的相關(guān)設(shè)計(jì)內(nèi)容放在一起考慮應(yīng)該是合情合理的。為此，筆者對(duì)建筑電氣的要求進(jìn)行了總結(jié)，提出本書的分類方法，愿意以一孔之見與各位同行做進(jìn)一步的交流。考慮到防雷、消防等內(nèi)容都是出于對(duì)減少建筑物災(zāi)害的功能設(shè)計(jì)，特增加了電氣減災(zāi)一篇，并將保安監(jiān)控、防空襲、防爆炸等內(nèi)容歸并其中。而電訊和樓宇集控的出現(xiàn)不僅僅是減災(zāi)的需要，也是人們對(duì)理想生活環(huán)境的追求。出于對(duì)信息時(shí)代不斷發(fā)展的新技術(shù)考慮，建筑電氣的設(shè)計(jì)內(nèi)容應(yīng)能擴(kuò)展，而信息正是其核心詞。減災(zāi)篇和信息篇中的內(nèi)容多是建筑電氣設(shè)計(jì)新增加的內(nèi)容，而傳統(tǒng)的供電篇和照明篇原本就有所界定。
　　這樣分類還有另外一個(gè)原因是出于工作量的考慮。對(duì)于大型復(fù)雜建筑物，以平面圖而言，傳統(tǒng)強(qiáng)弱電都不只一張。由于消防、電視、廣播、保安、綜合布線(網(wǎng)絡(luò)和電話)的要求并不相同，出于方便施工和報(bào)批的角度，往往要分別出圖。將傳統(tǒng)弱電改為減災(zāi)和信息，與傳統(tǒng)強(qiáng)電的供電和照明并列，可以更加真實(shí)地反映出變化后的工作量，也使建筑電氣的四個(gè)子專業(yè)能夠大體平衡。下面將進(jìn)一步敘述建筑電氣四個(gè)子專業(yè)的具體設(shè)計(jì)內(nèi)容。
二、供電系統(tǒng)
　　建筑供電主要是解決建筑物內(nèi)用電設(shè)備的電源問題。包括變配電所的設(shè)置，線路計(jì)算，設(shè)備選擇等。
1.供電電源及電壓的選擇
　　供電設(shè)計(jì)：包括供電電源的電壓、來源、距離和可靠程度，目前供電系統(tǒng)和遠(yuǎn)景發(fā)展情況；用電負(fù)荷的性質(zhì)、總設(shè)備容量和計(jì)算負(fù)荷；變配電所的數(shù)量、容量、位置和主接線；無功功率的補(bǔ)償容量和補(bǔ)償前后的功率因數(shù)；備用容量和備用電源供電的方式；繼電保護(hù)的配置、整定和計(jì)量?jī)x表的配置。
　　為了保證供電可靠性，現(xiàn)代高層建筑至少應(yīng)有兩個(gè)獨(dú)立電源。具體數(shù)量應(yīng)視當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)條件而定。兩路獨(dú)立電源運(yùn)行方式，原則上是兩路同時(shí)使用，互為備用。此外，還必須裝設(shè)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組，并要求在15s內(nèi)走道恢復(fù)供電，保證應(yīng)急照明、消防設(shè)備、電腦電源等用電。國(guó)內(nèi)高層建筑大都采用10kV等級(jí)，對(duì)用電量大而且有條件的，建議采用35kV深入負(fù)荷中心供電。
2.電力負(fù)荷的計(jì)算
　　電力負(fù)荷是供電設(shè)計(jì)的依據(jù)參數(shù)。計(jì)算準(zhǔn)確與否，對(duì)合理選擇設(shè)備、安全可靠與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，均起著決定性的作用。負(fù)荷計(jì)算的基本方法有：利用系數(shù)法、單位負(fù)荷法等，詳見第7章。
3.短路電流計(jì)算
　　計(jì)算各種故障情況，以確定各類開關(guān)電器的整定值、延時(shí)時(shí)間。
4.高壓接線
　　好的設(shè)計(jì)能夠產(chǎn)生巨大的效益，這是工程師設(shè)計(jì)的主要目的。如何因地制宜，保證高低壓接線的安全、合理、經(jīng)濟(jì)、方便，是我們的一個(gè)重要課題。
　　現(xiàn)代高層建筑一般要求采用兩路獨(dú)立電源同時(shí)供電，高壓采用單母線分段、自動(dòng)切換、互為備用。母線分段數(shù)目，應(yīng)與電源進(jìn)線回路數(shù)相適應(yīng)。只有供電電源為一主一備時(shí)，才考慮采用單母線不分段的型式。若出線回路較多時(shí)，通常考慮分段。電源進(jìn)線方式多采用電纜埋地或架空引入。
