住宅电气（强电）设计与成本控制总结及案例分析

引  言

电气工程作为建筑工程中不可或缺的一环，在建筑安装投资中占有显著比例，因而是成本控制中的核心关注点。这一工程领域不仅受到地方政策的影响，还直接关系到居民的居住体验。因此，确保电气设计的安全性、舒适性、节能性和成本合理性成为一项至关重要的任务。

随着政府对建筑电气设计的规范要求日益严格，加之居民对生活品质的追求不断提升，电气工程造价成本的控制与合理性问题愈发凸显其重要性。鉴于建筑电气工程的广泛应用和长期运行特性，电气设计在整个项目成本控制中扮演着举足轻重的角色。简而言之，如何在不断升高的设计要求和居民需求中，找到电气工程造价成本的控制点并提升其合理性，已成为当前我们必须面对和深思的课题。

提纲

01 电气设计对成本的影响

02 真实设计案例分析

设计师们通常非常关注电气设计是否符合国家和地方的标准规范，是否能够通过设计报批，以及是否能够满足业主对舒适和功能性的需求，但往往忽视了成本控制的重要性。

在市区繁华地段进行的新建项目，电气设计和投资的范围通常涵盖从红线外的开闭所出线到住户家中。然而，在市政道路尚未完善的区域或市郊地区，电气工程设计投资可能需要从变电站开始，一直延伸到住户家中。这意味着在这些区域进行电气设计时，需要考虑更广泛的电力基础设施投资。简而言之，电气设计的范围和投资会根据地理位置和项目需求的不同而有所变化。

电气设计的成本控制可以从两个维度来进行：一是按设计范围来控制，这可以分为红线外和红线内的设计成本控制；另一个维度是按照设计的系统或内容来控制成本。

在设计范围的成本控制中，红线外和红线内是两个关键部分。红线外的设计成本控制主要涉及项目边界之外的电气设施，而红线内的设计成本控制则聚焦于项目内部的电气系统。

从电气系统的设计内容来看，强电设计涵盖了多个关键部分。这包括高压配电系统，它负责电能的传输与分配；低压配电系统，它确保电能安全、有效地送达用户端；动力照明干线系统，为建筑内的动力设备和照明设施提供电力；配电箱系统，作为电能分配和控制的中心；以及导线电缆的敷设，它是电能传输的基础设施。这些系统的综合设计，既要确保电能的稳定供应，又要考虑成本的控制。

1. 红线外设计成本控制

电气设计不仅需要遵循项目特性与设计规范，同时也应深入理解当地相关政府部门的具体要求，并充分考虑项目周边的实际环境状况。

1.1 电源连接方案的选择

在某些地区，根据规定，项目需要配置双电源供电系统。这意味着需要两个独立的电源，它们可以来自两个不同的变电站，或者来自同一个具有两回及以上进线的变电站的不同母线。这种配置的目的是确保在一个电源发生故障时，可以迅速切换到另一个电源，从而保障生活和生产的连续性。对于开发商来说，有两种可选的方案：

方案一：选择同一变电站内不同电源进线的两段母线提供的电源。这种方案在总投资和投资风险可控性方面通常优于第二种方案。

方案二：选择由不同的变电站提供电源。这种方案的投资通常较高，特别是在市政基础设施不完善的地区，超出投资目标的风险很难控制。因此，开发商需要与当地供电部门进行协商，以确定最合适的供电连接方案。

1.2 供电线路铺设方式的选择

在选择供电线路的铺设方式时，特别是在市政基础设施不完善的地区，不同的选择会对总投资成本产生显著影响。目前，室外高压线路的铺设方式主要有架空铺设和埋地铺设两种。埋地铺设又分为顶管铺设和管廊铺设。这三种铺设方式的成本差异很大。

通常情况下，按投资金额从高到低排序为： 管廊铺设 > 顶管铺设 > 架空铺设 。因此，开发商需要根据现场条件提前与政府多方沟通协调，以争取采用最符合自身需求的方案。

1.3 建设项目中的环网柜/开闭所的布局

开闭所可以布局在室外地面或小区内的地下室。根据规定，开闭所应沿着市政道路布局，原则上每1公里设置1座开闭所，并预留线缆排管的路径。对于建筑面积达到10万平方米或长度达到200米、建筑面积达到5万平方米的开发地块，需要另外设置一座公用开闭所。

