城市地下道路电气设计难点探究

城市地下道路电气设计难点探究

李 奇

中冶赛迪城市建设（重庆）有限公司  重庆 401320

摘要：本文以重庆十八梯地下道路电气设计为例，结合工程实例总结并分析了城市地下道路工程电气设计过程中的难点，为后续城市地下道路的电气设计提供新思路、新方法，充分体现以人为本的设计，带给市民一个安全、可靠的地下道路电气配套设施。

关键词：城市地下道路；安全、可靠；电气设计

1.引言

随着社会的发展，城市的不断扩张，城市的人口越来越多，使得城市地面交通也逐渐变得越来越拥堵，于是为了满足城市的发展并减小地面交通压力，城市地下道路逐渐出现在大众视野中。特别是重庆这种山地城市，受地形限制地面道路狭窄，很容易造成交通拥堵，而在人口密集的渝中区解放碑及周边，堵车现象越发频繁。面对这种形式，区政府已修建了解放碑地下环道，为更大的发挥疏解交通的作用，又修建十八梯地下道路，将其与长滨路连通。十八梯地下道路的修建有利于充分利用土地资源，周边各商业大厦的车库可以通过地下道路进入，从而有效的缓解地面交通的压力。

对于电气设计而言，城市地下道路狭长且基本位于城市的繁华地带等的特殊性，对电气设备用房的设置、供配电系统的可靠性、电气消防系统的安全性、地下交通信息诱导的合理性等都有很高要求，直接关系到整个工程后期的运营、维护及安全。本次对十八梯地下道路工程在电气设计中的难点进行分析、研究，提出合适可行的方案。

2.工程概况

十八梯项目位于重庆渝中区较场口，紧邻繁华的解放碑商圈。十八梯地下道路工程主要包含4条地下连接道，分别为解放碑环道出口连接道、解放碑环道入口连接道、十八梯地下车库连接环道、长滨路连接道，设计时速为15km/h，总长约1.5公里，为长距离城市地下道路，道路等级为城市支路。

十八梯地下道路总平面图

3.电气设计原则

1）安全性：设计预留合理的余量，使用可靠的设备设施，最大限度保证系统的可靠性，使得系统安全地运行。

2）先进性、经济性：能超前考虑电气设计发展趋势，综合比较各种技术和设备的性价比，选用最优的方案，尽量节约投资。

3）协调性：与本工程其它专业、系统相互配合、协调，最大限度的发挥电气设备设施的作用。

4）易于操作、便于维护：系统应具有友好的人机界面，使系统易于操作，便于维护和管理。

5）符合国家和各相关部委的政策，以及国家或部委颁发的现行标准和规范，积极慎重地采用新技术、新材料、新设备、新工艺。

4.电气设计难点探究

4.1应急电源的选择

应急电源在正常供电电源意外断电的情况下，为重要的保障人身安全的用电设备供电，在工程设计中发挥着重要作用。

本工程为长距离城市地下道路，又作为解放碑环道的一个连接道，设计标准应不低于解放碑环道，除将规范规定的应急照明、交通监控设施、环境检测及设备监控设施、视频监控设施、火灾自动报警及消防联动设施等用电设施作为一级负荷中的特别重要负荷外，还将消防风机、消防水泵大量消防动力用电也纳入一级负荷中的特别重要负荷。从而导致特别重要负荷的安装容量达到1500kW，远远大于常规设计项目中的安装容量。

特别重要负荷除由双重电源供电外，尚应增设应急电源。按相关规范要求，独立于正常电源的发电机组、供电网络中独立于正常电源的专用的馈电线路、蓄电池、干电池四类电源可作为应急电源。蓄电池、干电池主要用在容量较小，要求停电时间短的场合，对于如此大容量的用电需求显然无法满足要求。而供电网络中独立于正常电源的专用的馈电线路主要用于中断供电时间较长的场合，无法满足消防用电的要求。综合考虑后本工程选用独立的柴油发电机组作为应急电源，使供电系统形成双市电+柴发的组合模式，最大限度的保障用电安全。

