城市变电站建设形式及其建筑外观概述

岳芳宁

(成都市规划设计研究院， 四川成都 610041)

城市变电站建设形式及其建筑外观概述

岳芳宁

(成都市规划设计研究院， 四川成都 610041)

城市的快速发展使得电力需求不断增长，为了有效保障可靠供电，变电站的设置需接近负荷中心，110 kV及以上的高电压等级变电站由郊区伸入城区成为必然。然而变电站一般都是单独占地，面临城市有限的用地资源，其规划点位往往出现难以落地的现象。因此大城市中心区域变电站的建设必然面临着与其他民用建筑合建及邻建，甚至结合城市绿地、广场等建设地下变电站的趋势。文章即通过分析总结国内外建设案例，对城市变电站的建设提供一定指引。

城市变电站； 建设形式； 建筑外观

截止2016年底，国家确定北京、上海、天津、广州、重庆、成都等六个国家中心城市和武汉、郑州两个准国家中心城市[1]。全国城镇化水平从21世纪初的36.22 %到2016年的57.35 %，这些都标志着城市发展进入一个快速阶段。而城市的快速发展使得电力需求不断增长，电力负荷节节攀升，尤其是大城市新区的开发建设，以CBD(中央商务区)等高用电需求区域的兴起为代表，都对电力供应提出了更高的要求。为了有效保障可靠供电，变电站设置须接近用电负荷中心，这些都使得变电站由郊区伸入城区成为必然，尤其是110 kV及以上的高电压等级变电站。然而变电站属于邻避设施，一般都是单独占地，面临城市有限的用地资源，其规划点位往往出现难以落地的现象。因此大城市中心区域变电站的建设必然面临着与其他民用建筑的合建及邻建，甚至结合城市绿地、广场等建设地下变电站。这些结合必然对变电站的布局及其不良影响(噪音、电磁辐射、防火防爆等)的消除提出新的要求。

此外，传统变电站多为工业建筑，其外观也偏向于简单规则的“盒子”形状，但是城市建筑多有自己的特色。GB/T 50293-2014《城市电力规划规范》[2]也提出“规划新建的城市供电设施应根据其所处地段的地形地貌条件和环境要求，选择与周围环境景观相协调的结构形式与建筑外形”，而且建筑风格与周边环境的融入，可以在很大程度上缓和民众对变电站建筑的抵触心理。

本文主要从变电站与民用建设的结合形式以及建筑外观出发，通过对案例的分析，总结城市变电站建设的形式及注意事项，并在建筑外观与周边环境的融入方面提出建议，以期为大城市变电站的建设提供一定指引。

1 城市变电站建设形式

目前上海、广州等一线城市主要采用的是与民用建筑合建或邻建以及在商务中心建设地下变电站的方式。

1.1 与民用建筑合建或邻建

与民用建筑合建或邻建是指变电站与其他民用建筑联合建设或者贴邻建设，使之成为一体建筑，或者联合建筑，或者相邻建筑(突破变电站与周边敏感设施传统50 m的距离要求)。但是合建或邻建涉及到变电站辐射的影响，以下对其可行性进行分析。

1.1.1 可行性分析

1.1.1.1 建筑功能可行性

随着技术的进步, 220 kV和110 kV变电设备正朝着功能集成化、外型尺寸小型化、可靠性提高的方向发展。目前城区220 kV主变压器室约需16 m×16 m×18.5 m 的空间，220 kV开关室约需13 m×13 m×16 m的空间；110 kV主变压器室约需长 11 m×11 m×13.5 m的空间，110 kV开关室约需10.5 m×10. 5 m×11 m的空间。而单一的写字楼和住宅建筑中所需空间均较小，在4～6 m之间(也有跨度8～9 m的)，层高3～6 m之间。所以从功能结构上来讲，变电站与民用建筑的结合是比较困难的。但是现代建筑正朝着体型复杂、功能多样的综合性方向发展，大多民用建筑在功能上一般上部楼层布置住宅、宾馆商务办公, 中下部楼层作为商店、文化、公用设施。这样的功能对建筑结构的要求正与前述高电压等级变电站内置于民用建筑的要求一致，这些均可在民用建筑中设置结构转换层来实现[3]。

