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摘要：隨著培養高科技人才的迫切需要，高等院校多學科逐漸橫向交叉融合，從學科隊伍、平臺資源、技術條件等多個方面整合資源、合作共享、統籌推進。高等院校教學實驗樓被賦予科學研究和政策咨詢機構的功能更加明顯。教學實驗樓的電氣設計以及投入運行后電氣系統、電氣設備等的安全、經濟、節能顯得尤為重要。文章通過對高等院校教學實驗樓各功能房間、各部位的特點詳盡分析與梳理，從教學實驗樓的供配電系統、電氣照明系統、建筑物防雷接地系統、消防以及火災報警系統、信息網絡、門禁、智能化系統等系統闡述了教學實驗樓電氣設計的特點，疑點、和難點進行深入探討，提出電氣設計的優化方案。
關鍵詞：國家重點實驗室；二級生物安全實驗室；高壓供電系統；低壓配電系統；照明配電系統；防雷接地系統；電氣消防系統；智能化系統
高等院校是打造引領未來科技發展復合型、創新性人才的教學科研高地。高等院校教學實驗樓不但承擔教學任務而且承擔著科學研究的重任，高等院校探索專業學科之間的復合交叉融合，探索培養未來科技創新領軍人才新模式尤為重要。本文以寧夏大學新農科人才培養與創新研究院項目教學實驗樓電氣設計為實例，著重分析了國家重點實驗室，生物安全實驗室的電氣設計的特點，以期達到優化設計的目的。
1工程概況
（1）寧夏大學新農科人才培養與創新研究院項目教學實驗樓總建筑面積為38720m2，其中地上教學實驗與科研中心用房34220m2，地下設備用房641m2，人防地下室（平時為地下車庫）3859m2。可供寧夏大學3500名師生在此開展教學、研究、學術交流等活動。樓內功能以學科實驗室、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，另設有部分設備用房、機房、后勤服務用房等。（2）本工程為一類高層公共建筑，結構形式為框架，建筑層數：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（功能分區關系見圖1）。①本項目實驗用房及研究用房依據學科劃分分別布置于A段、C段、E段中，管理用房與學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恢復國家重點實驗室培育基地、西北土地退化與生態恢復國家重點實驗室培育基地、西北土地退化與生態恢復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：消防用電設備（排煙風機、加壓送風機、防火卷簾、消防泵、噴淋泵、消防控制室等）、消防應急照明和疏散指示系統、電子信息設備機房用電、安防系統用電、客梯、排水泵、生活給水泵，汽車庫照明用電、對供電連續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、開水器、其他不重要的用電設備。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號環網柜914間隔引來，另一路電源由寧夏大學總開閉所引來。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
（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環氧澆注干式變壓器，其中2臺變壓器低壓側配電互為備用，同時工作，變壓器設強制風冷系統及溫度監測報警裝置。低壓配電柜設置聯絡，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，低壓側低壓計量均為考核計量。（2）教學實驗樓低壓配電系統采用220/380V電壓，配電線路采用放射式與樹干式相結合的供電方式。各用電負荷供電線路均由變配電室引至配電豎井內，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，在適當位置互投。二級負荷采用雙回路供電，在適當位置互投。三級負荷采用單電源供電。變配電室低壓側設置無功功率集中補償柜，補償后，功率因數＞0.90?？紤]到本工程有國家重點實驗室和對供電連續性要求較高的其他實驗室用電，各功能實驗室設備多樣化，諧波產生和變化有著隨機性，復雜性的特點，在變配電室低壓側設置2臺有源濾波器抑制諧波，補償諧波，抵消非線性負載所產生的諧波電流。保證電能質量。（3）導線選擇和線路敷設：①高壓電纜選用YJV22-10KV-3x95交聯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低煙無鹵阻燃導線。③消防設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時，穿金屬管敷設在不燃體結構內。在公共走廊或功能房間內明敷設時（包括敷設在吊頂內），穿金屬管并涂防火涂料，或采用耐火金屬橋架敷設。
4照明系統