使用发电机组就需要发电机房，项目位于繁华的十八梯步行街片区，周边有各种商业综合体、民宿、复古建筑及保护文物构筑物，且又在地下，机房的设置需要解决烟气高空排放等问题，在项目所在红线范围无合适的地方设置。因此需将发电机房设置在远离项目所在地且周边环境条件允许的地方，此类地方距离项目地较远，一般都在2-3公里以上，再加之地下道路自身长度，采用常用的低压柴发无法满足供电半径及电压降的要求。经各种合理性及可实施性综合考虑最终选择在距离项目2.5公里外的地方设置一座高压柴油发电机房，高压电缆经由解放碑环道检修道下电缆沟敷设至项目变配电房，并在变配电房内设置专用应急变压器。高压柴油发电机组的自启动信号取自消防控制室的报警主机，在遇突发情况市电断电的时候，可将启动信号发送至柴发控制柜，以自启动柴发，保障应急供电需求。

4.2变配电房位置选取

变配电房的设置位置应尽量靠近负荷中心，最好能将低压供电辐射半径控制在250m以内，从节能性、经济性角度看，这样的布置最为合理。但在1.5km的地下道路中要满足这样的要求，且呈“一环三连接”的布局，在理想的情况下需设置4座变配电房。但因受地块用地限制，地下道路无更多的条件提供房间用地，电气设备用房还需满足送排风的要求，通风井道需伸出地面，对于旅游景区的整体环境有较大影响。综合考虑项目特殊性，在节约造价最优的情况下，设置两座变配电房，供电半径控制在450m左右，电压降及短路电流通过放大电缆截面的方式解决。配电房和周边建筑结合设置，井道利用建筑外墙设置，将对周边景观影响降到最低。

消防水泵的安装容量较大为300kW，又因规范制约，消防控制室距离消防水泵房不能太远，故为减少电缆用量节约投资，将一座变配电房、水泵房、消防水池、消防控制室集中设置在解放碑环道出口连接道K0+180附近。合理考虑供电辐射半径，在解放碑环道入口连接道K0+360处设置另一座变配电房，此处距离十八梯110kV变电站较近，可方便获取市政10kV电源，这样既能解决供电需求，又能使对周边的影响降到最低。

4.3消防应急照明和疏散指示系统

疏散指示方案应尽量简单明了、安全可靠，能使相关人员以最短距离、最短时间离开火灾现场，撤离到安全区域，按此原则本工程确定以最短路径疏散的疏散指示方案。

本次设计采用集中电源集中控制型系统，应急照明集中控制器安装于消防控制室。在消防控制室确认火灾后,应急照明控制器能以火灾报警主机输出的启动信号自动启动应急照明控制器，点亮所有非持续型的照明灯。地下道路两侧布置双向可调的疏散指示标志灯，在火灾发生后，可结合监控系统，确定最短的疏散方向，调整指示灯方向。指示灯距地0.5m安装，并采用A类灯具，防护等级不应低于IP65。

地下道路受长距离供电影响，而应急照明灯具及标志灯供电采用的36V安全电压，为满足最大压降小于10%的要求，需在每隔200m左右的风机房设置集中电源分配电装置，采用中间向两端供电的方式，并将供电电缆截面加大一级。5s

4.4火灾报警及联动系统

（1）系统设置

作为长距离地下道路，设置常规火灾报警系统已无法满足整体安全可靠性的要求，在没法准确确认火灾发生地点，火势蔓延情况的基础上，增设火灾综合盘（含双波长火焰探测器与手动报警按钮）及光纤光栅探测器作为末端火灾探测器，综合盘的设置考虑了与水喷泡沫装置匹配，25米左右一套，光纤光栅探测器按5米为一个地址点考虑。在道路限界上部主要布置风管、水管和电缆桥架的设备夹层内，为监测电缆发热避免引起火灾设置缆式线型感温火灾探测器。

另外整个工程设置图像型火灾探测器作为辅助探测装置，图像型火灾探测器安装距离为50-80米，利用智能图像分析技术，从不同角度进行分析，利用其视频监控和火灾探测的双重功能，对火灾进行二次确认，并能准确定位着火地点，为报警系统提供附加性保障。

