Đồ án tốt nghiệp thiết kế cung cấp điện tòa nhà phức hợp dragon fairy ứng dụng autocad và revit

Đề tài nghiên cứu Thiết kế cung cấp điện tòa nhà Dragon Fairy với Autocad và Revit ứng dụng cao trong học thuật và nghiên cứu thực tiễn

• Người hướng dẫn: Quyền Huy Ánh
• Trường học: Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM
• Chuyên ngành: Điện Công Nghiệp
• Đề tài: Thiết Kế Cung Cấp Điện Tòa Nhà Phức Hợp Dragon Fairy Ứng Dụng Autocad Và Revit
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: TP.HCM

Tóm tắt

I. Tổng quan về thiết kế cung cấp điện tòa nhà Dragon Fairy

Thiết kế cung cấp điện tòa nhà Dragon Fairy là một đồ án tốt nghiệp toàn diện từ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, khoa Điện - Điện Tử. Dự án này trình bày giải pháp cập điện hiện đại cho tòa nhà phức hợp Dragon Fairy, kết hợp ứng dụng Autocad và Revit để tối ưu hóa quy trình thiết kế và dự toán. Việc thiết kế bao gồm tính toán chi tiết từ lựa chọn trạm biến áp, máy phát điện, cho đến hệ thống phân phối điện toàn tòa nhà. Nhờ ứng dụng các phần mềm chuyên dụng, công việc thiết kế trở nên hiệu quả hơn, đơn giản hóa sự phối hợp giữa các hệ thống cơ điện khác nhau, giúp kỹ sư dễ dàng bóc tách khối lượng và dự toán công trình.

1.1. Phạm vi và mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của dự án là thiết kế hệ thống cung cấp điện đầy đủ cho tòa nhà phức hợp Dragon Fairy. Phạm vi nghiên cứu bao gồm: tính toán phụ tải, lựa chọn máy biến áp, thiết kế hệ thống nối đất và chống sét, thiết kế chiếu sáng các khu vực công cộng và riêng tư. Đồ án sử dụng Autocad để vẽ mặt bằng bố trí cấp nguồn và chiếu sáng, Revit để mô hình hóa trục phân phối chính ba chiều, và Dialux evo để tính toán và mô phỏng chiếu sáng chi tiết.

1.2. Tính cấp thiết của đề tài

Với sự phát triển nhanh chóng của các tòa nhà cao tầng hiện đại, nhu cầu thiết kế cung cấp điện hiệu quả và an toàn ngày càng tăng. Ứng dụng Autocad và Revit trong thiết kế điện không chỉ nâng cao chất lượng bản vẽ mà còn tăng năng suất công việc, giảm sai sót trong quá trình thiết kế. Dự án Dragon Fairy là ví dụ thực tế về quy trình thiết kế cung cấp điện tiêu chuẩn, phù hợp với các công trình xây dựng hiện đại ở Việt Nam.

II. Giải pháp cấp điện và phân phối cho tòa nhà

Tòa nhà phức hợp Dragon Fairy được thiết kế với giải pháp cấp điện đa nguồn để đảm bảo độ tin cậy cao và liên tục. Hệ thống bao gồm hai nguồn chính: nguồn điện lưới từ nhà cung cấp điện công cộng và nguồn điện dự phòng từ máy phát điện. Giải pháp phân phối điện sử dụng cấu trúc tập trung - phân tán, với trạm biến áp chính và các tủ điện phụ được bố trí hợp lý trên từng tầng. Việc lựa chọn tủ trung hạ thế, thiết bị đóng cắt, dây dẫn và cáp được tính toán dựa trên tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành. Hệ thống nối đất và chống sét được thiết kế theo tiêu chuẩn an toàn điện để bảo vệ công trình và người sử dụng.

2.1. Giải pháp cấp điện chính

Nguồn điện lưới cung cấp điện chính cho toàn tòa nhà, được kết nối trực tiếp đến trạm biến áp. Máy phát điện dự phòng được lựa chọn với công suất đủ để cấp điện cho các tải quan trọng như hệ thống PCCC, thang máy, chiếu sáng sự cố. Tủ bù công suất phản kháng giúp cải thiện hệ số công suất và giảm chi phí điện năng. Thiết kế tuân thủ tiêu chuẩn an toàn điện và quy định hiện hành.

