探討現代火力發電廠建筑設計

黎皓欣

現代化火力發電廠建筑設計思路發生了一定轉變，愈發注重建筑節能環保效果，并強調電廠建筑間的整體協調性。基于此，本文采用案例研究法，選取廣東公司石角電廠建筑設計工程為實例展開針對性分析，在明確工程建筑設計概況基礎上，探究其建筑設計要點，結合實例建筑設計效果探究現代火力發電廠建筑設計關鍵點，以供類似建筑設計項目提供一定參考。相較于普通民用建筑，電廠工業建筑設計更加關注使用功能，并要求電廠建筑能夠為工藝運行提供良好支撐。因此，在現代火力發電廠建筑設計期間，應以工藝流程，設施設備布置、地塊規模、企業文化、地域條件為依據，因地制宜地展開建筑設計工作，同時引入當代先進設計理念及技術，如海綿城市理念、光伏發電技術等，盡可能提高建筑綠色節能效果，降低能源消耗量。

一、工程概況

為增強火電廠建筑設計分析的現實意義，本次選取廣東公司石角電廠建筑設計工程為實例展開討論。石角電廠建筑位于廣東省清遠市清城區石角鎮，建筑內部設有2×100MW級燃氣-蒸汽聯合循環供熱機組，經建設單位前期自籌，建筑設計與建造資金現已落實。在該石角電廠工程中，應用“14+1”模式安排工期，為確保廣東公司石角電廠建筑可在2022年9月底能夠順利開工建設，需要提前做好電廠建筑設計工作。

二、基于實例的現代火力發電廠建筑設計要點

1.明確設計原則

廣東公司石角電廠建筑設計過程中注重企業文化的傳承，力圖將電廠企業文化融入建筑設計中，以此彰顯電廠特色，同時在正式建筑設計之前開展了詳細的場地調查工作，尊重場地特性，把握當地人文特色，從中提取建筑設計要素，以此保障電廠建設設計效果。廣東公司石角電廠建筑設計過程中，對國內外先進電廠設計思路進行匯總，總結經驗，了解當代先進設計方法，結合石角電廠實際情況展開創新設計，力圖設計出兼顧造價低、質量高的電廠建筑設計方案。在新時代背景下，火力發電廠致力于綠色節能發展，在電廠建筑設計時應以基建生產一體化為基本要求，盡可能地降低建筑運行能耗，從節水節能等方面入手，以期搭建一個技術領先、低碳環保世界一流的數字化電廠。建筑設計時前瞻性思考電廠未來發展趨勢，做好建筑結構整體性設計，采用模塊化、精細化思路展開建筑設計，以此提高火力發電廠建筑設計效果。

對近幾年建筑火力發電產業進行總結，發現電廠工業企業的形象建設現已進入了高速發展的時期，且電廠建筑形象日新月異，在先進設計技術與設計理念作用下，火力發電廠建筑形象呈現出現代化、科技化、去工業化等特征去，且光伏發電、海綿城市等先進理念同樣逐步融入了電廠建筑設計工作中，極大地改變了電廠建筑外觀形象。在此形勢下，電力企業愈發重視電廠建筑形象工作，并加強了對電廠建筑設計的重視。對于整個城市而言，火力發電廠建筑屬于重要形象結構體，且屬于電力企業內部文化的具象化體現，能夠在一定程度上關乎城市形象的建設，因此，火力發電廠建筑設計期間，應以企業文化、人文關懷、社會經濟、生態理念為著力點，盡可能設計打造出具有企業特色與城市特色的電廠建筑。

2.完善設計構思

案例石角電廠建筑提取了“智能匯引”“細工匠意”“簡約典雅”為設計關鍵詞，并以“匠心獨運創華章，智匯未來耀清遠”為概念展開電廠建筑設計，引入當代先進建筑設計理念，摒棄復雜繁復的外觀表皮，運用簡約化結構線條完善建筑體系，同時結合電廠工藝條件及設施設備要素，對電廠建筑內部空間精確推敲，采取靈活化手法打造具有科技藝術感的現代火力發電廠工業建筑。

第一，主廠房區域建筑設計。石角電廠主廠房區域建筑設計時采用了模塊化設計思路，以“化零為整，體塊交錯”為核心展開大體塊構圖設計，將差異化建筑材質按照特定節奏及規則進行拼接，以此形成了簡潔又富有韻律的建筑立面。石角電廠主廠區建筑正立面與側立面如圖1、圖2所示。

圖1 石角電廠主廠房建筑正立面

圖2 石角電廠主廠房建筑側立面

第二，廠前區建筑設計。石角電廠前區綜合樓建筑形態錯動，藝術感十足，同時設置了多層次、立體化空間延伸結構，并在石角電廠綜合樓建筑內設計了景觀中庭與連廊結構，其中連廊與周邊建筑對接，以此實現了電廠建筑結構的互動。在廠前區綜合樓建筑中，引入了光伏技術，采用光伏材料打造建筑屋面，并融入海綿城市理念，在綜合樓建筑屋頂位置設計了綠色花園，建筑中庭位置同樣設置綠色植物。此外在綜合樓南立面設置了光伏一體化幕墻系統，深化綠色節能環保設計理念，盡可能地將電廠綜合樓打造為零碳建筑。

