既有建筑改造工程电气设计方案思路介绍

近年来，“城市更新”“既有建筑改造”成为城市发展的关键词，我国既有建筑面积大，能耗高，改造任务重，既有建筑改造工程的比例逐年上升。既有建筑通常有两种改造形式:整体改造和局部改造。整体改造仅保留主体结构，所有的机电系统全部重新设计，虽然从系统的设计上与新建筑类似，但是主机房和主干路由的设计会受到现状土建条件的制约，设计师要着重解决满足标准要求、使用需求的机电用房、干线路由和土建制约条件之间的矛盾。局部改造只针对某一区域进行改造，设计师关注的重点是改造区域的规范执行标准、改造区域系统和未改造区域系统的衔接、对主干系统的影响、新旧设备的兼容等问题。在对既有建筑进行改造设计的过程中，机电专业面临更大的挑战，会遇到与新建建筑完全不同的问题与困扰。

1电气设计难点既有建筑改造的电气设计难点主要有以下几个方面。(1)设计及验收规范、标准的更新近20年来，随着国内建筑市场的快速发展，与民用建筑设计相关的国家规范(或标准)、行业标准、地方标准(或指导意见)不断推陈出新，这里面包括全新的规范或者标准，也有很大一部分是老规范(标准)的修编更新。这其中，与电气专业设计相关的，且对工程设计产生很大影响的重要规范有以下几本。2015年5月开始实施的GB50016-2014《建筑设计防火规范》，协调原来的GB50016《建筑设计防火规范》和GB50045《高层民用建筑设计防火规范》两本规范的矛盾之处，整合为一本规范。GB50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》从2014年5月开始实施，这本规范较98版的要求，很多条文都做了较大的调整。GB51309-2018《消防应急照明和疏散指示系统技术标准》从2019年3月开始实施，这本规范对消防应急照明系统的设计产生了变革性的调整，完全颠覆原有的应急照明系统的设计理念，不管是对新建项目还是改造项目都带来很大的影响。GB51348-2019《民用建筑电气设计标准》从2019年8月开始实施，此本标准取代了实施12年之久的JGJ16-2008《民用建筑电气设计规范》，新版民标修改和增加了很多条款，电气设计师应尽早掌握这些条款的内容和解读，在新的工程项目中按照新标准实施。改造项目到底采用新规范、新标准还是继续沿用老规范、老标准是所有改造项目各专业都面临的实际问题。有些改造项目，在很难进行抉择的时候，应及时与当地的消防部门、审图部门等进行沟通，寻求合理合法的解决方案。(2)原始设计及竣工资料缺失改造项目需要业主提供原始的设计资料和竣工资料，但实际情况是，很多的改造项目，都面临着原始设计资料的缺失，特别是有些项目，经过了不止一次的改造，导致现场实际情况与原始设计资料严重不符。所有的改造项目都应该有现场探勘环节，甚至应该有专业的探勘团队参与，机电专业重点关注大市政接口、小市政外线、机电用房、干线路由、防雷接地做法、周围环境等情况，并整理一份可作为改造设计依据的探勘报告。(3)改造前后使用功能的变化改造项目，通常建筑功能保持不变，改造的目的就是进行设备更换、系统升级、提升生活、工作环境的舒适度和品质要求。但也有一部分改造项目，改造前后建筑的使用功能发生变化，比如原有办公建筑改造为酒店建筑，原有商业建筑改造为办公建筑等。建筑功能的变化，各专业执行的标准也会发生变化，电气专业应重点考量用电指标变化带来的变压器装机容量变化，是否需要增容，外电源条件可否满足增容需求，以及变化后负荷等级对电源的要求。不同建筑功能电气系统的设计思路有差异，采取的技术手段也不一样。(4)土建条件对电气设计的制约改造项目设计过程中，对于确定主机房位置和干线路由走向的方案，常常要花费更多的时间和精力，原因就是这些方案的确定受到现状土建条件的严重制约。层高、面积、贴临房间的使用功能、结构加固措施、新开板洞的可能性等因素都决定着机电用房选取的可行性。

2工程实例本小节结合既有建筑改造工程实例在电气设计过程中遇到的实际问题进行分析探讨，并提出相对可行的解决方案。该项目位于北京，原使用功能为批发零售商场，建筑面积约13万m²，地上12层，地下2层，室外地面至主屋面女儿墙最高点51.5m，建筑最高点高度64.09m，改造后为高层办公商业综合体。本项目除地下人防部分及整个建筑的主体结构维持不变，其他部分均在改造范围。2.1外电源及变电室的改造变压器，总装机容量9700kVA，单位装机容量指标为74VA/m²。根据改造后建筑功能的用电需求，变压器装机容量需要增加至15200kVA，设置8台变压器。此改造项目需要对变电室进行改造，当时提出两个改造方案。方案1:将原有变电室面积扩大。原有变电室设置于整个建筑地下一层的西南角，约440m²，设置6台变压器，改造前变电室设备排布已相当紧张，变电室北侧有200mm²