2.2. Hệ thống phân phối và bảo vệ

Hệ thống phân phối sử dụng busway và cáp điện chất lượng cao để truyền tải điện hiệu quả. Tủ điện hạ thế được bố trí trên từng tầng với thiết bị đóng cắt tự động, cắt ngắn mạch và bảo vệ. Các lối cáp được thiết kế với khoảng cách an toàn từ các hệ thống khác. Thiết bị đo lường điện và giám sát được lắp đặt để kiểm soát hoạt động hệ thống.

III. Ứng dụng Autocad và Revit trong thiết kế

Autocad được sử dụng để vẽ chi tiết mặt bằng bố trí cấp nguồn và chiếu sáng cho từng tầng của tòa nhà. Phần mềm này cho phép kỹ sư tạo bản vẽ hai chiều chính xác, chỉnh sửa dễ dàng và xuất ra các định dạng khác nhau. Revit được ứng dụng để tạo mô hình ba chiều của trục phân phối chính, giúp trực quan hóa hệ thống điện không gian và phát hiện xung đột với các hệ thống khác. Công cụ này cho phép quản lý dữ liệu bim, sử dụng lại thành phần và tạo bản vẽ chi tiết tự động. Dialux evo được dùng để tính toán và mô phỏng chiếu sáng, đảm bảo đạt tiêu chuẩn chiếu độ rọi theo công năng từng khu vực.

3.1. Quy trình thiết kế bằng Autocad

Trong Autocad, kỹ sư nhập bản vẽ kiến trúc gốc, sau đó bố trí các ký hiệu điện đúng vị trí. Mặt bằng cấp nguồn được vẽ hiển thị vị trí tủ điện, công tắc, ổ cắm. Chiếu sáng được bố trí tuân theo yêu cầu ánh sáng của từng khu vực. Quá trình này cho phép dễ dàng điều chỉnh, lập phương án so sánh và tạo bản vẽ bóc tách khối lượng vật tư.

3.2. Mô hình hóa BIM bằng Revit

Revit được sử dụng để tạo mô hình trục phân phối chính ba chiều hoàn chỉnh. Các thành phần như trạm biến áp, tủ điện, đường ống cáp được mô hình với thuộc tính chi tiết. Công cụ này hỗ trợ kiểm tra xung đột với các hệ thống MEP khác, tự động sinh bản vẽ và dữ liệu để dự toán chính xác hơn.

IV. Kết quả thiết kế và những cải tiến

Đồ án hoàn thành với các kết quả cụ thể: tính toán phụ tải chi tiết cho từng khu vực, lựa chọn các thiết bị điện phù hợp, thiết kế hệ thống nối đất và chống sét đảm bảo an toàn. Bản vẽ cấp nguồn và chiếu sáng được hoàn chỉnh cho tất cả các tầng căn hộ, khách sạn, khu công cộng. Hệ thống chiếu sáng được tối ưu hóa với kết quả mô phỏng từ Dialux evo đảm bảo độ rọi và hiệu quả năng lượng. Đồ án cũng đưa ra những khuyến nghị về vận hành bảo trì, tiết kiệm điện năng. Những hạn chế của dự án bao gồm chưa đi sâu vào chi tiết về hệ thống UPS, EPS, hệ thống báo cháy tích hợp. Hướng phát triển tương lai có thể bổ sung thiết kế hệ thống năng lượng tái tạo, smart building technology, và tối ưu hóa chi phí vòng đời của công trình.

4.1. Thành quả chính của dự án

Dự án đã hoàn thành bộ bản vẽ thiết kế cung cấp điện toàn tòa nhà Dragon Fairy với tổng hơn 50 bản vẽ chi tiết. Các tính toán phụ tải, máy biến áp, máy phát được kiểm chứng kỹ lưỡng. Hệ thống chiếu sáng được mô phỏng toàn bộ căn hộ, đảm bảo chất lượng ánh sáng. Dữ liệu và tệp BIM Revit được tổ chức khoa học, dễ sử dụng cho các công trình tương tự.

