城市立交桥下变电站的建筑设计研究

谭秋月

(陕西省电力设计院，陕西 西安 710054)

城市立交桥下变电站的建筑设计研究

谭秋月

(陕西省电力设计院，陕西 西安 710054)

土地是不可再生资源。在城镇建设用地日益紧张的状况下，变电站建设出现了选址难、征地难、拆迁难和补偿谈判难等问题，严重影响了电网建设速度。而同时，市政建设加快，各种立交桥拔地而起。本文以陕西某变电站为例，介绍了城市立交桥下变电站的建筑设计研究, 是国内第一座位于立交桥下的变电站，该项目获陕西省科技进步奖。

立交桥；变电站；设计研究 。

1 概述

土地是不可再生的资源，我国已确定“节约用地”是一项基本国策。在改革开放后，电力建设速度大大加快，特别是21世纪以来，电力负荷的迅猛增长。在城镇建设用地日益紧张的状况下，变电站建设出现了选址难、征地难、拆迁难和补偿谈判难等问题，严重影响了电网建设速度。

陕西某变电站位于城市立交桥引桥下，是国内第一座位于立交桥下的变电站。在城市建设用地日益紧张的状况下，结合城市规划在立交桥下建设变电站，可以缓解城市用地紧张的状况，极大提高城市土地利用率，减少变电站对城市区域环境的影响，是建设“资源节约型、环境友好型”变电站的具体体现，会带来显著的经济效益、社会效益和环境效益。

2 工程简介

陕西某地拟新建变电站，但无常规建设用地，为靠近负荷中心，将变电站选址于城市立交桥北侧引桥下。变电站主入口设在东侧，接小区规划道路。工程结构采用半地下式现浇钢筋混凝土框架结构，屋面梁80%为钢梁，屋面板为预制板，总建筑面积1364.9m2。变电站于2007年6月完成施工图设计，于2008年6月竣工投入使用。

3 变电站建筑设计研究

为使变电站合理布置在立交桥下，设计需研究解决站区总平面布置与城市规划的协调、站区配电建筑尺寸与立交桥桥墩柱网尺寸不统一、桥下净高不够、建筑屋面安装维护困难、设备安装检修困难、立交桥基础与变电站建筑基础碰撞、建筑防火、立交桥建设与变电站建设不同步等问题。以下分别从总平面、建筑、结构、消防等方面进行介绍。

3.1 总平面布置

站址周边状况：立交桥全长1146m，桥宽28m，共9跨，每跨20m，引桥总长180m。变电站依据电气设备对空间及城市规划的要求，布置在引桥下第6跨～第9跨之间。所占桥梁为空心板梁结构，桥面北低南高，坡度为3%。变电站设备运输和检修可以利用桥梁两侧的规划路，不需要修建专用道路。

变电站总平面布置：变电站布置在引桥下，只能依据引桥的空间和尺寸来布置变电站。变电站为全户内站，需设置110kV GIS室、变压器室、继电器及10kV配电室、电容器及消弧线圈室。由于桥面北低南高，坡度为3%，依据桥下空间及各功能房间净空的要求，并且考虑避开桥墩及基础承台，变电站布置为独立的四个部分。四个部分在桥墩处用围栏封闭、连接，使变电站更便于维护，在外观上也能连成一体。

总平面设计注重与城市规划的衔接和协调。变压器室和110kV GIS室需要的房间尺寸较大，因此距东西两侧区内道路较近，变压器室不设设备安装门，采用预留洞口，设备安装后封堵，与区内道路不互相影响。110kV GIS室的检修出入口和设备出入口向南开，不影响区内交通。继电器及10kV配电室需要设置人员的主要出入口，在入口处需要较开敞的场地，同电容器及消弧线圈室的出入口均布置在东侧，在东侧和规划路之间尽量设置较大的场地，使变电站的检修运行同道路的使用不会产生影响。

