柔性直流閥廳建筑新型混合墻體的研究

朱劍輝

(福建省電力勘測設(shè)計(jì)院，福建 福州 350003)

0 前 言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)和居民對用電需求增長迅猛，導(dǎo)致電網(wǎng)大規(guī)模建設(shè)，城市化進(jìn)程的推進(jìn)逐步提速，變電站在城市中心的布點(diǎn)深入，而一種嶄新的送電方式——換流站正在逐步走向成熟，對居民影響也逐漸變小，以至于城市中心的變電站越來越多。城市土地資源本身就珍貴且有限，換流站的建立勢必會(huì)占用部分土地資源，為了避免大量土地資源浪費(fèi)，其建設(shè)地與居民居住地距離較近。因此，如何解決城區(qū)換流站建設(shè)之后對周圍居民的危害、避免影響居民正常生活的問題貫穿在建設(shè)的全過程，也成為影響城市未來發(fā)展以及城市良好氛圍的關(guān)鍵所在。城區(qū)換流站的建筑設(shè)計(jì)及新型材料的研究就顯得刻不容緩。

1 工程背景

廈門島內(nèi)電網(wǎng)是廈門電網(wǎng)的負(fù)荷中心。近年來，經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，今后隨著投資的增長，廈門島經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度不僅不會(huì)減緩，還有可能保持上升態(tài)勢，分析2012年的數(shù)據(jù)可以知道2015年提升1/3，“十二五”年均增長率為6.8%；2025年將實(shí)現(xiàn)兩倍增長，遠(yuǎn)景也會(huì)較目前有所增長。但從整體來看，廈門島可供選擇的建廠地址較少，加之匱乏的電源裝機(jī)數(shù)量以及其他設(shè)備，所以廈門島用電方面對外部具有較大依賴性。目前廈門島所依靠的電路線路較為老舊，輸電能力與總體電力需求不成正比，隨著各方面的電力需求增大以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，未來島上電力供給并不樂觀，若想解決這一問題，需要對現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行革新。

采取柔性直流輸電是一種新型輸電技術(shù)，應(yīng)用前景十分廣闊，可以有效解決輸電和配電問題，采取這一輸電技術(shù)成為優(yōu)先考慮的解決方案，可以保證電力輸送過程有功功率，并獨(dú)立地控制無功功率，進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，穩(wěn)定輸送過程的電流與電壓，為交流系統(tǒng)提供相對穩(wěn)定的電壓支撐；適用于對可再生資源進(jìn)行并網(wǎng)等多種特殊要求以及荒島、偏遠(yuǎn)地區(qū)供電乃至大型用電城市電網(wǎng)供電多個(gè)方面，具有適用范圍廣的特點(diǎn)。

為解決廈門島內(nèi)電力資源不足的問題、保證有效的電力供給、提高輸電效率與專業(yè)水平，推廣使用上述技術(shù)具有重要意義，同時(shí)在全國范圍內(nèi)可發(fā)揮示范作用。考慮將原規(guī)劃新建彭厝(浦園)～湖邊第2回220kV交流線路)，采用柔性直流輸電工程替代，建成柔性直流島內(nèi)湖邊受端換流站和柔性直流島外彭厝送端換流站。

2 建筑與環(huán)境的協(xié)調(diào)

2.1 建筑的形象定位

建筑形象是企業(yè)文化的形象展現(xiàn)者，是企業(yè)文化良好的載體，所以建筑形象設(shè)計(jì)要表達(dá)企業(yè)文化的統(tǒng)一性、時(shí)代性、獨(dú)特性、整體性、顯著性等特點(diǎn)。在本工程建筑形象定位上，依據(jù)國家電網(wǎng)的企業(yè)理念，結(jié)合周圍的環(huán)境要素和內(nèi)在的生產(chǎn)工藝來確定建筑形象設(shè)計(jì)目標(biāo)，以統(tǒng)一的空間建構(gòu)、色彩構(gòu)成等處理手法來強(qiáng)化全站建筑風(fēng)格的整體性，并使站區(qū)眾多設(shè)計(jì)具備一致性。

