一、建筑電氣設(shè)計的概念
1.設(shè)計的概念
設(shè)計是一個構(gòu)思表達、再構(gòu)思表達、反復推敲、不斷深入發(fā)展和進行評價的過程?；旧峡梢愿爬椴┯[、創(chuàng)意、構(gòu)思、表達等幾個階段。博覽是博覽群書，直接和間接地學習各方面的知識。通過聽講、看書、參觀訪問、觀摩等各種方式，對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)計任務(wù)后，就要創(chuàng)意。只有書本知識是不夠的，生活體驗和設(shè)計經(jīng)驗往往也非常重要。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)意就是對具體問題提出解決的思路。創(chuàng)意可能是模糊的，但它對以后的設(shè)計至關(guān)重要，好的創(chuàng)意才能發(fā)展下去，而創(chuàng)意不當就會步履維艱。
好的創(chuàng)意不等于好的設(shè)計，因為設(shè)計中的矛盾是錯綜復雜的，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，這個過程中很重要的就是思維的表達。
思維產(chǎn)生于人的頭腦，是個瞬時的火花，這種印象產(chǎn)生后必須抓緊時間記錄。好記性不如爛筆頭，設(shè)計是構(gòu)思的過程，也是動手的過程。思維借助語言完成，建筑工程設(shè)計語言就是圖紙或模型。因此，將自己的設(shè)計構(gòu)思表達成為圖紙，是設(shè)計人員的基本功。
設(shè)計過程從一開始到深入下去，各階段思維的廣度、深度都不同，表達方式、工具也可能是多樣化的。表達方式和工具要適應(yīng)思維的速度，推動思維發(fā)展成熟。
2.服務(wù)的對象
設(shè)計是為甲方(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。在滿足國家有關(guān)規(guī)定的前提下，設(shè)計人員應(yīng)樹立服務(wù)意識、樹立合作觀念、樹立敬業(yè)精神。對建筑電氣專業(yè)的設(shè)計人員而言，妥善處理與各個專業(yè)之間的關(guān)系是十分重要的事情，在協(xié)調(diào)上所用的時間甚至可能超過埋頭設(shè)計的時間。
3.設(shè)計的內(nèi)容
現(xiàn)代建筑趨于多元化的風格，高度大、面積大、功能復雜，電氣設(shè)計內(nèi)容也日趨復雜，項目繁多。建筑電氣設(shè)計從狹義上僅指民用建筑中的電氣設(shè)計，從廣義上講應(yīng)該包括工業(yè)建筑、構(gòu)筑物和道路、廣場等戶外工程。
傳統(tǒng)建筑電氣設(shè)計只包括供電和照明，而今天一般將其設(shè)計的內(nèi)容形容為強電和弱電。將供電、照明、防雷歸類在強電，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)，強調(diào)了電氣設(shè)計中所增加的消防、電訊和自控內(nèi)容與傳統(tǒng)電氣設(shè)計內(nèi)容完全不同，容易理解，所以很快被人們所接受。
但是，這種按電壓高低進行分類的方法并不嚴謹，如：動力設(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)動也不宜與配電箱完全分割開。又如人防設(shè)計、防雷設(shè)計、保安設(shè)計等功能性設(shè)計，其內(nèi)容不僅僅是弱電信號的報警，也包含有動力、照明的聯(lián)鎖反應(yīng)。又如防雷接地，強弱電都要求，而且有向等電位聯(lián)結(jié)發(fā)展的趨勢，實際上又很難分開。如果電氣設(shè)計僅僅以電壓高低進行分工，勢必造成強弱兩個子工種之間交叉過多，界限不清楚。
4.電氣設(shè)計的分類
