岳芳寧

(成都市規(guī)劃設(shè)計研究院， 四川成都 610041)

城市變電站建設(shè)形式及其建筑外觀概述

岳芳寧

(成都市規(guī)劃設(shè)計研究院， 四川成都 610041)

城市的快速發(fā)展使得電力需求不斷增長，為了有效保障可靠供電，變電站的設(shè)置需接近負荷中心，110 kV及以上的高電壓等級變電站由郊區(qū)伸入城區(qū)成為必然。然而變電站一般都是單獨占地，面臨城市有限的用地資源，其規(guī)劃點位往往出現(xiàn)難以落地的現(xiàn)象。因此大城市中心區(qū)域變電站的建設(shè)必然面臨著與其他民用建筑合建及鄰建，甚至結(jié)合城市綠地、廣場等建設(shè)地下變電站的趨勢。文章即通過分析總結(jié)國內(nèi)外建設(shè)案例，對城市變電站的建設(shè)提供一定指引。

城市變電站； 建設(shè)形式； 建筑外觀

截止2016年底，國家確定北京、上海、天津、廣州、重慶、成都等六個國家中心城市和武漢、鄭州兩個準(zhǔn)國家中心城市[1]。全國城鎮(zhèn)化水平從21世紀(jì)初的36.22 %到2016年的57.35 %，這些都標(biāo)志著城市發(fā)展進入一個快速階段。而城市的快速發(fā)展使得電力需求不斷增長，電力負荷節(jié)節(jié)攀升，尤其是大城市新區(qū)的開發(fā)建設(shè)，以CBD(中央商務(wù)區(qū))等高用電需求區(qū)域的興起為代表，都對電力供應(yīng)提出了更高的要求。為了有效保障可靠供電，變電站設(shè)置須接近用電負荷中心，這些都使得變電站由郊區(qū)伸入城區(qū)成為必然，尤其是110 kV及以上的高電壓等級變電站。然而變電站屬于鄰避設(shè)施，一般都是單獨占地，面臨城市有限的用地資源，其規(guī)劃點位往往出現(xiàn)難以落地的現(xiàn)象。因此大城市中心區(qū)域變電站的建設(shè)必然面臨著與其他民用建筑的合建及鄰建，甚至結(jié)合城市綠地、廣場等建設(shè)地下變電站。這些結(jié)合必然對變電站的布局及其不良影響(噪音、電磁輻射、防火防爆等)的消除提出新的要求。

此外，傳統(tǒng)變電站多為工業(yè)建筑，其外觀也偏向于簡單規(guī)則的“盒子”形狀，但是城市建筑多有自己的特色。GB/T 50293-2014《城市電力規(guī)劃規(guī)范》[2]也提出“規(guī)劃新建的城市供電設(shè)施應(yīng)根據(jù)其所處地段的地形地貌條件和環(huán)境要求，選擇與周圍環(huán)境景觀相協(xié)調(diào)的結(jié)構(gòu)形式與建筑外形”，而且建筑風(fēng)格與周邊環(huán)境的融入，可以在很大程度上緩和民眾對變電站建筑的抵觸心理。

本文主要從變電站與民用建設(shè)的結(jié)合形式以及建筑外觀出發(fā)，通過對案例的分析，總結(jié)城市變電站建設(shè)的形式及注意事項，并在建筑外觀與周邊環(huán)境的融入方面提出建議，以期為大城市變電站的建設(shè)提供一定指引。

1 城市變電站建設(shè)形式

目前上海、廣州等一線城市主要采用的是與民用建筑合建或鄰建以及在商務(wù)中心建設(shè)地下變電站的方式。

1.1 與民用建筑合建或鄰建

與民用建筑合建或鄰建是指變電站與其他民用建筑聯(lián)合建設(shè)或者貼鄰建設(shè)，使之成為一體建筑，或者聯(lián)合建筑，或者相鄰建筑(突破變電站與周邊敏感設(shè)施傳統(tǒng)50 m的距離要求)。但是合建或鄰建涉及到變電站輻射的影響，以下對其可行性進行分析。