的空间可划分给变电室使用，扩大变电室的面积，将新增的2台变压器及高低压配电柜设置于此。方案1优点:

变配电设备集中设置，便于统一管理，新增设备可利用原有的设备吊装孔和运输通道。方案1缺点:

原有变电室设置于西南角，整个建筑的南北和东西方向的长度分别为125m和110m，从变电室到对角位置的低压配电距离在地下一层就将近250m，建筑高度52m，到屋顶的最远端设备的配电距离将超过300m，低压线缆配电距离过长，另外8台变压器集中于一处变电室出线，对变电室附近走道的净高造成很大的压力。方案2:新增一座变电室。原有变电室设置于地下一层西南角，新增变电室设置于地下一层东北角。根据现场实际踏勘并对照原有设计图纸、竣工图纸，在东北角位置可以找到一处满足土建要求的空间作为变电室，内设2台变压器，为建筑东北角附近的用电负荷提供电源。方案2优点:

缩短供电半径，减少低压电缆的配线长度，降低线路损耗。方案2缺点:

新增变电室附近无设备吊装孔，需要利用南侧的设备吊装孔，再沿地下一层通道将设备推至北侧新增变电室。运输设备时，运输通道需做临时支护，结构专业需要考虑新增变电室荷载要求。经过技术经济对比，在土建条件满足要求的前提下，方案2明显优于方案1。选择方案2作为实施方案。2.2电气用房的改造除了变电室，还有其他的电气用房，包括柴发机房、消防安防控制室、弱电机房、强弱电间等可能都在改造范围。改造项目首先关注的也是这些电气用房的设置是否满足设计标准和改造后的功能需求。本项目消防安防控制室和弱电主机房位置维持现状。查看本项目的原设计图纸，在地下一层变电室的北侧有柴发机房，内设1台1200kW柴油发电机组，但现场踏勘，柴发机房位置已改作他用，据物业介绍，此建筑未曾安装过柴发机组。根据改造后的功能需求，本项目需要设置柴发机组，原始设计资料中的柴发机房位置可恢复为此功能用房，但原始图纸中，柴发机房没有预留任何进排风的土建条件，经过几种可能的方案对比，最终还是选择在该位置设置柴发机房，采用远置式散热的柴油发电机组。作为主干路由走向的电气小间的设置是否合理是电气设计很关键的环节。项目原有的电气小间为强弱电共用，面积仅有3.7m²，如图1所示。经现场探勘，里面强弱电设备的安装不满足操作距离要求，强弱电设备之间也没有任何间隔，消防和非消防的干线电缆敷设于同一线槽内，如图2。图1原设计文件中的电气小间布置大样图2现场探勘的电气小间照片原有的电气小间不能满足现行规范的要求，相比20年前的设计标准，现行的设计标准有了很大的提高，系统的数量增多，特别是对消防系统的设置有了更严格的要求。同时，智能化系统的快速发展和广泛应用也对电气小间的空间使用面积提出更高的要求。结合本项目的实际情况，所有作为竖向主干路由的强弱电小间均重新设计。由于原设计采用自然排烟，根据新的设计标准，此项目改造后需要设置机械排烟，原有的电气小间位置改为排烟井。2.3电气消防系统的改造对于改造项目，特别是局部改造项目，电气消防系统的改造是个复杂而又棘手的部分。最主要的原因是和电气消防系统设计密切相关的几本规范的颁布实施。GB50016-2014《建筑设计防火规范》(2018版)、GB50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》、GB51309-2018《消防应急照明和疏散指示系统技术标准》，这几本规范对火灾自动报警系统和消防应急照明系统的设计产生巨大影响。还有暖通专业的GB51251-2017《建筑防烟排烟系统技术标准》、给排水专业的GB50974-2014《消防给水及消火栓系统技术规程》、GB50084-2017《自动喷水灭火系统设计规范》的颁布实施也会给电气专业的设计带来一定程度的影响。一些地区对既有建筑消防系统改造范围、设计标准或审查标准也有相应的规定，如北京市《既有建筑改造工程消防设计指南》(试行)、南京市《既有建筑改造消防设计审查工作指南》(试行)

