變電站與非居建筑聯(lián)合建設(shè)研究

潘洪垚，張 崴

(1.上海電力設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200025；2.國(guó)網(wǎng)上海市電力公司，上海 200122)

變電站與非居建筑聯(lián)合建設(shè)研究

潘洪垚1，張 崴2

(1.上海電力設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200025；2.國(guó)網(wǎng)上海市電力公司，上海 200122)

研究變電站與其他建筑有機(jī)地組成“復(fù)合體”建筑的整合技術(shù)，從電氣設(shè)備選型、建筑、結(jié)構(gòu)、消防、暖通等幾個(gè)方面入手，提出變電站結(jié)合非居建筑建設(shè)存在的問(wèn)題，并提出了解決的方案和措施，從而節(jié)約土地資源，以達(dá)到更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

地上變電站；非居建筑；聯(lián)合建設(shè)

城市中人口和建筑的高度集中必然要求更高的用電需求，但在中心城區(qū)建設(shè)變電站選址非常困難，因此變電站結(jié)合其他建筑建設(shè)是一條有效的途徑。變電站與非居建筑結(jié)合建設(shè)是指變電站與其他用途的建筑聯(lián)合建設(shè)成為一個(gè)整體。在結(jié)構(gòu)上是一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)一體化設(shè)計(jì)、一體化施工。“非居建筑”指除住宅以外的公共建筑。因變電站有噪聲及電磁輻射等影響，故排除學(xué)校、老年護(hù)理院、醫(yī)院等敏感目標(biāo)。

1 變電站與非居建筑聯(lián)合建設(shè)的幾種方式

按照變電站與非居建筑在水平及垂直空間上的相對(duì)位置關(guān)系，聯(lián)建方式可分為并置聯(lián)建、上下聯(lián)建、包圍聯(lián)建3種(見(jiàn)圖1)。

圖1 聯(lián)建方式示意圖

2 設(shè)計(jì)前期的關(guān)鍵問(wèn)題

目前我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范中并沒(méi)有針對(duì)變電站和其他建筑聯(lián)合建設(shè)的規(guī)定，在聯(lián)合建設(shè)中有些地方甚至要突破現(xiàn)行規(guī)范。設(shè)計(jì)前期應(yīng)充分了解負(fù)責(zé)審批、核準(zhǔn)的相關(guān)政府職能部門(mén)對(duì)方案提出的各類要求。其中規(guī)劃部門(mén)關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容有：建筑容量控制、建筑間距及退讓、建筑高度、綠化、交通組織、電纜進(jìn)出線、建筑立面。消防部門(mén)關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容有：變電站與結(jié)合建筑之間的物理分隔、變電站與結(jié)合建筑各自防火系統(tǒng)的確定、防火間距、防火分區(qū)、安全疏散、消防車道。環(huán)保、防疫、衛(wèi)生部門(mén)關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容有：污廢水排放、廢氣排放、垃圾處理、噪聲和電磁場(chǎng)強(qiáng)。

由于大部分的變電站聯(lián)合建設(shè)的建筑會(huì)涉及兩個(gè)業(yè)主的情況，以及變電站與結(jié)合建筑在用地面積、建筑面積和建設(shè)費(fèi)用的分?jǐn)傇瓌t等問(wèn)題，應(yīng)盡可能在設(shè)計(jì)開(kāi)始前就予以明確，以避免許多日后可能產(chǎn)生的矛盾。具體分界面為：變電站結(jié)構(gòu)部分、建筑外裝修、部分建筑內(nèi)裝修、室外總體、給排水、室外水消防系統(tǒng)由代建開(kāi)發(fā)商按最終規(guī)模建成；設(shè)備確定后所需要的二次施工、通風(fēng)設(shè)備、室內(nèi)水消防系統(tǒng)由電力公司承擔(dān)。

3 電氣設(shè)計(jì)要點(diǎn)

非居建筑結(jié)合變電站的主接線應(yīng)簡(jiǎn)單、可靠。其中110 kV變電站接線采用靈活可靠的環(huán)進(jìn)環(huán)出支接變壓器組形式，全電纜進(jìn)出。

