周 森，黃劍慧，郝桂芹，陳秀珍，嚴(yán) 韋，梁春慧

(廣州市電力工程設(shè)計院有限公司，廣東 廣州 510335)

0 引言

“十四五”期間，廣州電網(wǎng)將新增變電站302座(含市中心地區(qū)變電站192座)，市中心地區(qū)變電站建設(shè)比例達(dá)63.5%[1]。然而城市建設(shè)用地資源稀缺，變電站用地與土地供給的矛盾越發(fā)突出。以廣州市越秀區(qū)為例，越秀區(qū)是廣州市的政治、金融和文化中心，經(jīng)濟(jì)密度排名全市第一，占地面積僅33 km2，是廣州市占地面積最小的中心城區(qū)，受建設(shè)用地緊缺等因素的影響，越秀區(qū)電網(wǎng)總體供電能力增長緩慢，局部地區(qū)供電能力滯后于負(fù)荷增長的情況還較突出，難以滿足經(jīng)濟(jì)增長對用電負(fù)荷的需求。

廣州市中心地區(qū)變電站選址面臨高層建筑、市政設(shè)施(含城市道路、軌道交通、水務(wù)管涵、燃?xì)夤艿赖?、歷史文物等復(fù)雜環(huán)境，變電站選址面臨多重風(fēng)險因素，常規(guī)變電站的設(shè)計思路已不適應(yīng)市中心地區(qū)變電站建設(shè)模式。運(yùn)用風(fēng)險管理工具，確定影響市中心地區(qū)變電站選址落地的控制性風(fēng)險因素，并結(jié)合工程案例提出風(fēng)險應(yīng)對策略，提高市中心地區(qū)變電站選址成功率。

1 風(fēng)險識別及風(fēng)險可接受性評定

筆者對影響廣州市中心地區(qū)變電站選址落地的風(fēng)險因素展開調(diào)查研究，將變電站選址所面臨的風(fēng)險因素分為技術(shù)風(fēng)險和非技術(shù)風(fēng)險兩大類別，運(yùn)用5M1E(人、機(jī)、料、法、測、環(huán))對風(fēng)險因素進(jìn)行系統(tǒng)歸類，識別出15項(xiàng)末端因素并定義為典型風(fēng)險事件。文獻(xiàn)[2]對典型風(fēng)險事件的風(fēng)險等級指數(shù)與風(fēng)險后果評分進(jìn)行賦值，建立風(fēng)險重要性和風(fēng)險可接受性評定指標(biāo)，篩選出6項(xiàng)影響變電站選址成功的控制性風(fēng)險事件，控制性風(fēng)險因素占比約40%。當(dāng)控制性風(fēng)險因素未能有效解決，則意味著變電站選址失敗，選址成功率僅約60%。風(fēng)險識別清單及風(fēng)險可接受性評定見表1所列。

表1 風(fēng)險識別清單及風(fēng)險可接受性評定

2 典型案例分析

2.1 站址及周邊環(huán)境

選取廣州市越秀區(qū)110 kV錦漢變電站(以下簡稱“變電站”)為典型案例進(jìn)行分析。變電站北側(cè)緊鄰市政蘭圃路，西側(cè)鄰近建筑物，西北側(cè)與清真先賢古墓相望，東側(cè)及南側(cè)為合建地塊行車道路，東南側(cè)為廣州越秀國際會議中心。市政蘭圃路路面標(biāo)高8.60～9.00 m，變電站±0.00 m相對絕對標(biāo)高9.50 m，場地設(shè)計標(biāo)高9.20 m。

變電站下方為運(yùn)營中的廣州地鐵2號線和駟馬涌暗渠。其中：2號線為雙線盾構(gòu)隧道，隧道寬度6 m，兩邊各3 m內(nèi)為隧道保護(hù)線范圍，隧道頂埋深約15 m，與變電站呈西北—東南向斜交；駟馬涌暗渠寬度8 m，渠箱底標(biāo)高5.15 m，頂標(biāo)高7.25 m，兩側(cè)為1.80 m高毛石擋墻，暗渠與變電站呈東北—西南向斜交。變電站平面布置如圖1所示[3]。

