人文環(huán)境融入視角下戶內(nèi)變電站建筑設(shè)計(jì)研究

馮麗麗，程韻達(dá)

(中國(guó)電建集團(tuán)貴州電力設(shè)計(jì)研究院有限公司,貴州 貴陽(yáng) 550008)

0 引言

工業(yè)建筑是社會(huì)生產(chǎn)力迭代進(jìn)步的衍生品,而變電站建筑是工業(yè)建筑的重要分支。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展,大家對(duì)工業(yè)建筑的要求不再局限于原始的單一功能性建筑,而越來(lái)越多地涉及人文、綠色、美學(xué)等多方面的綜合考量?，F(xiàn)代化的工業(yè)建筑,在創(chuàng)造功能性空間的同時(shí),也肩負(fù)提供充滿活力的生產(chǎn)環(huán)境與建立友好型城市的重任,試圖將人性化、可持續(xù)發(fā)展、文化傳承基因賦予原本冰冷的工業(yè)盒子。

關(guān)于變電站設(shè)計(jì),現(xiàn)階段較多研究聚焦于建造技術(shù)、工藝設(shè)備、節(jié)能環(huán)保[1]與電磁輻射[2]等研究,較少涉及建筑設(shè)計(jì)層面。然而隨著社會(huì)不斷發(fā)展,城鎮(zhèn)化率不斷提升導(dǎo)致的用地緊張、雙碳目標(biāo)下建筑業(yè)綠色化轉(zhuǎn)型與可持續(xù)發(fā)展、變電站對(duì)電力企業(yè)文化傳遞等問(wèn)題相繼成為變電站尤其是戶內(nèi)變電站建設(shè)首要納入考量的關(guān)鍵因素,這亦是處于電力工業(yè)與建筑美學(xué)交叉路口的戶內(nèi)變電站建筑設(shè)計(jì)亟待解決的難題。

1 戶內(nèi)變電站概念與發(fā)展趨勢(shì)

變電站的功能是將電壓從高電壓換流為低電壓或反向換流,是發(fā)電、輸電和配電系統(tǒng)的一部分,也可執(zhí)行其他重要輸電及配電功能。變電站可基于電壓、用途、運(yùn)行、材料、建造方式等特性進(jìn)行分類(lèi),按建筑空間可分為戶內(nèi)變電站、半戶內(nèi)變電站、戶外變電站、合建變電站。

戶內(nèi)變電站將用于實(shí)現(xiàn)變電功能的各類(lèi)電氣設(shè)備布置于建筑物單體之中,以減少電力設(shè)備與外界環(huán)境之間的相互影響。建筑在變電站與外界的互動(dòng)中發(fā)揮著窗口作用,建筑本體的存在使得變電站更加有利于與周?chē)h(huán)境融合,但反過(guò)來(lái)站在功能性角度之上,變電站對(duì)室內(nèi)面積、層高、跨度、消防、通風(fēng)等方面的特殊要求也制約著變電站建筑設(shè)計(jì)。因此,戶內(nèi)變電站的建筑設(shè)計(jì)往往因其需平衡因素更多而較其他類(lèi)型變電站更為復(fù)雜。

近年來(lái),國(guó)內(nèi)外戶內(nèi)變電站建筑設(shè)計(jì)均順應(yīng)不同建設(shè)需求而呈現(xiàn)靈動(dòng)多變的設(shè)計(jì)語(yǔ)言,不再拘泥于原有呆板的盒子式設(shè)計(jì),從國(guó)內(nèi)外選取兩個(gè)典型的戶內(nèi)變電站設(shè)計(jì)案例可窺一二。

芬蘭伊馬特拉變電站是該國(guó)電網(wǎng)的重要組成部分,基于服務(wù)于水電站的既有變電工程在2020年改擴(kuò)建而來(lái),如圖1所示。新變電站有著雙層建筑墻體,內(nèi)層為傳統(tǒng)混凝土墻,外層由依靠手工制作的磚石條形隔柵覆蓋其上形成利落而折疊的立面效果,在光線之下極具建筑美感,其裝飾元素與既有構(gòu)架及歷史建筑遙相呼應(yīng),又與自然融為一體。建筑師基于對(duì)既有建筑的元素解構(gòu)以及傳統(tǒng)材料的巧妙重構(gòu),為百年電力建筑群帶來(lái)了新的生機(jī)[3]。

