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摘要：隨著培養(yǎng)高科技人才的迫切需要，高等院校多學(xué)科逐漸橫向交叉融合，從學(xué)科隊伍、平臺資源、技術(shù)條件等多個方面整合資源、合作共享、統(tǒng)籌推進。高等院校教學(xué)實驗樓被賦予科學(xué)研究和政策咨詢機構(gòu)的功能更加明顯。教學(xué)實驗樓的電氣設(shè)計以及投入運行后電氣系統(tǒng)、電氣設(shè)備等的安全、經(jīng)濟、節(jié)能顯得尤為重要。文章通過對高等院校教學(xué)實驗樓各功能房間、各部位的特點詳盡分析與梳理，從教學(xué)實驗樓的供配電系統(tǒng)、電氣照明系統(tǒng)、建筑物防雷接地系統(tǒng)、消防以及火災(zāi)報警系統(tǒng)、信息網(wǎng)絡(luò)、門禁、智能化系統(tǒng)等系統(tǒng)闡述了教學(xué)實驗樓電氣設(shè)計的特點，疑點、和難點進行深入探討，提出電氣設(shè)計的優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞：國家重點實驗室；二級生物安全實驗室；高壓供電系統(tǒng)；低壓配電系統(tǒng)；照明配電系統(tǒng)；防雷接地系統(tǒng)；電氣消防系統(tǒng)；智能化系統(tǒng)

高等院校是打造引領(lǐng)未來科技發(fā)展復(fù)合型、創(chuàng)新性人才的教學(xué)科研高地。高等院校教學(xué)實驗樓不但承擔(dān)教學(xué)任務(wù)而且承擔(dān)著科學(xué)研究的重任，高等院校探索專業(yè)學(xué)科之間的復(fù)合交叉融合，探索培養(yǎng)未來科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才新模式尤為重要。本文以寧夏大學(xué)新農(nóng)科人才培養(yǎng)與創(chuàng)新研究院項目教學(xué)實驗樓電氣設(shè)計為實例，著重分析了國家重點實驗室，生物安全實驗室的電氣設(shè)計的特點，以期達到優(yōu)化設(shè)計的目的。

1工程概況

（1）寧夏大學(xué)新農(nóng)科人才培養(yǎng)與創(chuàng)新研究院項目教學(xué)實驗樓總建筑面積為38720m2，其中地上教學(xué)實驗與科研中心用房34220m2，地下設(shè)備用房641m2，人防地下室（平時為地下車庫）3859m2。可供寧夏大學(xué)3500名師生在此開展教學(xué)、研究、學(xué)術(shù)交流等活動。樓內(nèi)功能以學(xué)科實驗室、研究室、研討室、實驗室配套用房（儀器室、試劑室、準備室等）、實驗室管理用房為主，另設(shè)有部分設(shè)備用房、機房、后勤服務(wù)用房等。（2）本工程為一類高層公共建筑，結(jié)構(gòu)形式為框架，建筑層數(shù)：地上3~6層，地下1層。1~6層層高均為4.2m，總建筑高度30.35m（檐坡屋頂），局部三層部位建筑高度13.8m。地下一層層高5.4m。地上部分耐火等級為二級，地下部分耐火等級為一級，工程設(shè)計等級為一級。室外消防用水量為40L/S。（3）重點實驗室及二級生物實驗室分布位置說明（功能分區(qū)關(guān)系見圖1）。①本項目實驗用房及研究用房依據(jù)學(xué)科劃分分別布置于A段、C段、E段中，管理用房與學(xué)科交叉研討用房等布置于B段、D段、F段中。②本項目A段四層、五層、六層依次分布西北土地退化與生態(tài)恢復(fù)國家重點實驗室培育基地、西北土地退化與生態(tài)恢復(fù)國家重點實驗室培育基地、西北土地退化與生態(tài)恢復(fù)國家重點實驗室培育基地等國家重點實驗室。③本項目C段二層園藝微生物實驗室、E段一層、二層、三層及六層實驗室為二級生物安全實驗室。

