#1 既有建筑改造相关概念

根据行业标准T/CECS497-2017《既有建筑评定与改造技术规程》中对相关术语定义，“既有建筑”是指：经竣工验收备案并投入使用一年后的建筑或已投入使用的房屋；“改造”是指改变建筑用途或提升建筑功能或性能的技术措施。

通常既有建筑改造工程可笼统的划分为以下3项内容：基础类改造，完善类改造，提升类改造。一般情况下，“典型”的既有建筑改造工程同时包括上述3项内容，只是各自的权重略有不同。

建筑电气专业在既有建筑改造中的实施与新建建筑存在很多不同之处，本文以实际工程案例为基础，重点分析典型既有建筑改造工程电气设计中的几个要点：

① 现场踏勘与工程评估；② 防雷接地系统的改造；③ 供配电系统的改造；④ 配电线路布线系统的改造；⑤ 电气消防系统的改造；⑥ 建筑节能改造。

#2 现场踏勘与工程评估

准确详实的现场踏勘和科学合理的工程评估，是做好改造工程电气设计的基础。

现状调查

对于既有建筑的认识最全面的途径是识读原设计图纸，设计人员应与业主积极沟通，查阅原设计图纸，从而了解建筑原电气设计的整体情况。

但是，在实际工作中，常常存在原设计资料保存不全、建筑本身存在多次局部“微改造”、建筑现状与保存的原设计资料不完全一致等问题，故而需要设计人员对现场建筑进行实地查看。

既有建筑中的电气设备及电气装置包括变压器、柴油发电机、高低压配电柜、明敷的电气管线、照明灯具、强电插座、火灾自动报警及消防联动控制器、火警探测器、智能化机柜、信息插座等直接可见的设备，也包括各种暗敷在建筑结构体内的电气管线。

上述电气设施设备均需要进行全面的查看检验，包括正常工况下的变压器负载率、功率因数、火灾自动报警系统设备工作情况等设备电气参数以及各种电气设备的使用时间等。

改造范围与改造设计界面

现场踏勘的另一个目的是明确改造范围与改造设计界面，新建建筑有一个土地红线，而既有建筑的改造也需要一个改造的“红线”。一个界面清晰的改造“红线”对于推进改造设计工作大有裨益。

需要特别注意的是，改造工程相关的供电系统进线、通信系统进线以及火警系统的总线等问题，不同的工程差异较大。

尤其是建筑内局部改造工程，其电力、通信的外部进线改造一般情况下需纳入本次改造设计完成，如果设计缺失，将影响工程预算的准确性。

实测接地电阻

改造工程中，电气专业与土建结构密切相关的另一个重要的电气原始数据是既有建筑的接地电阻值。

特别是对于利用原建筑物基础钢筋做接地体而结构主体须进行改造的工程，一个准确的接地电阻值是改造工程电气接地设计必要的设计输入。

消防评估报告

建筑的消防安全一直是建筑设计的一个重点。在改造工程中，经常因建筑初始建造的年代久远，相关的消防规范已发生较大的变化，建筑现有的消防设施设备已无法满足现行消防规范的要求。

近些年来，各地纷纷出台了针对此类问题的专项设计指南或指导措施，可供设计人员参考。

此外，从建筑改造后的消防安全出发，设计人员应提醒建设方委托专业的消防科技公司对建筑现有消防疏散、消防设施等做一个消防安全评估，其消防评估报告也是改造工程的设计依据之一。

新旧规范的匹配、新旧设备的接口问题

既有建筑特别是某些使用年限较长的建筑，其原有设计依据的规范已经更新、其内部现有的某些设备已经淘汰或更新换代。

对于改造工程电气设计，一方面需要注意甄别现行规范与原有规范的异同，另一方面需要注意在改造中使用的新设备与现有上下级设备接口的匹配。

特别是对于智能化设备，产品日新月异，各种通信协议并存，改造范围内的设备与现有上下级设备的接口匹配问题更加突出。

既有建筑节能改造评估报告

节能改造评估可采用现场踏勘、问卷调研、资料审阅、现场检测以及软件模拟等方式，确定建筑能耗现状及运行效果。

节能改造评估报告一般包括下列内容：建筑概况，评估依据，评估内容，评估过程和结果，评估结论与改造建议。

电气与智能化专业的节能改造评估报告一般包括供配电系统、照明系统、能耗管理系统以及智能化系统等，特别需要关注大功率机电设备控制、可再生能源利用等评估内容。

#3 防雷接地系统设计

既有建筑改造的防雷接地系统，因其引下线、接地体等大量采用建筑结构自身的钢筋，在一般的现场踏勘中不易查看，防雷接地系统的改造设计也更加复杂。现简要梳理如下。

防雷装置检测报告是改造设计的基础

按照“先检测评估后修缮改造”的原则，既有建筑改造的防雷接地系统设计必须以该建筑的防雷装置检测报告为设计依据。

建筑物防雷装置检测报告可系统地体现出建筑物现有接闪器的类型、材质型号规格、有效高度、敷设方式、敷设位置，引下线的敷设方式、材质型号规格、数量、最大间距以及接地电阻值等技术参数。