北京國(guó)家電網(wǎng)電力科技館綜合體(菜市口220 kV輸變電工程及附屬設(shè)施工程)建于2014年,其巧妙地將變電站與公共建筑相結(jié)合,如圖2所示。地下3層—5層為變電站,地下2層以上為電力科技館與辦公用房。項(xiàng)目緊鄰北京歷史保護(hù)街區(qū)和文物保護(hù)建筑,在外立面處理中采用具有歷史感的石材與現(xiàn)代節(jié)能玻璃幕墻相結(jié)合的處理手法,不同材料交融砌筑,融入城市環(huán)境肌理,在有限用地中呼應(yīng)延續(xù)城市文脈[4]。

結(jié)合國(guó)內(nèi)外成功案例與現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)變電站工程的要求,可廓清現(xiàn)階段戶內(nèi)變電站發(fā)展趨勢(shì)。在可持續(xù)發(fā)展理念下,戶內(nèi)變電站建筑設(shè)計(jì)日益追求綠色環(huán)保,“綠色變電站”概念已寫(xiě)入各相關(guān)方“十四五”規(guī)劃;強(qiáng)調(diào)環(huán)境融合,與環(huán)境和諧共生;建筑功能多樣化符合集約建筑理念。此外,能源數(shù)字化背景下,變電站“數(shù)智”融合亦是必然趨勢(shì)[5]。

2 戶內(nèi)變電站建筑設(shè)計(jì)關(guān)鍵問(wèn)題與策略

2.1 設(shè)計(jì)集約化

集約化設(shè)計(jì)是城市利用率概念的產(chǎn)物,變電站建筑集約化設(shè)計(jì)是城市效率日益提高的必然要求。戶內(nèi)變電站一般將功能集中在戶內(nèi)配電裝置樓內(nèi),樓內(nèi)布置有變壓器室、配電裝置室、電抗器室、電容器室、二次設(shè)備室、蓄電池室、設(shè)備用房、生產(chǎn)輔助用房等,已具備一定集約化概念。然而,因?yàn)楣δ苄詢(xún)?yōu)先、電力規(guī)劃與城市規(guī)劃缺乏有機(jī)協(xié)同等因素,除電力功能外,現(xiàn)階段戶內(nèi)變電站往往缺乏與其他建筑功能的集約化考慮。

提高戶內(nèi)變電站建筑設(shè)計(jì)集約度,可從三個(gè)策略入手。首先,城市規(guī)劃與電力規(guī)劃并行,在城市規(guī)劃中提前考慮戶內(nèi)變電站建筑對(duì)城市空間的影響,重視與環(huán)境相融及對(duì)未來(lái)城市升級(jí)的適應(yīng)性,在功能、綠化等方面提出約束性指標(biāo);其次,考慮采用與其他建筑合建或利用其他建筑地下空間等方式提高建筑空間利用率,例如可將電力設(shè)備設(shè)施放置于地下空間而將主控室等功能性房間放置于地上,極限情況下亦可采用全地下建造方式實(shí)現(xiàn)“隱身”;三是依托變電站本身打造“電力規(guī)劃館”“電力科技館”等示范展廳功能,既作為運(yùn)營(yíng)方宣傳窗口,亦作為其履行社會(huì)責(zé)任的體現(xiàn),例如作為南方電網(wǎng)科普中心的廣州110 kV獵橋變電站,夜晚如月光寶盒與廣州塔遙相呼應(yīng)、熠熠生輝,顯然已成為城市名片的一部分。

2.2 建筑設(shè)計(jì)創(chuàng)新

現(xiàn)階段變電站建筑設(shè)計(jì)中亦如其他工業(yè)建筑一樣普遍存在的共性問(wèn)題即是,過(guò)于側(cè)重功能性滿足而忽視建筑層面的內(nèi)容表達(dá),缺乏設(shè)計(jì)創(chuàng)新。當(dāng)局限性思考功能性建筑時(shí),建筑外立面、建筑易用性、美學(xué)表現(xiàn)等內(nèi)容的缺位往往導(dǎo)致建筑與城市發(fā)展背離。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,材料技術(shù)的發(fā)展影響著建筑作品的呈現(xiàn),建筑創(chuàng)新可通過(guò)新材料運(yùn)用來(lái)體現(xiàn)。

