譚秋月

(陜西省電力設計院，陜西 西安 710054)

城市立交橋下變電站的建筑設計研究

譚秋月

(陜西省電力設計院，陜西 西安 710054)

土地是不可再生資源。在城鎮(zhèn)建設用地日益緊張的狀況下，變電站建設出現(xiàn)了選址難、征地難、拆遷難和補償談判難等問題，嚴重影響了電網(wǎng)建設速度。而同時，市政建設加快，各種立交橋拔地而起。本文以陜西某變電站為例，介紹了城市立交橋下變電站的建筑設計研究, 是國內(nèi)第一座位于立交橋下的變電站，該項目獲陜西省科技進步獎。

立交橋；變電站；設計研究 。

1 概述

土地是不可再生的資源，我國已確定“節(jié)約用地”是一項基本國策。在改革開放后，電力建設速度大大加快，特別是21世紀以來，電力負荷的迅猛增長。在城鎮(zhèn)建設用地日益緊張的狀況下，變電站建設出現(xiàn)了選址難、征地難、拆遷難和補償談判難等問題，嚴重影響了電網(wǎng)建設速度。

陜西某變電站位于城市立交橋引橋下，是國內(nèi)第一座位于立交橋下的變電站。在城市建設用地日益緊張的狀況下，結(jié)合城市規(guī)劃在立交橋下建設變電站，可以緩解城市用地緊張的狀況，極大提高城市土地利用率，減少變電站對城市區(qū)域環(huán)境的影響，是建設“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”變電站的具體體現(xiàn)，會帶來顯著的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益。

2 工程簡介

陜西某地擬新建變電站，但無常規(guī)建設用地，為靠近負荷中心，將變電站選址于城市立交橋北側(cè)引橋下。變電站主入口設在東側(cè)，接小區(qū)規(guī)劃道路。工程結(jié)構(gòu)采用半地下式現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，屋面梁80%為鋼梁，屋面板為預制板，總建筑面積1364.9m2。變電站于2007年6月完成施工圖設計，于2008年6月竣工投入使用。

3 變電站建筑設計研究

為使變電站合理布置在立交橋下，設計需研究解決站區(qū)總平面布置與城市規(guī)劃的協(xié)調(diào)、站區(qū)配電建筑尺寸與立交橋橋墩柱網(wǎng)尺寸不統(tǒng)一、橋下凈高不夠、建筑屋面安裝維護困難、設備安裝檢修困難、立交橋基礎與變電站建筑基礎碰撞、建筑防火、立交橋建設與變電站建設不同步等問題。以下分別從總平面、建筑、結(jié)構(gòu)、消防等方面進行介紹。

3.1 總平面布置

站址周邊狀況：立交橋全長1146m，橋?qū)?8m，共9跨，每跨20m，引橋總長180m。變電站依據(jù)電氣設備對空間及城市規(guī)劃的要求，布置在引橋下第6跨～第9跨之間。所占橋梁為空心板梁結(jié)構(gòu)，橋面北低南高，坡度為3%。變電站設備運輸和檢修可以利用橋梁兩側(cè)的規(guī)劃路，不需要修建專用道路。

變電站總平面布置：變電站布置在引橋下，只能依據(jù)引橋的空間和尺寸來布置變電站。變電站為全戶內(nèi)站，需設置110kV GIS室、變壓器室、繼電器及10kV配電室、電容器及消弧線圈室。由于橋面北低南高，坡度為3%，依據(jù)橋下空間及各功能房間凈空的要求，并且考慮避開橋墩及基礎承臺，變電站布置為獨立的四個部分。四個部分在橋墩處用圍欄封閉、連接，使變電站更便于維護，在外觀上也能連成一體。

總平面設計注重與城市規(guī)劃的銜接和協(xié)調(diào)。變壓器室和110kV GIS室需要的房間尺寸較大，因此距東西兩側(cè)區(qū)內(nèi)道路較近，變壓器室不設設備安裝門，采用預留洞口，設備安裝后封堵，與區(qū)內(nèi)道路不互相影響。110kV GIS室的檢修出入口和設備出入口向南開，不影響區(qū)內(nèi)交通。繼電器及10kV配電室需要設置人員的主要出入口，在入口處需要較開敞的場地，同電容器及消弧線圈室的出入口均布置在東側(cè)，在東側(cè)和規(guī)劃路之間盡量設置較大的場地，使變電站的檢修運行同道路的使用不會產(chǎn)生影響。

