摘要：随着培养高科技人才的迫切需要，高等院校多学科逐渐横向交叉融合，从学科队伍、平台资源、技术条件等多个方面整合资源、合作共享、统筹推进。高等院校教学实验楼被赋予科学研究和政策咨询机构的功能更加明显。教学实验楼的电气设计以及投入运行后电气系统、电气设备等的安全、经济、节能显得尤为重要。文章通过对高等院校教学实验楼各功能房间、各部位的特点详尽分析与梳理，从教学实验楼的供配电系统、电气照明系统、建筑物防雷接地系统、消防以及火灾报警系统、信息网络、门禁、智能化系统等系统阐述了教学实验楼电气设计的特点，疑点、和难点进行深入探讨，提出电气设计的优化方案。
关键词：国家重点实验室；二级生物安全实验室；高压供电系统；低压配电系统；照明配电系统；防雷接地系统；电气消防系统；智能化系统
高等院校是打造引领未来科技发展复合型、创新性人才的教学科研高地。高等院校教学实验楼不但承担教学任务而且承担着科学研究的重任，高等院校探索专业学科之间的复合交叉融合，探索培养未来科技创新领军人才新模式尤为重要。本文以宁夏大学新农科人才培养与创新研究院项目教学实验楼电气设计为实例，着重分析了国家重点实验室，生物安全实验室的电气设计的特点，以期达到优化设计的目的。
1工程概况
（1）宁夏大学新农科人才培养与创新研究院项目教学实验楼总建筑面积为38720m2，其中地上教学实验与科研中心用房34220m2，地下设备用房641m2，人防地下室（平时为地下车库）3859m2。可供宁夏大学3500名师生在此开展教学、研究、学术交流等活动。楼内功能以学科实验室、研究室、研讨室、实验室配套用房（仪器室、试剂室、准备室等）、实验室管理用房为主，另设有部分设备用房、机房、后勤服务用房等。（2）本工程为一类高层公共建筑，结构形式为框架，建筑层数：地上3~6层，地下1层。1~6层层高均为4.2m，总建筑高度30.35m（檐坡屋顶），局部三层部位建筑高度13.8m。地下一层层高5.4m。地上部分耐火等级为二级，地下部分耐火等级为一级，工程设计等级为一级。室外消防用水量为40L/S。（3）重点实验室及二级生物实验室分布位置说明（功能分区关系见图1）。①本项目实验用房及研究用房依据学科划分分别布置于A段、C段、E段中，管理用房与学科交叉研讨用房等布置于B段、D段、F段中。②本项目A段四层、五层、六层依次分布西北土地退化与生态恢复国家重点实验室培育基地、西北土地退化与生态恢复国家重点实验室培育基地、西北土地退化与生态恢复国家重点实验室培育基地等国家重点实验室。③本项目C段二层园艺微生物实验室、E段一层、二层、三层及六层实验室为二级生物安全实验室。
2负荷等级分类与供电电源
一级负荷：消防用电设备（排烟风机、加压送风机、防火卷帘、消防泵、喷淋泵、消防控制室等）、消防应急照明和疏散指示系统、电子信息设备机房用电、安防系统用电、客梯、排水泵、生活给水泵，汽车库照明用电、对供电连续性要求较高的国家重点实验室用电等。二级负荷：主要通道及楼梯间照明用电、对供电连续性要求较高的其他实验室用电、二级生物安全实验室用电。三级负荷：空调、开水器、其他不重要的用电设备。①供电电源：本工程高压采用10KV双电源供电，一路电源由文萃路3号环网柜914间隔引来，另一路电源由宁夏大学总开闭所引来。10KV电源均采用YJV22-10KV铠装电缆埋地引入。②负荷容量：教学实验楼安装容量P=4529KW，Pjs=2717KW，其中一、二级负荷安装功率约926KW。消防负荷安装容量约438KW。
3高、低压配电系统