2負荷等級分類與供電電源

一級負荷：消防用電設(shè)備（排煙風(fēng)機、加壓送風(fēng)機、防火卷簾、消防泵、噴淋泵、消防控制室等）、消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)、電子信息設(shè)備機房用電、安防系統(tǒng)用電、客梯、排水泵、生活給水泵，汽車庫照明用電、對供電連續(xù)性要求較高的國家重點實驗室用電等。二級負荷：主要通道及樓梯間照明用電、對供電連續(xù)性要求較高的其他實驗室用電、二級生物安全實驗室用電。三級負荷：空調(diào)、開水器、其他不重要的用電設(shè)備。①供電電源：本工程高壓采用10KV雙電源供電，一路電源由文萃路3號環(huán)網(wǎng)柜914間隔引來，另一路電源由寧夏大學(xué)總開閉所引來。10KV電源均采用YJV22-10KV鎧裝電纜埋地引入。②負荷容量：教學(xué)實驗樓安裝容量P=4529KW，Pjs=2717KW，其中一、二級負荷安裝功率約926KW。消防負荷安裝容量約438KW。

3高、低壓配電系統(tǒng)

（1）本工程高壓采用2路10KV電源供電，2路高壓電源同時工作、互為備用。高壓配電系統(tǒng)采用分布式直流操作電源與其配套。變配電室選用3臺SCB13-1250KVA環(huán)氧澆注干式變壓器，其中2臺變壓器低壓側(cè)配電互為備用，同時工作，變壓器設(shè)強制風(fēng)冷系統(tǒng)及溫度監(jiān)測報警裝置。低壓配電柜設(shè)置聯(lián)絡(luò)，以保證一、二級負荷正常工作。本工程計量方式采用高供高計，計量裝置安裝于高壓計量柜，低壓側(cè)低壓計量均為考核計量。（2）教學(xué)實驗樓低壓配電系統(tǒng)采用220/380V電壓，配電線路采用放射式與樹干式相結(jié)合的供電方式。各用電負荷供電線路均由變配電室引至配電豎井內(nèi)，然后從配電豎井通過橋架引至各功能實驗室配電箱。一級負荷采用雙重電源供電，在適當(dāng)位置互投。二級負荷采用雙回路供電，在適當(dāng)位置互投。三級負荷采用單電源供電。變配電室低壓側(cè)設(shè)置無功功率集中補償柜，補償后，功率因數(shù)＞0.90。考慮到本工程有國家重點實驗室和對供電連續(xù)性要求較高的其他實驗室用電，各功能實驗室設(shè)備多樣化，諧波產(chǎn)生和變化有著隨機性，復(fù)雜性的特點，在變配電室低壓側(cè)設(shè)置2臺有源濾波器抑制諧波，補償諧波，抵消非線性負載所產(chǎn)生的諧波電流。保證電能質(zhì)量。（3）導(dǎo)線選擇和線路敷設(shè)：①高壓電纜選用YJV22-10KV-3x95交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套鋼帶鎧裝電力電纜，由室外埋深1.1m，穿SC焊接鋼管埋地進入變配電室接至高壓開關(guān)柜。②低壓非消防負荷干線選用WDZ-YJE低煙無鹵電力電纜；其他支線選用WDZ-BYJ-500V低煙無鹵阻燃導(dǎo)線。③消防設(shè)備配電線路干線采用隔離型（柔性）礦物絕緣電纜NG-A（BTLY），分支線采用WDZN-YJE、WDZN-BYJ低煙無鹵耐火電纜（線）。消防配電線路暗敷設(shè)時，穿金屬管敷設(shè)在不燃體結(jié)構(gòu)內(nèi)。在公共走廊或功能房間內(nèi)明敷設(shè)時（包括敷設(shè)在吊頂內(nèi)），穿金屬管并涂防火涂料，或采用耐火金屬橋架敷設(shè)。

4照明系統(tǒng)