3.2 变电站建筑设计

依据工艺布置要求，变电站建筑设计为110kV GIS室、变压器室、继电器及10kV配电室、电容器及消弧线圈室(总平面布置图略)。

3.2.1 建筑平面设计

建筑平面布置须结合引桥结构合理布置。变电站建筑设计依据桥梁结构布局，合理布置设备用房，不能影响桥梁主体结构。桥梁每跨20m，设备用房在20m内布置。依据工艺专业要求，由北向南依次布置为电容器及消弧线圈室、继电器及10kV配电室、变压器室、110kV GIS室，共占用北引桥四跨。电容器及消弧线圈室受桥梁净高的限制，地面下沉1.5m。辅助生产用房和继电器及10kV配电室布置在占用引桥的第二跨，辅助生产用房布置在变电站主要出入口侧。主变压器室占用第三跨，受桥梁高度的影响，地面下沉2.5m。110kV GIS室布置在第四跨，同样受桥梁高度影响，地面下沉2.5m。

建筑人员及设备出入口的设置结合桥梁结构和周边现状布置。电容器及消弧线圈室设备及人员出入口合并设置在东侧，采用混凝土平台、坡道和钢梯。疏散口在消弧线圈室向北设置，采用钢梯。消弧线圈室布置在西侧，考虑便利设备安装，在西侧墙体上留设设备安装口，设备就位后封堵。设备检修更换可以再次打开。

变压器室东西两侧距离拟规划路1.3m，不适宜在东西两侧开门，设计在东西两侧墙体上预留设备安装运输孔洞，设备吊运安装就位后，墙体封堵。当主变压器需要运出时，预留孔洞部分墙体可以再次拆除。变压器室人员检修和疏散出入口在北侧桥梁柱间空间布置。变压器室垂直交通采用设置钢梯和钢平台。

110kV GIS室东西两侧距离拟规划路1.3m，距离南侧引桥柱净距5.5m，设备和人员出入口均布置在南侧。110kV GIS室设备出入口设置混凝土平台，人员出入采用钢梯和钢平台。

变电站四个功能用房之间在东西两侧外墙处用钢围栏连成整体，在西侧围栏处设钢网门，人员可以进出，方便变电站的管理和维护。

3.2.2 建筑剖面设计

剖面设计原则：由于变电站位于桥梁下，变电站建筑的剖面设计需要考虑诸多因素：

(1)桥梁北低南高，桥面坡度为3%。桥下净高约为4.9m～7.1m。需充分利用桥下净空满足电气设备的运行和检修的要求。

(2)变电站位于桥梁下，采取措施满足施工工艺需要的施工空间。

(3)剖面设计同环境相协调，使建筑立面有较好的景观。

经过对现状规划、桥梁设计、电气设备对空间的要求等因素的认真分析研究，变电站建筑剖面依据如下原则进行设计：

(1)变电站建筑屋面距引桥板底大于1.4m，给施工留出空间；

(2)变电站建筑屋面坡度同桥面坡度，即为3%，在外观上尽量同桥梁形成整体；

(3)变电站屋面预留施工空间后户内净空不能满足设备要求的设备用房，采取地面下沉的方式；

(4)设备运输门或洞孔的位置和高度充分考虑设备安装就位的方式。

剖面设计：电容器及消弧线圈室的屋檐高度为3.15m～3.92m，由于户内空间不满足电气设备要求，将地面下沉1.5m。继电器及10kV配电室屋檐高度为3.75m～4.22m，地面比室外高300mm。变压器室屋檐高度4.35m～4.82m，考虑电气设备净空要求，地面下沉2.5m。110kV GIS室屋檐高度4.95m～5.27m，为满足设备检修要求，地面下沉2.5m。

3.2.3 建筑构造设计

变电站位置距离渭河较近，地下水位变化幅度较大，考虑变电站的安全性，地面下沉部分的外墙和底板均采用防水混凝土结构，并采用高分子防水涂料粉刷。

变电站占用的桥梁桥面分为两部分，宽为13.5m，中间为1m漏空的分隔带。变电站位于桥梁下，有桥梁板遮挡，屋面汇集的雨水很少。考虑到屋面有组织排水，需定期上屋面维护，屋面同桥梁底板的净空有限，维护不方便，因此变电站屋面排水设计采用散排方式，屋面周边设600mm宽屋檐。

