城市變電站建設(shè)形式及其建筑外觀概述

岳芳寧

(成都市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院， 四川成都 610041)

城市變電站建設(shè)形式及其建筑外觀概述

岳芳寧

(成都市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院， 四川成都 610041)

城市的快速發(fā)展使得電力需求不斷增長(zhǎng)，為了有效保障可靠供電，變電站的設(shè)置需接近負(fù)荷中心，110 kV及以上的高電壓等級(jí)變電站由郊區(qū)伸入城區(qū)成為必然。然而變電站一般都是單獨(dú)占地，面臨城市有限的用地資源，其規(guī)劃點(diǎn)位往往出現(xiàn)難以落地的現(xiàn)象。因此大城市中心區(qū)域變電站的建設(shè)必然面臨著與其他民用建筑合建及鄰建，甚至結(jié)合城市綠地、廣場(chǎng)等建設(shè)地下變電站的趨勢(shì)。文章即通過(guò)分析總結(jié)國(guó)內(nèi)外建設(shè)案例，對(duì)城市變電站的建設(shè)提供一定指引。

城市變電站； 建設(shè)形式； 建筑外觀

截止2016年底，國(guó)家確定北京、上海、天津、廣州、重慶、成都等六個(gè)國(guó)家中心城市和武漢、鄭州兩個(gè)準(zhǔn)國(guó)家中心城市[1]。全國(guó)城鎮(zhèn)化水平從21世紀(jì)初的36.22 %到2016年的57.35 %，這些都標(biāo)志著城市發(fā)展進(jìn)入一個(gè)快速階段。而城市的快速發(fā)展使得電力需求不斷增長(zhǎng)，電力負(fù)荷節(jié)節(jié)攀升，尤其是大城市新區(qū)的開(kāi)發(fā)建設(shè)，以CBD(中央商務(wù)區(qū))等高用電需求區(qū)域的興起為代表，都對(duì)電力供應(yīng)提出了更高的要求。為了有效保障可靠供電，變電站設(shè)置須接近用電負(fù)荷中心，這些都使得變電站由郊區(qū)伸入城區(qū)成為必然，尤其是110 kV及以上的高電壓等級(jí)變電站。然而變電站屬于鄰避設(shè)施，一般都是單獨(dú)占地，面臨城市有限的用地資源，其規(guī)劃點(diǎn)位往往出現(xiàn)難以落地的現(xiàn)象。因此大城市中心區(qū)域變電站的建設(shè)必然面臨著與其他民用建筑的合建及鄰建，甚至結(jié)合城市綠地、廣場(chǎng)等建設(shè)地下變電站。這些結(jié)合必然對(duì)變電站的布局及其不良影響(噪音、電磁輻射、防火防爆等)的消除提出新的要求。

此外，傳統(tǒng)變電站多為工業(yè)建筑，其外觀也偏向于簡(jiǎn)單規(guī)則的“盒子”形狀，但是城市建筑多有自己的特色。GB/T 50293-2014《城市電力規(guī)劃規(guī)范》[2]也提出“規(guī)劃新建的城市供電設(shè)施應(yīng)根據(jù)其所處地段的地形地貌條件和環(huán)境要求，選擇與周?chē)h(huán)境景觀相協(xié)調(diào)的結(jié)構(gòu)形式與建筑外形”，而且建筑風(fēng)格與周邊環(huán)境的融入，可以在很大程度上緩和民眾對(duì)變電站建筑的抵觸心理。

本文主要從變電站與民用建設(shè)的結(jié)合形式以及建筑外觀出發(fā)，通過(guò)對(duì)案例的分析，總結(jié)城市變電站建設(shè)的形式及注意事項(xiàng)，并在建筑外觀與周邊環(huán)境的融入方面提出建議，以期為大城市變電站的建設(shè)提供一定指引。

1 城市變電站建設(shè)形式

目前上海、廣州等一線城市主要采用的是與民用建筑合建或鄰建以及在商務(wù)中心建設(shè)地下變電站的方式。

1.1 與民用建筑合建或鄰建

與民用建筑合建或鄰建是指變電站與其他民用建筑聯(lián)合建設(shè)或者貼鄰建設(shè)，使之成為一體建筑，或者聯(lián)合建筑，或者相鄰建筑(突破變電站與周邊敏感設(shè)施傳統(tǒng)50 m的距離要求)。但是合建或鄰建涉及到變電站輻射的影響，以下對(duì)其可行性進(jìn)行分析。