当开闭所设置在小区地下室时，其上方不宜为居民住宅，且应尽量靠近地下入口。如果地下室有两层，则开闭所宜设置在地下负一层的独立房间内。

根据上述的规范要求，建设单位应根据项目规模和地块形状设计出多种可能的选址方案，并进行比较和选择。通常情况下，环网式布局相较于开闭所式更为经济高效。在规划开闭所的位置时，应合理布局以最小化电缆的总走线长度。在设置开闭所时，应优先考虑多期项目共享使用，以提高设施的利用率。对于分期建设的项目，应确保开闭所能够满足当前阶段项目的电力负荷需求。如果项目容量不大且条件允许，可以考虑利用项目附近已有的开闭所设施，从而避免新建开闭所带来的成本和时间上的消耗。

2. 红线内设计成本控制

红线内强电设计通常涵盖从小区内的高低压配电房起始，包括专用变压器到设备配电箱，以及公用变压器到住户户内配电箱的整个电力系统。简而言之，就是从小区配电房出发，分别通过专变和公变将电力输送至各个设备和住户家中。其系统示意图可以清晰地展示这一流程。

2.1 供配电设计的系数选择与负荷容量计算

供配电设计的系数选择直接影响到变压器容量的确定，进而对造价成本产生重要影响。在住宅小区中，配电计算和系数取值分为专用和公用两种类型。

专用配电计算及系数取值主要涉及住宅小区内的公共设备，如风机、水泵、电梯等。这些设备的负荷是根据其实际容量来计算的，因此数值相对贴近实际需求，取值也较为合理。

然而，对于其他公共区域的用电负荷设计，如住宅的公共照明（包括首层大堂、地下室大堂、楼梯间照明、电梯前室照明等），需要更为严格的推导和确定。由于这些区域一般采用声光控或红外感应开关控制，因此同时开启的几率很小。在这种情况下，同时使用系数的取值就显得尤为重要，因为它直接关系到建设成本的高低。因此，在设计过程中需要精心选择这些系数，以实现经济合理的供配电方案。

公用配电计算与系数取值在住宅小区中占据重要地位，因为小区的主要用电负荷都属于公用配电范畴。因此，合理地计算和取值对于项目投资利润具有直接影响。

以广东省项目为例，该地区的电力运营由南方电网负责。在小区用电负荷报装等方面，我们遵循南方电网的指导文件以及地方政策。具体到广东省的住宅小区，目前都是根据南方电网发布的《10KV及以下业扩受电工程技术导则》（2018版）中的相关规定，特别是第11页表6.1和第12页表6.2所提供的数值，来计算小区的总用电功率（在此过程中，我们暂时不考虑用电保险系数）。这种计算方式有助于我们更准确地评估电力需求，进而优化投资策略。

基于上述的计算规范，设计团队完全有能力构思出数种不同的方案。以100套80平米的住宅作为实例（具体数据逻辑详见附表），我们可以进行多样化的用电负荷方案设计。在这些方案中，资金投入的差异显而易见，这也进一步印证了同时需要系数的选择具有至关重要的意义。通过这个例子，我们可以清晰地看到，系数的不同选取会直接导致资金投入的显著差异，从而影响项目的整体经济效益。

变压器容量的计算对成本控制具有重要影响。为了避免投资浪费和运行中的空载率过高，我们需要通过合理的计算来正确选择变压器的容量，避免选择过大的容量。不同的项目类型有不同的电负荷需求，因此电气设计应与项目策划紧密结合，详细了解各类型的分布情况，并参考同类建筑的用电负荷指标。当变压器低压侧电压为0.4kV时，建议单台变压器的容量不超过1250kVA；对于预装式变电所的变压器，单台容量则不应超过800kVA。

2.2 电缆回路设计及电缆选用

在电缆回路设计和电缆选择上，低压柜的出线回路数量会直接影响到电缆的使用量和低压柜的配置数量。因此，在设计阶段，设计人员需要准确确定负荷的种类和位置。可以将同一区域或同一类别的负荷通过低压母线进行供电，这样可以有效减少低压柜的出线回路、电缆数量以及低压柜的配置台数，从而降低电气工程的成本。

