上海建筑设计研究院有限公司 叶海东

　　1 引言

　　随着迪士尼主题乐园进驻上海，一股“主题乐园”的新浪潮席卷全国，越来越多的集团将投资、建设的目光聚焦在这一行业上。国际上亚特兰蒂斯、环球影城、乐高主题乐园等纷纷抢滩中国；国内新建、待建的各类主题乐园更是数不胜数。

　　以“海洋文化”为核心内涵，将传统的海洋生物展示与先进的高科技手段相结合的上海海昌极地海洋公园，定位于世界最先进的第五代海洋公园，融合了南北极特色与海洋氛围，集成了多主题的动物表演场所、大型游艺设备、多媒体互动娱乐设施等。该园区的电气设计具有一定的多元化和复杂性，在此与大家分享电气设计的一些特点、经验、体会。

　　2 工程概况

　　上海海昌极地海洋公园（如图1所示）核心主题区域分极地、海洋两个片区，建筑面积103641m2。极地区以极地动物展示为主，包含：公园主要入口广场区域、海兽混养、欢乐剧场、大型海洋动物表演场、北极馆、企鹅馆、科普教育馆/天幕、冰海港主题餐饮等；海洋区主要以海洋鱼类、海豚展示及表演为主，包含：人豚互动+鲸豚互动、海豚表演场、鲸鲨馆+鲨鱼馆、海底世界（含黑暗骑乘）、珊瑚水母馆、沙滩主题餐饮等。此外，配套设施项目包括：入口片区、后勤配套、停车配套、酒店配套等。上海海昌极地海洋公园场地面积297145m2，总建筑面积205731m2。

　　3 负荷分级

　　本工程的特点是负荷类型多，除常规照明、插座、空调、动力等负荷外，还有维生系统、低温制冷及冷库、游乐设备、舞台演艺设备、景观、泛光、路灯、厨房设备等等。而目前国内没有类似大型海洋场馆及游乐场所的相关规范，笔者根据GB50052-2009《供配电系统设计规范》的负荷分级原则对负荷进行了定义。

　　3.1一级负荷中特别重要的负荷

　　一级负荷中特别重要的负荷包括：

　　3.1.1维生系统和低温制冷系统。

　　由于各大场馆内汇集了很多南北极和海洋的珍稀动物和鱼类，有些海洋生物，单条价值上亿元，其维生系统、维生相关冷水机组和专用低温制冷设备的供电可靠性至关重要，一旦断电将造成重大经济损失。

　　3.1.2大型游乐设备的安全电源。

　　大型游乐设备在运行过程中，一旦断电将造成重大人身安全事故。

　　3.2 一级负荷

　　舞台机械重要设备、动物医院重要负荷、厨房冷库、电子信息系统、消防水泵、自动灭火、排烟设备、消防卷帘、火灾自动报警及联动控制系统、消防应急照明、疏散指示系统、消防应急广播等消防用电、机械停车库设备、采用升降梯作车辆疏散出口的升降梯用电等。

　　3.3二级负荷

　　园区的客梯、自动扶梯、生活水泵、排污泵等。

　　3.4三级负荷

　　除一、二级负荷外的其它负荷。

　　4 市政电源及应急电源

　　4.1 市政电源

　　由市政提供双重35kV进线回路，引至本地块东区35kV用户主变电站。每路进线容量为20000kVA，总容量为40000kVA。

　　4.2应急电源

　　由于维生系统、低温制冷系统等特别重要负荷的用电量非常大，若按实际容量配置发电机，发电机的初期投资将十分巨大。在仔细分析了维生系统及低温制冷系统的运行工况及动物和鱼类所能承受环境参数后，结合运营方的运行经验，制定了一套发电机模式下的应急电源控制策略：在两路市电失电、发电机投入运行的模式下，首先分析各个场馆维生区域和低温制冷区域的极限环境参数，确定优先启动濒临极值状态下的设备，考虑到水域及大气的蓄冷和蓄热作用，系统运行到一定的温度参数后再停止该设备；同时密切监控其它区域的环境参数，当其达到临界值时启动相关区域设备。如此轮流启停相关区域的维生设备及低温制冷设备。统计分析后，可按60%～70%的维生及低温制冷设备负荷设计发电机的容量，以达到最大性价比。

　　5 园区供配电规划

　　在前期供配电方案中，规划了14个10kV分变电所，将供电半径控制在100～150m。后来由于建筑布局要求和运营管理方需求，合并了部分区域的变电站。最终确定了海洋区（东区）设置6个10kV分变电站、极地区（西区）设置5个10kV分变电站的方案，具体配置详见表1。由于园区地形、建筑布局和场馆间连通道走向等原因，使得部分区域的实际供电距离超过了250m。而且随着工程的推进，之前负荷较小的远端场馆中工艺负荷大大增加，为了满足主干线路2%电压降的要求，配电的密集型母线及电缆规格不得已放大了2～3档，造成配电系统的投资大大增加。因此建议今后类似工程设计中，在前期方案规划时，加强与建筑专业沟通，严格控制分变电所的供电半径。优化供配电系统，节约配电线路投资，降低线路损耗。