圖1 變電站總平面布置圖

2.2 控制性風(fēng)險事件

1)站址面積超規(guī)劃批復(fù)

站址批復(fù)用地面積為1 793 m2，根據(jù)《中國南方電網(wǎng)公司標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計和典型造價 V2.1-CSG-110B-G2a》48.4 m×20.6 m 緊湊型布置模塊，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計擬征地紅線面積為69.4 m(長 )×41.6 m(寬 )≈ 2 887 m2。當(dāng)按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計時，站址面積＞規(guī)劃批復(fù)面積，不滿足規(guī)劃批復(fù)條件。

2)間距退縮未達(dá)到要求

配電裝置樓屬丙類一級多層廠房，東南側(cè)會議中心為66 m高的一類高層建筑，西側(cè)建筑物為二類多層建筑，高度均高于變電站。根據(jù)文獻(xiàn)[4]的相關(guān)規(guī)定，配電裝置樓距越秀國際會議中心防火間距應(yīng)≥20 m，配電裝置樓距西側(cè)民居防火間距應(yīng)≥10 m。但受站址建設(shè)條件制約，變電站東南側(cè)外墻距離越秀國際會議中心外墻18.45～19.42 m，不足20 m；變電站西側(cè)距離現(xiàn)狀民居外墻7.94 m，不足10 m。現(xiàn)狀防火間距不滿足要求。

3)方案未考慮地鐵避讓

經(jīng)調(diào)查征詢，地鐵保護(hù)部門明確意見[5]：①基礎(chǔ)避讓：在平面布置上，基礎(chǔ)樁外邊線與地鐵隧道結(jié)構(gòu)外邊線之間的最小水平投影距離≥3 m；②基礎(chǔ)樁深：地鐵隧道結(jié)構(gòu)外邊線20 m范圍內(nèi)基礎(chǔ)樁應(yīng)設(shè)計為端承樁，且樁底高程需低于地鐵結(jié)構(gòu)底≥3 m；③保護(hù)措施：需采取必要的措施避免對地鐵結(jié)構(gòu)的影響。如按常規(guī)變電站基礎(chǔ)布置方式，難以滿足地鐵避讓要求。

4)方案未考慮水務(wù)避讓

經(jīng)調(diào)查征詢，水務(wù)部門明確意見[6]：①基礎(chǔ)避讓：在平面布置上，建筑物樁柱不得進(jìn)入渠箱過水?dāng)嗝?；②擴(kuò)寬斷面：站址騎壓渠箱順?biāo)鞣较虻拈L度范圍內(nèi)的渠箱凈寬需擴(kuò)寬至15 m(現(xiàn)狀約8 m)；③抬高凈高：站址橫跨駟馬涌渠箱的結(jié)構(gòu)底板距離渠箱面板的高度不少于1.8 m。如按常規(guī)變電站布置方式，難以滿足水務(wù)避讓要求。

5)方案未考慮建筑限高

變電站西北側(cè)與清真先賢古墓鄰近，變電站左側(cè)約30～33 m進(jìn)入文物保護(hù)紫線。經(jīng)調(diào)查征詢，文物部門明確意見如下[7]：當(dāng)擬建變電站落入全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位清真先賢古墓的建設(shè)控制地帶時，建筑高度需控制在18 m以內(nèi)。當(dāng)考慮水務(wù)抬高凈高1.8 m時，建筑高度突破限高要求。選址方案與文物限高線主斷面關(guān)系如圖2所示。

圖2 選址方案與文物限高線主斷面關(guān)系示意圖

6)線路管廊未統(tǒng)籌協(xié)調(diào)