科技的革新、推廣、應(yīng)用，進(jìn)一步改善了人們生活水平與質(zhì)量，在追求更高品質(zhì)生活的過程中，人們在居住方面提高了要求。建筑設(shè)計(jì)涵蓋多個(gè)方面，不僅需要展現(xiàn)建筑功能性和實(shí)用性，而且要做好建筑之間的協(xié)調(diào)工作，從配色、位置等多方面綜合考慮，提高整體統(tǒng)一性。

2.2 建筑設(shè)計(jì)是城市建設(shè)的基礎(chǔ)

建筑設(shè)計(jì)是一門重要學(xué)科，通過對建筑功能的研究，分析周邊建筑環(huán)境風(fēng)格，利用建筑造型及色彩渲染來進(jìn)行建筑物體型設(shè)計(jì)。本工程建筑造型簡潔、體量大，其外部形象設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，在于處理好大尺度、大色塊、大空間上的相互關(guān)系，融入周邊環(huán)境。強(qiáng)調(diào)全站的整體性，在統(tǒng)一中求變化，產(chǎn)生均衡、適度、和諧的韻律感和序列感。

規(guī)劃與設(shè)計(jì)是兩個(gè)相關(guān)環(huán)節(jié)，互為基礎(chǔ)。從環(huán)境因素這一層面進(jìn)行考慮與分析，環(huán)境中的人文環(huán)境和社會(huì)環(huán)境都會(huì)對城市規(guī)劃產(chǎn)生一定程度的影響，因此，設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)必須將周圍交通、學(xué)校或是商圈等多種因素考慮在內(nèi)，通過數(shù)據(jù)分析判斷周圍居住氛圍，單單使設(shè)計(jì)令業(yè)主一人滿意的要求只是規(guī)劃的淺層意義和目的，不違背所在地域文化特點(diǎn)，體現(xiàn)正向的時(shí)代特征更是規(guī)劃內(nèi)在需要考慮的問題。與此同時(shí)，建筑作品還要表現(xiàn)民族的風(fēng)俗特點(diǎn)和區(qū)域建筑物的和諧統(tǒng)一性，彰顯民俗和人文特點(diǎn)。由此可見，建筑設(shè)計(jì)理當(dāng)作為城市規(guī)劃的基礎(chǔ)，被規(guī)劃考慮在內(nèi)。

2.3 建筑設(shè)計(jì)與城市規(guī)劃的統(tǒng)一

建筑始終是城市規(guī)劃的一部分，建筑的設(shè)計(jì)常將城市文化考慮在內(nèi)、符合城市形象，好的建筑設(shè)計(jì)還會(huì)成為城市的標(biāo)志。鑒于建筑對于城市規(guī)劃的重要意義，在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)便不能只關(guān)注土地、空間等資源的利用與保護(hù)方面，有關(guān)城市的生態(tài)平衡以及各方面的協(xié)調(diào)也應(yīng)考慮在內(nèi)。城市是由建筑、居民、生態(tài)等多部分構(gòu)成的，所以建筑物也會(huì)受到其他因素的影響，比如：城市的短期或長期規(guī)劃、歷史文化以及地區(qū)自然環(huán)境等。故成功的建筑物與設(shè)計(jì)方案，必定經(jīng)得起各種因素的考驗(yàn)，會(huì)作為城市的標(biāo)志閃閃發(fā)光。