1.1.1.2 健康风险可行性

变电站与民用建筑的合建或邻建总是会引起部分民众的反对，这也主要是因为居民对电磁辐射的不正确理解，进而将变电站视为厌恶型设施。然而地球本身就是一个大磁场，且科学研究表明，并不是所有的电磁场都会对生态环境构成影响。当场强被控制在一定的量值范围内时，它对人体、有机体及其他生物体是无害的，当场强超过一定限值后，才会逐渐出现负面影响[4]。

目前城区内高压输电线路和变电站的工作频率为50 Hz，在输电线路和变电站周围只会产生工频电场和工频磁场，即极低频电场和磁场，它们不会以电磁波的形式在空间形成有效的能量辐射[5]。理论计算和实际测量均表明，220 kV及以下架空输电线路下面和变电站主变压器1.5 m处的工频电场场强均不超过3 kV/m，小于国家规定4 kV/m的限值。而其最大工频磁场的磁感应强度均低于3 μT，也远低于国家规定的限值100 μT[6]。根据世界卫生组织(WHO)和美国国家环境卫生科学研究所等权威机构的研究结论，明确否定在现有环境的极低频电场、磁场水平下的曝露会对人体造成实际健康危害。

1.1.2 案例分析

在土地资源有限、土地成本高的一线城市，已经有相当数量的合建及邻建变电站。合建的如上海220 kV复兴变电站(规模3×240 MVA)，为大型城市全户内型变电站，地处上海市中心黄金地段，与两幢18层高层住宅结合在一起。变电站占地6 645 m2，建筑面积6 833 m2，与之相结合的住宅面积为12 213 m2。与广州电力工程监理公司合建毗邻天河城的110 kV金茂变电站以及与广州电力设计院办公大楼合建的110 kV林和变电站。

与体育活动中心合建的南京110 kV汉西变电站，位于南京国际服务外包产业园内，项目的建设为新园区提供110 kV/20 kV变电服务。变电站于2010年6月建设完成，地下一层、地上一～二层为变电站用房，三～五层为产业园体育活动中心，复合空间的设计既节省了用地，也为园区人员提供了体育活动场所(图1)。

图1 南京110kV汉西变电站

邻建的如香港油麻地400 kV变电站，该变电站与西贡街游乐场只有一道矮墙相隔，周边为商业建筑及医疗设施(图2)。

图2 香港油麻地400kV变电站

此外还有位于上海金沙江路的月星环球博览中心的110 kV变电站，其设在4层高商业裙房内，与两栋44层主体办公楼相邻。以及与电力行业内建筑邻建的220 kV天河变电站与广州供电局大楼毗邻而居，110 kV双子变电站与广州IFC和富力中心毗邻。

1.2 地下变电站

土地资源极其有限但用电负荷很高的超高层公共建筑群区、中心商务区及繁华、金融商贸街区一般建议建设结合绿地、广场等建设地下变电站。据资料统计20多年来上海建成和在建的地下变电站共有46座，至2010年底已建成投运37座[7]。

500 kV静安(世博)地下变电站为上海世博会的配套项目，是世界上最先进的全地下圆筒体500 kV变电站。总建筑面积为5.8 hm2，地处公共绿地，地上为静安雕塑公园，地下为筒形4层500 kV变电站(图3)[8]。

图3 500kV静安(世博)地下变电站

北京电力科技馆(菜市口地区220 kV输变电工程及其附属设施)为与大型公共建筑结合的范例。该馆作为国内第一个开放式220 kV运行变电站，既承担着本区域电力输送的重任，同时也是北京电力系统最重要的展示厅之一(图4)。工程地下共有5层，其中地下三～五层是220 kV变电站，地下二层以上是电力科技馆及其自身的设备用房、地下停车库等功能用房。地上一～六层为展区，七～十二层为办公区域[9]。

图4 北京电力科技馆总平面

此外，还有成都东大街110 kV变电站，与公园绿地结合。广州110 kV中旅变电站，楼顶为绿荫足球场。福州110 kV得贵变电站，半地下式变电站，地上一层、地下三层，地上建筑物占地仅305 m2，主要布置主变压器及散热器。