1.1.1 可行性分析

1.1.1.1 建筑功能可行性

隨著技術(shù)的進步, 220 kV和110 kV變電設(shè)備正朝著功能集成化、外型尺寸小型化、可靠性提高的方向發(fā)展。目前城區(qū)220 kV主變壓器室約需16 m×16 m×18.5 m 的空間，220 kV開關(guān)室約需13 m×13 m×16 m的空間；110 kV主變壓器室約需長 11 m×11 m×13.5 m的空間，110 kV開關(guān)室約需10.5 m×10. 5 m×11 m的空間。而單一的寫字樓和住宅建筑中所需空間均較小，在4～6 m之間(也有跨度8～9 m的)，層高3～6 m之間。所以從功能結(jié)構(gòu)上來講，變電站與民用建筑的結(jié)合是比較困難的。但是現(xiàn)代建筑正朝著體型復(fù)雜、功能多樣的綜合性方向發(fā)展，大多民用建筑在功能上一般上部樓層布置住宅、賓館商務(wù)辦公, 中下部樓層作為商店、文化、公用設(shè)施。這樣的功能對建筑結(jié)構(gòu)的要求正與前述高電壓等級變電站內(nèi)置于民用建筑的要求一致，這些均可在民用建筑中設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層來實現(xiàn)[3]。

1.1.1.2 健康風(fēng)險可行性

變電站與民用建筑的合建或鄰建總是會引起部分民眾的反對，這也主要是因為居民對電磁輻射的不正確理解，進而將變電站視為厭惡型設(shè)施。然而地球本身就是一個大磁場，且科學(xué)研究表明，并不是所有的電磁場都會對生態(tài)環(huán)境構(gòu)成影響。當(dāng)場強被控制在一定的量值范圍內(nèi)時，它對人體、有機體及其他生物體是無害的，當(dāng)場強超過一定限值后，才會逐漸出現(xiàn)負面影響[4]。

目前城區(qū)內(nèi)高壓輸電線路和變電站的工作頻率為50 Hz，在輸電線路和變電站周圍只會產(chǎn)生工頻電場和工頻磁場，即極低頻電場和磁場，它們不會以電磁波的形式在空間形成有效的能量輻射[5]。理論計算和實際測量均表明，220 kV及以下架空輸電線路下面和變電站主變壓器1.5 m處的工頻電場場強均不超過3 kV/m，小于國家規(guī)定4 kV/m的限值。而其最大工頻磁場的磁感應(yīng)強度均低于3 μT，也遠低于國家規(guī)定的限值100 μT[6]。根據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)和美國國家環(huán)境衛(wèi)生科學(xué)研究所等權(quán)威機構(gòu)的研究結(jié)論，明確否定在現(xiàn)有環(huán)境的極低頻電場、磁場水平下的曝露會對人體造成實際健康危害。

1.1.2 案例分析

在土地資源有限、土地成本高的一線城市，已經(jīng)有相當(dāng)數(shù)量的合建及鄰建變電站。合建的如上海220 kV復(fù)興變電站(規(guī)模3×240 MVA)，為大型城市全戶內(nèi)型變電站，地處上海市中心黃金地段，與兩幢18層高層住宅結(jié)合在一起。變電站占地6 645 m2，建筑面積6 833 m2，與之相結(jié)合的住宅面積為12 213 m2。與廣州電力工程監(jiān)理公司合建毗鄰天河城的110 kV金茂變電站以及與廣州電力設(shè)計院辦公大樓合建的110 kV林和變電站。

與體育活動中心合建的南京110 kV漢西變電站，位于南京國際服務(wù)外包產(chǎn)業(yè)園內(nèi)，項目的建設(shè)為新園區(qū)提供110 kV/20 kV變電服務(wù)。變電站于2010年6月建設(shè)完成，地下一層、地上一～二層為變電站用房，三～五層為產(chǎn)業(yè)園體育活動中心，復(fù)合空間的設(shè)計既節(jié)省了用地，也為園區(qū)人員提供了體育活動場所(圖1)。