根据《民用建筑电气设计规范》的相关规定，对于高层建筑和重要公共场所等防火要求较高的建筑物，应使用阻燃、低烟、无卤、交联聚乙烯绝缘的电力电缆或电线。在设计时，应严格按照规范进行，并根据不同部位、场所和用途来选择合适的电缆。值得注意的是，电缆每增加一种性能，其主材成本可能会增加5%～25%不等。因此，设计人员需要进行精细设计，以优化成本。

2.3 线径和开关选择

在项目中，由于用电设备的多样性和数量的众多，配电系统的设计应当力求可靠、简洁，并尽量减少配电的级数。对于相同类型的配电设备，我们优先采用树干式配电方式。对于采用放射式供电的设备，其下级配电箱的进线开关最好选用隔离开关或负荷开关，这样可以增强上下级开关在级联保护方面的选择性，并降低断路器的使用数量。

在电气设计中，如果上下级都采用断路器，我们应避免上级断路器的长延时整定值比下级的大一级。这种做法不仅会导致断路器的大量使用，还会使得保护的选择性变得困难，并可能导致电缆截面不必要的增大。因此，开关的选型是设计中的重要环节。同时，电线电缆的设计也不应随意放大，而应根据详细计算得出的电流来选取。由于电线、电缆在电气安装工程的投资中占比较大，因此，严格控制这一部分的设计是电气成本控制的重中之重。

针对某一住宅小区，为了确保其配套电力工程能够如期供电，并充分满足居民对电力供应稳定性和电能品质的需求，我们进行了详尽的电力规划。结合项目的具体情况，对一、二、三期工程的外部电源系统以及一期工程的内部供电进行了全面的分析和论证。同时，根据该小区的最终建设规模，我们也制定了初步的电力规划方案，旨在实现既优化又经济的电力供应策略。

1. 用电负荷预测与计算

我们对小区的主要电力负荷进行了详细的预测和计算，这些负荷主要来源于生活照明和部分商业运营（如商铺）。预测和计算是基于小区规划等基础资料进行的。

（1）负荷计算标准和参数设定：

负荷密度设定：住宅50W/m2，商业区域70W/m2，办公区50W/m2，文教区30W/m2，写字楼80W/m2，每台电梯15kW，道路及绿地10W/m2，地下建筑10W/m2。