1.3 结合及布置形式

1.3.1 结合形式

目前变电站主要多与居住、商业、电力行业内建筑及开敞空间结合。(1)变电站与商业建筑结合形式——可采用裙房、主体建筑内、与主体建筑半结合等形式；(2)变电站与居住及其他建筑结合形式——可采用主体建筑内、与主体建筑半结合等形式；(3)变电站与开敞空间(绿地、广场等)或其他公共建筑结合形式——一般位于地下或半地下。

1.3.2 布置形式

变电站的结构形式分为户外式、户内式、地下式、移动式四种[2]，城市变电站一般建议按全户内地上、半地下、全地下三种布置形式。其中地下变电站有全地下和半地下两种，布置形式一般分为五种类型：其一利用主建筑一侧地上部分建筑面积及其地下空间；其二变电站全部置于建筑物地下；其三一部分利用建筑物地下部分，另一部分利用建筑物外的绿地；其四变电站全部放置在绿地下；其五主变压器置于地上，其他设备置于地下[10]。

1.4 消除不良影响的措施

变电站与民用建筑结合，需充分考虑高压电器运行产生的电磁场及噪声的影响，在布置方案、设备选型、细节处理上做特殊考虑，以满足城市规划和环保要求。应特别重视火灾报警和灭火系统的设计，做好与当地消防部门的协调。

地上变电站主要考虑噪音、电磁辐射、废气排放以及防火防爆。一般有效可行的措施包括：(1)布局上优化，如将主变室布置在背向居民住宅，面向市政道路、广场空地的一侧，电磁辐射较高的设备尽量布置在背向商业、人流密集地区。(2)材料、设备上把控，优先选择使用安全、环保有保障的，如采用SF6型的变压器和阻燃型电缆以及有金属屏蔽外壳的配电装置等。(3)加强智能化系统的应用，从源头减轻污染、提高预防。

地下变电站更多应注意散热、消防及防水。散热方面优先选择风量大、风压稳定的离心风机；消防方面由于地下变电站一般无人值班, 因此对自动报警、灭火设施及时启动及远方控制等要求较高；防水方面因为地下变电站深度多大于20 m，会触及地下水层(地下水位高的沿海地区需进行抗浮设计)，应做好防水设计。此外，为避免漏油、易燃,站用及接地变压器选择无油型设备，如环氧树脂浇铸式。

2 城市变电站建筑外观

随着时代的发展，城市景观发生了巨大变化，变电站在设计上除了满足变电站本身的功能和电气工艺等有关标准外，也更多的考虑外形设计与周边环境风貌的整体搭配、协调统一，一些变电站甚至因为独特的建筑之美而成为城市一“景”。作为邻避设施，变电站建筑风格与周边环境的融入，也可以在很大程度上缓和民众对变电站建筑的抵触心理。

2.1 行规分析

目前通用国家行业标准为《国家电网公司输变电工程通用设计110(66) kV智能变电站模块化建设(2015年版本)》，该标准是应用模块化技术安装变电站，其对长宽、面积以及外观材料、外墙等都有很严格的要求。整个变电站建起来是规则的“盒子”形状，且外观具有明显的工业风格色彩，对于有特色建筑风格的城市以及审美不断提高的人们来说，显得格格不入，甚至令人产生恐惧心理。因此，城市变电站其外观设计与周边环境的融入显得非常必要。

2.2 范例总结

目前国内外有很多城市变电站突破传统工业建筑设计风格，或与所处环境有很好的融合，或与当地地形及文化结合，相得益彰，有的甚至成为城市名片。

广州110 kV尖峰变电站，形似亚热带风情街，多项技术国际领先的“尖锋模式”(图5)。重庆110 kV石板坡变电站，依山而建令人惊叹，与“老山城”完美结合。该变电站结合渝中区坡地特色而设计，全站在坡度为50°的拆迁区建设，巧妙地利用自然地形，采用重庆特有的“吊脚楼”设计，建站道路采用高架道路设计，外立面装修采用假山设计，与周边坡地公园融为一体(图6)。青岛110 kV水城变电站，山东首座景观式变电站，外观更像体育馆(图7)。福建福州110 kV南门兜变电站，结合江南建筑风格设计，称为最可爱的“囧”楼(图8)。广州220 kV儒林变电站，位于广州黄埔区长洲岛内，毗邻广州大学城。设计打破变电站工业建筑的固有模式，配电装置楼外立面外观符合大学城建筑风格，让其成为了业主单位回应社会对城市变电站质疑的示范展厅。