1.1.1 可行性分析

1.1.1.1 建筑功能可行性

隨著技術(shù)的進(jìn)步, 220 kV和110 kV變電設(shè)備正朝著功能集成化、外型尺寸小型化、可靠性提高的方向發(fā)展。目前城區(qū)220 kV主變壓器室約需16 m×16 m×18.5 m 的空間，220 kV開(kāi)關(guān)室約需13 m×13 m×16 m的空間；110 kV主變壓器室約需長(zhǎng) 11 m×11 m×13.5 m的空間，110 kV開(kāi)關(guān)室約需10.5 m×10. 5 m×11 m的空間。而單一的寫(xiě)字樓和住宅建筑中所需空間均較小，在4～6 m之間(也有跨度8～9 m的)，層高3～6 m之間。所以從功能結(jié)構(gòu)上來(lái)講，變電站與民用建筑的結(jié)合是比較困難的。但是現(xiàn)代建筑正朝著體型復(fù)雜、功能多樣的綜合性方向發(fā)展，大多民用建筑在功能上一般上部樓層布置住宅、賓館商務(wù)辦公, 中下部樓層作為商店、文化、公用設(shè)施。這樣的功能對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的要求正與前述高電壓等級(jí)變電站內(nèi)置于民用建筑的要求一致，這些均可在民用建筑中設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層來(lái)實(shí)現(xiàn)[3]。

1.1.1.2 健康風(fēng)險(xiǎn)可行性

變電站與民用建筑的合建或鄰建總是會(huì)引起部分民眾的反對(duì)，這也主要是因?yàn)榫用駥?duì)電磁輻射的不正確理解，進(jìn)而將變電站視為厭惡型設(shè)施。然而地球本身就是一個(gè)大磁場(chǎng)，且科學(xué)研究表明，并不是所有的電磁場(chǎng)都會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境構(gòu)成影響。當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)被控制在一定的量值范圍內(nèi)時(shí)，它對(duì)人體、有機(jī)體及其他生物體是無(wú)害的，當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)超過(guò)一定限值后，才會(huì)逐漸出現(xiàn)負(fù)面影響[4]。

目前城區(qū)內(nèi)高壓輸電線路和變電站的工作頻率為50 Hz，在輸電線路和變電站周?chē)粫?huì)產(chǎn)生工頻電場(chǎng)和工頻磁場(chǎng)，即極低頻電場(chǎng)和磁場(chǎng)，它們不會(huì)以電磁波的形式在空間形成有效的能量輻射[5]。理論計(jì)算和實(shí)際測(cè)量均表明，220 kV及以下架空輸電線路下面和變電站主變壓器1.5 m處的工頻電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)均不超過(guò)3 kV/m，小于國(guó)家規(guī)定4 kV/m的限值。而其最大工頻磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度均低于3 μT，也遠(yuǎn)低于國(guó)家規(guī)定的限值100 μT[6]。根據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)和美國(guó)國(guó)家環(huán)境衛(wèi)生科學(xué)研究所等權(quán)威機(jī)構(gòu)的研究結(jié)論，明確否定在現(xiàn)有環(huán)境的極低頻電場(chǎng)、磁場(chǎng)水平下的曝露會(huì)對(duì)人體造成實(shí)際健康危害。

1.1.2 案例分析

在土地資源有限、土地成本高的一線城市，已經(jīng)有相當(dāng)數(shù)量的合建及鄰建變電站。合建的如上海220 kV復(fù)興變電站(規(guī)模3×240 MVA)，為大型城市全戶(hù)內(nèi)型變電站，地處上海市中心黃金地段，與兩幢18層高層住宅結(jié)合在一起。變電站占地6 645 m2，建筑面積6 833 m2，與之相結(jié)合的住宅面積為12 213 m2。與廣州電力工程監(jiān)理公司合建毗鄰天河城的110 kV金茂變電站以及與廣州電力設(shè)計(jì)院辦公大樓合建的110 kV林和變電站。

