變電站與非居建筑聯合建設研究

潘洪垚，張 崴

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

變電站與非居建筑聯合建設研究

潘洪垚1，張 崴2

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

研究變電站與其他建筑有機地組成“復合體”建筑的整合技術，從電氣設備選型、建筑、結構、消防、暖通等幾個方面入手，提出變電站結合非居建筑建設存在的問題，并提出了解決的方案和措施，從而節約土地資源，以達到更好的經濟效益和社會效益。

地上變電站；非居建筑；聯合建設

城市中人口和建筑的高度集中必然要求更高的用電需求，但在中心城區建設變電站選址非常困難，因此變電站結合其他建筑建設是一條有效的途徑。變電站與非居建筑結合建設是指變電站與其他用途的建筑聯合建設成為一個整體。在結構上是一個整體，實現一體化設計、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，故排除學校、老年護理院、醫院等敏感目標。

1 變電站與非居建筑聯合建設的幾種方式

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系，聯建方式可分為并置聯建、上下聯建、包圍聯建3種(見圖1)。

圖1 聯建方式示意圖

2 設計前期的關鍵問題

目前我國現行規范中并沒有針對變電站和其他建筑聯合建設的規定，在聯合建設中有些地方甚至要突破現行規范。設計前期應充分了解負責審批、核準的相關政府職能部門對方案提出的各類要求。其中規劃部門關注的重點內容有：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。消防部門關注的重點內容有：變電站與結合建筑之間的物理分隔、變電站與結合建筑各自防火系統的確定、防火間距、防火分區、安全疏散、消防車道。環保、防疫、衛生部門關注的重點內容有：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合建設的建筑會涉及兩個業主的情況，以及變電站與結合建筑在用地面積、建筑面積和建設費用的分攤原則等問題，應盡可能在設計開始前就予以明確，以避免許多日后可能產生的矛盾。具體分界面為：變電站結構部分、建筑外裝修、部分建筑內裝修、室外總體、給排水、室外水消防系統由代建開發商按最終規模建成；設備確定后所需要的二次施工、通風設備、室內水消防系統由電力公司承擔。

3 電氣設計要點

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

設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，則應選擇高閃點的絕緣油。采用無油化的開關設備，可以從源頭上控制消防事故的發生。35 kV及以下配電裝置采用空氣絕緣金屬鎧裝設備，在平面布置緊張的情況下土建采用氣體絕緣類開關設備。一次電纜普遍采用具有難燃性外護套的交聯電纜，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，在結合建設的變電站中，無煙低鹵的阻燃電纜應該得到推廣使用。

電氣布置方面，主變壓器采用分體式布置，110 kV側配電裝置采用間隔寬度較小的氣體絕緣組合電氣設備，10 kV配電裝置宜采用氣體絕緣開關柜設備，或空氣絕緣金屬鎧裝開關柜設備，無功設備及中性點接地設備宜采用小型化設備。

4 建筑設計要點

4.1 總平面

變電站在整個綜合體中的位置是非居聯建項目首先要確定的原則。對于并置聯建和包圍聯建的項目來說，主要是選擇變電站在整個地塊中的位置。對于上下聯建而言，則是選擇變電站的出入口位置、主要設備房間位置等。還需要同時滿足設備運輸、獨立運維通道、變電站進出線、設備通風、消防撲救等要求。

總平面設計應設法讓結合建筑的人流、車流與變電站出入口分開，以減少相互干擾。基地條件允許的話，宜設置二個出入口，變電站與結合建筑兩部分應該有各自的專用出入口，且出入口的位置應盡可能遠離市政道路的交叉口。

聯建基地內環境景觀的要求，相對單純的變電站建設要高很多，不僅要滿足綠地率要求，還需針對結合建筑的不同使用功能，做出相適應的景觀設計，以獲得良好的基地內部環境。變電站被聯建項目內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