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)計內(nèi)容放在一起考慮應(yīng)該是合情合理的。為此，筆者對建筑電氣的要求進行了總結(jié)，提出本書的分類方法，愿意以一孔之見與各位同行做進一步的交流?？紤]到防雷、消防等內(nèi)容都是出于對減少建筑物災害的功能設(shè)計，特增加了電氣減災一篇，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)不僅僅是減災的需要，也是人們對理想生活環(huán)境的追求。出于對信息時代不斷發(fā)展的新技術(shù)考慮，建筑電氣的設(shè)計內(nèi)容應(yīng)能擴展，而信息正是其核心詞。減災篇和信息篇中的內(nèi)容多是建筑電氣設(shè)計新增加的內(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原因是出于工作量的考慮。對于大型復雜建筑物，以平面圖而言，傳統(tǒng)強弱電都不只一張。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，出于方便施工和報批的角度，往往要分別出圖。將傳統(tǒng)弱電改為減災和信息，與傳統(tǒng)強電的供電和照明并列，可以更加真實地反映出變化后的工作量，也使建筑電氣的四個子專業(yè)能夠大體平衡。下面將進一步敘述建筑電氣四個子專業(yè)的具體設(shè)計內(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，線路計算，設(shè)備選擇等。
1.供電電源及電壓的選擇
供電設(shè)計：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)和遠景發(fā)展情況；用電負荷的性質(zhì)、總設(shè)備容量和計算負荷；變配電所的數(shù)量、容量、位置和主接線；無功功率的補償容量和補償前后的功率因數(shù)；備用容量和備用電源供電的方式；繼電保護的配置、整定和計量儀表的配置。
為了保證供電可靠性，現(xiàn)代高層建筑至少應(yīng)有兩個獨立電源。具體數(shù)量應(yīng)視當?shù)仉娋W(wǎng)條件而定。兩路獨立電源運行方式，原則上是兩路同時使用，互為備用。此外，還必須裝設(shè)應(yīng)急柴油發(fā)電機組，并要求在15s內(nèi)走道恢復供電，保證應(yīng)急照明、消防設(shè)備、電腦電源等用電。國內(nèi)高層建筑大都采用10kv等級，對用電量大而且有條件的，建議采用35kv深入負荷中心供電。
2.電力負荷的計算
電力負荷是供電設(shè)計的依據(jù)參數(shù)。計算準確與否，對合理選擇設(shè)備、安全可靠與經(jīng)濟運行，均起著決定性的作用。負荷計算的基本方法有：利用系數(shù)法、單位負荷法等，詳見第7章。
3.短路電流計算
計算各種故障情況，以確定各類開關(guān)電器的整定值、延時時間。
4.高壓接線
好的設(shè)計能夠產(chǎn)生巨大的效益，這是工程師設(shè)計的主要目的。如何因地制宜，保證高低壓接線的安全、合理、經(jīng)濟、方便，是我們的一個重要課題。
現(xiàn)代高層建筑一般要求采用兩路獨立電源同時供電，高壓采用單母線分段、自動切換、互為備用。母線分段數(shù)目，應(yīng)與電源進線回路數(shù)相適應(yīng)。只有供電電源為一主一備時，才考慮采用單母線不分段的型式。若出線回路較多時，通常考慮分段。電源進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。當層數(shù)較多或負荷巨大時，可按樓層分區(qū)供電或?qū)⒆儔浩鞣稚⒉贾?，但要進行經(jīng)濟分析。
5.低壓配電線路設(shè)計
首先確定進戶線的方位，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，管材型號和規(guī)格，導線截面等，繪制平面圖。
低壓配電系統(tǒng)的各級開關(guān)，一般采用低壓斷路器。設(shè)計時注意選擇性，保護等級不宜超過三級。重要負荷要求兩路供電、末端切換，如消防電梯，要求在電梯機房設(shè)置切換裝置、互為備用。配電設(shè)計包括配電系統(tǒng)的接線、主要設(shè)備選擇、導線及敷設(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。設(shè)備引進是一項技術(shù)性、政策性很強的工作，對國際市場的產(chǎn)品動態(tài)及發(fā)展趨勢都應(yīng)有一定了解，具備必要的國際貿(mào)易常識。