建筑設(shè)計(jì)體現(xiàn)城市內(nèi)涵，城市規(guī)劃影響城市未來發(fā)展，兩者缺一不可，對于城市而言同樣重要，建筑設(shè)計(jì)體現(xiàn)著城市規(guī)劃并受其影響，城市規(guī)劃又在方方面面影響和引導(dǎo)著建筑設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)與城市規(guī)劃的統(tǒng)一是所有建筑師的首要責(zé)任。在本工程的建筑整體設(shè)計(jì)上，由于工業(yè)建筑功能性上的特點(diǎn)，其與城市周邊的建筑會(huì)有明顯的不同。為避免換流站的建筑在城區(qū)中顯得突兀，與周邊環(huán)境不協(xié)調(diào)、不統(tǒng)一，在建筑設(shè)計(jì)上應(yīng)注意：①建筑立面的設(shè)計(jì)應(yīng)與周邊建筑物協(xié)調(diào)，在流線上不違背環(huán)境的機(jī)理；②在建筑材質(zhì)和色彩上應(yīng)和諧有韻律感，注重部分與全面之間的統(tǒng)一關(guān)系，從多種方面考慮用戶需求和需要。

3 新型墻體的研究

3.1 對墻體材料的要求

根據(jù)電氣設(shè)備要求，閥廳建筑空間要做到建筑物的屏蔽、密封、室內(nèi)空間維持5～35Pa微正壓，以保持一定程度的潔凈。通過建筑構(gòu)造上采取特殊措施，對墻體內(nèi)側(cè)敷設(shè)鋼板網(wǎng)或2m×2m的扁鋼網(wǎng)，達(dá)到屏蔽要求；對閥廳圍護(hù)墻體所有的搭接接縫、拐角特殊部位等進(jìn)行密閉處理，以滿足閥廳內(nèi)Ⅱ級氣密性能要求。

根據(jù)電氣工業(yè)建筑的要求，建筑墻體要有較好的耐久性和使用壽命，并考慮海濱城市建筑，還應(yīng)具有耐腐蝕性和抗風(fēng)壓性。對墻體材料的選擇要滿足環(huán)境友好型，且不能顯得突兀，與周邊環(huán)境不協(xié)調(diào)、不統(tǒng)一。

3.2 其他工程的墻體

閥廳采用的墻體為復(fù)合保溫壓型鋼板，填充巖棉或玻璃棉作為保溫層，在墻板內(nèi)設(shè)0.2 mm厚聚乙烯薄膜粘貼層，形成一個(gè)封閉不透氣的“內(nèi)膽”，以求達(dá)到閥廳空間的密封要求，同時(shí)通過人工通風(fēng)的措施，保證閥廳內(nèi)維持5～35Pa微正壓，保持一定的潔凈度；閥廳墻面和屋面內(nèi)襯鍍鋅鋼板網(wǎng)以求達(dá)到閥廳空間的屏蔽要求。復(fù)合保溫壓型鋼板通常有兩種做法：①金屬面巖棉夾芯板即，通常說的三明治板，內(nèi)外的彩鋼板內(nèi)嵌巖棉為一整體；②雙層壓型鋼板，內(nèi)外鋼板分別施工，通過檁條連接。

調(diào)研的舟山多端柔性直流換流站，采用的外墻圍護(hù)墻體為KP-1型淤泥燒結(jié)多孔磚和實(shí)心磚，外墻貼面磚，內(nèi)墻乳膠漆面層，內(nèi)墻墻面粉刷層滿鋪抗裂鋼絲網(wǎng)(20 mm×20 mm×1.5 mm)，兼作屏蔽層。

3.3 新型混合墻體

根據(jù)柔性直流閥廳建筑對墻體的特殊要求，本工程采用的新型混合墻體如圖1所示。混凝土砌塊墻體1為外墻體設(shè)置在室外一側(cè)，單層壓型鋼板3、4為內(nèi)墻體設(shè)置在室內(nèi)，單層壓型鋼板通過若干鋼檁條2與混凝土砌塊墻體1連接成一體，位于單層壓型鋼板與混凝土砌塊墻體1之間形成若干空隙。該空隙可以有效隔離內(nèi)、外墻體，避免內(nèi)外墻體因材料、環(huán)境的不同而導(dǎo)致不同熱脹冷縮，從而出現(xiàn)墻體變形等問題；另外，該空隙形成了一道空氣墻體，還可以為混合墻體提供了良好的隔音效果。