圖1 南京110kV漢西變電站

鄰建的如香港油麻地400 kV變電站，該變電站與西貢街游樂場只有一道矮墻相隔，周邊為商業(yè)建筑及醫(yī)療設(shè)施(圖2)。

圖2 香港油麻地400kV變電站

此外還有位于上海金沙江路的月星環(huán)球博覽中心的110 kV變電站，其設(shè)在4層高商業(yè)裙房內(nèi)，與兩棟44層主體辦公樓相鄰。以及與電力行業(yè)內(nèi)建筑鄰建的220 kV天河變電站與廣州供電局大樓毗鄰而居，110 kV雙子變電站與廣州IFC和富力中心毗鄰。

1.2 地下變電站

土地資源極其有限但用電負荷很高的超高層公共建筑群區(qū)、中心商務(wù)區(qū)及繁華、金融商貿(mào)街區(qū)一般建議建設(shè)結(jié)合綠地、廣場等建設(shè)地下變電站。據(jù)資料統(tǒng)計20多年來上海建成和在建的地下變電站共有46座，至2010年底已建成投運37座[7]。

500 kV靜安(世博)地下變電站為上海世博會的配套項目，是世界上最先進的全地下圓筒體500 kV變電站。總建筑面積為5.8 hm2，地處公共綠地，地上為靜安雕塑公園，地下為筒形4層500 kV變電站(圖3)[8]。

圖3 500kV靜安(世博)地下變電站

北京電力科技館(菜市口地區(qū)220 kV輸變電工程及其附屬設(shè)施)為與大型公共建筑結(jié)合的范例。該館作為國內(nèi)第一個開放式220 kV運行變電站，既承擔(dān)著本區(qū)域電力輸送的重任，同時也是北京電力系統(tǒng)最重要的展示廳之一(圖4)。工程地下共有5層，其中地下三～五層是220 kV變電站，地下二層以上是電力科技館及其自身的設(shè)備用房、地下停車庫等功能用房。地上一～六層為展區(qū)，七～十二層為辦公區(qū)域[9]。

圖4 北京電力科技館總平面

此外，還有成都東大街110 kV變電站，與公園綠地結(jié)合。廣州110 kV中旅變電站，樓頂為綠蔭足球場。福州110 kV得貴變電站，半地下式變電站，地上一層、地下三層，地上建筑物占地僅305 m2，主要布置主變壓器及散熱器。

1.3 結(jié)合及布置形式

1.3.1 結(jié)合形式

目前變電站主要多與居住、商業(yè)、電力行業(yè)內(nèi)建筑及開敞空間結(jié)合。(1)變電站與商業(yè)建筑結(jié)合形式——可采用裙房、主體建筑內(nèi)、與主體建筑半結(jié)合等形式；(2)變電站與居住及其他建筑結(jié)合形式——可采用主體建筑內(nèi)、與主體建筑半結(jié)合等形式；(3)變電站與開敞空間(綠地、廣場等)或其他公共建筑結(jié)合形式——一般位于地下或半地下。

1.3.2 布置形式

變電站的結(jié)構(gòu)形式分為戶外式、戶內(nèi)式、地下式、移動式四種[2]，城市變電站一般建議按全戶內(nèi)地上、半地下、全地下三種布置形式。其中地下變電站有全地下和半地下兩種，布置形式一般分為五種類型：其一利用主建筑一側(cè)地上部分建筑面積及其地下空間；其二變電站全部置于建筑物地下；其三一部分利用建筑物地下部分，另一部分利用建筑物外的綠地；其四變電站全部放置在綠地下；其五主變壓器置于地上，其他設(shè)備置于地下[10]。

1.4 消除不良影響的措施

變電站與民用建筑結(jié)合，需充分考慮高壓電器運行產(chǎn)生的電磁場及噪聲的影響，在布置方案、設(shè)備選型、細節(jié)處理上做特殊考慮，以滿足城市規(guī)劃和環(huán)保要求。應(yīng)特別重視火災(zāi)報警和滅火系統(tǒng)的設(shè)計，做好與當(dāng)?shù)叵啦块T的協(xié)調(diào)。