建筑表皮是建筑最直觀的表達(dá),因此可通過(guò)在變電站建筑表皮設(shè)計(jì)中引入新的建筑材料實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)創(chuàng)新。例如:在位于城市綠化帶或居民密集區(qū)的變電站可運(yùn)用竹木材料傳遞親切溫和感,位于工業(yè)區(qū)的變電站可采用金屬面板等材料呼應(yīng)工業(yè)建筑群節(jié)奏,玻璃磚等透明建筑材料可用于通透感與呼吸感的營(yíng)造,磚瓦等傳統(tǒng)建材的編織、疊砌等方式則可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)特的光影效果,燈帶或LED亮化面板可用于需要與城市夜景融入的場(chǎng)景之中。圖3,圖4為兩個(gè)在變電站建筑表皮中運(yùn)用新材料的成功案例。

創(chuàng)新并不意味著摒棄傳統(tǒng),相反,對(duì)于磚、瓦等特色傳統(tǒng)建筑材料的再利用也可能使建筑更加出彩,保留傳統(tǒng)建筑的痕跡的同時(shí)賦予新義,是戶內(nèi)變電站建筑設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)環(huán)境融入且較為取巧的一種方式,在時(shí)間與空間上實(shí)現(xiàn)歷史與現(xiàn)代的呼應(yīng)。當(dāng)外立面有更復(fù)雜表達(dá)需求時(shí),可尋求基于參數(shù)化三維建模軟件等工具實(shí)現(xiàn)。

2.3 綠色生態(tài)與可持續(xù)發(fā)展

作為城市組成的重要一部分,戶內(nèi)變電站與環(huán)境的關(guān)系在生態(tài)環(huán)保被空前關(guān)注的今天顯得十分緊迫,各地也相繼出現(xiàn)變電站建設(shè)與居民理念沖突的案例,并引發(fā)各方討論[6]?，F(xiàn)階段,戶內(nèi)變電站單一化的輸變電功能使其服務(wù)于城市的每一個(gè)角落卻又似乎與城市生態(tài)割裂而無(wú)法融入,戶內(nèi)變電站或隱于世、或成為一塊痕跡明顯的拼圖而強(qiáng)制居民接納。新時(shí)期的變電站可從公共功能上增強(qiáng)更多綠色生態(tài)方面的考慮。

變電站建筑的一大特點(diǎn)是輸配電過(guò)程中的熱量損耗巨大,變壓器產(chǎn)生的大量熱量通過(guò)循環(huán)導(dǎo)溫油傳遞至散熱室與空氣完成熱量交換,其他無(wú)散熱設(shè)備的房間則靠自然通風(fēng)散熱,數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)僅220 kV變壓器全年損耗即可達(dá)350萬(wàn)kW·h,理論上可通過(guò)主被動(dòng)建筑技術(shù)實(shí)現(xiàn)變電站節(jié)能率60%[7]。在設(shè)計(jì)策略上,可再生能源的利用已成為社會(huì)共識(shí),在戶內(nèi)變電站中引入光伏建筑等可再生能源,有利于綠色電力系統(tǒng)構(gòu)建。

另一方面,變電站建筑電磁輻射、無(wú)線電干擾、噪聲等因素是城市居民“聞電色變”的主要因素,諸多研究表明,合理設(shè)計(jì)的戶內(nèi)變電站建筑均可將上述影響控制在安全范圍內(nèi),影響可忽略不計(jì)[8]。具體而言,控制電磁輻射可從降低輻射與屏蔽輻射兩個(gè)策略著手,例如通過(guò)改變輸變電設(shè)備離地距離與設(shè)備構(gòu)架排序減弱電磁輻射強(qiáng)度,或通過(guò)設(shè)置屏蔽網(wǎng)罩或設(shè)置屏障隔離帶等方式改善電磁環(huán)境。

2.4 人文關(guān)懷與文化傳承

正如前序所述,戶內(nèi)變電站在城市土地日趨緊張的今天,僅承擔(dān)單一的功能而使其很難與環(huán)境產(chǎn)生共鳴,并與城市運(yùn)行存在潛在矛盾。變電站與城市既疏離又緊密的畸形關(guān)系往往為變電站樹(shù)立一種冰冷形象,當(dāng)其建筑外觀缺乏人文關(guān)懷時(shí),這種觀感勢(shì)必進(jìn)一步放大而更加令居民生畏。