電氣設(shè)備的選擇是涉及多種因素，首先要考慮并堅持的是產(chǎn)品性能質(zhì)量。電氣產(chǎn)品的選用必須符合國家有關(guān)規(guī)范。其次才是經(jīng)濟性，要根據(jù)業(yè)主功能要求、經(jīng)濟情況做出選擇。隨著人們環(huán)境保護意識的日益增加，選擇環(huán)保產(chǎn)品、節(jié)能產(chǎn)品也是新的時尚，這就不僅僅是錢的問題了。
電氣工程師所要選擇的產(chǎn)品包含在每個設(shè)計子項之中，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
沒有十全十美的系統(tǒng)，沒有100％可靠的設(shè)備，對于各種突發(fā)的意外情況，對關(guān)鍵點進行保護，是電力系統(tǒng)工程師的職責之一。
8.電力管理
功率因數(shù)要求補償?shù)?.9～0.95，可采用集中補償或分散補償方式。為降低變壓器容量，集中補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)濟時代的共識，對電力系統(tǒng)進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
根據(jù)建筑特點，確定變電所設(shè)計是建筑供電的重點，其設(shè)計的內(nèi)容主要有：變配電所的負荷計算；無功功率補償計算；變配電室的位置選擇；確定電力變壓器的臺數(shù)和額定容量的計算；選擇主接線方案；開關(guān)容量的選擇和短路電流的計算；二次回路方案的確定和繼電保護的選擇與整定；防雷保護及接地裝置的設(shè)計；變配電所內(nèi)的照明設(shè)計；編制供電設(shè)計說明書；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：高級客梯、普通客梯、觀景梯、服務(wù)梯、消防梯、貨梯、自動扶梯等；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)計人員的任務(wù)是確定電梯臺數(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)計人員宜參與協(xié)商，與建筑師共同研究確定。為縮短候梯時間、提高運輸能力，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)計包括設(shè)計說明、光源選擇、照度計算、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，以期達到使用功能和建筑效果的統(tǒng)一。綠色照明是指在設(shè)計中廣泛采用新的材料、技術(shù)、方法，達到節(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是我們電氣設(shè)計工程師的職責。
2.照明計算
照度計算是設(shè)計的理論根據(jù)，一絲不茍地進行照度計算、三相平衡計算、燈具配光曲線選擇，是照明設(shè)計的基本功。有人認為，照明設(shè)計是比較容易的一部分，那是僅僅看到照明設(shè)計人員在一個又一個畫燈泡的現(xiàn)象，而不了解照明設(shè)計所涉及的復雜理論和在實際選型中所涉及的多種因素。
3.燈具選型
根據(jù)不同的場合選擇不同的燈具，以達到預期的效果，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。實際工作中，電氣工程師有責任對建筑物的基本照明做出安排，對燈具進行選型。
4.應(yīng)急照明
100％的電源遲早會出現(xiàn)會出現(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)境保護的重要性不言而喻，我們只有一個地球，破壞環(huán)境無異于殺雞取卵。增強電氣工程師在設(shè)計中的環(huán)保意識，是我們應(yīng)盡的責任。
(2)節(jié)電：節(jié)省能源是我國經(jīng)濟建設(shè)中的一項重大政策，節(jié)約用電是節(jié)約能源中的一個重要方面，它直接關(guān)系到建筑物的運行效率和其中人們的生活、工作。節(jié)電方案的設(shè)計應(yīng)根據(jù)技術(shù)先進、安全適用、經(jīng)濟合理、節(jié)約能源和保護環(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，采用無功功率補償和電腦優(yōu)化控制等措施，節(jié)約用電。