4.2. Đề xuất cải tiến và phát triển

Để hoàn thiện hơn, đồ án có thể bổ sung: thiết kế hệ thống UPS/EPS chi tiết, tích hợp hệ thống quản lý năng lượng thông minh, áp dụng năng lượng tái tạo (pin mặt trời), tối ưu hóa lộ trình ống cáp để tiết kiệm vật liệu. Việc ứng dụng công nghệ IoT cho giám sát điện năng thời thực cũng là hướng phát triển tiềm năng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3 Giới thiệu lý do hình thành đề tài, mục tiêu nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu và cấu trúc của đồ án.  CHƯƠNG 2: TÒA NHÀ PHỨC HỢP DRAGON FAIRY Giới thiệu tổng quan về cấu trúc của tòa nhà và phương án cung cấp điện.  CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN Trình bày các tiêu chuẩn áp dụng, phương pháp tính toán và lắp đặt hệ thống điện trong tòa nhà.  CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM REVIT THIẾT KẾ TRỤC PHÂN PHỐI CHÍNH Trình bày ứng dụng phần mềm Revit trong thiết kế trục phân phối chính.

 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN Trình bày các kết quả tính toán dưới dạng bảng.  CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN Trình bày nội dung đã thực hiện, đưa ra các khuyết điểm và đề xuất ý tưởng cải tiến. 4 CHƯƠNG 2: TÒA NHÀ PHỨC HỢP DRAGON FAIRY 2.1 Giới thiệu chung về tòa nhà Thành phố Nha Trang là một trong những thành phố du lịch lớn của nước ta, do đó tốc độ đô thị hóa cao, dân số ngày càng tăng nhanh nên nhu cầu về nhà ở, đi lại, sinh hoạt của người dân càng trở nên quan trọng. Trên xu hướng đó, việc xây dựng khu đô thị, khu thương mại, tòa nhà nhà chung cư được nhà nước ta quan tâm và triển khai một cách hệ thống và nhanh chóng hoàn thành để đưa vào sử dụng.

Do đó những tòa nhà tích hợp nhiều chức năng được ra đời và dần trở thành xu hướng, trong đó tiêu biểu là tòa nhà Dragon Fairy. Tòa nhà nằm tại địa chỉ 89 đường Trần Phú, phường Vĩnh Nguyên, thành phố Nha Trang, tỉnh Khánh Hòa. Khu đất có vị trí hết sức thuận lợi về giao thông, đáp ứng yêu cầu về kiến trúc cảnh quan, công năng sử dụng đối với một dự án phức hợp siêu thị – thương mại– căn hộ và đặc biệt góp phần tạo dựng bộ mặt cảnh cho khu vực cũng như sự phát triển bền vững của thành phố. Tòa nhà Dragon Fairy có chủ đầu tư là Công ty TNHH Cao Ốc 89, gồm 39 tầng nổi và 2 tầng hầm.

Khối đế gồm: 2 tầng hầm và 1 tầng lửng phục vụ để xe và phòng kỹ thuật chính; 5 tầng nổi có chức năng thương mại và dịch vụ. Khối tháp gồm 34 tầng: tầng 6~14 có chức năng khách sạn với 90 phòng; tầng 15~39 bao gồm 425 căn hộ 1-2 phòng ngủ (48,3 – 74,6m2). Tổng diện tích khoảng 2. Công trình gồm tổ hợp khối căn hộ và khối khách sạn của dự án được thiết kế nằm trên khối đế rất cao (5 tầng) điều này tạo ra một sự hiện diện mạnh mẽ về tầm nhìn cũng như độ thông thoáng của tòa nhà.

Thể hiện rất rõ ở góc nhìn từ trên cao và mặt đứng tòa nhà ở phía trước. 1 Phối cảnh phần đế tòa nhà Dragon Fairy  Khối đế bao gồm: Tầng hầm 1 và tầng hầm 2 có chức năng chính được dùng để làm bãi đậu xe phục vụ cho thương mại, chung cư và khách sạn kết hợp nhiều phòng chức năng như phòng trung thế, phòng máy biến áp, phòng đóng cắt hạ thế chính, phòng điều hòa không khí và thông gió, phòng quạt, kho, phòng rác, bơm chữa cháy… Tầng 01 là sảnh chung giữa văn phòng kết hợp sảnh thương mại. Tầng 02 là khu thương mại, buffet, siêu thị mini. Tầng 03 là khu nhà giữ trẻ.