（1）照明電源采用220V，干線采用三相五線制，分支線采用單相三線制。照明光源采用顯色指數(shù)Ra＞80的細管徑稀土三基色熒光燈。色溫3300K~5300K，燈具采用高效率、無眩光型。辦公室、各功能實驗室燈具懸掛高度距桌面的距離≥1.7m。燈具采用吊桿安裝或吊頂嵌入安裝。走廊、樓梯間照明采用發(fā)光二極管（LED）燈。實驗等場所的不舒適眩光應(yīng)采用統(tǒng)一炫光值（UGR）評價，且≤19。照度標準執(zhí)行GB50034-2013《建筑照明設(shè)計標準》。主要場所的照度設(shè)計值和LPD值如下：辦公室、研究室、工作室：300LX8W/m2；實驗室：300LX8W/m2；服務(wù)器機房：500LX13.5W/m2；走廊、樓梯間：100LX3.5W/m2；車庫：50LX2.0W/m2；圖書室：300LX8W/m2；生物培養(yǎng)室：500LX13.5W/m2；天平室：500LX13.5W/m2。（2）各功能實驗室門口處設(shè)燈具控制開關(guān)，燈具按平行外窗方向控制；公共場所的照明因使用條件和天然采光狀況不同而采取分區(qū)、分組控制的措施，采用智能照明控制器集中控制。（3）各功能實驗室均設(shè)置專用配電箱，各功能實驗室的前后墻設(shè)置電源插座；電源插座采用220V二孔、三孔安全型插座。且各功能實驗室同時設(shè)置380三相電源插座，插座回路均設(shè)漏電保護。無障礙衛(wèi)生間距地0.5m處設(shè)求助按鈕，在門外底距地2.5m設(shè)求助聲光報警器。（4）消防控制室、服務(wù)器機房均設(shè)置專用配電柜，地面采用防靜電地板，線路采用金屬線槽敷設(shè)于防靜電地板下。（5）本工程消防應(yīng)急照明系統(tǒng)為集中電源集中控制型系統(tǒng)。系統(tǒng)組成部分為應(yīng)急照明控制器，集中電源，消防應(yīng)急燈，疏散指示燈等。應(yīng)急照明控制器設(shè)置在消防控制室，集中電源箱設(shè)置于配電井中，要求蓄電池達到使用壽命周期后標稱的剩余容量≥1h。走廊，疏散走道、樓梯間等部位設(shè)置A型應(yīng)急照明燈和疏散指示燈。國家重點實驗室以及重要實驗場所設(shè)置應(yīng)急照明燈（含警衛(wèi)照明），生物安全實驗室的所有疏散口都設(shè)置消防疏散指示標志和消防應(yīng)急照明燈。應(yīng)急照明燈與疏散指示燈均采用LED燈，工作電壓DC36V，光源色溫不低于2700K，標志燈規(guī)格為中型。消防工作區(qū)域照度不低于正常照明照度。

5防雷接地及等電位聯(lián)結(jié)系統(tǒng)

（1）本工程按銀川市年平均雷暴日數(shù)19.7d計算，預(yù)計雷擊次數(shù)N（次/a）為0.11319，按二類防雷設(shè)計。教學(xué)實驗樓的防雷裝置滿足防直擊雷，側(cè)擊雷，防雷電感應(yīng)及雷電波的侵入。在國家級重點實驗室，重點實驗室、微機室、服務(wù)器機房、消防控制室等配電系統(tǒng)中設(shè)置浪涌保護器SPD。在屋頂裝設(shè)不大于10mx10m的避雷網(wǎng)，凡高出屋頂?shù)慕饘僭O(shè)備、管道、構(gòu)架包括等均與避雷帶（網(wǎng)）可靠連接。（2）本工程采用TN-S系統(tǒng)，各建筑物內(nèi)設(shè)專用保護接地線，接地電阻≤1Ω。當(dāng)實測接地電阻不滿足要求時，增設(shè)人工接地極。（3）本工程做總等電位聯(lián)結(jié)。進線處設(shè)MEB端子板，配電箱PE母排、進出建筑物的金屬管道以及室內(nèi)一切用電設(shè)備的金屬外殼、電纜橋架、電線金屬保護管、通風(fēng)金屬管道必須與整個接地系統(tǒng)做等電位連接，所有實驗室，服務(wù)器機房、監(jiān)控室、消防控制室設(shè)LEB局部等電位聯(lián)結(jié)。