（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、樓梯間照明采用發光二極管（LED）燈。實驗等場所的不舒適眩光應采用統一炫光值（UGR）評價，且≤19。照度標準執行GB50034-2013《建筑照明設計標準》。主要場所的照度設計值和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；生物培養室：500LX13.5W/m2；天平室：500LX13.5W/m2。（2）各功能實驗室門口處設燈具控制開關，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、分組控制的措施，采用智能照明控制器集中控制。（3）各功能實驗室均設置專用配電箱，各功能實驗室的前后墻設置電源插座；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置380三相電源插座，插座回路均設漏電保護。無障礙衛生間距地0.5m處設求助按鈕，在門外底距地2.5m設求助聲光報警器。（4）消防控制室、服務器機房均設置專用配電柜，地面采用防靜電地板，線路采用金屬線槽敷設于防靜電地板下。（5）本工程消防應急照明系統為集中電源集中控制型系統。系統組成部分為應急照明控制器，集中電源，消防應急燈，疏散指示燈等。應急照明控制器設置在消防控制室，集中電源箱設置于配電井中，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、樓梯間等部位設置A型應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置應急照明燈（含警衛照明），生物安全實驗室的所有疏散口都設置消防疏散指示標志和消防應急照明燈。應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，標志燈規格為中型。消防工作區域照度不低于正常照明照度。
5防雷接地及等電位聯結系統
（1）本工程按銀川市年平均雷暴日數19.7d計算，預計雷擊次數N（次/a）為0.11319，按二類防雷設計。教學實驗樓的防雷裝置滿足防直擊雷，側擊雷，防雷電感應及雷電波的侵入。在國家級重點實驗室，重點實驗室、微機室、服務器機房、消防控制室等配電系統中設置浪涌保護器SPD。在屋頂裝設不大于10mx10m的避雷網，凡高出屋頂的金屬設備、管道、構架包括等均與避雷帶（網）可靠連接。（2）本工程采用TN-S系統，各建筑物內設專用保護接地線，接地電阻≤1Ω。當實測接地電阻不滿足要求時，增設人工接地極。（3）本工程做總等電位聯結。進線處設MEB端子板，配電箱PE母排、進出建筑物的金屬管道以及室內一切用電設備的金屬外殼、電纜橋架、電線金屬保護管、通風金屬管道必須與整個接地系統做等電位連接，所有實驗室，服務器機房、監控室、消防控制室設LEB局部等電位聯結。
6通信網絡、安全防范系統
（1）在二層設置服務器機房，服務器機房等級為C級。網絡進線由市政運營商網絡引來，敷設24芯室外光纖。服務器機房設置信息系統雷電防護，且地面設置防靜電地板，設置空調，UPS模塊主機。（2）設置數字監控系統，要求具有視頻探測與監視、圖像顯示、記錄與回放等功能，且圖像質量、信號壓縮方式及信息存儲時間應滿足相應的管理要求，視頻圖像處理與控制模式可根據工程具體情況采用簡單對應、時序切換、矩陣切換或數字視頻網絡交換等模式。監控室與一層消防控制室合用。各出入口，各層走道、出入口和周界設置數字監視攝像機，樓內監視攝像機吸頂安裝。設置數字高清攝像頭，攝像頭至監控主機采用六類數據線。（3）重點實驗室設置門禁系統，對不同的人員發放不同安全等級的門禁卡。
7電氣消防系統
（1）教學實驗樓消防負荷為一級負荷，采用雙電源供電、末端互投。火災報警系統為集中報警系統。消防控制室內設置1臺火災報警控制器，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、其他需要聯動控制的設備等組成火災報警系統。（2）消防控制室設置電氣火災監控主機1臺，變配電所設置防火剩余電流動作報警系統，采用總線式報警系統。在消防控制室設置消防電源監控主機1臺，消防控制室能顯示消防用電設備供電電源和備用電源的工作狀態和故障報警狀態。各狀態信息傳輸至消防控制室內圖形顯示裝置。同時在消防控制室設置防火門監控主機1臺，對防火門開啟、關閉及故障狀態等動態信息進行監控。常開防火門在火災時自動關閉。
8生物實驗室電氣設計需要注意的問題
（1）生物實驗室根據安全等級劃分為4個等級，本教學實驗樓內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性有要求，在每個生物實驗室設置獨立配電箱，避免各實驗室之間用電干擾。（2）生物培養室設置紫外線滅菌燈，控制開關設置在門外，與一般照明燈具控制開關分開設置，做到明顯的識別標志。（3）生物實驗室內送排風機和生物安全柜的配電尤為重要，生物實驗室內配電系統為通風系統提供穩定安全的電源，有效保障實驗室運行順暢。
9結語
高等院校教學實驗樓因學科性強，實驗功能不同，實驗設備不同，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化教學實驗樓的電氣設計方案，提供一個安全、穩定、經濟的教學樓實驗室供電環境尤為重要。
作者：楊華春 單位：寧夏建筑設計研究院有限公司