亚特兰蒂斯水上乐园电气设计
亚特兰蒂斯水上乐园由极富亚特兰蒂斯文化的水世界和海豚表演剧场（海豚湾）组成。水世界由两条漂流河将园区划分成若干区域，内有多个水上娱乐项目和一个鲨鱼池。海豚湾内有一个立体水舞台半开放式剧场，可以分别进行海豚表演和水陆空3D表演秀。亚特兰蒂斯水上乐园总体平面图见图1。
本工程强电系统包含：10 kV配变电系统、应急柴油发电机系统、供配电系统、动力及照明系统、防雷及接地系统等。
水上乐园共有30余个单体建筑，星罗棋布分布在20多万m2的乐园中，漂流河、造浪池、水寨等大量的水体和急速竞赛塔、家庭滑道塔、鲨鱼池坐落在园区内；变电所、柴油发电机房、动力机房、维生机房、水处理、水动力、漂流河加热、厨房等各类机房布置在乐园的地下空间；除了常规土建管线外，水处理、海水管网、动力管网、游乐设备基础等纵横交错地穿插在上述建筑、水体、地下机房之间。电气设计内容繁杂，每一个系统都在复杂的场地和空间环境进行设计，无论是系统的整体构架还是具体的管线路由设计，均有巨大的难度和艰巨的挑战。
海豚湾舞台可以分别进行海豚表演和水陆空3D表演秀。电气设计需要配合大量的专项工艺，包括维生、水处理、演艺等，且系统要能够同时满足两种截然不同的工况要求。每个专项对电气专业都有特殊要求，维生对全年供电的可靠性有极高的要求；演艺存在大量干扰源和干扰对象；舞台有300多m2的巨型可移动LED屏；用电设备在整个潮湿的表演区及动物饲养区存在，表演区顶部的屋面钢结构作为接闪器，需要进行防雷击和防电击的电气安全措施分析论证。该建筑和工艺的复杂程度，导致常规的设计经验和方法无法适用于该项目的电气设计，需要对这些问题专项分析，定制设计解决方案。
变配电系统设计
水上乐园和海豚湾舞台的工艺复杂、内容繁多，且负荷量巨大，用电要求高。表1整理了水上乐园和海豚湾主要负荷，并分析了不同负荷的级别和特征。
根据负荷分析结果，本工程共设置3个10 kV变配电所，分别设置在海豚湾地下室、水上乐园更衣地下室、水上乐园餐饮地下室。海豚湾变电所共设置4台2 000 kVA的10 / 0.4 kV变压器，3台1 200 kW柴油发电机；更衣地下室变电所设置2台2 000 kVA的10 / 0.4 kV变压器；餐饮地下室变电所设置6台2 000 kVA的10 / 0.4 kV变压器，2台1 200 kW柴油发电机。
漂流河加热负荷仅在冬季运行，需要加热总长度约3 km的室外漂流河，加热的能耗巨大。如何高效、节能地设计漂流河加热系统成为了设计的关键。
燃气锅炉和电加热分析比较：分析比较了在酒店设置锅炉将热水引入乐园和直接在乐园设置锅炉的方案；采用燃气锅炉的2个方案在空间和实施上都存在较大的条件制约，最终选取在4个漂流河末端通过热泵加热的电加热系统方案。
10 kV配电方案分析比较：考虑到酒店在夏季是用电的高峰，而漂流河电加热负荷主要在冬季运行。原设计拟从酒店引入1 ~ 2路10 kV电源作为漂流河的电加热电源，错峰使用市电，从而降低市政用电申请容量，提高能源的利用效率。由于本工程是10 kV市政线路进户，最终两个地块的高压切换设计方案无法通过市政审批，乐园和酒店的10 kV分列运行，必须在水上乐园配电系统内部消化并解决漂流河电加热负荷的巨大用电量。