户与户同时使用率：

住宅为0.5，商业区为0.6，办公区为0.4，文教区为0.4，写字楼为0.6，电梯为0.8，道路及绿地为0.5，地下建筑为0.3。

建筑物间的同时使用率设定为0.8。

配电变压器的负荷率设定为80%。

系统的功率因数设定为0.9。

（2）负荷计算方法：

对于每栋楼的负荷，我们采用了以下公式进行计算：W＝K×K×S，其中S代表建筑面积。

（3）负荷测算结果：

经过详细计算，小区内一期工程中每栋建筑物的负荷预测结果如表1所示。

根据以上计算,小区一期负荷为7812千瓦，考虑0.8同时率的情况下，一期负荷为6250千瓦。

2. 小区内部电力供应的区域划分

2.1 一期工程内部的分区电力供应策略

根据低压供电半径不超过150m的原则和小区负荷分布特点，将小区划分为15个供电区域（一区～十五区）。

一区：商业2、地下车库A、1#楼

所需变压器容量：S＝W ×K／（K×K）＝502×0.8／（0.8×0.9）＝558， 故应选择630kVA的箱变。

二区：2#楼、17#楼东侧单元（按17#楼1/2面积）及道路绿地

所需变压器容量：S＝W×K／（K×K）＝553×0.8／（0.8×0.9）＝614， 故应选择630kVA的箱变。

三区：3#楼和4#楼

所需变压器容量：S＝W×K／（K×K）＝567×0.8／（0.8×0.9）＝630， 故应选择630kVA的箱变。

四区：11#、13#、15#楼

所需变压器容量：S＝W×K／（K×K）＝492×0.8／（0.8×0.9）＝547， 故应选择630kVA的箱变。

五区：5#楼和6#楼

所需变压器容量：S＝W×K／（K×K）＝532×0.8／（0.8×0.9）＝591， 故应选择630kVA的箱变。

六区：7#楼、商业、9#楼

所需变压器容量：S＝W×K／（K×K）＝495×0.8／（0.8×0.9）＝550， 故应选择630kVA的箱变。

七区：8#楼和24#楼东侧单元（按24#楼1/3面积）

所需变压器容量：S＝W×K／（K×K）＝519×0.8／（0.8×0.9）＝577， 故应选择630kVA的箱变。

八区：10#楼和12#楼

所需变压器容量：S＝W×K／（K×K）＝546×0.8／（0.8×0.9）＝607， 故应选择630kVA的箱变。

九区：14#楼和16#楼

所需变压器容量：S＝W×K／（K×K）＝546×0.8／（0.8×0.9）＝607， 故应选择630kVA的箱变。

十区：18#楼、17#楼西侧单元（按17#楼1/2面积）及会所、物业用房

所需变压器容量：S＝W×K／（K×K）＝470×0.8／（0.8×0.9）＝522， 故应选择630kVA的箱变。

十一区：19#楼和车库B

所需变压器容量：S＝W×K／（K×K）＝536×0.8／（0.8×0.9）＝596， 故应选择630kVA的箱变。

十二区：20#楼和21#楼

所需变压器容量：S＝W×K／（K×K）＝553×0.8／（0.8×0.9）＝615， 故应选择630kVA的箱变。

十三区：22#楼和23#楼

所需变压器容量：S＝W×K／（K×K）＝530×0.8／（0.8×0.9）＝589， 故应选择630kVA的箱变。

十四区：25#楼和24#楼西侧两个单元（按24#楼2/3面积）

所需变压器容量：S＝W×K／（K×K）＝518×0.8／（0.8×0.9）＝576， 故应选择630kVA的箱变。

十五区：26#楼

所需变压器容量：S＝W×K／（K×K）＝453×0.8／（0.8×0.9）＝503， 故应选择630kVA的箱变。

小区一期工程共有电梯59台。在考虑到每栋电梯0.8的同时使用率后，总体负荷大约为708千瓦。此外，为了应对小区内的应急照明和消防部分的负荷，我们将总负荷估算为1600千瓦。为了确保稳定的电力供应，我们计划使用3台630千伏安的变压器作为备用电源。请注意，这只是一个初步的测算数据，具体的设计将会根据用户的实际需求进行调整。

关于小区一期工程中各个供电区域的详细供电情况，请参见表2

注：一期工程双电源部分的三台箱变和远期一起施工。

根据上述两方案，采用不同的使用系数，方案二约节约投资204万元，单项投资节约26.98%。

2.2 小区未来内部的分区供电规划
对于小区二期和三期的内部供电，我们目前不进行具体的规划设计。

3. 高压供电的整体设计规划
3.1 选择电源接入点
目前，小区附近有3个110千伏的变电站。其中，1#和2#变电站正在运营中，而3#变电站正在规划中。考虑到各变电站与小区的距离、容量及负荷情况，我们进行了详细分析：

1#变电站虽然距离最近，但因其近三年最高负荷已接近满载，所以供电可靠性受到一定影响。

3#变电站尚处于规划阶段，其建设进度与小区一期开发进度不匹配。

2#变电站虽然距离稍远，但近三年最高负荷为22.6兆瓦，仍有接入新负荷的空间。且小区在2#变电站的供电范围之内。

综合以上因素，我们决定调整接驳方案，选择从2#变电站接入电源。未来，当3#变电站建成并投入使用后，我们计划将其作为小区的主要供电电源。

3.2 10kV外部供电策略
根据负荷预测，小区一期工程的峰值负荷为6250kW。考虑到周围10kV公用线路的承载能力，我们决定按照《城市电力网规划设计导则》的要求，新建10千伏电缆线路进行供电。为了确保线路的安全与美观，电缆将沿城市主干道铺设，并完全符合城市规划的总体要求。

我们选择了YJV-3×400铜芯电缆作为新建线路的主线，其理论允许载流量为482A。但考虑到实际使用中的多种因素，如土壤温度、热阻系数以及电缆的敷设方式等，我们对其实际允许载流量进行了修正，取为390.42A。这意味着YJV－3×400电缆的实际最大负荷能力为6390千瓦，完全可以满足小区一期的供电需求。因此，我们从2#变电站引出一条YJV－3×400电缆专线为小区供电。

