夏 林， 錢大勛， 羅 武， 廖述龍， 錢梓楠

(同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院(集團(tuán))有限公司，上海 200092)

圖1 項(xiàng)目外立面

獲獎(jiǎng)介紹

獲獎(jiǎng)等級(jí)：一等獎(jiǎng)

獲獎(jiǎng)單位：同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院(集團(tuán))有限公司

獲獎(jiǎng)人員：夏林；錢大勛；羅武；廖述龍；錢梓楠；孫峰；顧玉輝；甘招輝

獲獎(jiǎng)專家評(píng)語(yǔ)：經(jīng)專家組評(píng)審，認(rèn)為該工程所采用的主要技術(shù)有突出的創(chuàng)新性和經(jīng)濟(jì)性，社會(huì)和環(huán)境效益非常顯著，項(xiàng)目具有以下技術(shù)特點(diǎn)。

(1)供電可靠性及自動(dòng)化程度高：在超大規(guī)模項(xiàng)目中，國(guó)內(nèi)首次采用雙路全冗余110kV雙重電源供電，設(shè)置用戶110/10.5kV直降式主變電站和電力綜合管理系統(tǒng)，國(guó)際上首次將變電所電力監(jiān)控、應(yīng)急發(fā)電機(jī)并機(jī)和監(jiān)控、三聯(lián)供電力、風(fēng)力發(fā)電監(jiān)控、應(yīng)急照明、電源轉(zhuǎn)換監(jiān)控、樓宇智能照明、電氣防火監(jiān)控、SPD監(jiān)控和電能計(jì)量收費(fèi)等管理系統(tǒng)集成。

(2)新能源利用廣泛、示范性強(qiáng)：超高層建筑中，國(guó)內(nèi)首次采用并網(wǎng)冷熱電聯(lián)供內(nèi)燃機(jī)組和并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。

(3)供配電可靠性理論上有突破：國(guó)內(nèi)民用項(xiàng)目首次運(yùn)用可靠性系統(tǒng)理論對(duì)復(fù)雜供配電系統(tǒng)進(jìn)行綜合計(jì)算分析，同時(shí)提出對(duì)影響系統(tǒng)可靠性系數(shù)權(quán)重的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和元器件進(jìn)行重點(diǎn)設(shè)計(jì)和維護(hù)。

(4)在防雷方面首次采用了雷電風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，引下線利用外層幕墻金屬斜拉索，頂層設(shè)置氣象站等先進(jìn)技術(shù)措施。

該項(xiàng)目獲得2019年度上海市優(yōu)秀工程勘察設(shè)計(jì)建筑電氣一等獎(jiǎng)。上述各項(xiàng)主要指標(biāo)達(dá)到建筑電氣設(shè)計(jì)行業(yè)的國(guó)際先進(jìn)水平。

項(xiàng)目指標(biāo)

項(xiàng)目名稱：上海中心大廈

項(xiàng)目地點(diǎn)：中國(guó)上海市陸家嘴金融貿(mào)易區(qū)

占地面積:30 368m2

總建筑面積：574 158m2

建筑高度：632m

建筑功能：停車場(chǎng)、零售、會(huì)議中心、辦公、酒店、觀光

建設(shè)單位：上海中心大廈建設(shè)發(fā)展有限公司

竣工時(shí)間：2018年07月18日

圖2 項(xiàng)目室內(nèi)圖

1 項(xiàng)目總體介紹

項(xiàng)目由上海建工集團(tuán)股份有限公司承擔(dān)工程建造全過(guò)程總承包管理任務(wù)。上海建工集團(tuán)所屬基礎(chǔ)集團(tuán)、一建集團(tuán)、機(jī)施集團(tuán)、安裝集團(tuán)分別承擔(dān)基礎(chǔ)、土建、鋼結(jié)構(gòu)和機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)安裝施工。于2008年11月29日開(kāi)工，2014年12月30日基本建成。本項(xiàng)目東臨東泰路，西靠銀城中路，南接陸家嘴環(huán)路，北望花園石橋路，與上海環(huán)球中心、金茂大廈呈品字形布置。

本工程由主樓(地上127層)、裙房(地上5層)及地下室(地下5層)組成；總建筑面積57.4萬(wàn)m2，其中地上建筑面積約40.76萬(wàn)m2，地下建筑面積約16.57萬(wàn)m2。主樓結(jié)構(gòu)高度580m，塔冠最高點(diǎn)高度632m。豎向分為9個(gè)功能區(qū)，1區(qū)為大堂、商業(yè)、會(huì)議、餐飲區(qū)，2～6區(qū)為辦公區(qū)，7～8區(qū)為酒店和精品辦公區(qū)，9區(qū)為觀光區(qū)，9區(qū)以上為屋頂皇冠。其中1～8區(qū)頂部為設(shè)備避難層。