Tầng 04 là bể bơi người lớn và trẻ em, phòng gym, spa ngoài trời, cafe ngoài trời. Tầng 05 là văn phòng ban quản lý, phòng kỹ thuật. Hệ thống giao thông đứng gồm 02 thang máy tốc độ cao, 01 thang bộ và 02 cầu thang thoát hiểm được bố trí tiếp giáp với không gian bên ngoài. 2 Toàn cảnh tòa nhà Dragon Fairy  Khối tháp bao gồm: Tầng 06 đến tầng 14 là hệ thống khách sạn 4 sao với 90 phòng.

Hệ thống giao thông đứng gồm 03 thang máy tốc độ cao, 01 thang bộ và 01 cầu thang thoát hiểm được bố trí tiếp giáp với không gian bên ngoài. Tầng 14 đến tầng 39 bao gồm 425 căn hộ 1-2 phòng ngủ (48,3 – 74,6m2) được chia ra làm 2 block: Block A gồm 8 căn, Block B gồm 9 căn.2 Giải pháp cấp điện Nguồn điện cung cấp cho công trình lấy từ điện lưới quốc gia và từ các máy phát điện dự phòng. 7 Điện lưới 22kV 3 pha 50 Hz của điện lực địa phương là nguồn điện chính được sử dụng cung cấp cho tòa nhà nhằm đảm bảo sự ổn định và đáng tin cậy trong khoảng thời gian dài. Máy phát điện dự phòng được sử dụng như một nguồn cung cấp điện phụ trợ trong trường hợp xảy ra sự cố hoặc mất điện từ nguồn điện lưới chính.

Khi tòa nhà mất điện máy phát sẽ tự động khởi động và cấp nguồn cho các thiết bị và hệ thống quan trọng đến khi nguồn điện chính được khôi phục. Sự kết hợp linh hoạt giữa điện lưới 22kV và máy phát điện dự phòng giúp đảm bảo tòa nhà có được nguồn điện liên tục và đáng tin cậy. Nguồn điện lưới đáp ứng nhu cầu hàng ngày và được xem là nguồn điện chính, trong khi điện máy phát dự phòng được sử dụng trong các tình huống khẩn cấp hoặc khi xảy ra sự cố để đảm bảo rằng hoạt động không bị gián đoạn do mất điện.1 Nguồn điện lưới Nguồn điện chính cho công trình được cung cấp từ tuyến cáp trung thế địa phương 22kV thông qua cáp ngầm. Cáp ngầm được kéo từ hố ga trung thế đến phòng trung thế kết nối với các tủ đóng cắt trung thế.

Tòa nhà thiết kế sử dụng tủ mạch vòng trung thế 2 ngăn vào, cấp nguồn từ 2 nguồn riêng biệt nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Tủ trung thế sử dụng hai ngăn lộ ra để cấp nguồn cho hai máy biến áp thông qua hai tuyến cáp trung thế.2 Nguồn điện dự phòng Dựa vào tổng thể mặt bằng, hình khối và quy mô của dự án, chúng tôi thiết kế hệ thống cung cấp điện dự phòng cho tòa nhà như sau: Máy phát điện (Prime/Standby): Tòa nhà sử dụng các máy phát điện được hòa đồng bộ, với điện áp đầu ra 220/380V. Máy phát điện này được dùng như một nguồn cung cấp điện dự phòng cho tòa nhà. Trong trường hợp xảy ra mất điện từ nguồn điện lưới chính, máy phát điện sẽ tự động khởi động và cung cấp điện cho phụ tải sau 10 giây khi lưới mất điện.