3.3 10kV内部供电设计
为了确保供电的稳定性和效率，我们决定在小区内部不采用集中供电方式，而是选择多台变压器进行就地供电。鉴于小区的环境特点，箱式变压器成为我们的首选。这些变压器将被放置在用电负荷的中心位置，如架空层或绿化带上，以便于接近负荷并减少低压供电的半径。所有配电变压器的设计、安装和建筑要求都将严格遵守相关的供电和防火规范。

4. 低压供电规划设计

为了提升小区的环境美观度，我们决定高低压供电均采用电缆方式，并通过管道进行敷设。所选用的管道为C-PVC管，为了便于维护和检修，每隔50米我们会设置一个电缆检修井。在小区内，高低压接线将遵循放射式和树干式的供电方式。为了确保安装的整齐和美观，楼内的电能表箱和电缆分支箱都会采用预埋的方式进行安装。

根据国家电力公司的相关规定以及当地电力公司的具体要求，新建的居民住宅需要实行一户一表的抄表方式，以确保供电的安全并规范电费收费行为。这意味着，小区内的每户住宅都将有独立的电表，由电业局直接进行抄表和管理。

对于每个住宅楼的单元门，我们将采用三相四线制的供电方式。从楼外的低压电缆箱到楼内的电能表电源箱，我们将使用截面为4×25平方毫米的VV电缆。电缆进入户内时，会采用敷管进行保护，所选用的保护管为直径35毫米的PVC管或镀锌管。

在设计方面，每个居民住宅楼都会按照一户一表的原则进行规划。多层住宅楼以单元为单位，会在一楼、二楼或一二楼之间的公共楼梯间安装集中的电能表箱。每户的电表将选用单相5（20）A或10（40）A的长寿命电表。对于超标的住宅楼，我们会根据建筑面积来配备相应容量的电表。同时，多层住宅楼还会考虑设置公用的楼道照明电表。对于大面积的复式住宅，我们可能会采用三相四线制的供电方式。

考虑到该小区的住宅楼较为集中且负荷密度大，我们计划安装集中的抄表系统，以提高抄表效率和管理便捷性。

5. 箱式变电站的选择与设计

5.1 设备外壳及正常使用条件
箱式变电站的外壳设计应确保能在正常户外环境下稳定运行，同时考虑到内外环境温度的差异。对于高压和低压开关设备及控制设备，它们在外壳内的使用条件应与正常户内环境相符。此外，变压器在额定电流下工作时，其温升可能会超过常规无外壳运行时的温度，因此需要基于安装地点和外壳等级来确定其使用条件，并由制造商或用户据此计算变压器的实际使用容量。电能计量装置和无功补偿装置同样需要在类似户内的环境下运行。

5.2 元件要求
箱式变电站主要由变压器、高压与低压的开关及控制设备、内部连接线（包括电缆、母线等）和辅助设备组成。根据用户需求，还可以加装电能计量和无功补偿设备。所有这些元件都应被共用的外壳或一组外壳所封闭。所有元件都必须符合其各自的标准，同时整个箱式变电站的额定值也需满足相关规范。

5.3 变压器与开关选型
对于箱式变电站的高压侧，负荷开关应分为环网型和终端型两种，以满足不同的需求。低压侧则应配置8个出线回路，每个回路都装有400A的低压空气开关。为了优化电力质量，应安装低压电容自动补偿装置，其容量应为变压器容量的20%。同时，低压侧还应配备远程抄表系统，便于管理和监控。对于公用变压器，其低压侧还应设置总计量装置，用于台区考核。

在电气设计的每一个环节，设备和材料的选型必须遵循安全可靠、技术领先、维护简便（最好是免维护或者少维护）、操作直观以及环保节能的原则。同时，我们应该追求标准化和规范化，避免在同类设备中使用多种型号，以确保系统的一致性和高效性。在选择设备和材料时，我们应积极采用最新的技术、设备、材料和工艺，同时严格遵守国家规定，绝不使用任何被明确淘汰的产品。

由于生活用电负荷的持续增长，远期住宅负荷的预测变得愈发困难。尽管我们无法做到完美的住宅小区供电设计，但我们可以不断探索和总结实践经验，以追求更卓越的解决方案。一个出色的设计不仅要确保其高质量和可靠性，还应致力于降低投资成本并便于后期的维护与管理。