圖1 新型混合墻體構(gòu)造

混凝土砌塊墻體1采用200 mm厚蒸壓加氣混凝土砌塊磚墻，可外墻面增設(shè)面磚或外墻涂料，比壓型鋼板外墻更具耐久性、耐腐蝕性和抗風(fēng)壓性，且易與周邊建筑風(fēng)格協(xié)調(diào)。

單層壓型鋼板包括連接鋼板3和墻面鋼板4。連接鋼板3內(nèi)側(cè)通過若干鋼檁條2與混凝土砌塊墻體1固定連接，連接鋼板3與各鋼檁條2之間通過螺釘5固定連接。墻面鋼板4壓設(shè)在連接鋼板3外側(cè)，形成室內(nèi)墻面，避免了內(nèi)墻的濕作業(yè)粉刷，且比現(xiàn)有常規(guī)使用的屏蔽措施如鋼板網(wǎng)、扁鋼網(wǎng)等更具屏蔽功能，無死角，效果更佳，有效地保證了足夠的高潔凈度。

3.4 墻體比較

通過上述不同墻體的比較可以看出，傳統(tǒng)的墻體(復(fù)合壓型鋼板)做為閥廳圍護(hù)結(jié)構(gòu)的缺陷，其施工工藝復(fù)雜，工期長，材料運(yùn)輸不方便，需大型吊車進(jìn)場安裝，靠螺栓鉚接密閉性差，耐久性、抗風(fēng)壓性、耐腐蝕性、防火性等均比新型混合墻體差，且造價(jià)高。新型混合墻體綜合了復(fù)合壓型鋼板和常規(guī)磚墻的優(yōu)點(diǎn)，施工工藝簡單，就地取材，密閉性、耐久性、抗風(fēng)壓性、耐腐蝕性、防火性等均優(yōu)于復(fù)合壓型鋼板，且降低造價(jià)。

4 應(yīng)用效果

廈門柔性直流輸電科技示范工程(±320 kV湖邊換流站)為目前國內(nèi)電壓等級最高的柔直換流站，閥廳是換流站的中樞建筑，對每個(gè)性能指標(biāo)的要求都比較高。本工程位于廈門島內(nèi)湖里區(qū)，周邊是廈門高檔住宅小區(qū)和萬達(dá)廣場，廈門是一座美麗的海濱城市，對建筑的造型外觀要求很高，故本工程的建筑形象設(shè)計(jì)尤為重要，即要滿足其功能性需求，又要符合城市規(guī)劃，還要融入周邊環(huán)境與其協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

經(jīng)過多個(gè)具體工程的實(shí)地調(diào)研和多方比選，本工程取消了原初步設(shè)計(jì)的壓型鋼板采用了新型混合墻體做為閥廳的建筑圍護(hù)墻體，具有以下優(yōu)點(diǎn)：功能上滿足了電氣設(shè)備的使用要求，室內(nèi)空間維持5～35Pa微正壓，保證了高潔凈度和高屏蔽性；建筑形象設(shè)計(jì)通過了廈門規(guī)劃部門的審查，與周邊建筑融為一體；經(jīng)濟(jì)上比初步設(shè)計(jì)節(jié)省了約200萬元。

目前本工程已建成投產(chǎn)，且經(jīng)受住了2016年第14號臺(tái)風(fēng)“莫蘭蒂”的考驗(yàn)，其抗風(fēng)性和耐久性得到了驗(yàn)證。

本技術(shù)已取得實(shí)用新型專利(專利號ZL 2015 2 0668068.7)，經(jīng)過廈門柔性直流輸電科技示范工程(±320 kV湖邊換流站)具體工程實(shí)例驗(yàn)證，該技術(shù)可以廣泛在柔性直流閥廳等需要高潔凈度和優(yōu)質(zhì)電屏蔽功能等建筑場所中應(yīng)用。

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