等，这些地方标准或指导意见也可以作为改造项目的设计依据。本项目除了人防区域不在改造范围，其他区域全部进行改造，可以看做是一个整体改造项目，电气消防系统的设计应全部执行现行规范或标准的要求。消防控制室的主机设备也全部更换。和原设计相比，增加了电气火灾报警系统、消防电源监控系统、燃气报警系统、防火门监控系统、余压监控系统等。对于不在改造范围的人防区域，由于早期采购安装的火灾探测器与新的消防主机不兼容，所以更换所有人防区域的末端火灾探测器、手报按钮等。消防应急照明和疏散指示系统执行GB51309-2018的要求，采用集中电源集中控制型的系统，主机设在消防控制室。人防区域仍采用传统的应急照明配电方式，220V的应急照明灯具，消防状态强制点亮。2.4电气线缆的改造GB50016-2014《建筑设计防火规范》(2018版)、GB50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》、GB51348-2019《民用建筑电气设计标准》都对电气系统的线缆选型有新的要求。过去的项目大多采用YJY及BV电缆及导线，这种线缆会在火灾发生时产生大量的有毒气体。改造项目在线缆的选型上应执行新的设计标准，设计中应明确电缆的燃烧性能、产烟毒性、燃烧滴落物等级标准。电缆选型表如表1所示。2.5防雷接地系统的改造建筑内部进行局部改造的项目通常不涉及到防雷系统的改造，但对于整体改造项目来说，防雷接地是很重要的改造内容。改造项目的防雷接地系统要根据每个项目的实际情况采取不同的措施。对于利用结构钢筋作为防雷引下线和接地体的建筑，且引下线和接地网保持完好，经过检测，满足继续使用要求，则可仅对屋面接闪装置进行修复或者改造。有些改造项目建造时间比较早，砖混结构形式，采用专用防雷引下线且明敷的方式，接地网均96为人工接地体。防雷引下线受到空气和土壤中化学成分的影响发生腐蚀，人工接地体长期埋在潮湿的土壤环境中，最容易发生腐蚀，引起接地网断裂，引下线与接地网的脱离，造成接地安全隐患。对这类项目，改造时，防雷接地系统均应该重新设计施工。早期建筑的防雷系统几乎没有考虑对电子信息系统的防护措施，项目在改造设计时，应执行GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》和GB50343-2012《建筑物电子信息系统防雷技术规范》的标准要求。本项目屋面接闪器全部重新设计，引下线和接地体维持现状。电子信息系统的雷电防护等级为C级，电涌保护器的设置位置和技术参数如表2所示。本项目在改造设计的过程中，因为增加了柴发机房、变电室、强弱电小间、电梯，对于这些部位的等电位连接重新进行设计。在地下一层公区走道的顶板下方敷设一圈40×4镀锌扁钢，此镀锌扁钢与原有变电室的总等电位箱、由基础底板钢筋接至原电气小间(现已该做他用)的LEB箱的扁钢可靠连接。从这一圈接地扁钢分别引至新增的变电室、柴发机房、电梯井道、强弱电间的等电位箱。同时把新增变电室、柴发机房内的等电位箱与房间内的两根柱内的主钢筋进行可靠连接。实现改造后建筑的总等电位联结。2.6绿色节能改造建造时间稍长的一些早期建筑，基本没有绿色节能的设计理念，而且后期随着设备设施的逐渐老化，资源利用效率低，能源消耗水平高的问题越发突出。我国在十二五期间就提出了对既有建筑进行绿色改造的规划目标，制定了GB/T51141-2015《既有建筑绿色改造评价标准》(此标准正在修编，已发布征求意见稿)、JGJ176-2009《公共建筑节能改造技术规范》等标准，同时还有GB/T50378-2019《绿色建筑评价标准》、GB50189-2015《公共建筑节能设计标准》，推动更多的既有建筑改造后获得绿色建筑标识。本改造项目根据GB/T50378-2019《绿色建筑评价标准》二星(73.2分)以及LEEDCSV4中LEED金级(70分)的要求，对各个专业提出设计要求，使改造后的建筑获得绿色二星和LEED金级标识认证。表3为对电气专业提出的要求。3电气设计要点(1)

整体改造项目，通常变电室也会在改造范围，而且根据建筑使用功能的调整和建筑品质的提升要求，大多会面临变压器装机容量增容的问题，需要业主方及时与当地供电部门落实外电源条件和增容方案的可行性，这会成为项目能否顺利推进的制约因素之一。(2)变电室改造尽可能利用原有的土建条件，包括设备运输通道、电缆夹层、预留板洞等，避免结构上的大拆大改。(3)更换后的变配电设备应选择为高效节能产品。继续利用旧的供配电设备应委托相关部门对其进行检测，确保这些电气设备能够继续安全可靠运行。(4)

关注改造后的变电室上方的房间功能是否为有水的房间、是否为对电磁干扰有要求的房间等。(5)

如果改造后需增设柴发机房，则要综合考虑设备运输通道、机房的进排风土建条件、机房输油管预留条件、排烟管的设置位置、机房的荷载对结构的影响等因素。(6)涉及到外线进线位置的电气用房尽量维持现状，不做调整，避免在建筑地下室外墙重新打孔，破坏防水。(7)改造后的电气小间尽量做到