6通信網(wǎng)絡(luò)、安全防范系統(tǒng)

（1）在二層設(shè)置服務(wù)器機房，服務(wù)器機房等級為C級。網(wǎng)絡(luò)進線由市政運營商網(wǎng)絡(luò)引來，敷設(shè)24芯室外光纖。服務(wù)器機房設(shè)置信息系統(tǒng)雷電防護，且地面設(shè)置防靜電地板，設(shè)置空調(diào)，UPS模塊主機。（2）設(shè)置數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)，要求具有視頻探測與監(jiān)視、圖像顯示、記錄與回放等功能，且圖像質(zhì)量、信號壓縮方式及信息存儲時間應(yīng)滿足相應(yīng)的管理要求，視頻圖像處理與控制模式可根據(jù)工程具體情況采用簡單對應(yīng)、時序切換、矩陣切換或數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)交換等模式。監(jiān)控室與一層消防控制室合用。各出入口，各層走道、出入口和周界設(shè)置數(shù)字監(jiān)視攝像機，樓內(nèi)監(jiān)視攝像機吸頂安裝。設(shè)置數(shù)字高清攝像頭，攝像頭至監(jiān)控主機采用六類數(shù)據(jù)線。（3）重點實驗室設(shè)置門禁系統(tǒng)，對不同的人員發(fā)放不同安全等級的門禁卡。

7電氣消防系統(tǒng)

（1）教學(xué)實驗樓消防負荷為一級負荷，采用雙電源供電、末端互投。火災(zāi)報警系統(tǒng)為集中報警系統(tǒng)。消防控制室內(nèi)設(shè)置1臺火災(zāi)報警控制器，與感煙探測器，手動報警按鈕，聲光報警器，感溫探測器，消防電話、消防廣播、其他需要聯(lián)動控制的設(shè)備等組成火災(zāi)報警系統(tǒng)。（2）消防控制室設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控主機1臺，變配電所設(shè)置防火剩余電流動作報警系統(tǒng)，采用總線式報警系統(tǒng)。在消防控制室設(shè)置消防電源監(jiān)控主機1臺，消防控制室能顯示消防用電設(shè)備供電電源和備用電源的工作狀態(tài)和故障報警狀態(tài)。各狀態(tài)信息傳輸至消防控制室內(nèi)圖形顯示裝置。同時在消防控制室設(shè)置防火門監(jiān)控主機1臺，對防火門開啟、關(guān)閉及故障狀態(tài)等動態(tài)信息進行監(jiān)控。常開防火門在火災(zāi)時自動關(guān)閉。

8生物實驗室電氣設(shè)計需要注意的問題

（1）生物實驗室根據(jù)安全等級劃分為4個等級，本教學(xué)實驗樓內(nèi)生物實驗室屬于二級生物實驗室。因生物實驗室對供電連續(xù)性有要求，在每個生物實驗室設(shè)置獨立配電箱，避免各實驗室之間用電干擾。（2）生物培養(yǎng)室設(shè)置紫外線滅菌燈，控制開關(guān)設(shè)置在門外，與一般照明燈具控制開關(guān)分開設(shè)置，做到明顯的識別標志。（3）生物實驗室內(nèi)送排風(fēng)機和生物安全柜的配電尤為重要，生物實驗室內(nèi)配電系統(tǒng)為通風(fēng)系統(tǒng)提供穩(wěn)定安全的電源，有效保障實驗室運行順暢。

9結(jié)語

高等院校教學(xué)實驗樓因?qū)W科性強，實驗功能不同，實驗設(shè)備不同，通過分析各實驗室的特點，在滿足各實驗室功能的前提下優(yōu)化教學(xué)實驗樓的電氣設(shè)計方案，提供一個安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟的教學(xué)樓實驗室供電環(huán)境尤為重要。

作者：楊華春 單位：寧夏建筑設(shè)計研究院有限公司