2 電氣設(shè)計(jì)系統(tǒng)

系統(tǒng)名稱建設(shè)內(nèi)容技術(shù)特點(diǎn)及指標(biāo)供配電系統(tǒng)采用雙重110kV電源全冗余供電。兩級(jí)配電110kV/10kV/0.4kV(1)高可靠性:雙重110kV電源全冗余供電(2)每路容量40MVA,總供電容量80MVA配變電所在地下一/二層設(shè)置1處110/10kV主變電站,各分區(qū)設(shè)備層和地下層設(shè)置10/0.4kV分變電所(1)上樓變壓器容量均為1 250kVA,通過(guò)3.5T貨梯運(yùn)輸(2)設(shè)置應(yīng)急電源專用變壓器,提出了全新的應(yīng)急電源與市電可靠切換技術(shù)方案,避免因應(yīng)急電源變壓器平時(shí)不帶負(fù)載帶來(lái)的隱患,確保應(yīng)急電源的可靠性(3)110/10kV主變電站設(shè)置兩臺(tái)40MVA六氟化硫變壓器,110kV采用GIS,變電所管理納入市調(diào)/區(qū)調(diào)/臨調(diào),為確保變電站的消防安全,設(shè)置多種火災(zāi)報(bào)警方式(4)各分區(qū)設(shè)備層和地下層共設(shè)置16個(gè)10/0.4kV分變電所,共設(shè)置69臺(tái)10/0.4kV變壓器自備應(yīng)急電源(1)設(shè)置4臺(tái)2 500kW的10kV柴油發(fā)電機(jī)組,并機(jī)供本樓消防及重要應(yīng)急設(shè)備電源(2)酒店區(qū)設(shè)置1臺(tái) 1 600kW 的10kV柴油發(fā)電機(jī)組和1臺(tái)1 600kW的0.4kV柴油發(fā)電機(jī)組,為酒店區(qū)的應(yīng)急設(shè)備供電(3)在柴發(fā)機(jī)房?jī)?nèi)預(yù)留3臺(tái)0.4kV柴油發(fā)電機(jī)組和2臺(tái)10kV高壓柴油發(fā)電機(jī)組,為重要租戶供電(1)所有發(fā)電機(jī)均設(shè)置在地下一層,高區(qū)采用10kV柴油發(fā)電機(jī)組,低區(qū)采用0.4kV柴油發(fā)電機(jī)組(2)滿足了重要客戶IT等重要設(shè)備的供電需求,預(yù)留五個(gè)租戶柴油發(fā)電機(jī)機(jī)位(3)發(fā)電機(jī)組均采用遠(yuǎn)置式散熱器,在裙房頂層設(shè)置發(fā)電機(jī)測(cè)試負(fù)載,確保發(fā)電機(jī)運(yùn)行的可靠性(4)首次在設(shè)計(jì)中考慮應(yīng)急發(fā)電機(jī)組故障的應(yīng)對(duì)方案,根據(jù)應(yīng)急備用電源的重要性對(duì)特級(jí)負(fù)荷作了分類,并實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)故障時(shí)自動(dòng)切除部分負(fù)荷,以確保發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行低壓配電系統(tǒng)變壓器低壓側(cè)主接線采用單母線分段,設(shè)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)。兩臺(tái)變壓器為一組,平時(shí)分列運(yùn)行,當(dāng)一臺(tái)變壓器發(fā)生故障時(shí),切除三級(jí)負(fù)荷,由另一臺(tái)負(fù)擔(dān)全部特別重要負(fù)荷及一、二級(jí)負(fù)荷供電(1)運(yùn)用可靠性系統(tǒng)理論對(duì)復(fù)雜供配電系統(tǒng)進(jìn)行綜合計(jì)算分析,為優(yōu)化供配電系統(tǒng)提供有效分析,同時(shí)提出對(duì)影響系統(tǒng)可靠性系數(shù)權(quán)重的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和元器件進(jìn)行重點(diǎn)維護(hù)的措施(2)嚴(yán)格執(zhí)行建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范;根據(jù)運(yùn)營(yíng)單位的特殊要求,在符合規(guī)范的前提下,細(xì)化用電設(shè)備的配電需求,做到安全可靠(3)為配合實(shí)現(xiàn)應(yīng)急發(fā)電機(jī)組故障的應(yīng)對(duì)方案,所有低壓側(cè)雙電源轉(zhuǎn)換均實(shí)現(xiàn)監(jiān)控管理配電線路布線系統(tǒng)(1)10kV電纜采用8.7/10kV銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣低煙無(wú)鹵B1級(jí)防火性能的阻燃耐火聚乙烯護(hù)套電力電纜(2)大容量配電干線采用密集型母線槽(3)小容量干線采用0.6/1kV交聯(lián)低煙無(wú)鹵A級(jí)阻燃絕緣電纜(4)消防設(shè)備、應(yīng)急照明的配電線路采用BTTZ礦物絕緣電纜(1)率先采用了具有B1級(jí)防火性能的10kV耐火電纜,雙重電源分別設(shè)置10kV電纜專用豎井,確保大樓10kV線路傳輸?shù)目煽啃?2)垂直敷設(shè)的10kV耐火電纜均采用細(xì)鋼絲鎧裝,以防止垂吊裝過(guò)程中損傷電纜(3)設(shè)置應(yīng)急電源專用配電配線豎井,確保應(yīng)急電源配電線路的可靠性(4)在現(xiàn)有國(guó)家規(guī)范的基礎(chǔ)上,參照先進(jìn)地區(qū)的做法,將配電線路按照阻燃級(jí)別分類使用,進(jìn)一步提高了使用中的安全性(5)在橋架、線槽和配管的選擇和安裝中,充分根據(jù)干燥、潮濕、易燃易爆場(chǎng)所的特點(diǎn)做到合理設(shè)計(jì),并對(duì)預(yù)留空間做好防火封堵措施(6)布線系統(tǒng)十分注意對(duì)空間的影響和破壞,合理選擇走向,盡量增加走廊等處的凈高