（2）联动系统

较常规项目，地下道路坡度大，发生火灾时，火势蔓延快，且地下狭小空间不利于烟雾的排出，人员的人身和财产安全将受到严重的威胁。而车辆通行，防火卷帘不能确定完全下落，无法采用防火分区的方式划分防火分隔，因此采用防烟分区作为系统联动的基本单元。按通风控制要求，将着火分区和与其相邻的两个分区化为一个防火单元，其防排烟设施应同时启动。为防止烟雾蔓延，当一个防烟分区着火时，利用联动触发信号动作相邻两个防烟分区的电动挡烟垂壁，阻隔烟雾的蔓延，同时启动排烟风机，将烟雾排出，确保地下空间内空气的流通。

车辆在行驶中会排出大量尾气，一氧化碳（CO）气体主要来源于汽车尾气的不完全燃烧，且地下密闭空间通风条件不好，易聚集CO气体，会对人体产生危害。因此设置CO监测系统，在CO浓度值超过设定的报警值时，控制器发出报警信号，通过信号反馈至监控室CO监测系统主机，并联动启动排风机，完成通风换气。

4.5电缆的选择及敷设

电缆短路、过载等因素可引起电缆发热，当温度超过电缆的耐热温度时会引发电缆着火，电缆着火是电气火灾事故中最为常见的一类。而电缆的材料及绝缘类型导致电缆着火时会产生大量的烟气和毒气，这两种气体是造成人员伤亡的重要因素，因此合理的选择电缆的材料及绝缘类型尤为重要。地下道路在狭小的密闭空间，烟气和毒气蔓延快、排出难度大，需选用低烟低毒类的电缆，又作为地下人员密集场所且疏散难度大，阻燃级别需采用A级。对于火灾时仍需运行的消防负荷供电干线及分支干线选用不燃性柔性矿物绝缘电缆，既方便敷设也可保证3h的供电需求。

地下道路受整体空间及道路限界的影响，往往留给设备专业敷设管线的空间不足，在有限的空间内布置通风管道、给排水管道、强电桥架、弱电桥架等各种设备管线十分困难。经各专业综合协调考虑，为避免高压电缆对其他管线的影响，将高压电缆布置在检修道下电缆沟内，并在过路段提前预埋钢管，方便后期穿线。其他各类管线布置在上部空间内，由于地下道路为拱形结构，考虑强电对弱电的电磁干扰，将强电和弱电桥架分边双层布置，而大截面的通风管道布置在中间，水管截面最小可分边布置在强弱电桥架外侧，各种管道之间还需考虑检修操作空间，要尽量将顶部空间的利用最大化。

4.6地下交通信息诱导

地下道路如果没有完善的交通信息诱导，驾驶人如同进入迷宫，很难按最优路线驶出。解放碑及十八梯地下道路又连接着很多商住综合体的地下车库，出入口多、交通复杂、方向感差，没有合理的交通信息诱导系统，很容易使驾驶人走错方向。

因此设置智慧交通诱导系统，能通过智能探测技术，将与地下道路连接的各建筑内车库的空车位数据实现智能联网上传，实现对各个车库数据的实时发布。并能通过信息采集、数据传输、管委会中心数据处理、信息发布几个过程，将车库及车位信息发布到城市干道一级诱导信息屏、环道二级诱导信息屏、车库入口三级诱导信息屏上。

同时在环道交叉口设置方向引导标志显示各方向道路名称，在各车库出入口设置车库信息显示标志显示对应的建筑名称，在直线段设置信号诱导标志显示可通往的道路信息，让驾驶人在行车的时候可直观、准确的判断自己要到达的目的地，缩短驾驶员的决策时间。

5.结论及建议

城市地下道路的电气设计不同于城市交通隧道，地下道路大多位于市区繁华地带，是为缓解地面交通拥堵而建，其交通更复杂，设计要求更高、设计难度更大。针对典型的地下道路，本此对设计难度较大的问题进行了总结，并给出了可实施性方案，其他类似工程应根据现有工程条件设计合适的方案。

随着社会和科技的发展，更多、更好的技术会应用在工程实际中，要保证地下道路电气设计的安全性、可靠性、合理性和可实施性，需不断优化设计方案。

参考文献

【1】中国机械业联合会，GB 50052-2009，《供配电系统设计规范》[S].

【2】上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司，CJJ 221-2015，《城市地下道路工程设计规范》[S].

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