变电站与非居建筑联合建设研究

潘洪垚，张 崴

(1.上海电力设计院有限公司，上海 200025；2.国网上海市电力公司，上海 200122)

变电站与非居建筑联合建设研究

潘洪垚1，张 崴2

(1.上海电力设计院有限公司，上海 200025；2.国网上海市电力公司，上海 200122)

研究变电站与其他建筑有机地组成“复合体”建筑的整合技术，从电气设备选型、建筑、结构、消防、暖通等几个方面入手，提出变电站结合非居建筑建设存在的问题，并提出了解决的方案和措施，从而节约土地资源，以达到更好的经济效益和社会效益。

地上变电站；非居建筑；联合建设

城市中人口和建筑的高度集中必然要求更高的用电需求，但在中心城区建设变电站选址非常困难，因此变电站结合其他建筑建设是一条有效的途径。变电站与非居建筑结合建设是指变电站与其他用途的建筑联合建设成为一个整体。在结构上是一个整体，实现一体化设计、一体化施工。“非居建筑”指除住宅以外的公共建筑。因变电站有噪声及电磁辐射等影响，故排除学校、老年护理院、医院等敏感目标。

1 变电站与非居建筑联合建设的几种方式

按照变电站与非居建筑在水平及垂直空间上的相对位置关系，联建方式可分为并置联建、上下联建、包围联建3种(见图1)。

图1 联建方式示意图

2 设计前期的关键问题

目前我国现行规范中并没有针对变电站和其他建筑联合建设的规定，在联合建设中有些地方甚至要突破现行规范。设计前期应充分了解负责审批、核准的相关政府职能部门对方案提出的各类要求。其中规划部门关注的重点内容有：建筑容量控制、建筑间距及退让、建筑高度、绿化、交通组织、电缆进出线、建筑立面。消防部门关注的重点内容有：变电站与结合建筑之间的物理分隔、变电站与结合建筑各自防火系统的确定、防火间距、防火分区、安全疏散、消防车道。环保、防疫、卫生部门关注的重点内容有：污废水排放、废气排放、垃圾处理、噪声和电磁场强。

由于大部分的变电站联合建设的建筑会涉及两个业主的情况，以及变电站与结合建筑在用地面积、建筑面积和建设费用的分摊原则等问题，应尽可能在设计开始前就予以明确，以避免许多日后可能产生的矛盾。具体分界面为：变电站结构部分、建筑外装修、部分建筑内装修、室外总体、给排水、室外水消防系统由代建开发商按最终规模建成；设备确定后所需要的二次施工、通风设备、室内水消防系统由电力公司承担。

3 电气设计要点

非居建筑结合变电站的主接线应简单、可靠。其中110 kV变电站接线采用灵活可靠的环进环出支接变压器组形式，全电缆进出。

设备选型重点考虑噪声和消防两个方面。220 kV的主变选择目前仍以油浸式变压器为首选，在特殊情况下可以选择SF6气体绝缘式，而110 kV的主变选择可以考虑以SF6气体绝缘式为主。变压器的冷却介质首选为水，对消防安全更有利。如果选择绝缘油作为冷却介质，则应选择高闪点的绝缘油。采用无油化的开关设备，可以从源头上控制消防事故的发生。35 kV及以下配电装置采用空气绝缘金属铠装设备，在平面布置紧张的情况下土建采用气体绝缘类开关设备。一次电缆普遍采用具有难燃性外护套的交联电缆，并采用防火槽、防火涂料等措施防火；而二次电缆一般采用阻燃型，在结合建设的变电站中，无烟低卤的阻燃电缆应该得到推广使用。

电气布置方面，主变压器采用分体式布置，110 kV侧配电装置采用间隔宽度较小的气体绝缘组合电气设备，10 kV配电装置宜采用气体绝缘开关柜设备，或空气绝缘金属铠装开关柜设备，无功设备及中性点接地设备宜采用小型化设备。

4 建筑设计要点

4.1 总平面

变电站在整个综合体中的位置是非居联建项目首先要确定的原则。对于并置联建和包围联建的项目来说，主要是选择变电站在整个地块中的位置。对于上下联建而言，则是选择变电站的出入口位置、主要设备房间位置等。还需要同时满足设备运输、独立运维通道、变电站进出线、设备通风、消防扑救等要求。

总平面设计应设法让结合建筑的人流、车流与变电站出入口分开，以减少相互干扰。基地条件允许的话，宜设置二个出入口，变电站与结合建筑两部分应该有各自的专用出入口，且出入口的位置应尽可能远离市政道路的交叉口。

联建基地内环境景观的要求，相对单纯的变电站建设要高很多，不仅要满足绿地率要求，还需针对结合建筑的不同使用功能，做出相适应的景观设计，以获得良好的基地内部环境。变电站被联建项目内部或外部的高层建筑包围的情况下，可以考虑引入屋顶绿化，虽然不计入绿地率指标，但能极大改善整个项目的景观质量，也弱化了变电站对整个项目的影响。