　　6 大型游乐设备供配电

　　园区内多处大型游乐设备，如过山车、缆车、漂流等设备不仅用电量大，而且对电源质量要求高，因此采用专用变压器供电以避免干扰。

　　过山车的驱动装置配电，目前国际上有两大技术路线——大容量专用变压器配电方案和自带储能装置的小容量变压器配电方案。结合本项目，方案一：需配置1台1250kVA，D,yn5，10/0.4kV变压器和1台1250kVA，D,d6，10/0.4kV变压器；方案二：对过山车驱动装置进行革新，采用储能装置新技术，可回收一部分机械能量，只需采用一台500kVA，D,yn5，10/0.63kV变压器，同等条件下，此方案变压器容量仅为原来的20%，大大节省变压器的装机容量及日后运行能耗。本工程设计采用了后一种方案。

　　7 谐波治理

　　在园区供配电系统中有几大谐波污染源：大量变频设备、超大型LED屏、园区内可控硅调光设备及一些游艺设备等等。设计采用末端与前级综合治理的方案，对超大型LED屏、调光设备就地设置有源滤波设备，就地抑制谐波，减少线路能耗；对大量变频设备配置无源滤波器，降低电压电流总畸变率。在变电所内设置有源滤波模块，以保护重要设备的正常运行。

　　8 分布式供能系统

　　根据东区维生冷热负荷较大，且全年稳定等特点，经过经济性分析，建立一个以天然气为原料的冷热电联产的分布式供能系统，配置两台发电量为1200kW的天然气内燃机组。主要为东区维生系统提供电力、空调冷热源，以及为宿舍区提供生活热水。机组所发电在市电10kV侧并网运行，整个分布式供能系统综合能源利用率大于70%，系统投资静态回收期约为7.5年。

　　9 电力监控系统

　　根据园区特点，设置一套完善的实时电力监控系统，以实现以下主要功能：

　　（1）由于园区10kV分变电所多，分布广，在园区总控中心内可实时监测各个变电所供配电系统的运行状态，优化管理，最大限度地节省人力资源。

　　（2）园区内一、二级负荷比例高，一路市电失电时，失电回路的一、二级负荷通过ATS开关自动切换至正常回路，当电力监控系统监测到正常回路的用电负荷率大于100%时，根据事先设置好的程序，按顺序部分切除三级负荷，以控制负荷率小于100%。

　　（3）在发电机模式下，园区内维生负荷60%～70%由发电机供电。当发电机启动至正常运行后，通过维生监控系统分析各个场馆维生区域和低温制冷区域的极限环境参数，优先启动濒临极值状态下的设备，再分步启动其它区域的设备，当系统达到一定的温度参数后再停止该设备。如此轮流启停相关区域的维生设备和低温制冷设备。电力监控系统进行实时监测，以保证发电机的负荷率低于95%。

　　10 全方位的BIM设计

　　10.1 大型场

　　馆园区内有多个大型场馆，场馆内空间高低错落,前场、后场区域泾渭分明，而管道、桥架四通八达，各专业之间综合管线相互碰撞不可避免，在设计阶段全方位运用BIM技术，大大优化了管线，详见图2。

　　10.2 “连通道”

　　整个园区场馆多，在海洋、极地片区采用能源中心集中提供冷热源方案，园区总体内充斥着大量的强、弱电管线、维生系统专用管道、给排水管道、空调冷热源管道等等，且场地高低起伏，地形复杂，若采用管线直埋方案，园区总体内管线散布，对将来景观设计、今后管线维护都是一个巨大的挑战。为此提出了“连通道”设计理念，综合分析园区各管线分布状态，并测算了建设“连通道”的土建投资，选择性地在管线繁多的区域设置“连通道”，将各工种主干管线集中整合在一起，既为施工阶段总体上不确定因素造成的管线增加提供了便利，又为将来的扩展、维护、检修带来了方便。详见图3。

　　“连通道”设计方案的难点在于其与各场馆之间的衔接，由于管线在“连通道”内的排列顺序及标高与场馆内不同，如何使其准确对接，是一个很大的考验。为此采用了BIM设计技术，精确定位，并在其衔接区域增设缓冲区，完美地解决了此难点。

　　11 防腐措施

　　本园区的主题是极地与海洋，在园区内前、后场区域都存在着大量的海水，特别是后场室内海洋生物饲养区域，除海水外，还有动物排泄物，环境恶劣。根据以往类似场馆的运营经验，设备腐蚀非常严重。如海洋生物的后场饲养区域，其相对湿度大于75%，属于潮湿型环境；其空气中腐蚀气体以海盐气溶胶（主要是氯化物）为主，属于D类环境气体类型，为强腐蚀类型环境。在此类区域设计中，尽可能将配电设备集中设置在独立的配电间内，而必须穿越该区域的配电桥架，则选用复合高耐腐电缆桥架。采用预涂装技术，将冷轧钢板连续经过热浸镀锌处理（涂层厚度≥20μm）、表面化学处理后，再涂覆聚偏氟乙烯涂层（PVDF），制成的高耐腐电缆桥架可达到中性盐雾试验时间大于960h。

　　12 结语

　　不同的核心内涵、不同的开发理念造就了不同特色的主题乐园。这就需要设计师根据各种乐园的自身特点，合理规划供配电系统、仔细分析环境特点、深入研究工艺设备需求、充分利用BIM技术打造现代化的主题乐园。

　　参考文献

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　　作者信息

　　叶海东，女，上海建筑设计研究院有限公司，高级工程师，所副总工程师。