設(shè)備選型重點(diǎn)考慮噪聲和消防兩個(gè)方面。220 kV的主變選擇目前仍以油浸式變壓器為首選，在特殊情況下可以選擇SF6氣體絕緣式，而110 kV的主變選擇可以考慮以SF6氣體絕緣式為主。變壓器的冷卻介質(zhì)首選為水，對(duì)消防安全更有利。如果選擇絕緣油作為冷卻介質(zhì)，則應(yīng)選擇高閃點(diǎn)的絕緣油。采用無(wú)油化的開(kāi)關(guān)設(shè)備，可以從源頭上控制消防事故的發(fā)生。35 kV及以下配電裝置采用空氣絕緣金屬鎧裝設(shè)備，在平面布置緊張的情況下土建采用氣體絕緣類開(kāi)關(guān)設(shè)備。一次電纜普遍采用具有難燃性外護(hù)套的交聯(lián)電纜，并采用防火槽、防火涂料等措施防火；而二次電纜一般采用阻燃型，在結(jié)合建設(shè)的變電站中，無(wú)煙低鹵的阻燃電纜應(yīng)該得到推廣使用。

電氣布置方面，主變壓器采用分體式布置，110 kV側(cè)配電裝置采用間隔寬度較小的氣體絕緣組合電氣設(shè)備，10 kV配電裝置宜采用氣體絕緣開(kāi)關(guān)柜設(shè)備，或空氣絕緣金屬鎧裝開(kāi)關(guān)柜設(shè)備，無(wú)功設(shè)備及中性點(diǎn)接地設(shè)備宜采用小型化設(shè)備。

4 建筑設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1 總平面

變電站在整個(gè)綜合體中的位置是非居聯(lián)建項(xiàng)目首先要確定的原則。對(duì)于并置聯(lián)建和包圍聯(lián)建的項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，主要是選擇變電站在整個(gè)地塊中的位置。對(duì)于上下聯(lián)建而言，則是選擇變電站的出入口位置、主要設(shè)備房間位置等。還需要同時(shí)滿足設(shè)備運(yùn)輸、獨(dú)立運(yùn)維通道、變電站進(jìn)出線、設(shè)備通風(fēng)、消防撲救等要求。

總平面設(shè)計(jì)應(yīng)設(shè)法讓結(jié)合建筑的人流、車流與變電站出入口分開(kāi)，以減少相互干擾?；貤l件允許的話，宜設(shè)置二個(gè)出入口，變電站與結(jié)合建筑兩部分應(yīng)該有各自的專用出入口，且出入口的位置應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離市政道路的交叉口。

聯(lián)建基地內(nèi)環(huán)境景觀的要求，相對(duì)單純的變電站建設(shè)要高很多，不僅要滿足綠地率要求，還需針對(duì)結(jié)合建筑的不同使用功能，做出相適應(yīng)的景觀設(shè)計(jì)，以獲得良好的基地內(nèi)部環(huán)境。變電站被聯(lián)建項(xiàng)目?jī)?nèi)部或外部的高層建筑包圍的情況下，可以考慮引入屋頂綠化，雖然不計(jì)入綠地率指標(biāo)，但能極大改善整個(gè)項(xiàng)目的景觀質(zhì)量，也弱化了變電站對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的影響。

4.2 交通流線的組織

對(duì)于聯(lián)建變電站的功能分區(qū)及流線考慮，應(yīng)盡量做到完全分開(kāi)，各不干擾。交通流線是否能夠完全分開(kāi)，首要因素取決于項(xiàng)目的基地面積大小。并置聯(lián)建、包圍聯(lián)建的結(jié)合方式中，變電站和結(jié)合建筑通常采用防火墻進(jìn)行水平分隔、采用樓板進(jìn)行垂直分隔，兩者之間可以做到?jīng)]有空間交叉。

上下聯(lián)建的結(jié)合方式中，一般變電站布置在下方，上方結(jié)合建設(shè)非居建筑。由于聯(lián)合建筑的人員出入口均需要在首層布置，因此在首層，兩個(gè)功能空間往往有交叉，應(yīng)盡可能地將變電站與非居建筑的首層空間整合在一起，使得交叉部分的空間各自都可以較完整并且便于利用。

聯(lián)建建筑為電業(yè)自用房的變電站工程，往往受限于基地尺寸或形狀，絕大多數(shù)此類變電站均只能做到二至三部樓梯，需要共用交通系統(tǒng)，投入使用后需要相應(yīng)的管理。

交通流線完全分開(kāi)見(jiàn)圖2示例。共用垂直交通系統(tǒng)見(jiàn)圖3示例。共用水平及垂直交通見(jiàn)圖4示例。

圖2 交通流線完全分開(kāi)

圖3 共用垂直交通系統(tǒng)

圖4 共用水平及垂直交通

4.3 立面設(shè)計(jì)