3.優化功能分區

傳統火電廠建筑結構中，功能分區混亂屬于常見問題，對電廠日常運行產生了一定影響，而在案例石角電廠建設設計工作中，則重點攻克該問題，對電廠建筑功能分區精細化設計。石角電廠廠前區綜合樓建筑面積為4166.02m2，計容面積為3367.87m2，其功能分區設計尤為科學，整體來看，綜合樓建筑共設計為6層，其中在綜合樓建筑6層設計屋頂花園，為電廠工作人員提供休閑空間；宿舍位于綜合樓5層及6層，共有25間宿舍；綜合樓3層與4層為辦公區域，其中3層設計有250m2的多功能廳及95m2的檔案室；二層西側設有餐廳，以供員工用餐；此外，在綜合樓首層架空層設計有17個室內停車位，外部設有4個充電樁車位。案例石角電廠綜合樓首層為架空層，主要為室內停車位，結構設計簡單，不再贅述，為更為詳細地了解電廠建筑功能分區設計情況，以下分析建筑二層至六層的功能分區。建筑二層功能分區：綜合樓整個二層由餐廳、衛生間、茶水間、開放式展廳構成，其中餐廳位于西側，此外，建筑設有連廊結構，使綜合樓與電廠鍋爐補給水處理車間銜接（結構如圖3可見），以此有效地縮短了工作人員日常休息就餐區域與作業區域的距離，有助于實現時間高效利用。與綜合樓相對應的電廠鍋爐補給水處理車間建筑內，其二層主要由廢水池、加藥及化學清洗間、藥品庫存室、變配電間、水泵間、除鹽間構成。建筑三層功能分區：綜合樓三層主要由設備間、多功能廳、辦公室、衛生間、茶水間構成，通過連廊結構，可直接通向電廠鍋爐補給水處理維護車間建筑的三層，廠鍋爐補給水處理維護車間建筑三層內設計有會議室、茶水間、衛生間、天平室、高溫爐室、氣瓶間、色譜儀室、藥物倉庫、精密儀器室、仿真培訓室、辦公室、油分析室、水分析室、環保實驗室、運行實驗室、電子設備室、控制室。建筑四、五層功能分區：因電廠鍋爐補給水處理維護車間建筑最高為三層，故綜合樓建筑四至六層均無連廊結構，而在綜合樓建筑四層內，主要有多間辦公室，另設衛生間、茶水間、管理室及檔案室。相較于其他樓層功能分區，綜合樓五層均由宿舍構成，相對簡單。建筑六層功能分區：六層為綜合樓建筑體頂層，除七間宿舍外，還設計了屋頂花園，在美化環境的同時，強化雨水資源采集過濾與凈化，符合現代化海綿城市建筑設計理念。

圖3 石角電廠綜合樓與電廠鍋爐補給水處理車間的銜接式結構

4.突出設計特點

案例石角電廠建筑設計跳出了傳統工業廠房思路局限，引入了現代化新型設計理念，對石角電廠建筑設計特點進行總結，具體如下：第一，去工業化設計。按照民用建筑設計思路設計石角電廠工業廠房，力圖打造工業藝術品。例如：（1）廠前區綜合樓建筑內部設計了貫通狀中庭結構，中庭內設計綠化植物景觀，改變了傳統工業建筑面貌；（2）廠前區綜合樓、鍋爐補給水車間采用相同的設計語匯，建筑外立面通過橫豎線條有機排布使電廠建筑更加靈動；（3）運用穿孔鋁板、鋁板等材料包裹電廠煙囪、余熱鍋爐、主廠房等大體量建筑體，以此優化了電廠建筑外觀，整個電廠建筑不再具有濃厚的工業化特征，在保留電廠建筑力量感的基礎上，使電廠建筑具備了公共建筑特征，提升了電廠建筑的親和力。第二，引入先進技術。（1）在廠前區綜合樓、鍋爐補給水車間建筑南立面設置了光伏一體化幕墻，相較于傳統電廠廠前區建筑，光伏一體化幕墻提供建筑外圍護結構的同時利用可再生能源發電，使建筑更具科技美感，既符合建筑采光方面的需求也滿足低碳環保的要求。（2）充分利用建筑物屋面設置光伏，光伏發電供電期間無需消耗傳統能源，極大地提高了電廠建筑的環保效益。第三，花園式電廠。建筑設計時融入了石角電廠企業文化元素，致力于設計出集“智能匯引”“細工匠意”“簡約典雅”為一體的電廠建筑群，因此，在建筑設計過程中配置了層次豐富、季節變化鮮明的綠化景觀小品，弱化了電廠建筑的工業氛圍，使電廠建筑良好融入了城市景觀中。