對于聯建變電站的功能分區及流線考慮，應盡量做到完全分開，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。并置聯建、包圍聯建的結合方式中，變電站和結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，兩者之間可以做到沒有空間交叉。

上下聯建的結合方式中，一般變電站布置在下方，上方結合建設非居建筑。由于聯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。

聯建建筑為電業自用房的變電站工程，往往受限于基地尺寸或形狀，絕大多數此類變電站均只能做到二至三部樓梯，需要共用交通系統，投入使用后需要相應的管理。

交通流線完全分開見圖2示例。共用垂直交通系統見圖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

圖4 共用水平及垂直交通

4.3 立面設計

立面設計的第一步是分析城市風貌，也是提取建筑特征元素的過程，在此過程中形成對建筑風格的總體設想。當聯合體建筑體量較小，比如變電站與電業自用房聯建的項目，此時與周邊環境的協調成為建筑立面設計的主要目標。當聯建對象是電業外部的開發商、學校、市政辦公用房等，立面設計由聯建的民用建筑部分主導。而此聯合體建筑占地和體量通常較大，往往在社區中居顯要地位，甚至成為地標建筑，其立面設計較少考慮與周邊建筑的協調，而是著眼于自身建筑風格的樹立。此時變電站部分的立面設計目標是融于整體項目中，在聯合體中不顯突兀。如圖5兩例所示，建筑風格、材質均由所屬的聯建綜合體主導，與綜合體之外的周邊環境的關系則處于次要位置。

圖5 立面設計協調

5 結構設計要點

變電站在建筑上開間較大，主變室、GIS室等主設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則的結構。當變電站與其他建筑聯合建設時，結構的不規則性問題就更為突出。

并置聯建中，因兩部分在使用功能上的巨大差異，結構上宜將兩部分完全分開。變電站部分因總高度有限，可選擇框架結構體系，而其他部分則根據自身特點，選擇相應的結構體系，兩部分之間用抗震縫或沉降縫分割。

上下聯建中，因變電站部分結構跨度大，荷載重，一般布置在其他建筑下部，此時兩部分結構緊密相連，必須作為一個整體考慮，可采用的結構體系主要有框架和剪力墻兩種結構體系，且盡量使整個結構的豎向傳力構件上下貫通。當上部建筑因使用功能的限制，軸網體系無法與下部變電站部分對齊時，應考慮設置豎向構件水平轉換體系。其設置原則為：當上下軸網在兩個正交方向中的一個方向上能對齊時，優先采用梁式水平轉換構件；當上下軸網在兩個正交方向中的任何一個方向上都不能對齊時，選擇厚板轉換構件。由于水平轉換構件的存在，從抗震性能上來看已經是特別不規則的建筑了，下部變電站結構不宜采用純框架體系，而應該采用框架與剪力墻同作用的框剪結構體系。

6 暖通設計要點

自然通風散熱為首選方案，貼臨外墻布置變電站內發熱較多的設備房間。當項目占地較大時，可行的解決方案是在聯建綜合體中心設一個內院或中庭，中庭的屋頂可考慮采用球型網架的玻璃頂，用以改善各個房間的通風采光。增設中庭見圖6示例。

圖6 增設中庭示例

如果這兩種方案均不可行，可考慮通過走廊敷設風管，采用走廊自然進風進房間、設備房間機械排風出戶外的方式。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，但這樣的方案對站用電容量需求很高，能源浪費較嚴重。

7 消防設計要點

(1)火災模擬分析。非居結合建設的35 kV以上等級變電站已突破了現行的建筑防火規范。為此，國網上海市電力公司在2010年委托上海防災救災研究所就變電站火災場景及消防設施的應用進行了計算機模擬。該模擬結果表明，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)消防設施設計。非居結合變電站因本身火災危險性較結合的建筑要高，故為防止變電站事故影響整體建筑的安全，變電站的消防設施除室外消防系統可與整體建筑合用外，其他消防設施必須獨立設置、不得合用。設置原則是在常規地上變電站設置室內、外消火栓系統和移動滅火器的基礎上，對110 kV及以上等級的油浸式主變壓器設置固定滅火系統。主變固定滅火系統通常選擇應用最成熟的水噴霧滅火系統。