立面設(shè)計(jì)的第一步是分析城市風(fēng)貌，也是提取建筑特征元素的過(guò)程，在此過(guò)程中形成對(duì)建筑風(fēng)格的總體設(shè)想。當(dāng)聯(lián)合體建筑體量較小，比如變電站與電業(yè)自用房聯(lián)建的項(xiàng)目，此時(shí)與周邊環(huán)境的協(xié)調(diào)成為建筑立面設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)。當(dāng)聯(lián)建對(duì)象是電業(yè)外部的開(kāi)發(fā)商、學(xué)校、市政辦公用房等，立面設(shè)計(jì)由聯(lián)建的民用建筑部分主導(dǎo)。而此聯(lián)合體建筑占地和體量通常較大，往往在社區(qū)中居顯要地位，甚至成為地標(biāo)建筑，其立面設(shè)計(jì)較少考慮與周邊建筑的協(xié)調(diào)，而是著眼于自身建筑風(fēng)格的樹(shù)立。此時(shí)變電站部分的立面設(shè)計(jì)目標(biāo)是融于整體項(xiàng)目中，在聯(lián)合體中不顯突兀。如圖5兩例所示，建筑風(fēng)格、材質(zhì)均由所屬的聯(lián)建綜合體主導(dǎo)，與綜合體之外的周邊環(huán)境的關(guān)系則處于次要位置。

圖5 立面設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)

5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

變電站在建筑上開(kāi)間較大，主變室、GIS室等主設(shè)備房間還要占用兩層空間，同時(shí)在整個(gè)空間的位置上也不對(duì)稱，平面及豎向都屬于均不規(guī)則的結(jié)構(gòu)。當(dāng)變電站與其他建筑聯(lián)合建設(shè)時(shí)，結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性問(wèn)題就更為突出。

并置聯(lián)建中，因兩部分在使用功能上的巨大差異，結(jié)構(gòu)上宜將兩部分完全分開(kāi)。變電站部分因總高度有限，可選擇框架結(jié)構(gòu)體系，而其他部分則根據(jù)自身特點(diǎn)，選擇相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系，兩部分之間用抗震縫或沉降縫分割。

上下聯(lián)建中，因變電站部分結(jié)構(gòu)跨度大，荷載重，一般布置在其他建筑下部，此時(shí)兩部分結(jié)構(gòu)緊密相連，必須作為一個(gè)整體考慮，可采用的結(jié)構(gòu)體系主要有框架和剪力墻兩種結(jié)構(gòu)體系，且盡量使整個(gè)結(jié)構(gòu)的豎向傳力構(gòu)件上下貫通。當(dāng)上部建筑因使用功能的限制，軸網(wǎng)體系無(wú)法與下部變電站部分對(duì)齊時(shí)，應(yīng)考慮設(shè)置豎向構(gòu)件水平轉(zhuǎn)換體系。其設(shè)置原則為：當(dāng)上下軸網(wǎng)在兩個(gè)正交方向中的一個(gè)方向上能對(duì)齊時(shí)，優(yōu)先采用梁式水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件；當(dāng)上下軸網(wǎng)在兩個(gè)正交方向中的任何一個(gè)方向上都不能對(duì)齊時(shí)，選擇厚板轉(zhuǎn)換構(gòu)件。由于水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件的存在，從抗震性能上來(lái)看已經(jīng)是特別不規(guī)則的建筑了，下部變電站結(jié)構(gòu)不宜采用純框架體系，而應(yīng)該采用框架與剪力墻同作用的框剪結(jié)構(gòu)體系。

6 暖通設(shè)計(jì)要點(diǎn)

自然通風(fēng)散熱為首選方案，貼臨外墻布置變電站內(nèi)發(fā)熱較多的設(shè)備房間。當(dāng)項(xiàng)目占地較大時(shí)，可行的解決方案是在聯(lián)建綜合體中心設(shè)一個(gè)內(nèi)院或中庭，中庭的屋頂可考慮采用球型網(wǎng)架的玻璃頂，用以改善各個(gè)房間的通風(fēng)采光。增設(shè)中庭見(jiàn)圖6示例。

圖6 增設(shè)中庭示例

如果這兩種方案均不可行，可考慮通過(guò)走廊敷設(shè)風(fēng)管，采用走廊自然進(jìn)風(fēng)進(jìn)房間、設(shè)備房間機(jī)械排風(fēng)出戶外的方式。當(dāng)布置條件更加苛刻時(shí)，只能采用機(jī)械進(jìn)排風(fēng)的方式，將一些不需要采光的電容器室、站變室等布置在中間部位的暗房間內(nèi)，但這樣的方案對(duì)站用電容量需求很高，能源浪費(fèi)較嚴(yán)重。