4.2 交通流线的组织

对于联建变电站的功能分区及流线考虑，应尽量做到完全分开，各不干扰。交通流线是否能够完全分开，首要因素取决于项目的基地面积大小。并置联建、包围联建的结合方式中，变电站和结合建筑通常采用防火墙进行水平分隔、采用楼板进行垂直分隔，两者之间可以做到没有空间交叉。

上下联建的结合方式中，一般变电站布置在下方，上方结合建设非居建筑。由于联合建筑的人员出入口均需要在首层布置，因此在首层，两个功能空间往往有交叉，应尽可能地将变电站与非居建筑的首层空间整合在一起，使得交叉部分的空间各自都可以较完整并且便于利用。

联建建筑为电业自用房的变电站工程，往往受限于基地尺寸或形状，绝大多数此类变电站均只能做到二至三部楼梯，需要共用交通系统，投入使用后需要相应的管理。

交通流线完全分开见图2示例。共用垂直交通系统见图3示例。共用水平及垂直交通见图4示例。

图2 交通流线完全分开

图3 共用垂直交通系统

图4 共用水平及垂直交通

4.3 立面设计

立面设计的第一步是分析城市风貌，也是提取建筑特征元素的过程，在此过程中形成对建筑风格的总体设想。当联合体建筑体量较小，比如变电站与电业自用房联建的项目，此时与周边环境的协调成为建筑立面设计的主要目标。当联建对象是电业外部的开发商、学校、市政办公用房等，立面设计由联建的民用建筑部分主导。而此联合体建筑占地和体量通常较大，往往在社区中居显要地位，甚至成为地标建筑，其立面设计较少考虑与周边建筑的协调，而是着眼于自身建筑风格的树立。此时变电站部分的立面设计目标是融于整体项目中，在联合体中不显突兀。如图5两例所示，建筑风格、材质均由所属的联建综合体主导，与综合体之外的周边环境的关系则处于次要位置。

图5 立面设计协调

5 结构设计要点

变电站在建筑上开间较大，主变室、GIS室等主设备房间还要占用两层空间，同时在整个空间的位置上也不对称，平面及竖向都属于均不规则的结构。当变电站与其他建筑联合建设时，结构的不规则性问题就更为突出。

并置联建中，因两部分在使用功能上的巨大差异，结构上宜将两部分完全分开。变电站部分因总高度有限，可选择框架结构体系，而其他部分则根据自身特点，选择相应的结构体系，两部分之间用抗震缝或沉降缝分割。

上下联建中，因变电站部分结构跨度大，荷载重，一般布置在其他建筑下部，此时两部分结构紧密相连，必须作为一个整体考虑，可采用的结构体系主要有框架和剪力墙两种结构体系，且尽量使整个结构的竖向传力构件上下贯通。当上部建筑因使用功能的限制，轴网体系无法与下部变电站部分对齐时，应考虑设置竖向构件水平转换体系。其设置原则为：当上下轴网在两个正交方向中的一个方向上能对齐时，优先采用梁式水平转换构件；当上下轴网在两个正交方向中的任何一个方向上都不能对齐时，选择厚板转换构件。由于水平转换构件的存在，从抗震性能上来看已经是特别不规则的建筑了，下部变电站结构不宜采用纯框架体系，而应该采用框架与剪力墙同作用的框剪结构体系。

6 暖通设计要点

自然通风散热为首选方案，贴临外墙布置变电站内发热较多的设备房间。当项目占地较大时，可行的解决方案是在联建综合体中心设一个内院或中庭，中庭的屋顶可考虑采用球型网架的玻璃顶，用以改善各个房间的通风采光。增设中庭见图6示例。

图6 增设中庭示例

如果这两种方案均不可行，可考虑通过走廊敷设风管，采用走廊自然进风进房间、设备房间机械排风出户外的方式。当布置条件更加苛刻时，只能采用机械进排风的方式，将一些不需要采光的电容器室、站变室等布置在中间部位的暗房间内，但这样的方案对站用电容量需求很高，能源浪费较严重。

7 消防设计要点

(1)火灾模拟分析。非居结合建设的35 kV以上等级变电站已突破了现行的建筑防火规范。为此，国网上海市电力公司在2010年委托上海防灾救灾研究所就变电站火灾场景及消防设施的应用进行了计算机模拟。该模拟结果表明，在控制主变压器室密闭的前提下，加以高压细水雾的消防设施，并保证水源的充足，主变压器室的火势是可控的。