此外，根據當地消防局的要求，與商場、辦公樓等合建的地上變電站可能需額外設置全站自動滅火系統。從優化泵房面積、方便運行管理、節約施工成本等方面考慮，宜選擇全站預作用水噴淋系統。

考慮到變電站的特殊性，聯合建設的變電站防排煙系統及火災報警系統均應與聯合建筑分開設置。

8 環保設計要點

8.1 噪聲控制

變電站內的噪聲源，主要是變壓器、電抗器等電氣設備運行時產生的電磁噪聲，以及輔助設施，如空調室外機、排風風機等設備的運行噪聲。變壓器、電抗器產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。空調室外機及風機產生的噪聲為中、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。

電氣設備的降噪措施有：在主變、電抗器房間內設置消聲百葉風口；在主變、電抗器內墻面敷設針對低頻噪聲吸聲性能優良的吸聲材料；將主變、電抗器封閉在相對密閉的房間內，利用圍護結構進行隔聲降噪等。

通風系統的降噪措施有：將排風風機封閉在專用的排風機房內，利用圍護結構隔聲降噪；通過對通風風機設置彈簧減振墊、排風管道上設置管道消聲器，以及出風口設置消聲百葉等降低風機出口噪聲；同時也可以考慮在排風機房內墻面敷設吸聲結構進一步降噪。

8.2 電磁波控制

變電站的電磁場強是由站內的各種電氣設備在運行過程中產生的干擾綜合而成的。目前執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)選用低場強電氣設備；

(2)選用帶有金屬罩殼的電氣設備；

(3)對裸露的電氣設備采用有效的屏蔽措施；

(4)減少變電站電氣設備的放電；

(5)保持適當距離，以達到電磁場衰減的目的。

9 建議

(1)結合建筑建設變電站是城市建設發展的需要，有十分顯著的節地效益，城市中心區的變電站必須與城市建設的總體規劃相適應。

(2)國家、行業或地方現行的標準規范、規程、規定雖沒有對變電站結合其他建筑建設有明確的制約條文，但是仍需關注現行技術法規的約束。

(3)重視變電站消防安全。在以往主變壓器的事故中確實發生過爆炸、燃燒，而且難以用一般消防手段撲滅。非居建筑結合變電站的消防安全仍應是最重要課題之一。設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；消防設施系統要根據不同情況選用實用可靠的系統和設備。

(4)環保是城市變電站存在和發展的先決條件。環保問題是近幾年來在變電站建設中最受關注的問題。電氣設備放在室內后，建筑物自身對設備有一定的屏蔽作用，已經減少了這些設備的噪聲、電磁場強等對周圍的影響。根據目前已掌握的大量資料，高壓輸變電設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比較健全，采取一定技術措施后能達到噪聲控制的要求。

(5)聯合建設是多種矛盾的協調統一。變電站結合建筑建設項目，實質上是將二種或二種以上截然不同使用性質的建筑結合在一幢建筑物內。首先要滿足變電站本身設備安裝、運行的特殊要求，這也是變電站正常、安全、可靠運行的保證。應該在這個前提下兼顧其他，并設法融合在一個建筑物整體之中，以下幾點可供考慮：①聯合建筑中不同使用性質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分，互不干擾，同時水平、垂直通道避免交叉；②聯合建筑立面設計應力求避免變電站固有工業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，以提高聯合建設的經濟效益；⑤在聯建的其他部分用途尚不確定前，應考慮建筑設計有通用性和多種用途的選擇性、后續裝修的可能性。

(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，從事建筑設計工作。

TU71

A

2095-1256(2017)01-0054-05

2016-11-10