續(xù)表

圖3 110kV變電站配電室及值班室

圖4 地下一層總控機(jī)房

3 電氣技術(shù)主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

(1)采用雙路全冗余110kV雙重電源供電，設(shè)置用戶110/10.5kV主變電站。

(2)設(shè)置大樓電力綜合管理系統(tǒng)，將變電所電力監(jiān)控、應(yīng)急發(fā)電機(jī)并機(jī)和監(jiān)控、三聯(lián)供電力監(jiān)控、風(fēng)力發(fā)電監(jiān)控、智能應(yīng)急照明、電源轉(zhuǎn)換監(jiān)控、樓宇智能照明、電氣防火監(jiān)控、SPD監(jiān)控和電能計(jì)量收費(fèi)等管理系統(tǒng)納入電力綜合管理。

(3)設(shè)置兩臺(tái)1.06MW的冷熱電聯(lián)供內(nèi)燃機(jī)組，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部10kV側(cè)并網(wǎng)。

(4)塔冠層設(shè)置100組3kWp/組的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)群，并實(shí)現(xiàn)0.4kV側(cè)并網(wǎng)。

(5)主變和分變電所10kV側(cè)設(shè)置電網(wǎng)監(jiān)測(cè)級(jí)電能質(zhì)量?jī)x表和檢測(cè)電網(wǎng)異常狀態(tài)的故障錄波，錄波精度達(dá)到512點(diǎn)/周波，為變電所電力監(jiān)控系統(tǒng)提供了系統(tǒng)穩(wěn)定性分析和故障預(yù)判功能，為實(shí)現(xiàn)供配電系統(tǒng)監(jiān)控和提高系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行提供了良好的技術(shù)支撐。

(6)為提高變電所電力監(jiān)控的可靠性，實(shí)現(xiàn)分變電所無(wú)人值守、遠(yuǎn)程監(jiān)控的需求，電力監(jiān)控系統(tǒng)的通信管理層采用高速以太網(wǎng)的環(huán)形鏈路傳輸和雙網(wǎng)雙環(huán)雙機(jī)熱備冗余，信息采集網(wǎng)與控制網(wǎng)傳輸分離，確保了控制網(wǎng)的實(shí)時(shí)性，并提升了故障容錯(cuò)能力的自愈功能。

(7)運(yùn)用可靠性系統(tǒng)理論對(duì)復(fù)雜供配電系統(tǒng)進(jìn)行綜合計(jì)算分析，為優(yōu)化供配電系統(tǒng)提供有效分析，同時(shí)提出對(duì)影響系統(tǒng)可靠性系數(shù)權(quán)重的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和元器件進(jìn)行重點(diǎn)維護(hù)。