Khi nguồn lưới được khôi phục, hệ thống tự động chuyển 8 nguồn trở lại và tắt máy phát và cấp điện cho các thiết bị và hệ thống trong tòa nhà để đảm bảo rằng các thiết bị và các hệ thống quan trọng trong tòa nhà không bị gián đoạn. Bồn dầu dự phòng được thiết kế đảm bảo có thể bơm dầu liên tục cho máy phát điện hoạt động trong tối đa 3 giờ.3 Giải pháp phân phối điện Trong công trình này, các máy biến thế được sử dụng là máy biến thế khô 22/0.4kV 3P 50Hz, phần sơ cấp được kết nối tới các lộ ra của RMU, phía thứ cấp, đầu ra của máy biến thế, được kết nối tới tủ điện hạ thế chính MSB thông qua busway và kết nối với thanh cái chính. Từ thanh cái chính này sẽ phân phối nguồn điện đến các tủ điện khác thông qua hệ thống dây dẫn đặt trên thang máng cáp hoặc thông qua busway treo trên trần, đi xuyên tầng trong các trục kỹ thuật cấp nguồn cho toàn bộ các hệ thống và thiết bị trong cả tòa nhà. Đối với các máy phát điện sẽ được hòa đồng bộ với nhau tại tủ hòa đồng bộ và kết nối tới các tủ MSB bằng busway nhằm cấp nguồn khi mất điện lưới hoặc xảy ra hỏa hoạn.

Hệ thống được thiết kế với các thông số chính 380V/220V/3 pha/5 dây/50Hz. Các tủ điện hạ thế chính sẽ nhận nguồn điện từ máy biến áp và từ tủ hòa đồng bộ SYNC- GEN thông qua cơ cấu chuyển mạch tự động ATS. Hệ thống ATS sẽ phân phối nguồn điện cho tất cả các trung tâm phụ tải và các phụ tải điện tiêu thụ ở các tầng của tòa nhà thông qua việc điều khiển các trạng thái đóng cắt của các ACB theo một trình tự đã được cài đặt trước. Khi nguồn điện từ máy biến áp bị mất, ATS sẽ tự động chuyển đổi nguồn điện từ nguồn dự phòng để duy trì cung cấp điện liên tục cho các phụ tải khu công cộng của khối căn hộ, phụ tải khách sạn và phụ tải thương mại – dịch vụ.

Quá trình chuyển đổi này đảm bảo rằng tòa nhà không bị mất điện hoặc có thời gian gián đoạn tối thiểu trong trường hợp xảy ra sự cố. 9 Hệ thống phân phối điện này đảm bảo rằng tất cả các trung tâm phụ tải và các phụ tải điện ở các tầng của tòa nhà được cung cấp điện an toàn và ổn định từ nguồn chính và nguồn dự phòng khi cần thiết. 10 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN 3.1 Xác định phụ tải tính toán Phân tích phụ tải điện là công việc ban đầu và quan trọng nhất để tính toán thiết kế hệ thống cung cấp điện. Việc tính toán phụ tải đóng vai trò cực kỳ quan trọng vì nó là yếu tố quyết định chất lượng và hiệu suất của dự án.1 Tiêu chuẩn áp dụng TCVN 7447-2010: Hệ thống lắp đặt điện hạ áp [1].

TCVN 9206-2012: Đặt thiết bị trong nhà ở và công trình công cộng - Tiêu chuẩn thiết kế [2]. TCVN 5699-2007: Thiết bị điện gia dụng và thiết bị điện tương tự [3].2 Phương pháp tính toán Việc tính toán công suất phụ tải phải dùng hai hệ số là hệ số sử dụng (Ku) và hệ số đồng thời (Ks), được tính dựa trên công thức sau: n Stt =k s ∑ k ui. S i (1) i=1 Trong đó: Stt là công suất máy biến áp, ks là hệ số đồng thời, kui là hệ số sử dụng của thiết bị thứ i, Si là công suất của thiết bị thứ I; n là số thiết bị. Tùy từng trường hợp mà chọn Ks theo bảng 4 hoặc bảng 8 Mục 5 TCVN 9206-2012.2 Xác định công suất máy biến áp Sau khi có được giá trị tổng công suất phụ tải, tiến hành xác định số lượng và công suất máy biến áp.1 Tiêu chuẩn áp dụng IEC 60076-2011: Power tranformers [4].

TCVN 8525- 2010: Máy biến áp phân phối - Mức hiệu suất năng lượng tối thiểu và phương pháp xác định hiệu suất năng 11 lượng [5]. TCVN 6306-1 2006: Máy biến áp điện lực [6]. 11TCN- 20-2006: Quy phạm trang bị điện - Phần III- Trang bị phân phối và trạm biến áp [7].