负荷侧季节负荷平衡设计：根据乐园的负荷分析，乐园的负荷季节性差异巨大，设计最终选取的方案不采用常规的年日均最大负荷计算，而根据冬季和夏季两种工况采用需要系数法计算。把漂流河加热负荷和夏季运行的建安空调负荷进行平衡计算；漂流河的加热负载也遍布整个乐园平面，电气设计除了按季节进行电气负荷平衡计算和分析外，还配合动力专业共同分析电加热在平面空间的平衡，负荷平衡分析图详见图2。最终冬季和夏季负荷成组地配置到变压器，达到变压器容量最节能及高效的设计，整个水上乐园的变压器装机容量由最初的接近40 000 kVA的装机容量，最终降低为24 000 kVA，变压器总装机容量降低约40 %。电耗能作为水上乐园耗能最大的能源，通过设计极大地降低了项目的运行电能耗。
水上乐园用电负荷工作制特殊，在使用需要系数法计算变压器和柴油发电机组容量时，针对全年工作制负荷（如维生负荷）和大容量负荷（如漂流河加热负荷）的最大运行工况，用利用系数法进行容量校对。设计分别考虑了以下不同工况：漂流河高温加热运行和漂流河最低温度加热运行；维生全部水体水处理运行和维生最少水体水处理运行；乐园工况运行和海豚湾表演工况运行。按照2路市电正常运行、1路市电正常运行和2路市电都故障的3个工况，提供业主在不同市电运行情况下，各个主要负荷推荐运行数据，为后期运行维护提供了指导。
为了确保演出效果，演艺对于电能质量有极高的要求。设计将舞台演艺负荷中的干扰源和干扰对象进行分类，其中LED屏、舞台照明等为主要的干扰源；舞台音响和控制系统为主要的干扰对象。海豚湾舞台的配电主要采用放射配电，干扰源和干扰对象做到“清污分流”，以降低线路传导导致的干扰。当一个区域同时存在干扰源和干扰对象时，确保至少有两个独立放射配电的电源，并在LED和舞台照明配电侧设置或预留专用的隔离变压器，在配电电源侧设置或预留滤波器并采用二级放射式配电至末端，以确保演艺负荷对电能质量的要求。
工艺和专项配电设计
本工程存在大量需要电气专业配合设计的工艺和专项，其中水上乐园的方案设计、游艺设计、演艺设计是由外方设计完成，电气设计在接收并完成上述工艺或专项设计内容时，需要完成外方设计输入资料的本地化工作。游艺设计或演艺设计资料往往缺少针对建安电气的提资，电气设计需要用大量的时间研读相关资料，提取专项设计中的有效提资、完成专项设计转换为工程化设计的工作。水上乐园项目与电气相关的主要工艺和专项设计示意图见图3。
与机电设计分为方案、扩初、施工图等设计阶段一样，工艺和专项设计也存在各自的设计阶段和时间节点。本工程设计周期短，在各个阶段对工艺和专项提资进行文档控制，根据机电设计进度分析各个专项必须提交的资料，并在合理的设计周期向相关方提出要求，以完成乐园电气设计的进度。工艺和专项提资的归档整理表见图4。
CSEI申报和电气配合
CSEI是中国特种设备申报和评定的简称，主要负责游艺设备的安全审核。电气在CSEI审核过程中，需要提供配电、防雷、接地和消防设计及其安全性分析报告。
防雷接地设计
防雷接地设计的难点如下：
a. 本工程大量游艺设备直接处在LPZ0区，且与游客直接接触。
b. 水上乐园总体面积巨大、场地空旷，存在大量水体，且与游客直接接触。
c. 海豚湾钢结构屋顶平台直接处在LPZ0区，演出时其中有演艺人员和演艺用电设备，演艺人员需要通过绳索（潮湿）连接直接跳入下方距离约15 m高的水池，演艺提出研究防雷击和防电击的电气安全措施。
d. 海豚湾舞台在同一个区域内需要设置不同类型的接地，包括：防雷接地、工作接地（中性点）、信号接地（要求电磁干扰屏蔽）、保护接地（设备安全）、保护接地（人身安全）。
防雷接地设计的解决方案如下：
a. 在水上乐园设置常规防雷接地系统，并预留构筑物和游艺专用接地接口，以保护建筑和设备安全。创新性地将雷电预警纳入防雷设计，通过雷电预警结合后期运维措施提前疏导游客，保护人身安全。
