【摘 要】随着城市化进程的持续推进与大型建筑功能日趋多元化，供配电系统作为建筑能源供给的核心环节，其重要性日益凸显。在此背景下，机电系统与机械系统的协同设计已成为决定建筑改造工程综合质量与运行效能的关键因素。文章以大型建筑供配电系统改造工程为研究对象，深入剖析改造过程中机电与机械协同设计面临的空间冲突等难题，并有针对性地提出从前期协同规划到过程动态协调的全流程解决方案。研究结果表明，科学的协同设计可有效提升供配电系统的运行效率，为同类大型建筑供配电系统改造工程提供理论参考与实践借鉴。

【关键词】大型建筑；供配电系统改造；机电与机械；协同设计

引言

在大型建筑供配电系统改造工程中，系统并非孤立存在，而是由变压器、电缆桥架等构成的机械系统，是与开关柜、自动化控制系统构成的机电系统深度耦合的有机整体。系统间的协同运行水平直接决定了供配电系统的稳定性与能效。因此，“机电与机械协同设计”已成为突破改造工程痛点、实现改造目标的核心抓手。当前，国内关于建筑供配电系统改造的研究多聚焦于单一系统，对两者协同设计的系统性研究相对不足，导致部分改造工程出现“重硬件、轻协同”的问题，施工中频繁出现返工、工期延误，运行后系统能耗未达预期。

一、工程概况

本研究聚焦某城市核心商圈大型商业建筑的供配电系统改造工程。该建筑面积约8万平方米，原供配电系统已运行12年，存在变压器负载率过高、电缆桥架老化变形、自动化控制水平低（依赖人工巡检）等问题。系统不仅多次出现短暂停电故障，年耗电量超出同类型建筑平均水平15%，还无法满足当前及未来5～10年的用电需求（预计未来用电负荷将增长30%），亟须通过改造提升系统可靠性、安全性与节能性。

本工程的改造范围覆盖“机械系统”与“机电系统”两大核心板块。其中，机械系统改造包括变压器基础重建、电缆桥架更新、设备支架加固等；机电系统改造包括2台1 600 kVA新型节能变压器、12台高压开关柜、38台低压配电箱等设备升级，以及自动化控制系统的安装部署，该自动化控制系统含可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller Cabinet，PLC）控制柜、智能电表、远程监控平台。工程的核心目标不仅是完成单一设备与结构的更新，更在于通过机电与机械的协同设计，实现两大系统的无缝衔接与高效联动。

二、该改造工程中的机电与机械协同设计遇到的难题

（一）前期规划阶段：图纸协同不足，存在设计冲突

设计阶段是协同设计的基础，但本工程初期存在“机电图纸与机械图纸脱节”的问题。设计单位的电气专业与机械专业各自独立绘图，未开展系统性协同审核。例如，机械图纸中标注的变压器基础尺寸（长3.2 m×宽2.8 m）与机电图纸中变压器设备的安装尺寸（长3.4 m×宽2.9 m）存在偏差；电缆桥架的机械布置图纸中，某段桥架高度设计为2.5 m，而机电图纸中该区域需安装的高压电缆接头高度要求不低于2.8 m，导致后期施工中设备无法正常安装。图纸未明确机械系统预留孔洞的位置与尺寸（如电缆穿墙孔、设备固定孔等），机电系统接线时需现场开孔，不仅破坏机械结构强度（如剪力墙、承重梁等），还导致平均每处开孔延误工期约0.5天，累计影响工期达15天[1]。

（二）施工阶段：空间与时间协同矛盾突出

本工程施工场地有限，且需“边运营、边施工”，机电与机械系统施工在空间与时间上的协同矛盾显著。一方面，机械系统的电缆桥架安装需占用天花板以上的吊顶空间，而机电系统的开关柜安装需使用地面区域。两者同时施工时，吊顶内的机械施工人员与地面的机电施工人员存在交叉作业风险，且材料运输通道争抢严重，导致机械桥架安装效率下降30%，日均安装长度由原计划的50米降至35米。另一方面，原计划机械系统改造与机电系统安装为先后顺序，但因机械系统某段桥架基础加固延误2周，导致机电系统无法按时进场。若强行并行施工，会出现“机械未完工区域无法承载机电设备重量”的问题，进一步加剧工期压力。

（三）参数、型号不匹配，性能衔接断层

机电设备与机械结构的参数协同是系统稳定运行的关键，但本工程中出现多起“参数不匹配”问题。其一，机械系统采购的电缆桥架额定载流量为200 A，而机电系统选用的高压电缆额定电流为250 A，桥架载流量不足，若强行使用会导致桥架过热，存在火灾隐患；其二，机械系统的变压器基础设计承重为5 t，而新型节能变压器实际重量为5.8 t，基础承重不足，需重新加固，增加成本与工期；其三，自动化控制系统（机电）的PLC参数设置中，变压器过载保护阈值为110%，但机械系统中变压器的实际最大承载能力为105%，参数不匹配导致系统频繁触发保护停机，影响供电稳定性[2]。