變電站按終期3臺主變(3×63 MVA)，新建110 kV線路2回(終期3回)、10 kV出線32回(終期48回)。進(jìn)出線路管廊主要涉及如下風(fēng)險因素：①110 kV線路為電纜進(jìn)線，進(jìn)站段設(shè)置埋地式電纜溝，電纜溝底板頂埋深1.6 m，而電纜層面標(biāo)高高出室外地面2.1 m，電纜層面與室外電纜溝底板頂高差3.7 m，電纜進(jìn)線接口存在銜接難題；②線路路徑多位于城市主干道，電纜多敷設(shè)于車行道，若采用電纜溝或電纜槽盒方式敷設(shè)，二次開挖敷設(shè)電纜將帶來較大的交通疏解壓力，項(xiàng)目協(xié)調(diào)難度及成本增加；③沿現(xiàn)狀道路敷設(shè)電纜，沿線管線眾多，線路路徑存在交叉跨越或線路與各類管線安全距離不足的風(fēng)險。

2.3 風(fēng)險應(yīng)對策略

2.3.1 優(yōu)化站址平面布置

當(dāng)按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計時，站址面積＞規(guī)劃批復(fù)面積，因此變電站采用非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。為盡可能節(jié)省占地，變電站不單獨(dú)設(shè)圍墻，充分利用現(xiàn)狀地形合理優(yōu)化站址布置。站址北側(cè)緊鄰蘭圃路，為便于主變壓器安裝及維護(hù)，此面為全開敞式；站址西側(cè)利用現(xiàn)狀建筑物外墻形成自然圍蔽；站址東側(cè)、南側(cè)局部為開敞式，與地塊共用消防及運(yùn)輸通道；站址南側(cè)局部為公共綠化。

配電裝置樓尺寸按非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，在滿足電氣布置的情況下，橫向尺寸壓縮至17.3 m，縱向尺寸拉伸至58.6 m，東南側(cè)根據(jù)場地現(xiàn)狀設(shè)置局部切角及轉(zhuǎn)換梁局部外露地面，配電裝置樓基底面積為1 147.88 m2，小于規(guī)劃批復(fù)面積，節(jié)約土地率約達(dá)36%。配電裝置樓兩側(cè)各設(shè)1處出入口，與市政路順接，站址共用道路與市政路形成“U”形，滿足消防及設(shè)備運(yùn)輸要求。設(shè)置東、西電纜出線井，電纜通道沿道路敷設(shè)。主變朝向市政道路側(cè)，消防水池布置在配電裝置樓內(nèi)。站址平面優(yōu)化布置如圖1所示。

2.3.2 加強(qiáng)建筑防火設(shè)計

根據(jù)文獻(xiàn)[4]有關(guān)規(guī)定，加強(qiáng)建筑防火設(shè)計措施：①配電裝置樓與周邊建筑相鄰面設(shè)置為防火墻，墻體采用240 mm厚A5、B07蒸壓加氣混凝土砌塊，既減輕了建筑物自重，又具備良好的防火性能。

表3 加氣混凝土砌塊墻非木結(jié)構(gòu)構(gòu)件的燃燒性能和耐火極限

根據(jù)表2、3所示，建筑墻體的耐火極限可達(dá)8 h以上，遠(yuǎn)高于耐火等級為一級廠房的防火墻防火性能要求。②防火墻立面布置：變電站西側(cè)端部建筑布置為樓梯間、走廊及10 kV配電室，該面防火墻上不開門、窗、洞口；變電站東側(cè)端部建筑布置為電容器室、接地變室，考慮到吊裝設(shè)備需要，故該面防火墻上設(shè)置帶聯(lián)動功能的甲級單扇或雙扇防火鋼板門。

表2 不同耐火等級廠房建筑防火墻的燃燒性能和耐火極限 h

2.3.3 設(shè)置大跨轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)