與體育活動(dòng)中心合建的南京110 kV漢西變電站，位于南京國(guó)際服務(wù)外包產(chǎn)業(yè)園內(nèi)，項(xiàng)目的建設(shè)為新園區(qū)提供110 kV/20 kV變電服務(wù)。變電站于2010年6月建設(shè)完成，地下一層、地上一～二層為變電站用房，三～五層為產(chǎn)業(yè)園體育活動(dòng)中心，復(fù)合空間的設(shè)計(jì)既節(jié)省了用地，也為園區(qū)人員提供了體育活動(dòng)場(chǎng)所(圖1)。

圖1 南京110kV漢西變電站

鄰建的如香港油麻地400 kV變電站，該變電站與西貢街游樂(lè)場(chǎng)只有一道矮墻相隔，周邊為商業(yè)建筑及醫(yī)療設(shè)施(圖2)。

圖2 香港油麻地400kV變電站

此外還有位于上海金沙江路的月星環(huán)球博覽中心的110 kV變電站，其設(shè)在4層高商業(yè)裙房?jī)?nèi)，與兩棟44層主體辦公樓相鄰。以及與電力行業(yè)內(nèi)建筑鄰建的220 kV天河變電站與廣州供電局大樓毗鄰而居，110 kV雙子變電站與廣州IFC和富力中心毗鄰。

1.2 地下變電站

土地資源極其有限但用電負(fù)荷很高的超高層公共建筑群區(qū)、中心商務(wù)區(qū)及繁華、金融商貿(mào)街區(qū)一般建議建設(shè)結(jié)合綠地、廣場(chǎng)等建設(shè)地下變電站。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)20多年來(lái)上海建成和在建的地下變電站共有46座，至2010年底已建成投運(yùn)37座[7]。

500 kV靜安(世博)地下變電站為上海世博會(huì)的配套項(xiàng)目，是世界上最先進(jìn)的全地下圓筒體500 kV變電站?？偨ㄖ娣e為5.8 hm2，地處公共綠地，地上為靜安雕塑公園，地下為筒形4層500 kV變電站(圖3)[8]。

圖3 500kV靜安(世博)地下變電站

北京電力科技館(菜市口地區(qū)220 kV輸變電工程及其附屬設(shè)施)為與大型公共建筑結(jié)合的范例。該館作為國(guó)內(nèi)第一個(gè)開(kāi)放式220 kV運(yùn)行變電站，既承擔(dān)著本區(qū)域電力輸送的重任，同時(shí)也是北京電力系統(tǒng)最重要的展示廳之一(圖4)。工程地下共有5層，其中地下三～五層是220 kV變電站，地下二層以上是電力科技館及其自身的設(shè)備用房、地下停車(chē)庫(kù)等功能用房。地上一～六層為展區(qū)，七～十二層為辦公區(qū)域[9]。

圖4 北京電力科技館總平面

此外，還有成都東大街110 kV變電站，與公園綠地結(jié)合。廣州110 kV中旅變電站，樓頂為綠蔭足球場(chǎng)。福州110 kV得貴變電站，半地下式變電站，地上一層、地下三層，地上建筑物占地僅305 m2，主要布置主變壓器及散熱器。

1.3 結(jié)合及布置形式

1.3.1 結(jié)合形式

目前變電站主要多與居住、商業(yè)、電力行業(yè)內(nèi)建筑及開(kāi)敞空間結(jié)合。(1)變電站與商業(yè)建筑結(jié)合形式——可采用裙房、主體建筑內(nèi)、與主體建筑半結(jié)合等形式；(2)變電站與居住及其他建筑結(jié)合形式——可采用主體建筑內(nèi)、與主體建筑半結(jié)合等形式；(3)變電站與開(kāi)敞空間(綠地、廣場(chǎng)等)或其他公共建筑結(jié)合形式——一般位于地下或半地下。

1.3.2 布置形式

變電站的結(jié)構(gòu)形式分為戶(hù)外式、戶(hù)內(nèi)式、地下式、移動(dòng)式四種[2]，城市變電站一般建議按全戶(hù)內(nèi)地上、半地下、全地下三種布置形式。其中地下變電站有全地下和半地下兩種，布置形式一般分為五種類(lèi)型：其一利用主建筑一側(cè)地上部分建筑面積及其地下空間；其二變電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綠地；其四變電站全部放置在綠地下；其五主變壓器置于地上，其他設(shè)備置于地下[10]。