地上變電站主要考慮噪音、電磁輻射、廢氣排放以及防火防爆。一般有效可行的措施包括：(1)布局上優(yōu)化，如將主變室布置在背向居民住宅，面向市政道路、廣場空地的一側(cè)，電磁輻射較高的設(shè)備盡量布置在背向商業(yè)、人流密集地區(qū)。(2)材料、設(shè)備上把控，優(yōu)先選擇使用安全、環(huán)保有保障的，如采用SF6型的變壓器和阻燃型電纜以及有金屬屏蔽外殼的配電裝置等。(3)加強智能化系統(tǒng)的應(yīng)用，從源頭減輕污染、提高預(yù)防。

地下變電站更多應(yīng)注意散熱、消防及防水。散熱方面優(yōu)先選擇風(fēng)量大、風(fēng)壓穩(wěn)定的離心風(fēng)機；消防方面由于地下變電站一般無人值班, 因此對自動報警、滅火設(shè)施及時啟動及遠方控制等要求較高；防水方面因為地下變電站深度多大于20 m，會觸及地下水層(地下水位高的沿海地區(qū)需進行抗浮設(shè)計)，應(yīng)做好防水設(shè)計。此外，為避免漏油、易燃,站用及接地變壓器選擇無油型設(shè)備，如環(huán)氧樹脂澆鑄式。

2 城市變電站建筑外觀

隨著時代的發(fā)展，城市景觀發(fā)生了巨大變化，變電站在設(shè)計上除了滿足變電站本身的功能和電氣工藝等有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)外，也更多的考慮外形設(shè)計與周邊環(huán)境風(fēng)貌的整體搭配、協(xié)調(diào)統(tǒng)一，一些變電站甚至因為獨特的建筑之美而成為城市一“景”。作為鄰避設(shè)施，變電站建筑風(fēng)格與周邊環(huán)境的融入，也可以在很大程度上緩和民眾對變電站建筑的抵觸心理。

2.1 行規(guī)分析

目前通用國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為《國家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設(shè)計110(66) kV智能變電站模塊化建設(shè)(2015年版本)》，該標(biāo)準(zhǔn)是應(yīng)用模塊化技術(shù)安裝變電站，其對長寬、面積以及外觀材料、外墻等都有很嚴(yán)格的要求。整個變電站建起來是規(guī)則的“盒子”形狀，且外觀具有明顯的工業(yè)風(fēng)格色彩，對于有特色建筑風(fēng)格的城市以及審美不斷提高的人們來說，顯得格格不入，甚至令人產(chǎn)生恐懼心理。因此，城市變電站其外觀設(shè)計與周邊環(huán)境的融入顯得非常必要。

2.2 范例總結(jié)

目前國內(nèi)外有很多城市變電站突破傳統(tǒng)工業(yè)建筑設(shè)計風(fēng)格，或與所處環(huán)境有很好的融合，或與當(dāng)?shù)氐匦渭拔幕Y(jié)合，相得益彰，有的甚至成為城市名片。

廣州110 kV尖峰變電站，形似亞熱帶風(fēng)情街，多項技術(shù)國際領(lǐng)先的“尖鋒模式”(圖5)。重慶110 kV石板坡變電站，依山而建令人驚嘆，與“老山城”完美結(jié)合。該變電站結(jié)合渝中區(qū)坡地特色而設(shè)計，全站在坡度為50°的拆遷區(qū)建設(shè)，巧妙地利用自然地形，采用重慶特有的“吊腳樓”設(shè)計，建站道路采用高架道路設(shè)計，外立面裝修采用假山設(shè)計，與周邊坡地公園融為一體(圖6)。青島110 kV水城變電站，山東首座景觀式變電站，外觀更像體育館(圖7)。福建福州110 kV南門兜變電站，結(jié)合江南建筑風(fēng)格設(shè)計，稱為最可愛的“囧”樓(圖8)。廣州220 kV儒林變電站，位于廣州黃埔區(qū)長洲島內(nèi)，毗鄰廣州大學(xué)城。設(shè)計打破變電站工業(yè)建筑的固有模式，配電裝置樓外立面外觀符合大學(xué)城建筑風(fēng)格，讓其成為了業(yè)主單位回應(yīng)社會對城市變電站質(zhì)疑的示范展廳。