7 消防設(shè)計(jì)要點(diǎn)

(1)火災(zāi)模擬分析。非居結(jié)合建設(shè)的35 kV以上等級(jí)變電站已突破了現(xiàn)行的建筑防火規(guī)范。為此，國(guó)網(wǎng)上海市電力公司在2010年委托上海防災(zāi)救災(zāi)研究所就變電站火災(zāi)場(chǎng)景及消防設(shè)施的應(yīng)用進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬。該模擬結(jié)果表明，在控制主變壓器室密閉的前提下，加以高壓細(xì)水霧的消防設(shè)施，并保證水源的充足，主變壓器室的火勢(shì)是可控的。

(2)消防設(shè)施設(shè)計(jì)。非居結(jié)合變電站因本身火災(zāi)危險(xiǎn)性較結(jié)合的建筑要高，故為防止變電站事故影響整體建筑的安全，變電站的消防設(shè)施除室外消防系統(tǒng)可與整體建筑合用外，其他消防設(shè)施必須獨(dú)立設(shè)置、不得合用。設(shè)置原則是在常規(guī)地上變電站設(shè)置室內(nèi)、外消火栓系統(tǒng)和移動(dòng)滅火器的基礎(chǔ)上，對(duì)110 kV及以上等級(jí)的油浸式主變壓器設(shè)置固定滅火系統(tǒng)。主變固定滅火系統(tǒng)通常選擇應(yīng)用最成熟的水噴霧滅火系統(tǒng)。

此外，根據(jù)當(dāng)?shù)叵谰值囊?，與商場(chǎng)、辦公樓等合建的地上變電站可能需額外設(shè)置全站自動(dòng)滅火系統(tǒng)。從優(yōu)化泵房面積、方便運(yùn)行管理、節(jié)約施工成本等方面考慮，宜選擇全站預(yù)作用水噴淋系統(tǒng)。

考慮到變電站的特殊性，聯(lián)合建設(shè)的變電站防排煙系統(tǒng)及火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)均應(yīng)與聯(lián)合建筑分開(kāi)設(shè)置。

8 環(huán)保設(shè)計(jì)要點(diǎn)

8.1 噪聲控制

變電站內(nèi)的噪聲源，主要是變壓器、電抗器等電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的電磁噪聲，以及輔助設(shè)施，如空調(diào)室外機(jī)、排風(fēng)風(fēng)機(jī)等設(shè)備的運(yùn)行噪聲。變壓器、電抗器產(chǎn)生的噪聲是由硅鋼片的磁致伸縮引起的鐵心振動(dòng)，是一種低頻噪聲，不易隨著距離而衰減，且人耳對(duì)其相對(duì)敏感，耐受度較低?？照{(diào)室外機(jī)及風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的噪聲為中、高頻噪聲，治理措施及治理效果相對(duì)簡(jiǎn)單有效。

降噪設(shè)計(jì)主要從降低噪聲源和控制噪聲傳播途徑方面著手。

電氣設(shè)備的降噪措施有：在主變、電抗器房間內(nèi)設(shè)置消聲百葉風(fēng)口；在主變、電抗器內(nèi)墻面敷設(shè)針對(duì)低頻噪聲吸聲性能優(yōu)良的吸聲材料；將主變、電抗器封閉在相對(duì)密閉的房間內(nèi)，利用圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行隔聲降噪等。

通風(fēng)系統(tǒng)的降噪措施有：將排風(fēng)風(fēng)機(jī)封閉在專用的排風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)，利用圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔聲降噪；通過(guò)對(duì)通風(fēng)風(fēng)機(jī)設(shè)置彈簧減振墊、排風(fēng)管道上設(shè)置管道消聲器，以及出風(fēng)口設(shè)置消聲百葉等降低風(fēng)機(jī)出口噪聲；同時(shí)也可以考慮在排風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)墻面敷設(shè)吸聲結(jié)構(gòu)進(jìn)一步降噪。

8.2 電磁波控制

變電站的電磁場(chǎng)強(qiáng)是由站內(nèi)的各種電氣設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的干擾綜合而成的。目前執(zhí)行的電磁場(chǎng)強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)為這些標(biāo)準(zhǔn)中的最安全值。本著“可合理達(dá)到盡量低”的原則，進(jìn)一步減少其電磁輻射污染水平，提出下列防護(hù)措施：