四、電氣減災系統(tǒng)
1.安全用電
人的生命安全是我們在運行電力系統(tǒng)中所必須首先考慮的問題。電是雙刃劍，安全使用才能帶來方便和效益，我們應(yīng)該牢記：安全第一。有關(guān)安全用電的知識見本書第21章。
2.防雷
雷擊是一個概率事件，設(shè)置接閃器等防雷裝置增大了落雷的概率，但可以有效地控制雷擊災害。傳統(tǒng)的防雷方法是采用避雷針、避雷帶等，近年來用過的有消雷器和放射式避雷針，但在國內(nèi)理論界基本是否定的。而提前放電和抗雷器等避雷方法理論界還在爭論之中。本書22章有簡練的綜述。
3.防火
隨著建筑物的日趨復雜化，功能的多樣化，防火問題變得越來越重要。由于電氣原因引起的火災也在不斷上升之中。建筑防火設(shè)計包括所有的設(shè)備專業(yè)，水要有噴淋、消防泵，暖通要有防排煙，電氣的火災探測器、通信和聯(lián)動控制系統(tǒng)更是必不可少的。
4.防盜
現(xiàn)代社會科技的發(fā)展使我們擁有了更多的手段來保證自身和設(shè)備的安全。防盜設(shè)計包括：閉路監(jiān)視系統(tǒng)、巡更系統(tǒng)、傳呼系統(tǒng)、車庫管理系統(tǒng)等。
5.防空和防爆
戰(zhàn)爭和意外爆炸也是設(shè)計建筑物要考慮的問題。作為電氣設(shè)計工程師，在作設(shè)計繪圖中要根據(jù)需要研究和落實保安措施。
五、信息系統(tǒng)
1.電視
為了使用戶收看好電視節(jié)目，公共建筑一般都設(shè)置共用天線電視接收系統(tǒng)catv和有線電視系統(tǒng)cctv。它們都是有線分配網(wǎng)絡(luò)，除收看電視節(jié)目外，還可以在前端配合一定的設(shè)備，如攝象機、錄象機、調(diào)制器，自己制作節(jié)目形成閉路電視系統(tǒng)進線節(jié)目的播放。
進行分配系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)合理確定電視機輸入端的電平范圍。視頻同軸電纜、高頻插接件、線路放大器、分配器、分支器的選擇，應(yīng)注意系統(tǒng)的匹配及產(chǎn)品的質(zhì)量。天線的位置十分重要的，應(yīng)該選擇在沒有遮擋、沒有干擾、安裝方便的地方。
2.電話
電話設(shè)計包括電話設(shè)備的容量、站址的選定、供電方式、線路敷設(shè)方式、分配方式、主要設(shè)備的選擇、接地要求等。
3.廣播
旅游建筑的音響廣播設(shè)計包括公眾廣播、客房音響、高級宴會廳的獨立音響、舞廳音響等。公眾音響平時播放背景音樂，發(fā)生火災時，兼作應(yīng)急廣播用?？头恳繇懙脑O(shè)置目的是為客人提供高級的音樂享受，建立舒適的休息環(huán)境。高級宴會廳多是多功能的，必須設(shè)置專用的音響室，配備高級組合音響設(shè)施，以適應(yīng)各種不同會議要求。餐廳、多功能廳、酒吧間為滿足各類晚會的需要，宜配置可移動的音響設(shè)備。高級飯店前廳一般要設(shè)計音樂噴泉。
4.網(wǎng)絡(luò)
網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的出現(xiàn)是隨著信息工業(yè)的發(fā)展而出現(xiàn)在建筑物中的新事物。信息時代的到來，使我們的生存成了比特的組合。
5.電腦管理系統(tǒng)
電腦管理系統(tǒng)是指對建筑物中人流、物流進行現(xiàn)代化的電腦管理，如車庫管理、飯店管理等子系統(tǒng)。
6.樓宇自控
自動控制與調(diào)節(jié)：包括根據(jù)工藝要求而采用的自動、手動、遠程控制、聯(lián)鎖等要求；集中控制或分散控制的原則；信號裝置、各類儀表和控制設(shè)備的選擇等。樓宇自控是智能建筑的基本要求，也是建筑物功能發(fā)展的時代產(chǎn)物。樓房不僅僅是遮風避雨的居所，也是實現(xiàn)夢想的舞臺。
建筑供電設(shè)計是建筑工程設(shè)計的一部分，在不同的設(shè)計階段有不同的深度要求。那種超越設(shè)計階段的做法不是錦上添花，而是畫蛇添足。