(8)各分變電所設(shè)置應(yīng)急電源專用變壓器，提出了全新的應(yīng)急電源與市電可靠切換的技術(shù)方案，避免因應(yīng)急電源變壓器平時(shí)不帶負(fù)載而帶來(lái)隱患，確保應(yīng)急電源的可靠性。該方案在超高層電氣設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到很好的借鑒和應(yīng)用。

(9)率先采用了具有B1級(jí)防火性能的10kV耐火電纜，雙重電源分別設(shè)置10kV電纜專用豎井，確保了大樓10kV線路傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

(10)設(shè)置應(yīng)急電源專用配電配線豎井，確保應(yīng)急電源配電線路的可靠性。

(11)除設(shè)置4臺(tái)大樓應(yīng)急發(fā)電機(jī)組以及2臺(tái)酒店應(yīng)急發(fā)電機(jī)組外，依據(jù)客戶需求預(yù)留3臺(tái)0.4kV和2臺(tái)10kV重要租戶的發(fā)電機(jī)組，滿足了重要客戶的需求，發(fā)電機(jī)組均采用遠(yuǎn)置式散熱器，在裙房頂層設(shè)置發(fā)電機(jī)測(cè)試負(fù)載，確保發(fā)電機(jī)運(yùn)行的可靠性。

(12)首次在設(shè)計(jì)中考慮應(yīng)急發(fā)電機(jī)組故障的應(yīng)對(duì)方案，根據(jù)應(yīng)急備用電源的重要性對(duì)特級(jí)負(fù)荷作了分類，并實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)故障時(shí)自動(dòng)切除部分負(fù)荷，以確保發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行。

(13)各分變電所均按聲學(xué)要求采用隔震和變壓器專用彈簧避震裝置，有效控制樓板震動(dòng)引起的低頻噪聲。

(14)為防止諧波引起的危害，確立了以預(yù)防為主的諧波治理方針，在設(shè)備招標(biāo)技術(shù)規(guī)格書(shū)和招標(biāo)過(guò)程中嚴(yán)格把控諧波限值，變電所低壓側(cè)均設(shè)置基本量的有源濾波裝置并預(yù)留增設(shè)柜位，所有配電干線均設(shè)置諧波監(jiān)測(cè)。

(15)大樓設(shè)置總等電位聯(lián)結(jié)，設(shè)備層設(shè)置環(huán)形等電位聯(lián)結(jié)帶，便于等電位聯(lián)結(jié)的施工和檢查，變壓器中性點(diǎn)就近直接接至等電位帶。

(16)大樓高速電梯均采用節(jié)能饋電措施，節(jié)能率達(dá)到23%以上。

(17)為確保大樓人員的應(yīng)急疏散，設(shè)置智能應(yīng)急疏散系統(tǒng)，并首次設(shè)置消防輔助電梯，供應(yīng)急時(shí)人員的有序疏散，提供消防輔助電梯的應(yīng)急電源，并提供高速電梯的平層應(yīng)急電源。

(18)大樓幾乎全部采用LED照明，并采用智能照明控制，既降低了照明能耗，又實(shí)現(xiàn)了多樣的照明場(chǎng)景，為景觀和立面照明提供了豐富的觀賞價(jià)值。

(19)BIM全過(guò)程設(shè)計(jì)，包括方案、管線綜合、建造、施工物料、維護(hù)等。

(20)防雷設(shè)計(jì)技術(shù)特點(diǎn)可查看上文“電氣設(shè)計(jì)系統(tǒng)”部分“民用建筑物防雷及接地系統(tǒng)”內(nèi)容。

(21)本項(xiàng)目設(shè)置消防無(wú)線通訊覆蓋系統(tǒng)，提供消防隊(duì)員高區(qū)救災(zāi)時(shí)與地面的通訊保障。

(22)本項(xiàng)目作為超高層建筑，人員密集、機(jī)電設(shè)施眾多，突發(fā)事件情況下人員疏散時(shí)間長(zhǎng)、機(jī)電設(shè)施調(diào)度復(fù)雜。應(yīng)急指揮系統(tǒng)應(yīng)能通過(guò)系統(tǒng)集成平臺(tái)，對(duì)各機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)行情況和數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析后，根據(jù)預(yù)案來(lái)制定最優(yōu)化的應(yīng)急策略，充分保障人員的安全疏散撤離。

4 電氣節(jié)能效果

(1)上海中心大廈獲得中國(guó)綠色建筑三星和LEED鉑金獎(jiǎng)的雙重認(rèn)證，在國(guó)內(nèi)的大型建筑中尚屬首例。

(2)大樓全部采用LED照明，提高了光源的使用壽命，照明的功率密度LPD限值低于國(guó)標(biāo)目標(biāo)值，滿足LEED和綠色三星要求，并采用智能照明控制系統(tǒng)，預(yù)計(jì)減少23%的照明能耗。