3.2 變電站建筑設計

依據(jù)工藝布置要求，變電站建筑設計為110kV GIS室、變壓器室、繼電器及10kV配電室、電容器及消弧線圈室(總平面布置圖略)。

3.2.1 建筑平面設計

建筑平面布置須結(jié)合引橋結(jié)構(gòu)合理布置。變電站建筑設計依據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)布局，合理布置設備用房，不能影響橋梁主體結(jié)構(gòu)。橋梁每跨20m，設備用房在20m內(nèi)布置。依據(jù)工藝專業(yè)要求，由北向南依次布置為電容器及消弧線圈室、繼電器及10kV配電室、變壓器室、110kV GIS室，共占用北引橋四跨。電容器及消弧線圈室受橋梁凈高的限制，地面下沉1.5m。輔助生產(chǎn)用房和繼電器及10kV配電室布置在占用引橋的第二跨，輔助生產(chǎn)用房布置在變電站主要出入口側(cè)。主變壓器室占用第三跨，受橋梁高度的影響，地面下沉2.5m。110kV GIS室布置在第四跨，同樣受橋梁高度影響，地面下沉2.5m。

建筑人員及設備出入口的設置結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)和周邊現(xiàn)狀布置。電容器及消弧線圈室設備及人員出入口合并設置在東側(cè)，采用混凝土平臺、坡道和鋼梯。疏散口在消弧線圈室向北設置，采用鋼梯。消弧線圈室布置在西側(cè)，考慮便利設備安裝，在西側(cè)墻體上留設設備安裝口，設備就位后封堵。設備檢修更換可以再次打開。

變壓器室東西兩側(cè)距離擬規(guī)劃路1.3m，不適宜在東西兩側(cè)開門，設計在東西兩側(cè)墻體上預留設備安裝運輸孔洞，設備吊運安裝就位后，墻體封堵。當主變壓器需要運出時，預留孔洞部分墻體可以再次拆除。變壓器室人員檢修和疏散出入口在北側(cè)橋梁柱間空間布置。變壓器室垂直交通采用設置鋼梯和鋼平臺。

110kV GIS室東西兩側(cè)距離擬規(guī)劃路1.3m，距離南側(cè)引橋柱凈距5.5m，設備和人員出入口均布置在南側(cè)。110kV GIS室設備出入口設置混凝土平臺，人員出入采用鋼梯和鋼平臺。

變電站四個功能用房之間在東西兩側(cè)外墻處用鋼圍欄連成整體，在西側(cè)圍欄處設鋼網(wǎng)門，人員可以進出，方便變電站的管理和維護。

3.2.2 建筑剖面設計

剖面設計原則：由于變電站位于橋梁下，變電站建筑的剖面設計需要考慮諸多因素：

(1)橋梁北低南高，橋面坡度為3%。橋下凈高約為4.9m～7.1m。需充分利用橋下凈空滿足電氣設備的運行和檢修的要求。

(2)變電站位于橋梁下，采取措施滿足施工工藝需要的施工空間。

(3)剖面設計同環(huán)境相協(xié)調(diào)，使建筑立面有較好的景觀。

經(jīng)過對現(xiàn)狀規(guī)劃、橋梁設計、電氣設備對空間的要求等因素的認真分析研究，變電站建筑剖面依據(jù)如下原則進行設計：

(1)變電站建筑屋面距引橋板底大于1.4m，給施工留出空間；

(2)變電站建筑屋面坡度同橋面坡度，即為3%，在外觀上盡量同橋梁形成整體；

(3)變電站屋面預留施工空間后戶內(nèi)凈空不能滿足設備要求的設備用房，采取地面下沉的方式；

(4)設備運輸門或洞孔的位置和高度充分考慮設備安裝就位的方式。

剖面設計：電容器及消弧線圈室的屋檐高度為3.15m～3.92m，由于戶內(nèi)空間不滿足電氣設備要求，將地面下沉1.5m。繼電器及10kV配電室屋檐高度為3.75m～4.22m，地面比室外高300mm。變壓器室屋檐高度4.35m～4.82m，考慮電氣設備凈空要求，地面下沉2.5m。110kV GIS室屋檐高度4.95m～5.27m，為滿足設備檢修要求，地面下沉2.5m。

3.2.3 建筑構(gòu)造設計

變電站位置距離渭河較近，地下水位變化幅度較大，考慮變電站的安全性，地面下沉部分的外墻和底板均采用防水混凝土結(jié)構(gòu)，并采用高分子防水涂料粉刷。

變電站占用的橋梁橋面分為兩部分，寬為13.5m，中間為1m漏空的分隔帶。變電站位于橋梁下，有橋梁板遮擋，屋面匯集的雨水很少?？紤]到屋面有組織排水，需定期上屋面維護，屋面同橋梁底板的凈空有限，維護不方便，因此變電站屋面排水設計采用散排方式，屋面周邊設600mm寬屋檐。