3.2.4 建筑消防设计

由于变电站位于桥梁下，建筑构造及结构构件的耐火等级应满足防火规范的要求，并应充分考虑火灾对桥梁的影响。钢结构构件均涂刷厚涂形钢结构防火涂料，使其满足2个h耐火极限。屋面采用耐火等级大于1.5h的钢筋混凝土板，防水选用改性沥青防水卷材，防水等级为二级。

3.3 结构设计

变电站建筑物均为单层钢筋混凝土框架结构，采用钢筋混凝土柱，基础采用柱下钢筋混凝土独立基础；为减少结构占用的空间，室内主次梁均采用H型钢；半地下结构采用钢筋混凝土剪力墙，基础采用条形基础。本次设计主体结构与立交桥脱开，受公路立交桥震动影响较小，故可不考虑立交桥的震动对结构的影响。

4 变电站土建施工及大型设备安装

土建施工主要的难题是钢梁、屋面板的吊装。施工方在设计预留的施工空间内，利用各类吊装工具完成变电站的土建施工。主变压器室及GIS室地面下沉2.5m，主变压器及GIS设备采用千斤顶及枕木升降安装就位。

5 建筑设计研究改进建议

通过施工及设计回访的分析和研究，立交桥下变电站的设计可以在以下几个方面进行改进。

5.1 变电站主体结构

变电站主体结构采用轻型钢架，外围护结构采用装配式建筑维护体系。采用装配式结构，在变电站建设中可以实现标准化设计、模块化组合、工厂化生产、集约化施工，降低建设和运营成本，是提高电网工程的建设和管理效率的有效途径。根据变电站建筑物轻钢结构形式、屋面防水、防火、耐久的要求，屋面板可以选择钢骨架轻型板或者加气混凝土nalc板。钢骨架轻型板由钢骨架、钢丝网、BSA轻质芯材复合而成，是集承重、隔热、保温、防水、防火等性能于一身的新型建筑构件。

5.2 变电站内设备运输方式

变电站内设备运输方式以吊运为主。变电站部分设备用房由于净空限制，地面采用了下沉方式，原设计在考虑设备运输时，在室内空间满足的前提下，设置了坡道。但在实际设备安装时，坡道坡度无法满足运输设备的要求，最终采用在平台上吊运的方式完成设备安装。110kV GIS室的坡道在施工期间取消。

5.3 变电站与立交桥建设结合

变电站与立交桥建设结合，在城市规划时建议统筹考虑。变电站的设计是在桥梁施工过程中进行的，变电站布局受桥梁结构的影响较大，变电站与桥梁施工时，互相受到了制约和影响。如果在城市规划初期，就考虑变电站与桥梁结合建设，变电站和桥梁设计就会结合的更好，使两者的施工更便利有序，节约投资。

6 主要成果

通过研究和实践，本项目较好解决了变电站平面、空间布局和桥梁结构空间的衔接和配合，建成了国内第一座立交桥下变电站。

变电站的建设与城市立交桥的建设结合起来，将提高城镇土地的综合利用率，极大地节约土地资源。将该变电站和国家电网公司、陕西省电力公司典型设计方案中规模相近的户内变电站用地面积进行了统计，比较见表1。

表1 变电站用地面积统计表

通过统计和比较，该变电站与常规国网典型方案相比节约用地37%，主要由于该变电站位于桥梁下，运输和检修可以利用桥梁两侧的拟规划路，变电站不需要修建专用道路，相对其他户内站更节省占地。城市立交桥下的场地很少被利用，部分城市会用来做机动车停车场地。变电站布置在城市立交桥下，使城市土地可以很好的综合利用，变电站无需再占用城市其他用地，极好的节约了土地资源。如果按照全国城市电网的发展速度，将变电站与城市桥梁的建设结合起来综合利用，一定会产生巨大的社会效益和经济效益。