(2)消防设施设计。非居结合变电站因本身火灾危险性较结合的建筑要高，故为防止变电站事故影响整体建筑的安全，变电站的消防设施除室外消防系统可与整体建筑合用外，其他消防设施必须独立设置、不得合用。设置原则是在常规地上变电站设置室内、外消火栓系统和移动灭火器的基础上，对110 kV及以上等级的油浸式主变压器设置固定灭火系统。主变固定灭火系统通常选择应用最成熟的水喷雾灭火系统。

此外，根据当地消防局的要求，与商场、办公楼等合建的地上变电站可能需额外设置全站自动灭火系统。从优化泵房面积、方便运行管理、节约施工成本等方面考虑，宜选择全站预作用水喷淋系统。

考虑到变电站的特殊性，联合建设的变电站防排烟系统及火灾报警系统均应与联合建筑分开设置。

8 环保设计要点

8.1 噪声控制

变电站内的噪声源，主要是变压器、电抗器等电气设备运行时产生的电磁噪声，以及辅助设施，如空调室外机、排风风机等设备的运行噪声。变压器、电抗器产生的噪声是由硅钢片的磁致伸缩引起的铁心振动，是一种低频噪声，不易随着距离而衰减，且人耳对其相对敏感，耐受度较低。空调室外机及风机产生的噪声为中、高频噪声，治理措施及治理效果相对简单有效。

降噪设计主要从降低噪声源和控制噪声传播途径方面着手。

电气设备的降噪措施有：在主变、电抗器房间内设置消声百叶风口；在主变、电抗器内墙面敷设针对低频噪声吸声性能优良的吸声材料；将主变、电抗器封闭在相对密闭的房间内，利用围护结构进行隔声降噪等。

通风系统的降噪措施有：将排风风机封闭在专用的排风机房内，利用围护结构隔声降噪；通过对通风风机设置弹簧减振垫、排风管道上设置管道消声器，以及出风口设置消声百叶等降低风机出口噪声；同时也可以考虑在排风机房内墙面敷设吸声结构进一步降噪。

8.2 电磁波控制

变电站的电磁场强是由站内的各种电气设备在运行过程中产生的干扰综合而成的。目前执行的电磁场强标准为这些标准中的最安全值。本着“可合理达到尽量低”的原则，进一步减少其电磁辐射污染水平，提出下列防护措施：

(1)选用低场强电气设备；

(2)选用带有金属罩壳的电气设备；

(3)对裸露的电气设备采用有效的屏蔽措施；

(4)减少变电站电气设备的放电；

(5)保持适当距离，以达到电磁场衰减的目的。

9 建议

(1)结合建筑建设变电站是城市建设发展的需要，有十分显著的节地效益，城市中心区的变电站必须与城市建设的总体规划相适应。

(2)国家、行业或地方现行的标准规范、规程、规定虽没有对变电站结合其他建筑建设有明确的制约条文，但是仍需关注现行技术法规的约束。

(3)重视变电站消防安全。在以往主变压器的事故中确实发生过爆炸、燃烧，而且难以用一般消防手段扑灭。非居建筑结合变电站的消防安全仍应是最重要课题之一。设计中尽可能将易出火警的主变压器布置在对整幢建筑和周围环境影响最小的一面，以及消防扑灭最方便的方向；同时要保证疏散的可靠便捷；消防设施系统要根据不同情况选用实用可靠的系统和设备。

(4)环保是城市变电站存在和发展的先决条件。环保问题是近几年来在变电站建设中最受关注的问题。电气设备放在室内后，建筑物自身对设备有一定的屏蔽作用，已经减少了这些设备的噪声、电磁场强等对周围的影响。根据目前已掌握的大量资料，高压输变电设施对居民和无线电通信等无不良影响，而对噪声影响的测试方法和评价标准已经比较健全，采取一定技术措施后能达到噪声控制的要求。

(5)联合建设是多种矛盾的协调统一。变电站结合建筑建设项目，实质上是将二种或二种以上截然不同使用性质的建筑结合在一幢建筑物内。首先要满足变电站本身设备安装、运行的特殊要求，这也是变电站正常、安全、可靠运行的保证。应该在这个前提下兼顾其他，并设法融合在一个建筑物整体之中，以下几点可供考虑：①联合建筑中不同使用性质的部分布置在不同平面位置和标高，使在平面和楼层上有严格区分，互不干扰，同时水平、垂直通道避免交叉；②联合建筑立面设计应力求避免变电站固有工业建筑特点的显露或成为建筑主体特色的弊端；③不同使用性质用房之间要有严格的防火分隔和各自有可靠的安全疏散保证；④在保证变电站正常安全运行的前提下，压缩变电站占地面积、适度地增加其他用途的面积，以提高联合建设的经济效益；⑤在联建的其他部分用途尚不确定前，应考虑建筑设计有通用性和多种用途的选择性、后续装修的可能性。

(本文编辑：杨林青)

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-)，高级工程师，国家一级注册建筑师，从事建筑设计工作。

TU71

A

2095-1256(2017)01-0054-05

2016-11-10