圖5 廣州110kV尖峰變電站

圖6 重慶110kV石板坡變電站

圖7 青島110kV水城變電站

圖8 福建福州110kV南門兜變電站

3 城市變電站功能延伸

在國外，一些新型設(shè)計或改造的城市變電站除承載自身供電功能外，還結(jié)合開敞空間打造，并在室內(nèi)植入科普、繪畫等小型展館功能，重新闡釋了城市電力基礎(chǔ)設(shè)施的概念，使得公共基礎(chǔ)設(shè)施也能成為宜居社區(qū)和娛樂中心。這類變電站完全與人們的日常生活聯(lián)系起來，且發(fā)揮著一定的教育功能，讓人們更容易從心理上接受變電站。

美國西雅圖丹尼變電站，是美國西雅圖市南湖聯(lián)合區(qū)(South Lake Union)的改造工程之一，占地110 000平方英尺(1.02 ha)，建成后將提供南湖聯(lián)合區(qū)的全部電力資源。由美國NBBJ設(shè)計事務(wù)所主持建造，變電站打破傳統(tǒng)風(fēng)格約束，把基礎(chǔ)設(shè)施、城市景觀、步行街融合在一起，站在變電站高處可以俯瞰整個西雅圖美景。圍合的多階梯走道把行人吸引到變電站，通過整合的圖文、教育構(gòu)件、景觀和座位區(qū)域讓他們對可持續(xù)節(jié)能設(shè)施有一個近距離理解。這里還有當(dāng)代設(shè)計展，傳統(tǒng)的變電站變成一個文化觀光中心(圖9、圖10)[11]。

圖9 丹尼變電站室內(nèi)會展區(qū)

圖10 丹尼變電站夜景

4 總結(jié)及建議

城市的快速發(fā)展與土地資源緊缺以及人們對審美要求的提高對城市變電站的修建形式及建筑外觀提出了更高的要求，合建或鄰建及地下變電站的建設(shè)成為一種趨勢，目前這種形式多出現(xiàn)在一線城市，其他城市尚比較少，但是未來隨著城市的發(fā)展，必將出現(xiàn)這種需求，現(xiàn)在的建設(shè)經(jīng)驗將是未來其他城市非常寶貴的參考。其次將變電站與周邊環(huán)境相融合，在保證功能和電氣工藝等外讓城市變電站成為一道風(fēng)景，甚至將其功能延伸，如展覽、會議，不但能夠賦予電力基礎(chǔ)設(shè)施新的內(nèi)涵，更能夠在一定程度上減輕人們對變電站的恐懼心理，并對變電站輻射漸漸形成理性認識，不再“談輻色變”。但是任何形式的美觀都應(yīng)該以安全、經(jīng)濟為前提[12]，同時利用先進電網(wǎng)技術(shù)方法，實現(xiàn)智能化管控，以綠色節(jié)能作為設(shè)計理念，不斷優(yōu)化變電站與民用建筑的布局及結(jié)構(gòu)形式，達到智能、安全、高效，為“智慧城市、韌性城市”的建設(shè)提供重要支撐。

[1] 中國城市規(guī)劃設(shè)計研究院.全國城鎮(zhèn)體系規(guī)劃(2006-2020年)[Z].

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[3] 干華. 民用建筑中內(nèi)置高電壓等級變電站的有關(guān)問題分析[J]. 四川建筑,2003,23(S1):173-174.

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[11] A PROGRESS REPORTON YOUR POWER FUTURE _Seattle city light strategic plan update 2017-2022. Denny Network Project.

[12] 張正華,唐銀瑛.城市變電站建筑美觀的認識和實踐[J]. 工程建設(shè)與設(shè)計,2009(6):21-23.

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[定稿日期]2017-05-24

岳芳寧(1986～)，女，碩士研究生，工程師，從事城市規(guī)劃工作。