不少戶內(nèi)變電站占據(jù)城市核心位置,成為城市景觀的一部分。在設(shè)計(jì)策略上,重視城市文化元素的提煉與引用有利于變電站建筑表達(dá)對(duì)城市文脈的傳承,不僅有效將原本冰冷的工業(yè)建筑與城市環(huán)境無(wú)縫融合,更利于與城市居民產(chǎn)生情感共鳴,是人文關(guān)懷的重要體現(xiàn)。另一方面,更具人文關(guān)懷的戶內(nèi)變電站消解了工業(yè)建筑的疏離感,可考慮在建筑用地中增加與城市居民的互動(dòng)場(chǎng)所,提供公共設(shè)施拉近彼此距離。更進(jìn)一步,可在變電站建筑中為城市居民提供電力科普空間,讓具備自我敘述功能的變電站建筑更加開(kāi)放。

3 與環(huán)境相融的戶內(nèi)變電站建筑設(shè)計(jì)實(shí)踐

某220 kV變電站位于?？谑薪瓥|新區(qū),總用地面積約8 100 m2,總建筑面積約8 015 m2,其中戶內(nèi)配電裝置樓共三層約7 869 m2。為了變電站建筑更好與城市建筑群友好共存,在滿足基本電力功能的基礎(chǔ)上,通過(guò)建筑設(shè)計(jì)傳遞人文關(guān)懷與綠色理念,通過(guò)在設(shè)計(jì)中充分考慮與城市人文風(fēng)貌的呼應(yīng)而實(shí)現(xiàn)與環(huán)境和諧融入。

談及?？诔鞘形幕?離不開(kāi)獨(dú)特的騎樓建筑,多方文化的碰撞與交織形成了獨(dú)有的騎樓風(fēng)貌,底部柱廊、中部墻體、頂部屋頂?shù)摹叭问健绷⒚娌季謽O具辨識(shí)度。從?？隍T樓提取“三段式”建筑元素并運(yùn)用于立面設(shè)計(jì),體現(xiàn)靈動(dòng)錯(cuò)落的建筑外觀,試圖呼應(yīng)特有城市名片的地域文化內(nèi)涵。在滿足功能的基礎(chǔ)上,通過(guò)切割、凹凸等建筑手法一改傳統(tǒng)戶內(nèi)變電站“方盒子”刻板印象,局部運(yùn)用玻璃幕墻增強(qiáng)通透感并為建筑內(nèi)外互動(dòng)對(duì)話提供窗口,營(yíng)造建筑輕盈感,消解海南氣候帶來(lái)的炎熱與乏悶感。建筑方案推演過(guò)程示意見(jiàn)圖5。

契合綠色生態(tài)理念,在冰冷的功能性單體中引入室內(nèi)景觀,將原本屬于室外的綠化延伸至室內(nèi),打造單體內(nèi)生態(tài)空間實(shí)現(xiàn)與外界的多維互動(dòng),實(shí)現(xiàn)戶內(nèi)變電站與城市環(huán)境的生態(tài)融入與互動(dòng),如圖6所示。最終呈現(xiàn)的建筑效果如圖7所示。

4 結(jié)語(yǔ)

建筑大師沙利文提出“形式追隨功能”,誠(chéng)然對(duì)于工業(yè)建筑而言滿足其功能性永遠(yuǎn)應(yīng)位于第一優(yōu)先級(jí)。但城市多元融合且日益強(qiáng)調(diào)人與城市和諧共生的今天,戶內(nèi)變電站等位于城市核心區(qū)的工業(yè)建筑理應(yīng)在建筑設(shè)計(jì)層面獲得更多關(guān)注,以實(shí)現(xiàn)與人文環(huán)境相融,戶內(nèi)變電站在滿足功能的條件下,其建筑設(shè)計(jì)策略上應(yīng)更多從集約化設(shè)計(jì)、建筑創(chuàng)新、綠色生態(tài)、人文傳承出發(fā),有機(jī)地融入城市生態(tài)并與之和諧共存。