5.落實細節設計

通過傳統火電廠建筑結構問題分析了解到，能耗嚴重是傳統火電廠建筑功能的主要因素，而在案例廣東公司石角電廠建筑設計中，其地處南方區域，故在建筑設計過程中，通過細節設計強化了電廠建筑的節能設計。

（1）墻體設計。案例石角電廠建筑設計期間尤為關注能耗問題，結合廣東氣候條件強化了建筑墻體隔熱性能，用于減少熱傳遞，提高建筑隔熱效果。通常情況下，現代建筑設計普遍應用低熱傳遞效果的墻體材料，而在案例石角電廠建筑設計過程中，采用了“去工業化”設計思路，按照民用建筑思路設計電廠建筑，使電廠建設能夠良好地融入城市環境中，其引入了新型隔熱板材料，構筑了完整的墻體隔熱結構，用于控制熱傳遞，繼而大幅提高建筑節能效果。

（2）門窗設計。門窗是造成建筑體熱量損失的主要結果，與墻體相較，門窗熱量散失率約為4倍墻體熱量散失率，能耗占比較大，且給電廠建筑隔熱性能提出了一定挑戰，因此，在案例石角電廠建筑設計中強化墻體隔熱設計，加強了對建筑門窗結構設計的重視，在設計建筑門窗結構時，將門窗氣密性、保溫性作為關鍵設計指標，并依據廣東省清遠市當地氣候條件及地域特點科學化設計門窗類型。

（3）屋頂設計。相較于民用建筑，火力發電廠工業建筑的屋頂面積較大，在火電廠建筑設計期間，應把握工業建筑屋頂設計特點，嚴格關注屋頂透光、漏水等問題。在案例石角電廠建筑設計工程中，引入了光伏發電技術及海綿城市理念，應用光伏一體化材料打造主廠房建筑屋面。屋面系統同時考慮隔熱、防水、光伏等功能，以此提高電廠建筑節能化程度。

6.重視建筑運營

運營不規范是造成火電建筑能耗超標的主要因素，而通過科學化建筑功能分區、細節設計等設計內容，已在一定程度上緩解了一部分建筑能耗問題，且在電廠建筑內引入了智能化控制系統，以傳感器為數據采集終端，了解電廠建筑內部運行情況，若發現水流控制不當等問題，在該智能化控制系統下及時遏制了能源浪費等問題。此外，電廠建筑內部植物景觀適應性差，不僅未呈現出良好的綠色效果，且提高了電廠水資源消耗量。為解決因建筑景觀造成了資源浪費問題，在石角電廠建筑設計過程中結合實際情況設計了行之有效的景觀系統。案例石角電廠景觀設計期間，尤為關注景觀格局與空間結構的塑造，突出“空間勝于實體”的建筑綠化景觀設計理念，并結合廣東清遠市氣候條件科學選擇綠化植物類型，同時做好綠植花卉的搭配工作，使電廠內部景觀可隨氣候變化而呈現出不同效果。電廠綠化景觀應與工業建構筑物相協調，力圖為火力發電廠內部人員提供綠色化、生態化空間場所。結合石角電廠來看，在主廠區及廠前區建筑周邊設計了軸向景觀線，運用道路銜接不同廠區，并在兩側搭配設計了富有層次的觀賞植物、景觀小品，用于彰顯石角電廠企業文化。建筑綠植花卉根據廣東清遠市實際條件進行選擇，廠區植物配置以鄉土樹種為主，并層次化搭配喬木、灌木、花卉、地被植物，分層配置不同花色花期的綠植花卉，同時根據綠植花卉景觀特征控制栽植密度，盡可能使石角電廠內呈現出“四季常綠，三季有花”的建筑景觀效果。在石角電廠中，為避免建筑綠植設計不適宜而造成額外資源消耗，石角電廠建筑景觀設計時廣泛采用了鳳凰木、大葉紫薇、紅檵木、茶花、秋楓、海桐、黃花雞蛋花等綠植花卉，效果顯著。

三、結語

綜上所述，傳統火力發電廠建筑結構形式已無法滿足當代節能環保需求，并對電廠工藝運行產生了一定局限，需在現代火力發電廠運行過程中有針對性地進行規避。在案例石角電廠建筑設計過程中，依據電廠實際情況，以“智能匯引”“細工匠意”“簡約典雅”為關鍵詞，“匠心獨運創華章，智匯未來耀清遠”為概念設計電廠建筑，對電廠主廠房區域建筑、廠前區建筑進行針對性設計，同時創新式提出了廠前區綜合樓與電廠鍋爐補給水處理車間的銜接式結構，改善了人員流動線路，借助連廊避免了時間浪費，此外，運用光伏一體化構建建筑屋頂，并設計了屋頂花園，綠色環保效益顯著。