潘洪垚，張 崴

(1.上海電力設(shè)計院有限公司，上海 200025；2.國網(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)計院有限公司，上海 200025；2.國網(wǎng)上海市電力公司，上海 200122)

研究變電站與其他建筑有機地組成“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、暖通等幾個方面入手，提出變電站結(jié)合非居建筑建設(shè)存在的問題，并提出了解決的方案和措施，從而節(jié)約土地資源，以達到更好的經(jīng)濟效益和社會效益。

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)成為一個整體。在結(jié)構(gòu)上是一個整體，實現(xiàn)一體化設(shè)計、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、老年護理院、醫(yī)院等敏感目標。

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(見圖1)。

圖1 聯(lián)建方式示意圖

2 設(shè)計前期的關(guān)鍵問題

目前我國現(xiàn)行規(guī)范中并沒有針對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)計前期應(yīng)充分了解負責(zé)審批、核準的相關(guān)政府職能部門對方案提出的各類要求。其中規(guī)劃部門關(guān)注的重點內(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、電纜進出線、建筑立面。消防部門關(guān)注的重點內(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)生部門關(guān)注的重點內(nèi)容有：污廢水排放、廢氣排放、垃圾處理、噪聲和電磁場強。

由于大部分的變電站聯(lián)合建設(shè)的建筑會涉及兩個業(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)費用的分攤原則等問題，應(yīng)盡可能在設(shè)計開始前就予以明確，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)計要點

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

設(shè)備選型重點考慮噪聲和消防兩個方面。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)選擇高閃點的絕緣油。采用無油化的開關(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關(guān)設(shè)備。一次電纜普遍采用具有難燃性外護套的交聯(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關(guān)柜設(shè)備，或空氣絕緣金屬鎧裝開關(guān)柜設(shè)備，無功設(shè)備及中性點接地設(shè)備宜采用小型化設(shè)備。

4 建筑設(shè)計要點

4.1 總平面

變電站在整個綜合體中的位置是非居聯(lián)建項目首先要確定的原則。對于并置聯(lián)建和包圍聯(lián)建的項目來說，主要是選擇變電站在整個地塊中的位置。對于上下聯(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。還需要同時滿足設(shè)備運輸、獨立運維通道、變電站進出線、設(shè)備通風(fēng)、消防撲救等要求。

總平面設(shè)計應(yīng)設(shè)法讓結(jié)合建筑的人流、車流與變電站出入口分開，以減少相互干擾?；貤l件允許的話，宜設(shè)置二個出入口，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，還需針對結(jié)合建筑的不同使用功能，做出相適應(yīng)的景觀設(shè)計，以獲得良好的基地內(nèi)部環(huán)境。變電站被聯(lián)建項目內(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，雖然不計入綠地率指標，但能極大改善整個項目的景觀質(zhì)量，也弱化了變電站對整個項目的影響。

4.2 交通流線的組織

對于聯(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，各不干擾。交通流線是否能夠完全分開，首要因素取決于項目的基地面積大小。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行水平分隔、采用樓板進行垂直分隔，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。

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

圖2 交通流線完全分開

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

立面設(shè)計的第一步是分析城市風(fēng)貌，也是提取建筑特征元素的過程，在此過程中形成對建筑風(fēng)格的總體設(shè)想。當聯(lián)合體建筑體量較小，比如變電站與電業(yè)自用房聯(lián)建的項目，此時與周邊環(huán)境的協(xié)調(diào)成為建筑立面設(shè)計的主要目標。當聯(lián)建對象是電業(yè)外部的開發(fā)商、學(xué)校、市政辦公用房等，立面設(shè)計由聯(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，甚至成為地標建筑，其立面設(shè)計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)格的樹立。此時變電站部分的立面設(shè)計目標是融于整體項目中，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)計協(xié)調(diào)

5 結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

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

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。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，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，此時兩部分結(jié)構(gòu)緊密相連，必須作為一個整體考慮，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，且盡量使整個結(jié)構(gòu)的豎向傳力構(gòu)件上下貫通。當上部建筑因使用功能的限制，軸網(wǎng)體系無法與下部變電站部分對齊時，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：當上下軸網(wǎng)在兩個正交方向中的一個方向上能對齊時，優(yōu)先采用梁式水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件；當上下軸網(wǎng)在兩個正交方向中的任何一個方向上都不能對齊時，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)計要點

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。當項目占地較大時，可行的解決方案是在聯(lián)建綜合體中心設(shè)一個內(nèi)院或中庭，中庭的屋頂可考慮采用球型網(wǎng)架的玻璃頂，用以改善各個房間的通風(fēng)采光。增設(shè)中庭見圖6示例。