(1)選用低場(chǎng)強(qiáng)電氣設(shè)備；

(2)選用帶有金屬罩殼的電氣設(shè)備；

(3)對(duì)裸露的電氣設(shè)備采用有效的屏蔽措施；

(4)減少變電站電氣設(shè)備的放電；

(5)保持適當(dāng)距離，以達(dá)到電磁場(chǎng)衰減的目的。

9 建議

(1)結(jié)合建筑建設(shè)變電站是城市建設(shè)發(fā)展的需要，有十分顯著的節(jié)地效益，城市中心區(qū)的變電站必須與城市建設(shè)的總體規(guī)劃相適應(yīng)。

(2)國(guó)家、行業(yè)或地方現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、規(guī)程、規(guī)定雖沒(méi)有對(duì)變電站結(jié)合其他建筑建設(shè)有明確的制約條文，但是仍需關(guān)注現(xiàn)行技術(shù)法規(guī)的約束。

(3)重視變電站消防安全。在以往主變壓器的事故中確實(shí)發(fā)生過(guò)爆炸、燃燒，而且難以用一般消防手段撲滅。非居建筑結(jié)合變電站的消防安全仍應(yīng)是最重要課題之一。設(shè)計(jì)中盡可能將易出火警的主變壓器布置在對(duì)整幢建筑和周圍環(huán)境影響最小的一面，以及消防撲滅最方便的方向；同時(shí)要保證疏散的可靠便捷；消防設(shè)施系統(tǒng)要根據(jù)不同情況選用實(shí)用可靠的系統(tǒng)和設(shè)備。

(4)環(huán)保是城市變電站存在和發(fā)展的先決條件。環(huán)保問(wèn)題是近幾年來(lái)在變電站建設(shè)中最受關(guān)注的問(wèn)題。電氣設(shè)備放在室內(nèi)后，建筑物自身對(duì)設(shè)備有一定的屏蔽作用，已經(jīng)減少了這些設(shè)備的噪聲、電磁場(chǎng)強(qiáng)等對(duì)周圍的影響。根據(jù)目前已掌握的大量資料，高壓輸變電設(shè)施對(duì)居民和無(wú)線電通信等無(wú)不良影響，而對(duì)噪聲影響的測(cè)試方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)比較健全，采取一定技術(shù)措施后能達(dá)到噪聲控制的要求。

(5)聯(lián)合建設(shè)是多種矛盾的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。變電站結(jié)合建筑建設(shè)項(xiàng)目，實(shí)質(zhì)上是將二種或二種以上截然不同使用性質(zhì)的建筑結(jié)合在一幢建筑物內(nèi)。首先要滿足變電站本身設(shè)備安裝、運(yùn)行的特殊要求，這也是變電站正常、安全、可靠運(yùn)行的保證。應(yīng)該在這個(gè)前提下兼顧其他，并設(shè)法融合在一個(gè)建筑物整體之中，以下幾點(diǎn)可供考慮：①聯(lián)合建筑中不同使用性質(zhì)的部分布置在不同平面位置和標(biāo)高，使在平面和樓層上有嚴(yán)格區(qū)分，互不干擾，同時(shí)水平、垂直通道避免交叉；②聯(lián)合建筑立面設(shè)計(jì)應(yīng)力求避免變電站固有工業(yè)建筑特點(diǎn)的顯露或成為建筑主體特色的弊端；③不同使用性質(zhì)用房之間要有嚴(yán)格的防火分隔和各自有可靠的安全疏散保證；④在保證變電站正常安全運(yùn)行的前提下，壓縮變電站占地面積、適度地增加其他用途的面積，以提高聯(lián)合建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益；⑤在聯(lián)建的其他部分用途尚不確定前，應(yīng)考慮建筑設(shè)計(jì)有通用性和多種用途的選擇性、后續(xù)裝修的可能性。

(本文編輯：楊林青)

Joint Construction of Substation and Nonresidential Buildings

PAN Hong-yao1, ZHANG Wei2

(1. Shanghai Electric Power Design Institute Co., Ltd., Shanghai 200025, China;2. State Grid Shanghai Municipal Electric Power Company, Shanghai 200122, China)

To research the integration technology for "complex" architecture of substation and other constructions, this paper, from the perspective of electrical equipment selection, construction, structure, fire protection, HVAC and so on, points out the problems of integrating substation with nonresidential buildings, puts forward solutions and measures, thus saving land resources and achieving better economic and social benefits.

ground substation; nonresidential buildings; joint construction

10.11973/dlyny201701013

潘洪垚(1974-)，高級(jí)工程師，國(guó)家一級(jí)注冊(cè)建筑師，從事建筑設(shè)計(jì)工作。

TU71

A

2095-1256(2017)01-0054-05

2016-11-10