3.2.4 建筑消防設計

由于變電站位于橋梁下，建筑構(gòu)造及結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐火等級應滿足防火規(guī)范的要求，并應充分考慮火災對橋梁的影響。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件均涂刷厚涂形鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，使其滿足2個h耐火極限。屋面采用耐火等級大于1.5h的鋼筋混凝土板，防水選用改性瀝青防水卷材，防水等級為二級。

3.3 結(jié)構(gòu)設計

變電站建筑物均為單層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，采用鋼筋混凝土柱，基礎采用柱下鋼筋混凝土獨立基礎；為減少結(jié)構(gòu)占用的空間，室內(nèi)主次梁均采用H型鋼；半地下結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土剪力墻，基礎采用條形基礎。本次設計主體結(jié)構(gòu)與立交橋脫開，受公路立交橋震動影響較小，故可不考慮立交橋的震動對結(jié)構(gòu)的影響。

4 變電站土建施工及大型設備安裝

土建施工主要的難題是鋼梁、屋面板的吊裝。施工方在設計預留的施工空間內(nèi)，利用各類吊裝工具完成變電站的土建施工。主變壓器室及GIS室地面下沉2.5m，主變壓器及GIS設備采用千斤頂及枕木升降安裝就位。

5 建筑設計研究改進建議

通過施工及設計回訪的分析和研究，立交橋下變電站的設計可以在以下幾個方面進行改進。

5.1 變電站主體結(jié)構(gòu)

變電站主體結(jié)構(gòu)采用輕型鋼架，外圍護結(jié)構(gòu)采用裝配式建筑維護體系。采用裝配式結(jié)構(gòu)，在變電站建設中可以實現(xiàn)標準化設計、模塊化組合、工廠化生產(chǎn)、集約化施工，降低建設和運營成本，是提高電網(wǎng)工程的建設和管理效率的有效途徑。根據(jù)變電站建筑物輕鋼結(jié)構(gòu)形式、屋面防水、防火、耐久的要求，屋面板可以選擇鋼骨架輕型板或者加氣混凝土nalc板。鋼骨架輕型板由鋼骨架、鋼絲網(wǎng)、BSA輕質(zhì)芯材復合而成，是集承重、隔熱、保溫、防水、防火等性能于一身的新型建筑構(gòu)件。

5.2 變電站內(nèi)設備運輸方式

變電站內(nèi)設備運輸方式以吊運為主。變電站部分設備用房由于凈空限制，地面采用了下沉方式，原設計在考慮設備運輸時，在室內(nèi)空間滿足的前提下，設置了坡道。但在實際設備安裝時，坡道坡度無法滿足運輸設備的要求，最終采用在平臺上吊運的方式完成設備安裝。110kV GIS室的坡道在施工期間取消。

5.3 變電站與立交橋建設結(jié)合

變電站與立交橋建設結(jié)合，在城市規(guī)劃時建議統(tǒng)籌考慮。變電站的設計是在橋梁施工過程中進行的，變電站布局受橋梁結(jié)構(gòu)的影響較大，變電站與橋梁施工時，互相受到了制約和影響。如果在城市規(guī)劃初期，就考慮變電站與橋梁結(jié)合建設，變電站和橋梁設計就會結(jié)合的更好，使兩者的施工更便利有序，節(jié)約投資。

6 主要成果

通過研究和實踐，本項目較好解決了變電站平面、空間布局和橋梁結(jié)構(gòu)空間的銜接和配合，建成了國內(nèi)第一座立交橋下變電站。

變電站的建設與城市立交橋的建設結(jié)合起來，將提高城鎮(zhèn)土地的綜合利用率，極大地節(jié)約土地資源。將該變電站和國家電網(wǎng)公司、陜西省電力公司典型設計方案中規(guī)模相近的戶內(nèi)變電站用地面積進行了統(tǒng)計，比較見表1。

表1 變電站用地面積統(tǒng)計表

通過統(tǒng)計和比較，該變電站與常規(guī)國網(wǎng)典型方案相比節(jié)約用地37%，主要由于該變電站位于橋梁下，運輸和檢修可以利用橋梁兩側(cè)的擬規(guī)劃路，變電站不需要修建專用道路，相對其他戶內(nèi)站更節(jié)省占地。城市立交橋下的場地很少被利用，部分城市會用來做機動車停車場地。變電站布置在城市立交橋下，使城市土地可以很好的綜合利用，變電站無需再占用城市其他用地，極好的節(jié)約了土地資源。如果按照全國城市電網(wǎng)的發(fā)展速度，將變電站與城市橋梁的建設結(jié)合起來綜合利用，一定會產(chǎn)生巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。