1)轉(zhuǎn)換梁平面布置

當(dāng)按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計時，變電站基礎(chǔ)無法實(shí)現(xiàn)對地下設(shè)施的避讓及跨越。借鑒建筑行業(yè)的先進(jìn)做法，配電裝置樓首層設(shè)置轉(zhuǎn)換梁?？v向設(shè)置四道大跨度轉(zhuǎn)換梁，橫向設(shè)置六道轉(zhuǎn)換梁，縱向轉(zhuǎn)換梁最大跨度約30.9 m，最大梁截面取2 200 mm×2 250 mm(寬×高)，并在靠近梁端支座位置處設(shè)置結(jié)構(gòu)加腋措施，提高轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的整體受力性能。橫向轉(zhuǎn)換梁截面 取1 200 mm×1 200 mm(寬 × 高)。 其余為常規(guī)框架梁，主變基礎(chǔ)處框架梁截面取400 mm×1 000 mm(寬×高)。梁間板厚取300 mm。轉(zhuǎn)換梁平面布置如圖3所示。

圖3 轉(zhuǎn)換梁平面布置圖

2)建筑首層平面圖

配電裝置樓首層主要布置電纜層、主變壓器室(含主變壓器基礎(chǔ)、油坑等)、消防水池、東西兩側(cè)電纜出線井等，配電裝置樓首層平面布置如圖4所示。轉(zhuǎn)換梁及轉(zhuǎn)換梁處承臺標(biāo)高1.80 m(絕對標(biāo)高11.30 m)，主變壓器(3×63 MVA)放置在第二道轉(zhuǎn)換梁上，消防水池跨越第一、二、三道轉(zhuǎn)換梁。西側(cè)電纜出線井底標(biāo)高-2.0 m，東側(cè)電纜出線井底標(biāo)高-3.0 m。主變壓器油坑設(shè)置有效深度為800 mm，因轉(zhuǎn)換梁將油坑阻隔，為保證事故漏油時油坑內(nèi)液體流通，在梁中預(yù)埋DN 200 mm鑄鐵聯(lián)通管。

圖4 配電裝置樓首層平面布置圖

3)樁基礎(chǔ)優(yōu)化布置

綜合考慮上部結(jié)構(gòu)荷載、工程地質(zhì)條件、周邊環(huán)境保護(hù)、施工難易程度等對基礎(chǔ)方案進(jìn)行比選，選取旋挖成孔灌注樁作為基礎(chǔ)方案。樁徑分800 mm/1 600 mm/2 000 mm/2 400 mm共4種類型，以中風(fēng)化巖為樁端持力層，樁基設(shè)計為嵌巖樁，樁凈長約20～35 m，所對應(yīng)的單樁承載力特征值依次取3 700 kN/12 000 kN/21 000 kN/27 000 kN。根據(jù) 2.2節(jié)第 3)、4)項(xiàng)控制性風(fēng)險事件，樁基布置既要避開地鐵保護(hù)線又不能落至擴(kuò)寬后的河涌里，使得樁位布置的空間局限性很大且不規(guī)則。樁基優(yōu)化布置如圖5所示，其中：#1、#2、#3和#4樁樁徑分別為1 600 mm、2 000 mm、2 400 mm和800 mm。#1、2#、3#樁為轉(zhuǎn)換梁處的基樁，#4樁為普通框架梁處的基樁，所有樁位均避開地鐵保護(hù)線及擴(kuò)建后的河涌斷面。

圖5 樁基優(yōu)化布置平面圖

4)轉(zhuǎn)換立面布置圖

現(xiàn)狀渠箱頂絕對標(biāo)高7.25 m，位于駟馬涌暗渠正上方最大轉(zhuǎn)換梁跨度約30.9 m，設(shè)計截面高度為2 250 mm，為滿足轉(zhuǎn)換梁梁底距離渠箱面板凈高1.8 m要求，轉(zhuǎn)換梁頂面絕對標(biāo)高至少應(yīng)為11.30 m，轉(zhuǎn)換梁處樁承臺頂面標(biāo)高與轉(zhuǎn)換梁頂面標(biāo)高一致。駟馬涌由現(xiàn)狀8 m擴(kuò)寬至15 m，擬新建鋼筋混凝土擋土墻岸壁，墻頂設(shè)1.30 m寬懸挑式檢修通道，并在臨水面?zhèn)燃友b安全護(hù)欄。在變電站北側(cè)檢修通道的端頭并靠近轉(zhuǎn)換梁側(cè)面處設(shè)置φ1 200 mm檢修井，用作從地面到檢修通道的出入口。轉(zhuǎn)換梁與改造河涌、盾構(gòu)隧道斷面如圖6所示。