　　高壓配電系統(tǒng)及低壓干線配電方式常采用放射式，樓層配電則為混合式。現(xiàn)代高層建筑的豎井多采用插接母線槽。水平干線因走線困難，多采用動(dòng)力與豎井母線通過插接箱連接。每層樓豎井設(shè)層配電小間，經(jīng)過插接箱從豎井母線取得電源。當(dāng)層數(shù)較多或負(fù)荷巨大時(shí)，可按樓層分區(qū)供電或?qū)?span style="text-decoration:underline;">變壓器分散布置，但要進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析。
5.低壓配電線路設(shè)計(jì)
　　首先確定進(jìn)戶線的方位，然后確定各區(qū)域總配電箱、分箱的位置，根據(jù)線路允許電壓降等因素確定干線的走向，管材型號(hào)和規(guī)格，導(dǎo)線截面等，繪制平面圖。
　　低壓配電系統(tǒng)的各級(jí)開關(guān)，一般采用低壓斷路器。設(shè)計(jì)時(shí)注意選擇性，保護(hù)等級(jí)不宜超過三級(jí)。重要負(fù)荷要求兩路供電、末端切換，如消防電梯，要求在電梯機(jī)房設(shè)置切換裝置、互為備用。配電設(shè)計(jì)包括配電系統(tǒng)的接線、主要設(shè)備選擇、導(dǎo)線及敷設(shè)方式的選擇、低壓系統(tǒng)接地方式選擇等。
6.電氣設(shè)備選擇
　　現(xiàn)代建筑要求電氣設(shè)備防火、防潮、防爆、防污染、節(jié)能及小型化。電氣設(shè)備有的需要引進(jìn)。設(shè)備引進(jìn)是一項(xiàng)技術(shù)性、政策性很強(qiáng)的工作，對(duì)國(guó)際市場(chǎng)的產(chǎn)品動(dòng)態(tài)及發(fā)展趨勢(shì)都應(yīng)有一定了解，具備必要的國(guó)際貿(mào)易常識(shí)。
　　電氣設(shè)備的選擇是涉及多種因素，首先要考慮并堅(jiān)持的是產(chǎn)品性能質(zhì)量。電氣產(chǎn)品的選用必須符合國(guó)家有關(guān)規(guī)范。其次才是經(jīng)濟(jì)性，要根據(jù)業(yè)主功能要求、經(jīng)濟(jì)情況做出選擇。隨著人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的日益增加，選擇環(huán)保產(chǎn)品、節(jié)能產(chǎn)品也是新的時(shí)尚，這就不僅僅是錢的問題了。
　　電氣工程師所要選擇的產(chǎn)品包含在每個(gè)設(shè)計(jì)子項(xiàng)之中，主要有電源設(shè)備、高低壓開關(guān)柜、電力變壓器、電纜電線、母線槽、開關(guān)電器、照明燈具、電訊產(chǎn)品、消防安防產(chǎn)品、樓宇自控產(chǎn)品等。
7.繼電控制與保護(hù)
　　沒有十全十美的系統(tǒng)，沒有100％可靠的設(shè)備，對(duì)于各種突發(fā)的意外情況，對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)，是電力系統(tǒng)工程師的職責(zé)之一。
8.電力管理
　　功率因數(shù)要求補(bǔ)償?shù)?.9～0.95，可采用集中補(bǔ)償或分散補(bǔ)償方式。為降低變壓器容量，集中補(bǔ)償裝置通常采用干式移相電容器，設(shè)置在低壓配電柜一起。
“管理出效益”已經(jīng)成為商品經(jīng)濟(jì)時(shí)代的共識(shí)，對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行卓有成效的管理往往能夠在現(xiàn)有的物質(zhì)條件基礎(chǔ)上，產(chǎn)生出令人驚訝的潛能。有關(guān)電力管理的討論見本書第13章。
9.變配電所設(shè)計(jì)