b. 整个水上乐园设置总体等电位接地网，并设置局部等电位，以保护人身安全。
c. 演艺区设置专用防雷接闪器、引下线和接地，并与主体钢结构脱开。演艺区域设置若干局部等电位联结，且各局部等电位联结之间相互电气连接，实现整个演艺区域内等电位的目的。演艺区域电气系统设置RCD保护。
d. 在满足安全接地的前提下，将防雷接地和信号接地相对独立设置，通过专用的引下系统接入联合接地（大地）。
总体电气设计
总体设计大致分为总体方案设计阶段；总体景观设计、总体游艺设计、总体水体设计、总体专项设计、总体及其地下建筑和结构设计、总体机电设计阶段；总体管线碰撞设计和修改阶段。在总体管线碰撞和设计修改阶段，协调众多管线和分项设计内容在总体空间及其地下空间的冲突及碰撞，并最终使各个分项设计内容在这些区域合理分布。
水上乐园总体面积巨大，总体及其地下空间情况复杂，设计团队通过总体综合图纸，将各类碰撞问题逐一罗列，并分析发生碰撞的专业分项、问题类别、修改方案。根据问题汇总表，各个专业分别开展修改工作。然后重复碰撞分析和修改工作，经过几轮迭代递进调整，最终完成了水上乐园的总体管线综合设计。水上乐园总平面管线综合问题汇总表见图5。
管线排布优先级为重力管最优先排布；其次是大尺寸压力管和市政管线（如海水、维生、燃气等）；然后是小尺寸压力管和强电管线；最后是智能化和景观管线。景观 / 场地完成面避让优先级为游艺结构、漂流河最优；其次是场地水体、景观；最后是场地检修井。水上乐园场地情况复杂，在实际修改中还采用了以下特殊设计：漂流河基础下方预留涵洞；检修井结合挡土墙 / 结构一体设计；异形检修井定制设计；总体管线借用地下空间或预埋在地下空间结构板内敷设。
游客区与后勤区电气设计
水上乐园和海豚湾的建筑分为游客区和后勤区，其中游客区有视觉美观的要求，力求机电设备和管线尽量消失。为达到这个目标，电气专业在方案阶段，就将主要机房规划在后勤区，并利用后勤区和地下管线在非游客区构建了一个贯通整个园区的机房和主管线路由系统，从源头上减少机房和管线对游客区的影响。后期设计中一些末端设备和管线必须设置在游客区时，尽量采用暗装和嵌装的方式，并靠近角落暗装，给主题包装和精装专业保留合理的美化装饰条件。
特殊环境电气设计
本工程存在大量特殊环境，如高湿度场所、高盐雾场所。设计按照规范对特殊环境的要求进行针对性设计，在潮湿场所采用感温探测器，采用高IP防护等级设备，在高盐雾场所采用防腐型（F1、F2）设备等。
在传统技术无法满足要求或缺失可依据规范时，设计加深对先进性、技术前瞻性的理解，并创新性运用在这些特殊环境中。高湿度、大空间场所采用早期烟气分析报警；高盐雾场所采用耐腐蚀彩钢桥架；采用铜包钢防雷接地设计，不同金属通过空间结构分布降低由金属电位差导致的腐蚀等。
电气节能设计
电气节能设计措施：用电分项计量、采用太阳能辅热、选用节能型电气产品、照明设计的照度和照明功率密度控制、照明控制及天然光利用、综合配电规划（变电所靠近负荷中心、经济电流密度法选择导体截面、季节性负荷平衡以选择变压器）、电能质量治理（无功补偿及谐波治理）、设置BAS系统等。通过大量电气节能设计，提高了电能在项目中的利用效率，使得项目可以绿色、经济地运行。
本文有删减，全文载于《建筑电气》2021年第6期，详文请见杂志。
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