圖6 轉(zhuǎn)換梁與改造河涌、盾構(gòu)隧道斷面示意圖

5)主變設(shè)隔振支座

較常規(guī)變電站不同的是，主變壓器及基礎(chǔ)放置在轉(zhuǎn)換梁上，而不是直接放置在大地上?？紤]到主變壓器運(yùn)行存在振動，為避免設(shè)備運(yùn)行振動引起建筑結(jié)構(gòu)諧振，并降低振動噪聲對周邊環(huán)境的影響，在主變壓器基礎(chǔ)與轉(zhuǎn)換梁頂間設(shè)置彈簧隔振支座。主變油坑側(cè)壁自轉(zhuǎn)換梁梁底懸吊，考慮到轉(zhuǎn)換梁將油坑分隔開，為保證事故漏油時油坑內(nèi)保持聯(lián)通，在轉(zhuǎn)換梁中預(yù)埋聯(lián)通鑄鐵管，保證事故漏油時油液互通，并及時排至總的事故油池。隔振支座平立面布置(含懸吊式油坑)及案例安裝如圖7所示。

圖7 隔振支座案例安裝圖

2.3.4 優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)型式

根據(jù)2.2節(jié)第5)項(xiàng)控制性風(fēng)險事件，當(dāng)按水務(wù)要求抬高凈高1.8 m時，建筑高度突破文物限高要求。對建筑結(jié)構(gòu)型式做如下優(yōu)化：①取消屋面風(fēng)機(jī)房，改變進(jìn)風(fēng)方式為主變室側(cè)向進(jìn)風(fēng)；②110 kV全封閉組合開關(guān)電器(gas insulated switchgear，GIS)室取消標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的混凝土結(jié)構(gòu)屋面+磚砌筑外墻，改為戶外型GIS設(shè)備+可拆卸裝配鋼結(jié)構(gòu)屋面及外墻形式；③取消GIS室上空吊裝天車，土建工程先預(yù)留鋼結(jié)構(gòu)與混凝土面的連接件，待GIS設(shè)備吊裝完畢后再安裝鋼結(jié)構(gòu)屋面及墻體。建筑布局優(yōu)化立面示意如圖8所示。

圖8 建筑結(jié)構(gòu)型式優(yōu)化對比典型剖面

2.3.5 協(xié)調(diào)進(jìn)出線路管廊

根據(jù)2.2節(jié)第6)項(xiàng)控制風(fēng)險事件，對進(jìn)出線路管廊采取如下協(xié)調(diào)措施：①設(shè)置沉箱式電纜出線井，實(shí)現(xiàn)電纜層頂與室外電纜溝板頂高差的過渡銜接。110 kV及10 kV站外段均為電纜出線，設(shè)置埋地式電纜溝，在配電裝置樓東、西側(cè)各設(shè)沉箱式電纜出線井，并滿足電纜進(jìn)出線的轉(zhuǎn)彎半徑要求。東側(cè)電纜出線井上方為轉(zhuǎn)換梁，由轉(zhuǎn)換梁梁底設(shè)置懸吊沉箱側(cè)壁、暗柱及底板；西側(cè)電纜出線井在轉(zhuǎn)換梁以外，通過局部降低承臺頂標(biāo)高，出線井側(cè)壁從承臺間連系梁上做起。②電纜線路在穿越道路、重要路障以及避讓道路上地下管線時，采用埋管的敷設(shè)型式，管底埋深通常取1.5 m。③電纜線路穿越不允許開挖的道路及路口時，采用頂管施工工藝，為避開地下管線，通常按頂管深度3.0～5.0 m考慮。