1.4 消除不良影響的措施

變電站與民用建筑結(jié)合，需充分考慮高壓電器運(yùn)行產(chǎn)生的電磁場(chǎng)及噪聲的影響，在布置方案、設(shè)備選型、細(xì)節(jié)處理上做特殊考慮，以滿(mǎn)足城市規(guī)劃和環(huán)保要求。應(yīng)特別重視火災(zāi)報(bào)警和滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，做好與當(dāng)?shù)叵啦块T(mén)的協(xié)調(diào)。

地上變電站主要考慮噪音、電磁輻射、廢氣排放以及防火防爆。一般有效可行的措施包括：(1)布局上優(yōu)化，如將主變室布置在背向居民住宅，面向市政道路、廣場(chǎng)空地的一側(cè)，電磁輻射較高的設(shè)備盡量布置在背向商業(yè)、人流密集地區(qū)。(2)材料、設(shè)備上把控，優(yōu)先選擇使用安全、環(huán)保有保障的，如采用SF6型的變壓器和阻燃型電纜以及有金屬屏蔽外殼的配電裝置等。(3)加強(qiáng)智能化系統(tǒng)的應(yīng)用，從源頭減輕污染、提高預(yù)防。

地下變電站更多應(yīng)注意散熱、消防及防水。散熱方面優(yōu)先選擇風(fēng)量大、風(fēng)壓穩(wěn)定的離心風(fēng)機(jī)；消防方面由于地下變電站一般無(wú)人值班, 因此對(duì)自動(dòng)報(bào)警、滅火設(shè)施及時(shí)啟動(dòng)及遠(yuǎn)方控制等要求較高；防水方面因?yàn)榈叵伦冸娬旧疃榷啻笥?0 m，會(huì)觸及地下水層(地下水位高的沿海地區(qū)需進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì))，應(yīng)做好防水設(shè)計(jì)。此外，為避免漏油、易燃,站用及接地變壓器選擇無(wú)油型設(shè)備，如環(huán)氧樹(shù)脂澆鑄式。

2 城市變電站建筑外觀

隨著時(shí)代的發(fā)展，城市景觀發(fā)生了巨大變化，變電站在設(shè)計(jì)上除了滿(mǎn)足變電站本身的功能和電氣工藝等有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)外，也更多的考慮外形設(shè)計(jì)與周邊環(huán)境風(fēng)貌的整體搭配、協(xié)調(diào)統(tǒng)一，一些變電站甚至因?yàn)楠?dú)特的建筑之美而成為城市一“景”。作為鄰避設(shè)施，變電站建筑風(fēng)格與周邊環(huán)境的融入，也可以在很大程度上緩和民眾對(duì)變電站建筑的抵觸心理。

2.1 行規(guī)分析

目前通用國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為《國(guó)家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設(shè)計(jì)110(66) kV智能變電站模塊化建設(shè)(2015年版本)》，該標(biāo)準(zhǔn)是應(yīng)用模塊化技術(shù)安裝變電站，其對(duì)長(zhǎng)寬、面積以及外觀材料、外墻等都有很?chē)?yán)格的要求。整個(gè)變電站建起來(lái)是規(guī)則的“盒子”形狀，且外觀具有明顯的工業(yè)風(fēng)格色彩，對(duì)于有特色建筑風(fēng)格的城市以及審美不斷提高的人們來(lái)說(shuō)，顯得格格不入，甚至令人產(chǎn)生恐懼心理。因此，城市變電站其外觀設(shè)計(jì)與周邊環(huán)境的融入顯得非常必要。

2.2 范例總結(jié)

目前國(guó)內(nèi)外有很多城市變電站突破傳統(tǒng)工業(yè)建筑設(shè)計(jì)風(fēng)格，或與所處環(huán)境有很好的融合，或與當(dāng)?shù)氐匦渭拔幕Y(jié)合，相得益彰，有的甚至成為城市名片。