（1）本工程高压采用2路10KV电源供电，2路高压电源同时工作、互为备用。高压配电系统采用分布式直流操作电源与其配套。变配电室选用3台SCB13-1250KVA环氧浇注干式变压器，其中2台变压器低压侧配电互为备用，同时工作，变压器设强制风冷系统及温度监测报警装置。低压配电柜设置联络，以保证一、二级负荷正常工作。本工程计量方式采用高供高计，计量装置安装于高压计量柜，低压侧低压计量均为考核计量。（2）教学实验楼低压配电系统采用220/380V电压，配电线路采用放射式与树干式相结合的供电方式。各用电负荷供电线路均由变配电室引至配电竖井内，然后从配电竖井通过桥架引至各功能实验室配电箱。一级负荷采用双重电源供电，在适当位置互投。二级负荷采用双回路供电，在适当位置互投。三级负荷采用单电源供电。变配电室低压侧设置无功功率集中补偿柜，补偿后，功率因数＞0.90。考虑到本工程有国家重点实验室和对供电连续性要求较高的其他实验室用电，各功能实验室设备多样化，谐波产生和变化有着随机性，复杂性的特点，在变配电室低压侧设置2台有源滤波器抑制谐波，补偿谐波，抵消非线性负载所产生的谐波电流。保证电能质量。（3）导线选择和线路敷设：①高压电缆选用YJV22-10KV-3x95交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套钢带铠装电力电缆，由室外埋深1.1m，穿SC焊接钢管埋地进入变配电室接至高压开关柜。②低压非消防负荷干线选用WDZ-YJE低烟无卤电力电缆；其他支线选用WDZ-BYJ-500V低烟无卤阻燃导线。③消防设备配电线路干线采用隔离型（柔性）矿物绝缘电缆NG-A（BTLY），分支线采用WDZN-YJE、WDZN-BYJ低烟无卤耐火电缆（线）。消防配电线路暗敷设时，穿金属管敷设在不燃体结构内。在公共走廊或功能房间内明敷设时（包括敷设在吊顶内），穿金属管并涂防火涂料，或采用耐火金属桥架敷设。
4照明系统
（1）照明电源采用220V，干线采用三相五线制，分支线采用单相三线制。照明光源采用显色指数Ra＞80的细管径稀土三基色荧光灯。色温3300K~5300K，灯具采用高效率、无眩光型。办公室、各功能实验室灯具悬挂高度距桌面的距离≥1.7m。灯具采用吊杆安装或吊顶嵌入安装。走廊、楼梯间照明采用发光二极管（LED）灯。实验等场所的不舒适眩光应采用统一炫光值（UGR）评价，且≤19。照度标准执行GB50034-2013《建筑照明设计标准》。主要场所的照度设计值和LPD值如下：办公室、研究室、工作室：300LX8W/m2；实验室：300LX8W/m2；服务器机房：500LX13.5W/m2；走廊、楼梯间：100LX3.5W/m2；车库：50LX2.0W/m2；图书室：300LX8W/m2；生物培养室：500LX13.5W/m2；天平室：500LX13.5W/m2。（2）各功能实验室门口处设灯具控制开关，灯具按平行外窗方向控制；公共场所的照明因使用条件和天然采光状况不同而采取分区、分组控制的措施，采用智能照明控制器集中控制。（3）各功能实验室均设置专用配电箱，各功能实验室的前后墙设置电源插座；电源插座采用220V二孔、三孔安全型插座。且各功能实验室同时设置380三相电源插座，插座回路均设漏电保护。无障碍卫生间距地0.5m处设求助按钮，在门外底距地2.5m设求助声光报警器。（4）消防控制室、服务器机房均设置专用配电柜，地面采用防静电地板，线路采用金属线槽敷设于防静电地板下。（5）本工程消防应急照明系统为集中电源集中控制型系统。系统组成部分为应急照明控制器，集中电源，消防应急灯，疏散指示灯等。应急照明控制器设置在消防控制室，集中电源箱设置于配电井中，要求蓄电池达到使用寿命周期后标称的剩余容量≥1h。走廊，疏散走道、楼梯间等部位设置A型应急照明灯和疏散指示灯。国家重点实验室以及重要实验场所设置应急照明灯（含警卫照明），生物安全实验室的所有疏散口都设置消防疏散指示标志和消防应急照明灯。应急照明灯与疏散指示灯均采用LED灯，工作电压DC36V，光源色温不低于2700K，标志灯规格为中型。消防工作区域照度不低于正常照明照度。