變電站與城市橋梁結(jié)合建設，將有助于解決變電站選址和征地難。隨著電力建設的快速發(fā)展，在城鎮(zhèn)建設用地日益緊張的狀況下，近幾年來，變電站的建設一直受選址難、征地難、拆遷難等因素影響，在城市橋梁下建設變電站將有利于城市電力建設的發(fā)展。

橋梁下建設變電站能較好的滿足城市規(guī)劃對城市景觀的要求。變電站內(nèi)有大量的中、高壓變配電裝置，戶外站占地面積極大，影響城鎮(zhèn)景觀。戶內(nèi)站建筑體量較大，在外觀上較難滿足城市景觀的要求。將變電站與橋梁結(jié)合建設，使變電站成為橋梁較小的副體，很好地解決了這個問題。

橋梁下建設變電站能降低噪聲和電磁輻射，較好的解決變電站對城市環(huán)境的影響，是建設環(huán)境友好型變電站的有效途徑。城市人口密集，建筑密度大。城市變電站運行時會產(chǎn)生很大噪音，對城市周邊環(huán)境不可避免的產(chǎn)生影響。在日益注重環(huán)境保護的今天，為了充分體現(xiàn)社會和諧發(fā)展的理念，建設資源節(jié)約和環(huán)境友好型的變電站，降低變電站的噪音已經(jīng)成為亟待解決的問題。為了減少噪音對居民、文教等區(qū)域環(huán)境的影響，城市戶內(nèi)變電站往往需要投入很多資金采取降噪措施。城市橋梁兩側(cè)一般為城市道路和較寬的城市綠地。成片的樹林綠地對降噪具有顯著的效果，據(jù)試驗，成片的樹林可降低噪音20～35分貝。綠化降噪也是發(fā)達國家首選的降噪音的方法之一。變電站布置在橋梁下，兩側(cè)較寬的城市綠地會使變電站的噪音降低很多，極大減少對環(huán)境的影響。城市道路交通噪聲等效聲級超過70分貝，110kV主變壓器為60dB；散熱器風機為55分貝；電抗器為57分貝，不及道路車輛噪聲。變電站布置在橋梁下，也可以大大降低變電站用于降低噪音的資金投入。

110kV變電站會產(chǎn)生電磁輻射。據(jù)相關(guān)部門進行環(huán)保測試和評價，對周圍居民生活無不良影響。但由于大部分人對相關(guān)方面的知識了解不足或由于宣傳不當，從而造成誤解。由此會導致變電站在城市選址的難度，產(chǎn)生糾紛。變電站布置在立交橋下，遠離居民密集區(qū)，不會使群眾對變電站電磁輻射產(chǎn)生憂慮，有利于變電站順利的建設。

7 結(jié)語

本文以陜西某變電站工程為例，深入探討在立交橋下建設變電站所產(chǎn)生的問題和解決的方法，極大地節(jié)約土地資源，滿足城市規(guī)劃對城市景觀的要求，解決了變電站噪音、電磁輻射等問題對城市區(qū)域環(huán)境的影響。該項目建成了國內(nèi)第一座位于立交橋下的變電站，獲陜西省科技進步獎。

隨著社會發(fā)展，變電站在城市內(nèi)的建設地點提供了更多更成熟的選擇，而且為立交橋下變電站的建設提供更多的技術(shù)經(jīng)驗，是實現(xiàn)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型變電站較好的方法，將為城市變電站的建設帶來更顯著的綜合效益，為電力建設事業(yè)快速發(fā)展做出貢獻。

[1] DL5056-2007，變電站總布置設計技術(shù)規(guī)程[S].

[2] DLGJ-168-2004，城市戶內(nèi)變電所建筑設計規(guī)定[S].

[3] 劉振亞.國家電網(wǎng)公司輸變電工程典型設計[M].北京：中國電力出版社， 2006.

Design and Study on the Substation Under Interchange

TAN Qiu-yue
(Shanxi Electric Power Design Institute, Xi'an 710054, China)

Land is not renewable resource. With the place on the town construction decreasing, the problems on location chosen, location purchasing, dismantling and moving and referring compensate appears to inf uence the net construction speed. At the same time, municipal services construction quickens, various interchange rises straight from the ground. This text gives some an example of substation in Shaanxi to introduce the design and study on the substation under interchange in the city. It is the f rst substation under bridge in our country.

interchange; substation; design; study.

TM63

B

1671-9913(2011)05-0071-05

2011-08-08

譚秋月(1970- )，女，湖南東安人，一級注冊建筑師，從事電力工程土建設計工作。