廣州110 kV尖峰變電站，形似亞熱帶風(fēng)情街，多項(xiàng)技術(shù)國(guó)際領(lǐng)先的“尖鋒模式”(圖5)。重慶110 kV石板坡變電站，依山而建令人驚嘆，與“老山城”完美結(jié)合。該變電站結(jié)合渝中區(qū)坡地特色而設(shè)計(jì)，全站在坡度為50°的拆遷區(qū)建設(shè)，巧妙地利用自然地形，采用重慶特有的“吊腳樓”設(shè)計(jì)，建站道路采用高架道路設(shè)計(jì)，外立面裝修采用假山設(shè)計(jì)，與周邊坡地公園融為一體(圖6)。青島110 kV水城變電站，山東首座景觀式變電站，外觀更像體育館(圖7)。福建福州110 kV南門(mén)兜變電站，結(jié)合江南建筑風(fēng)格設(shè)計(jì)，稱(chēng)為最可愛(ài)的“囧”樓(圖8)。廣州220 kV儒林變電站，位于廣州黃埔區(qū)長(zhǎng)洲島內(nèi)，毗鄰廣州大學(xué)城。設(shè)計(jì)打破變電站工業(yè)建筑的固有模式，配電裝置樓外立面外觀符合大學(xué)城建筑風(fēng)格，讓其成為了業(yè)主單位回應(yīng)社會(huì)對(duì)城市變電站質(zhì)疑的示范展廳。

圖5 廣州110kV尖峰變電站

圖6 重慶110kV石板坡變電站

圖7 青島110kV水城變電站

圖8 福建福州110kV南門(mén)兜變電站

3 城市變電站功能延伸

在國(guó)外，一些新型設(shè)計(jì)或改造的城市變電站除承載自身供電功能外，還結(jié)合開(kāi)敞空間打造，并在室內(nèi)植入科普、繪畫(huà)等小型展館功能，重新闡釋了城市電力基礎(chǔ)設(shè)施的概念，使得公共基礎(chǔ)設(shè)施也能成為宜居社區(qū)和娛樂(lè)中心。這類(lèi)變電站完全與人們的日常生活聯(lián)系起來(lái)，且發(fā)揮著一定的教育功能，讓人們更容易從心理上接受變電站。

美國(guó)西雅圖丹尼變電站，是美國(guó)西雅圖市南湖聯(lián)合區(qū)(South Lake Union)的改造工程之一，占地110 000平方英尺(1.02 ha)，建成后將提供南湖聯(lián)合區(qū)的全部電力資源。由美國(guó)NBBJ設(shè)計(jì)事務(wù)所主持建造，變電站打破傳統(tǒng)風(fēng)格約束，把基礎(chǔ)設(shè)施、城市景觀、步行街融合在一起，站在變電站高處可以俯瞰整個(gè)西雅圖美景。圍合的多階梯走道把行人吸引到變電站，通過(guò)整合的圖文、教育構(gòu)件、景觀和座位區(qū)域讓他們對(duì)可持續(xù)節(jié)能設(shè)施有一個(gè)近距離理解。這里還有當(dāng)代設(shè)計(jì)展，傳統(tǒng)的變電站變成一個(gè)文化觀光中心(圖9、圖10)[11]。

圖9 丹尼變電站室內(nèi)會(huì)展區(qū)

圖10 丹尼變電站夜景

4 總結(jié)及建議

城市的快速發(fā)展與土地資源緊缺以及人們對(duì)審美要求的提高對(duì)城市變電站的修建形式及建筑外觀提出了更高的要求，合建或鄰建及地下變電站的建設(shè)成為一種趨勢(shì)，目前這種形式多出現(xiàn)在一線城市，其他城市尚比較少，但是未來(lái)隨著城市的發(fā)展，必將出現(xiàn)這種需求，現(xiàn)在的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)將是未來(lái)其他城市非常寶貴的參考。其次將變電站與周邊環(huán)境相融合，在保證功能和電氣工藝等外讓城市變電站成為一道風(fēng)景，甚至將其功能延伸，如展覽、會(huì)議，不但能夠賦予電力基礎(chǔ)設(shè)施新的內(nèi)涵，更能夠在一定程度上減輕人們對(duì)變電站的恐懼心理，并對(duì)變電站輻射漸漸形成理性認(rèn)識(shí)，不再“談?shì)椛儭?。但是任何形式的美觀都應(yīng)該以安全、經(jīng)濟(jì)為前提[12]，同時(shí)利用先進(jìn)電網(wǎng)技術(shù)方法，實(shí)現(xiàn)智能化管控，以綠色節(jié)能作為設(shè)計(jì)理念，不斷優(yōu)化變電站與民用建筑的布局及結(jié)構(gòu)形式，達(dá)到智能、安全、高效，為“智慧城市、韌性城市”的建設(shè)提供重要支撐。

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[定稿日期]2017-05-24

岳芳寧(1986～)，女，碩士研究生，工程師，從事城市規(guī)劃工作。