結(jié)合廣州地區(qū)線路管廊運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對新建110 kV及以上電纜走廊，當(dāng)具備如下實(shí)施條件時，宜選用預(yù)制排管：①在道路新建、改(擴(kuò))建時同步建設(shè)的電力線路走廊；②開挖暴露時間受限跨越鐵路隧道、地鐵隧道等重要交叉跨越段；③電纜管溝建設(shè)條件受限的路段；④有機(jī)動車荷載且不具備長期占道施工條件的路段。此外，對于地下管線密集或存在大型管線的區(qū)段，預(yù)制排管交叉通過有困難時，可采用非預(yù)制排管或頂管進(jìn)行過渡處理，預(yù)制排管與過渡段之間宜設(shè)置電纜工井銜接。預(yù)制排管與大型管線交叉處理措施示意如圖9所示。交叉管線需符合文獻(xiàn)[8]中關(guān)于電纜與電纜或管道、道路、構(gòu)筑物等相互間容許最小距離的要求。

圖9 預(yù)制排管與大型管線交叉處理示意圖

3 效益評價

3.1 選址落地檢查

運(yùn)用風(fēng)險管理工具，確定影響變電站選址落地的控制性風(fēng)險因素。選取典型案例，采取風(fēng)險應(yīng)對策略，通過綜合優(yōu)化措施，選址方案已獲得規(guī)劃、地鐵、水務(wù)、文物、管線、運(yùn)行等各單位審批通過，變電站方案已獲取可研及初設(shè)批復(fù)，施工圖設(shè)計及第三方審查已完成，待施工單位進(jìn)場施工。選址成功率由優(yōu)化設(shè)計前的60%提升至100%，達(dá)成項(xiàng)目前期目標(biāo)及客戶關(guān)切。

3.2 經(jīng)濟(jì)和社會效益

經(jīng)濟(jì)效益：結(jié)合應(yīng)用案例，優(yōu)化調(diào)整后配電裝置樓的占地面積為1 147.88 m2，小于規(guī)劃批復(fù)面積1 793 m2，節(jié)約土地率達(dá)36%，按項(xiàng)目土地基準(zhǔn)地價2 857元/m2計算，節(jié)省土地成本約184萬元。變電站未占用市政設(shè)施(地鐵隧道、河涌渠箱)的位置，形成了“變電站+地下構(gòu)筑物”的立體建造模式，提高了土地的綜合利用價值。

社會效益：“十四五”期間，廣州電網(wǎng)中心地區(qū)變電站建設(shè)比例超過60%，研究成果將為廣州“十四五”中心地區(qū)變電站建設(shè)帶來參考和啟發(fā)，對促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展和提高電網(wǎng)供電可靠性具有積極意義。

4 結(jié)語

隨著廣州市乃至其他一線城市城市快速融合發(fā)展對用電負(fù)荷需求的不斷增長，市中心變電站的建設(shè)需求迫切，同時市中心變電站建設(shè)面臨土地資源日益減少的困境。市中心變電站選址受高層建筑、市政設(shè)施(含城市道路、軌道交通、水務(wù)管涵、燃?xì)夤艿赖?、歷史文物等風(fēng)險制約因素多，常規(guī)變電站設(shè)計及建設(shè)思路已不適應(yīng)市中心地區(qū)變電站建設(shè)模式。

運(yùn)用風(fēng)險管理工具，通過建立影響變電站選址落地風(fēng)險識別清單及風(fēng)險可接受性評定指標(biāo)，確定影響變電站選址落地的控制性風(fēng)險事件，是系統(tǒng)思維和項(xiàng)目化管理手段在變電站前期咨詢工作中的有益嘗試。

優(yōu)化站址平面布置、加強(qiáng)建筑防火設(shè)計、設(shè)置大跨轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)、優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)型式、協(xié)調(diào)進(jìn)出線路管廊等多項(xiàng)風(fēng)險應(yīng)對策略，對提高市中心地區(qū)變電站選址成功率帶來多維度的參考借鑒。