圖6 增設(shè)中庭示例

如果這兩種方案均不可行，可考慮通過走廊敷設(shè)風(fēng)管，采用走廊自然進風(fēng)進房間、設(shè)備房間機械排風(fēng)出戶外的方式。當布置條件更加苛刻時，只能采用機械進排風(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)，但這樣的方案對站用電容量需求很高，能源浪費較嚴重。

7 消防設(shè)計要點

(1)火災(zāi)模擬分析。非居結(jié)合建設(shè)的35 kV以上等級變電站已突破了現(xiàn)行的建筑防火規(guī)范。為此，國網(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)場景及消防設(shè)施的應(yīng)用進行了計算機模擬。該模擬結(jié)果表明，在控制主變壓器室密閉的前提下，加以高壓細水霧的消防設(shè)施，并保證水源的充足，主變壓器室的火勢是可控的。

(2)消防設(shè)施設(shè)計。非居結(jié)合變電站因本身火災(zāi)危險性較結(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)和移動滅火器的基礎(chǔ)上，對110 kV及以上等級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?shù)叵谰值囊螅c商場、辦公樓等合建的地上變電站可能需額外設(shè)置全站自動滅火系統(tǒng)。從優(yōu)化泵房面積、方便運行管理、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)報警系統(tǒng)均應(yīng)與聯(lián)合建筑分開設(shè)置。

8 環(huán)保設(shè)計要點

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)備運行時產(chǎn)生的電磁噪聲，以及輔助設(shè)施，如空調(diào)室外機、排風(fēng)風(fēng)機等設(shè)備的運行噪聲。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，是一種低頻噪聲，不易隨著距離而衰減，且人耳對其相對敏感，耐受度較低?？照{(diào)室外機及風(fēng)機產(chǎn)生的噪聲為中、高頻噪聲，治理措施及治理效果相對簡單有效。

降噪設(shè)計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、電抗器封閉在相對密閉的房間內(nèi)，利用圍護結(jié)構(gòu)進行隔聲降噪等。

通風(fēng)系統(tǒng)的降噪措施有：將排風(fēng)風(fēng)機封閉在專用的排風(fēng)機房內(nèi)，利用圍護結(jié)構(gòu)隔聲降噪；通過對通風(fēng)風(fēng)機設(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)機出口噪聲；同時也可以考慮在排風(fēng)機房內(nèi)墻面敷設(shè)吸聲結(jié)構(gòu)進一步降噪。

8.2 電磁波控制

變電站的電磁場強是由站內(nèi)的各種電氣設(shè)備在運行過程中產(chǎn)生的干擾綜合而成的。目前執(zhí)行的電磁場強標準為這些標準中的最安全值。本著“可合理達到盡量低”的原則，進一步減少其電磁輻射污染水平，提出下列防護措施：

(1)選用低場強電氣設(shè)備；

(2)選用帶有金屬罩殼的電氣設(shè)備；

(3)對裸露的電氣設(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)保持適當距離，以達到電磁場衰減的目的。

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)國家、行業(yè)或地方現(xiàn)行的標準規(guī)范、規(guī)程、規(guī)定雖沒有對變電站結(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發(fā)生過爆炸、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)計中盡可能將易出火警的主變壓器布置在對整幢建筑和周圍環(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)保問題是近幾年來在變電站建設(shè)中最受關(guān)注的問題。電氣設(shè)備放在室內(nèi)后，建筑物自身對設(shè)備有一定的屏蔽作用，已經(jīng)減少了這些設(shè)備的噪聲、電磁場強等對周圍的影響。根據(jù)目前已掌握的大量資料，高壓輸變電設(shè)施對居民和無線電通信等無不良影響，而對噪聲影響的測試方法和評價標準已經(jīng)比較健全，采取一定技術(shù)措施后能達到噪聲控制的要求。

(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)項目，實質(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、運行的特殊要求，這也是變電站正常、安全、可靠運行的保證。應(yīng)該在這個前提下兼顧其他，并設(shè)法融合在一個建筑物整體之中，以下幾點可供考慮：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高，使在平面和樓層上有嚴格區(qū)分，互不干擾，同時水平、垂直通道避免交叉；②聯(lián)合建筑立面設(shè)計應(yīng)力求避免變電站固有工業(yè)建筑特點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-)，高級工程師，國家一級注冊建筑師，從事建筑設(shè)計工作。

TU71

A

2095-1256(2017)01-0054-05

2016-11-10