变电站与城市桥梁结合建设，将有助于解决变电站选址和征地难。随着电力建设的快速发展，在城镇建设用地日益紧张的状况下，近几年来，变电站的建设一直受选址难、征地难、拆迁难等因素影响，在城市桥梁下建设变电站将有利于城市电力建设的发展。

桥梁下建设变电站能较好的满足城市规划对城市景观的要求。变电站内有大量的中、高压变配电装置，户外站占地面积极大，影响城镇景观。户内站建筑体量较大，在外观上较难满足城市景观的要求。将变电站与桥梁结合建设，使变电站成为桥梁较小的副体，很好地解决了这个问题。

桥梁下建设变电站能降低噪声和电磁辐射，较好的解决变电站对城市环境的影响，是建设环境友好型变电站的有效途径。城市人口密集，建筑密度大。城市变电站运行时会产生很大噪音，对城市周边环境不可避免的产生影响。在日益注重环境保护的今天，为了充分体现社会和谐发展的理念，建设资源节约和环境友好型的变电站，降低变电站的噪音已经成为亟待解决的问题。为了减少噪音对居民、文教等区域环境的影响，城市户内变电站往往需要投入很多资金采取降噪措施。城市桥梁两侧一般为城市道路和较宽的城市绿地。成片的树林绿地对降噪具有显著的效果，据试验，成片的树林可降低噪音20～35分贝。绿化降噪也是发达国家首选的降噪音的方法之一。变电站布置在桥梁下，两侧较宽的城市绿地会使变电站的噪音降低很多，极大减少对环境的影响。城市道路交通噪声等效声级超过70分贝，110kV主变压器为60dB；散热器风机为55分贝；电抗器为57分贝，不及道路车辆噪声。变电站布置在桥梁下，也可以大大降低变电站用于降低噪音的资金投入。

110kV变电站会产生电磁辐射。据相关部门进行环保测试和评价，对周围居民生活无不良影响。但由于大部分人对相关方面的知识了解不足或由于宣传不当，从而造成误解。由此会导致变电站在城市选址的难度，产生纠纷。变电站布置在立交桥下，远离居民密集区，不会使群众对变电站电磁辐射产生忧虑，有利于变电站顺利的建设。

7 结语

本文以陕西某变电站工程为例，深入探讨在立交桥下建设变电站所产生的问题和解决的方法，极大地节约土地资源，满足城市规划对城市景观的要求，解决了变电站噪音、电磁辐射等问题对城市区域环境的影响。该项目建成了国内第一座位于立交桥下的变电站，获陕西省科技进步奖。

随着社会发展，变电站在城市内的建设地点提供了更多更成熟的选择，而且为立交桥下变电站的建设提供更多的技术经验，是实现资源节约型、环境友好型变电站较好的方法，将为城市变电站的建设带来更显著的综合效益，为电力建设事业快速发展做出贡献。

[1] DL5056-2007，变电站总布置设计技术规程[S].

[2] DLGJ-168-2004，城市户内变电所建筑设计规定[S].

[3] 刘振亚.国家电网公司输变电工程典型设计[M].北京：中国电力出版社， 2006.

Design and Study on the Substation Under Interchange

TAN Qiu-yue
(Shanxi Electric Power Design Institute, Xi'an 710054, China)

Land is not renewable resource. With the place on the town construction decreasing, the problems on location chosen, location purchasing, dismantling and moving and referring compensate appears to inf uence the net construction speed. At the same time, municipal services construction quickens, various interchange rises straight from the ground. This text gives some an example of substation in Shaanxi to introduce the design and study on the substation under interchange in the city. It is the f rst substation under bridge in our country.

interchange; substation; design; study.

TM63

B

1671-9913(2011)05-0071-05

2011-08-08

谭秋月(1970- )，女，湖南东安人，一级注册建筑师，从事电力工程土建设计工作。