5防雷接地及等电位联结系统
（1）本工程按银川市年平均雷暴日数19.7d计算，预计雷击次数N（次/a）为0.11319，按二类防雷设计。教学实验楼的防雷装置满足防直击雷，侧击雷，防雷电感应及雷电波的侵入。在部级重点实验室，重点实验室、微机室、服务器机房、消防控制室等配电系统中设置浪涌保护器SPD。在屋顶装设不大于10mx10m的避雷网，凡高出屋顶的金属设备、管道、构架包括等均与避雷带（网）可靠连接。（2）本工程采用TN-S系统，各建筑物内设专用保护接地线，接地电阻≤1Ω。当实测接地电阻不满足要求时，增设人工接地极。（3）本工程做总等电位联结。进线处设MEB端子板，配电箱PE母排、进出建筑物的金属管道以及室内一切用电设备的金属外壳、电缆桥架、电线金属保护管、通风金属管道必须与整个接地系统做等电位连接，所有实验室，服务器机房、监控室、消防控制室设LEB局部等电位联结。
6通信网络、安全防范系统
（1）在二层设置服务器机房，服务器机房等级为C级。网络进线由市政运营商网络引来，敷设24芯室外光纤。服务器机房设置信息系统雷电防护，且地面设置防静电地板，设置空调，UPS模块主机。（2）设置数字监控系统，要求具有视频探测与监视、图像显示、记录与回放等功能，且图像质量、信号压缩方式及信息存储时间应满足相应的管理要求，视频图像处理与控制模式可根据工程具体情况采用简单对应、时序切换、矩阵切换或数字视频网络交换等模式。监控室与一层消防控制室合用。各出入口，各层走道、出入口和周界设置数字监视摄像机，楼内监视摄像机吸顶安装。设置数字高清摄像头，摄像头至监控主机采用六类数据线。（3）重点实验室设置门禁系统，对不同的人员发放不同安全等级的门禁卡。
7电气消防系统
（1）教学实验楼消防负荷为一级负荷，采用双电源供电、末端互投。火灾报警系统为集中报警系统。消防控制室内设置1台火灾报警控制器，与感烟探测器，手动报警按钮，声光报警器，感温探测器，消防电话、消防广播、其他需要联动控制的设备等组成火灾报警系统。（2）消防控制室设置电气火灾监控主机1台，变配电所设置防火剩余电流动作报警系统，采用总线式报警系统。在消防控制室设置消防电源监控主机1台，消防控制室能显示消防用电设备供电电源和备用电源的工作状态和故障报警状态。各状态信息传输至消防控制室内图形显示装置。同时在消防控制室设置防火门监控主机1台，对防火门开启、关闭及故障状态等动态信息进行监控。常开防火门在火灾时自动关闭。
8生物实验室电气设计需要注意的问题
（1）生物实验室根据安全等级划分为4个等级，本教学实验楼内生物实验室属于二级生物实验室。因生物实验室对供电连续性有要求，在每个生物实验室设置独立配电箱，避免各实验室之间用电干扰。（2）生物培养室设置紫外线灭菌灯，控制开关设置在门外，与一般照明灯具控制开关分开设置，做到明显的识别标志。（3）生物实验室内送排风机和生物安全柜的配电尤为重要，生物实验室内配电系统为通风系统提供稳定安全的电源，有效保障实验室运行顺畅。
9结语
高等院校教学实验楼因学科性强，实验功能不同，实验设备不同，通过分析各实验室的特点，在满足各实验室功能的前提下优化教学实验楼的电气设计方案，提供一个安全、稳定、经济的教学楼实验室供电环境尤为重要。
作者：杨华春 单位：宁夏建筑设计研究院有限公司