设计人员以防雷装置检测报告为基础，再结合现场查看接闪器、明敷的引下线、人工接地极等的锈蚀情况等，方可进行具体的防雷接地系统改造设计。

防雷接地系统改造设计措施

以建筑防雷装置检测报告为依据，防雷接地系统改造设计的具体措施可分为以下两大类：

a. 利旧。

若该建筑物现有的防雷接地系统完善、有效，接地电阻等重要电气参数满足电气安全及用电设备正常工作的要求。那么，改造设计宜充分利用现有防雷接地装置，仅需对现有设施进行一定的修缮、翻新，完善防腐措施即可。

b. 重构。

若该建筑物现有的防雷接地系统损毁、锈蚀严重，接地电阻等重要电气参数不满足相应规范和用电设备的使用要求，则该建筑的防雷接地系统应进行重新设计。

重新设计的防雷接地系统除应满足GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》等国家规范外，还应注意到原有防雷设施的影响。

巧用结构加固新增金属构件作为防雷与接地设施

在部分既有建筑改造工程中，结构专业需要对该建筑物的地基基础、主体结构或维护结构进行加固，常用的结构加固方法有增大截面法、包钢加固法、预应力加固法、粘钢板加固法。对于结构加固的金属构件，我们需要重点关注其与主体结构的连接方式。

以增大截面法为例（如图1所示），在进行柱子加固时，新增纵筋将通过箍筋与原有柱内钢筋可靠连接。

此时，当新增的等电位联结装置需要与柱内钢筋连接时，可通过扁钢或圆钢将等电位联结板与加固新增的钢筋焊接连通，进而与自然接地极形成可靠的电气通路。

 

#4 供配电系统改造

供配电系统设备利旧

既有建筑的供配电改造，“设备利旧”问题无法回避。

科学合理地进行“设备利旧”，需要进行以下几项工作：了解现有设备已有的使用时间，收集现有设备正常工作时的负载情况，特别是变压器等电气设备正常工作时的负载率等电气参数，改造后建筑内电气负荷的计算，建筑经过改造后的预计使用寿命，新设备采购费用、运行电价及电气设备损耗等经济性计算。

变压器的回收年限计算公式如下：

 

从节约资源，控制改造工程成本的角度出发，设计人员应在充分计算的基础上给予业主科学合理的建议。

供配电系统设备的“重构”

随着我国经济的快速发展，人民生活品质的提高，人们对“建筑品质”和“建筑能耗”日益关注。

因此，许多建设单位更倾向于对变压器等电气设备进行更换。同时，“重构”在工程现场管理更方便，工程造价结算界面更清晰，竣工之后变压器等设备自身年综合电能损耗更低。

供配电系统的“重构”与新建建筑的供配电系统设计差别不大，不再赘述。

供配电系统局部改造

伴随着建筑的局部改造，供配电系统通常须同步进行局部改造。

在这种情况下，电气设计师须密切关注电气负荷增加对无功补偿、电缆防火、火警时非消防电源的切除等问题的关联影响。

对于部分低压用电负荷增加的既有建筑改造项目来说，用电负荷增加后，变压器高压侧功率因数的复核常常被遗漏。

对于无功补偿电容的补充，大致分为下列两种情况：

a. 现场无功补偿不足。

部分历史较久远的建筑，在设计之初无功补偿量较低，在长期的使用中存在元器件损坏、低压电容量衰减等情况，导致末端低压有功功率增加后，功率因数无法满足供电部门的要求。

针对此种情况，应向业主提出针对该部分“建议改造”内容，在概算清单中包含新增无功补偿容量。

b. 现场无功补偿装置投入率较低。

对于投入使用时间不长、初期设计完备、建筑电力设施维护较好的建筑，若变压器负载率低于设计负载率，其无功补偿装置投入率亦较低。

针对此种情况，改造设计在低压用电负荷接入供配电系统后，可委托业主或物业管理人员现场复核无功补偿装置的工作情况，避免被征收无功电费。

#5 管线敷设—电缆及密集型母线槽结构荷载的问题

在既有建筑改造设计中，因土建本体相对固定，某些结构主体年代久远，结构安全性不高，对于新增荷载较为敏感，新增机电管线荷载应高度重视并计算提资。

电气管线荷载的计算主要包括线缆主体和支撑保护物两大部分。

a. 线缆主体的重量计算式如下：

 

b. 某段路由电缆桥架中电缆长度的计算。

电缆的计算长度包括实际路径长度与附加长度，附加长度宜计入电缆敷设路径标高变化、伸缩节和迂回备用裕量。

此外，电缆在桥架中敷设时不是绝对的直线敷设，实施时会有一定程度的弯曲，在计算电缆长度时需相应考虑。

综上，在进行电缆重量的计算时，某段路由电缆桥架中电缆长度至少应按平面电缆桥架长度的110%取值。

c. 线缆支撑保护物重量计算。

线缆支撑保护物的主体为电缆桥架，不同类型的电缆桥架板材厚度不同，因此其自重亦不同。如表1所示。

 