(3)設(shè)置兩臺(tái)1 060kW的燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)組，提供冷熱電聯(lián)供，以天然氣為燃料，利用其產(chǎn)生的余熱通過(guò)余熱鍋爐、余熱型吸收式冷熱水機(jī)組為建筑供熱、供冷，同時(shí)產(chǎn)生電力，系統(tǒng)以熱定電方式運(yùn)行，高效地提升了一次能源的利用率。三聯(lián)供發(fā)電與大廈10kV主母線并網(wǎng)運(yùn)行，設(shè)置電力監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)，并設(shè)置系統(tǒng)同步的并列、解列等繼電保護(hù)控制，避免向市電網(wǎng)的逆向饋電。

(4)可再生能源風(fēng)力發(fā)電的利用。建筑頂部565～569m段設(shè)置54個(gè)垂直軸渦輪風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，總?cè)萘窟_(dá)300kWp,預(yù)計(jì)每年將提供157 500kWh電量用于頂部景觀照明。

(5)設(shè)置電梯電能回饋裝置，利用其輕載上行和重載下行時(shí)的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能，節(jié)能效果十分顯著，預(yù)計(jì)饋能利用率超過(guò)30%。

(6)將10/0.4kV變壓器分散設(shè)置在各設(shè)備層，合理配置供配電區(qū)域，將變壓器深入負(fù)荷中心，既提高了供電質(zhì)量，又節(jié)省了電纜投資，同時(shí)降低了電纜的傳輸損耗。

(7)按經(jīng)濟(jì)密度選擇電纜和導(dǎo)線截面，減少常年損耗，使用壽命全周期投入最省。

(8)按系統(tǒng)、用戶、用電設(shè)備組設(shè)置及功能全方位設(shè)置能耗監(jiān)察和管理系統(tǒng)。

(9)諧波治理遵循以防為主、治理為輔的原則。大量的非線性用電設(shè)備將造成諧波危害，在設(shè)計(jì)和用電設(shè)備招標(biāo)中提供合理的諧波限定參數(shù)要求，招標(biāo)過(guò)程中嚴(yán)格把控。大容量非線性用電設(shè)備要求設(shè)置濾波裝置，變電所低壓側(cè)設(shè)置5%變壓器容量的有源濾波裝置，并預(yù)留運(yùn)行后實(shí)測(cè)加裝有源濾波裝置的安裝空間。

(10)首次在國(guó)內(nèi)大型工程中設(shè)置大樓設(shè)備和能源調(diào)度的能源中心管理系統(tǒng)CPMS(Central Plant Management System)，建立最優(yōu)化分析和管理體系，達(dá)到最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的，同時(shí)有效降低碳排放。

(11)完善的智能化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。設(shè)置建筑設(shè)備綜合管理系統(tǒng)和系統(tǒng)集成，并對(duì)中央能源系統(tǒng)作精細(xì)化設(shè)備能源管理，有效地降低設(shè)備的運(yùn)行能耗。

5 項(xiàng)目自我評(píng)價(jià)

上海中心大廈是國(guó)內(nèi)建成的最高的超高層建筑，是上海陸家嘴金融中心三個(gè)標(biāo)志性建筑之一，獲得中國(guó)綠色建筑三星和LEED鉑金獎(jiǎng)的雙重認(rèn)證，有極高的設(shè)計(jì)要求與使用要求，很多系統(tǒng)要求都是首創(chuàng)，在國(guó)內(nèi)外沒(méi)有可供借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

項(xiàng)目設(shè)計(jì)的同時(shí)完成了上海市的超高層建筑關(guān)鍵技術(shù)科研課題，在超高層復(fù)雜系統(tǒng)可靠性研究、電梯饋能研究、應(yīng)急發(fā)電機(jī)接地形式研究、應(yīng)急發(fā)電機(jī)電壓選擇研究、超高層建筑防雷與接地安全研究、應(yīng)急電源供配電系統(tǒng)研究等方面作了大量探索，更是獲得了行業(yè)協(xié)會(huì)資深專家的技術(shù)支持，為供配電和應(yīng)急電源系統(tǒng)作了大量的方案和經(jīng)濟(jì)性比較，多次召開(kāi)行業(yè)專家的技術(shù)論證會(huì)，確定了可供實(shí)施的最佳方案，也為我國(guó)超高層建筑電氣設(shè)計(jì)提供了很好的借鑒。