图5 广州110kV尖峰变电站

图6 重庆110kV石板坡变电站

图7 青岛110kV水城变电站

图8 福建福州110kV南门兜变电站

3 城市变电站功能延伸

在国外，一些新型设计或改造的城市变电站除承载自身供电功能外，还结合开敞空间打造，并在室内植入科普、绘画等小型展馆功能，重新阐释了城市电力基础设施的概念，使得公共基础设施也能成为宜居社区和娱乐中心。这类变电站完全与人们的日常生活联系起来，且发挥着一定的教育功能，让人们更容易从心理上接受变电站。

美国西雅图丹尼变电站，是美国西雅图市南湖联合区(South Lake Union)的改造工程之一，占地110 000平方英尺(1.02 ha)，建成后将提供南湖联合区的全部电力资源。由美国NBBJ设计事务所主持建造，变电站打破传统风格约束，把基础设施、城市景观、步行街融合在一起，站在变电站高处可以俯瞰整个西雅图美景。围合的多阶梯走道把行人吸引到变电站，通过整合的图文、教育构件、景观和座位区域让他们对可持续节能设施有一个近距离理解。这里还有当代设计展，传统的变电站变成一个文化观光中心(图9、图10)[11]。

图9 丹尼变电站室内会展区

图10 丹尼变电站夜景

4 总结及建议

城市的快速发展与土地资源紧缺以及人们对审美要求的提高对城市变电站的修建形式及建筑外观提出了更高的要求，合建或邻建及地下变电站的建设成为一种趋势，目前这种形式多出现在一线城市，其他城市尚比较少，但是未来随着城市的发展，必将出现这种需求，现在的建设经验将是未来其他城市非常宝贵的参考。其次将变电站与周边环境相融合，在保证功能和电气工艺等外让城市变电站成为一道风景，甚至将其功能延伸，如展览、会议，不但能够赋予电力基础设施新的内涵，更能够在一定程度上减轻人们对变电站的恐惧心理，并对变电站辐射渐渐形成理性认识，不再“谈辐色变”。但是任何形式的美观都应该以安全、经济为前提[12]，同时利用先进电网技术方法，实现智能化管控，以绿色节能作为设计理念，不断优化变电站与民用建筑的布局及结构形式，达到智能、安全、高效，为“智慧城市、韧性城市”的建设提供重要支撑。

[1] 中国城市规划设计研究院.全国城镇体系规划(2006-2020年)[Z].

[2] GB/T 50293-2014 城市电力规划规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2014.

[3] 干华. 民用建筑中内置高电压等级变电站的有关问题分析[J]. 四川建筑,2003,23(S1):173-174.

[4] 国际电磁安全委员会. IEEE标准C95.6:2002 关于人体曝露到 0-3kHz 电磁场安全水平的IEEE标准[S].华东电力试验研究所科技信息所, 译.情报专递,2004.

[5] 倪光正.工程电磁学原理[M].北京:高等教育出版社,2002.

[6] 杨新村,沈江,傅正财,等. 输变电设施的电场、磁场及其环境影响[M].中国电力出版社,2007.

[7] 倪镭,唐宏德.上海城市地下变电站设计建设回顾与展望[J].华东电力,2011,39(8):1320-1323.

[8] 杨志萍,项佩中.500kV静安地下变电站运行的环境影响评价[J]. 电力与能源,2012,33(1):24-26.

[9] 杜爽.大型公共建筑与市政变电站的整合设计[J]. 建筑与结构设计,2015(12):31-35.

[10] 徐智勇,田毅,赵桂兰.地下变电站建设现状分析[J]. 山西建筑,2008,34(6):205-206.

[11] A PROGRESS REPORTON YOUR POWER FUTURE _Seattle city light strategic plan update 2017-2022. Denny Network Project.

[12] 张正华,唐银瑛.城市变电站建筑美观的认识和实践[J]. 工程建设与设计,2009(6):21-23.

TM633+.1

A

[定稿日期]2017-05-24

岳芳宁(1986～)，女，硕士研究生，工程师，从事城市规划工作。