以700 mm宽、200 mm高带盖板平板型电缆桥架为例，钢材密度为7850 kg/m3，忽略涂层重量，其单位长度（1 m）自重计算如下：

M = 7850 × （1100 × 1000 × 3 + 700 × 1000 × 1.5） × 10-9 kg = 34.15 kg，对应静荷载F = 334.67 N。

此外，每米桥架附加荷载估算值约为：支吊架荷载600 N/m，检修活荷载2000 N/m。

以上述电缆桥架主体单位长度重量和支撑保护物的重量为基础，再结合每段路由中供配电系统的馈线回路规格、数量进行累加，便可得到比较实际的电缆及桥架荷载。

不同规格密集型母线槽单位长度重量通常可由设计手册或产品样本中查得，再加上母线槽支吊架荷载和检修活荷载，进而可得到密集型母线槽的单位荷载。

电气专业以上述荷载为基础向结构专业提资，共同配合确定电气管线的安装敷设方式。此外，既有建筑改造的现场情况千变万化，在某些特殊情况下电缆桥架及母线槽的安装敷设可采取一些专用敷设措施。

#6 电气消防系统的改造

消防问题一直是既有建筑改造中的重点问题，对于电气专业，因为规范更新、产品升级等原因，电气消防系统的改造存在不少矛盾之处。

以火灾自动报警及消防联动控制系统为例，近些年来随着技术的进步、规范的更新，其系统架构、控制对象均发生了较大的变化。

特别是GB 50974-2014《消防给水及消火栓系统技术规范》和GB 51251-2017《建筑防烟排烟系统技术标准》的发布实施，对火警系统的设计提出了新的要求，因此其改造设计应特别注意新旧系统的兼容。

近些年关于消防水泵的启动和控制发生了较大的变化。JGJ/T 16-2008《民用建筑电气设计规范》（已废止）第13.4.4条第2款曾要求“消火栓按钮总线自动控制消防水泵的启、停”，在更早的其它相关规范中也有类似的规定。

因此，既有建筑中的某些消防水泵控制柜接收消火栓按钮总线信号控制消防水泵的启、停。

在GB 50974-2014《消防给水及消火栓系统技术规范》中，第11.0.4条规定：

“消防水泵应由消防水泵出水干管上设置的压力开关、高位消防水箱出水管上的流量开关，或报警阀压力开关等开关信号直接自动启动消防水泵。消防水泵房内的压力开关宜引入消防水泵控制柜内”。

消防水泵的启动不再需要直接接收消火栓按钮的信号。

以某产业园改造工程为例，此次改造工程范围仅包括其中一栋单体建筑，园区消防水泵房不在改造范围内。在火警系统改造设计中，消火栓按钮的直接启泵功能需要保留方可满足园区消防水泵的控制要求。

#7 建筑节能改造

建筑节能改造贯穿于既有建筑改造工程的全专业全过程，是对建筑品质的重要提升。电气专业节能改造主要包括3个方向：① 被动节能；② 主动节能；③ 可再生能源的利用。

首先，降低供配电系统的变压器、配电线缆等自身的电能损耗，可通过更换损耗值更低的变压器，优化配电线缆敷设路由等方式实现。

此外，提高系统功率因数、减少谐波含量等亦可减少配电系统的电能损耗。使用光效更高的光源是有效减少照明系统能耗的重要措施。

其次，在改造工程中，可通过设置建筑设备监控系统使建筑内的各种机电设备特别是大型机电设备运行在一个科学合理的区间，避免出现空调温度过低等不合理的用能现象，降低建筑机电设备的能耗。可通过设置智能照明控制系统，减少“常明灯”等无效能耗。可通过设置能耗管理系统实现“用者付费”，规范人们的用能习惯，鼓励节能行为。

可再生能源的利用则是从“开源”的角度来实现建筑节能。

光导管照明是一项比较成熟的技术，可以在改造工程中采用。此外，随着光伏发电技术的进步，建筑光伏发电系统日益成熟。

在既有建筑改造中，在保证安全可靠的前提下，经过技术经济比较后，在建筑屋顶、地面停车棚等场所同步建设建筑附加光伏发电系统，或者使用太阳能庭院灯等均可在不同程度上减少传统能源的使用。

以四川省成都市100 m2的建筑平屋顶为例，考虑安装间距等因素，采用高效率单晶硅太阳能组件（Pmax = 150 W/m2），按理想斜面安装，考虑45%的交通和检修通道面积，估算其光伏发电系统装机容量PAZ可达8kWp（标准测试条件下的电性能参数STC），根据GB 50797-2012《光伏发电站设计规范》公式6.6.2，标准条件下的辐照度Es = 1kW·h/m2，以年辐射总量HA = 3600 MJ/m2= 1000 kW·h/m2，综合效率系数K=0.6估算，则预估年发电量Ep如下：

Ep = HA × PAZ / Es × K= 1000 × 8 × 0.6 kW·h= 4800 kW·h

折合标准煤约590 kg；该发电量能够基本满足两户普通三口之家一年的用电量，节能效益显著。

作者：唐 杰，银 雪