　　根據(jù)建筑特點(diǎn)，確定變電所設(shè)計(jì)是建筑供電的重點(diǎn)，其設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要有：變配電所的負(fù)荷計(jì)算；無功功率補(bǔ)償計(jì)算；變配電室的位置選擇；確定電力變壓器的臺(tái)數(shù)和額定容量的計(jì)算；選擇主接線方案；開關(guān)容量的選擇和短路電流的計(jì)算；二次回路方案的確定和繼電保護(hù)的選擇與整定；防雷保護(hù)及接地裝置的設(shè)計(jì)；變配電所內(nèi)的照明設(shè)計(jì)；編制供電設(shè)計(jì)說明書；編寫電氣設(shè)備和材料清單；繪制配電室供電平面圖；二次回路圖及其他施工圖。
10.電梯
　　電梯按使用功能分類有：高級(jí)客梯、普通客梯、觀景梯、服務(wù)梯、消防梯、貨梯、自動(dòng)扶梯等；按速度劃分有：低速梯、快速梯、高速梯和超高速梯；按電流分為直流和交流梯。設(shè)計(jì)人員的任務(wù)是確定電梯臺(tái)數(shù)和決定電梯功能。電梯的配置和選型，往往是建筑師根據(jù)建筑需要作出決定，但電氣設(shè)計(jì)人員宜參與協(xié)商，與建筑師共同研究確定。為縮短候梯時(shí)間、提高運(yùn)輸能力，采用高速電梯、分區(qū)控制和電腦群控已經(jīng)是常見的。
三、照明系統(tǒng)
　　電氣照明設(shè)計(jì)包括設(shè)計(jì)說明、光源選擇、照度計(jì)算、燈具造型、燈具布置、安裝方式、眩光控制、調(diào)光控制、線路截面、敷設(shè)方法和設(shè)備材料表等。照明設(shè)計(jì)和建筑裝修有著非常密切的關(guān)系，應(yīng)與建筑師密切配合，以期達(dá)到使用功能和建筑效果的統(tǒng)一。綠色照明是指在設(shè)計(jì)中廣泛采用新的材料、技術(shù)、方法，達(dá)到節(jié)能、高效及環(huán)保的要求。
1.電光源
　　選擇人工光源是照明設(shè)計(jì)的第一步。從愛迪生發(fā)明白熾燈以來，電光源也幾經(jīng)改朝換代。了解各類電光源的特點(diǎn)是我們電氣設(shè)計(jì)工程師的職責(zé)。
2.照明計(jì)算
　　照度計(jì)算是設(shè)計(jì)的理論根據(jù)，一絲不茍地進(jìn)行照度計(jì)算、三相平衡計(jì)算、燈具配光曲線選擇，是照明設(shè)計(jì)的基本功。有人認(rèn)為，照明設(shè)計(jì)是比較容易的一部分，那是僅僅看到照明設(shè)計(jì)人員在一個(gè)又一個(gè)畫燈泡的現(xiàn)象，而不了解照明設(shè)計(jì)所涉及的復(fù)雜理論和在實(shí)際選型中所涉及的多種因素。
3.燈具選型
　　根據(jù)不同的場(chǎng)合選擇不同的燈具，以達(dá)到預(yù)期的效果，往往需要電氣工程師與建筑師協(xié)商。電氣工程師需要更多的考慮技術(shù)規(guī)格方面的因素，如燈具效率、照度值、功率消耗等，而某些涉及美學(xué)的問題，屬于仁者見仁、智者見智，建筑師和業(yè)主往往有不同的見解。實(shí)際工作中，電氣工程師有責(zé)任對(duì)建筑物的基本照明做出安排，對(duì)燈具進(jìn)行選型。
4.應(yīng)急照明
　　100％的電源遲早會(huì)出現(xiàn)會(huì)出現(xiàn)中斷，出于生理和心理的安全需要，設(shè)置應(yīng)急照明是必須的。見本書第19章的內(nèi)容。
5.環(huán)保和節(jié)能
　　(1)環(huán)保：環(huán)境保護(hù)的重要性不言而喻，我們只有一個(gè)地球，破壞環(huán)境無異于殺雞取卵。增強(qiáng)電氣工程師在設(shè)計(jì)中的環(huán)保意識(shí)，是我們應(yīng)盡的責(zé)任。
　　(2)節(jié)電：節(jié)省能源是我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的一項(xiàng)重大政策，節(jié)約用電是節(jié)約能源中的一個(gè)重要方面，它直接關(guān)系到建筑物的運(yùn)行效率和其中人們的生活、工作。節(jié)電方案的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)技術(shù)先進(jìn)、安全適用、經(jīng)濟(jì)合理、節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的原則確定。采用合理的配電方式，采用高效電氣設(shè)備，采用無功功率補(bǔ)償和電腦優(yōu)化控制等措施，節(jié)約用電。