时间：2013-11-29 分类：电力
摘要：近年来，随着国民经济快速发展，电网的建设也取得跨越式的发展。设计作为工程建设的龙头，更需倡导安全、经济、先进、实用的设计理念，加强各阶段设计优化。
关键词：变电站 土建 设计 建筑结构 优化
1 可行性研究阶段
可行性研究阶段重点从总体规划、站址选择、总图布置、地基处理等方面考虑，最终确定变电站站址位置和总平面布置。
1.1 总体规划
总平面设计应结合站址自然地形地貌、周围环境、地域文化、建筑环境，因地制宜地进行规划和布置。市区变电站可采用户内GIS设备，市郊、开发区变电站可采用户外GIS设备，偏远地区采用户外AIS设备。
变电站出线方向、回路数和主变规模是规划布置的决定性因素，各电压等级出线合理布置，建构物之间间距合理、交通顺畅，能有效减少占地面积。市区变电站110kV出线可沿道路架空或电缆敷设，10kV出线沿道路电缆敷设，尽可能比邻道路;偏远地区变电站可考虑有35kV出线，110kV、35kV出线采用架空，出线走廊占地较多，变电站与集镇应留一定距离并靠近主要道路，合理规划出线，出线段宜规划同塔双回路或多回路，以减少线路走廊用地。因此，要求设计人员必须科学规划，做到与电网规划和城镇总体规划相协调。
1.2 站址选择
站址选择应结合规划部门和国土部门的要求，同时应靠近负荷中心，选择地形平坦、道路连接短、拆迁量少、能直接利用水源、市政设施的区域，对高差较过大的地形、断层、滑坡、塌陷区、溶洞地带、山区风口和有危岩或易发生滚石的场所应尽量避开。尽量减少边角地的征用，尽量不拆迁房屋或搬迁线路或坟墓。必要时采用总平面局部切角、平移、旋转等减少赔偿费用，降低总体造价。站址选择经多方案比较，确保站区占地面积和落点合理。
1.3 总图布置
变电站主要技术经济指标先进合理，符合\"\"两型一化\"和\"全寿命周期成本\"的设计理念。总图布置应充分考虑远近结合，在满足工艺流程，规范，规程前提下压缩建构筑物间距，做到布局紧凑合理，用地规整，站区围墙内用地和站址总用地面积最小，建筑物在满足使用功能条件下，尽量合并为一栋综合楼，减少占地面积，相应附属的挡土墙、围墙、场地平整费用也降低。
1.4 地基处理
可研阶段应了解地下情况，是否位于高回填区或滑坡地段、区域性断裂带、矿区采空区、地下有无防空洞、文物古迹、重要矿产、主要管道等，可以减少不必要地基处理和搬迁费用。
如某1lOkV户内站在可研阶段发现规划预留站址地下回填土厚度达15m，全部为开挖乱石回填，土层密实度较差，不能作为主要建筑物持力层，处理费用高达120万，设计确定重新选址，从源头上节约投资。
可研阶段主要从上述四个方面进行比选，并描述出站址概况，优缺点及推荐理由，建成后对社会环境，自然环境，公用设施的影响，提出倾向性意见，以达到确定合理的站址位置，达到节约造价目的。
2 初步设计阶段
初步阶段设计，主要对确定的站址位置从总平面及竖向布置、土石方量、建筑、结构、地基、道路、给排水等不同设计方案比较后提供经济合理的方案，确定站址最终建设形式，一般设计采用二个及以上方案进行技术经济比较。
2.1 总平面布置
主要从进出线、道路接口、给排水接口、安全距离、消防、运输方面进行优化。根据规范、规程对已确定规模的各建构筑物合理布置，尽量合并共用设施，减少道路占地面积，尽量向空中发展，使平面布置更加紧凑，节约用地。户内变电站将配电室、电容器室、主控制室合为一体，减少占地，35kV、110kV进出线构架可改为两个出线间隔共用一跨，每个间隔宽度可缩小0.5～1米。
2.2 竖向布置
无论平坡式还是阶梯式布置，必须尽量利用原有地形，使场地平整挖填方较小，减少不必要的开挖量。根据站址位置地形高差大小，确定采用阶梯式或平坡式布置，降低平整场地和基础费用，设计中土方平整应考虑建构筑物基坑开挖土开挖量。
对于地形较平坦的站址(自然地形坡度在5%以下)，采用平坡式设计，坡度尽量与原地形一致，考虑场地排水，坡度不小于0.5%。当自然地形坡度在5%～8%时且地形坡向与总图分区一致时，应进行阶梯式布置和平坡式布置论证，采用阶梯式布置两平面高差应满足站内道路坡度要求。
2.3 土石方量
在满足防涝和道路坡度前提下，变电站土方采用自平衡形式。采用技术经济比较论证采用挡墙或放坡形式。根据土质边坡的允许值，确定边坡的开挖坡度，在满足边坡稳定性的条件下，尽量使坡度大些(即更陡)，这样既减少边坡土方开挖量，减少占地，也减轻对当地的生态自然和植被的破坏。
挖填方量变化微小的条件下，挡土墙高度越小越好，高度低于6m挡土墙比较经济节约，高度超过8m，一般采用钢筋混凝土悬臂式或衡重式挡土墙。远景预留的独立区域，应考虑远景设备基础开挖土方量，适当降低场地标高。
2.4 建筑设计
变电站内建筑物在满足生产要求前提下，合理布置房间，优化功能房间，减少不必要的附属面积，采用工业建筑标准统一模数建设。同时做好建筑的节能，节水，节地，节材工作。电容器室、配电室、主控制室等房间尽量采综合建一栋楼房比较合理，降低单位建筑面积造价，宜采用框架结构，形成大空间，便于电气设备布置，节约占地面积和造价。根据\"两型一化\"的要求建筑使用率应达到78%。控制建筑物体积，尽量不设屋外水消防。#p#分页标题#e#
2.5 结构设计
根据国网公司对变电站提出的\"两型一化\"的建设要求，结合建筑工业发展趋势，可以从结构入手，建立新型的结构体系，包括钢结构体系，预制装配结构体系，在保证结构有足够的强度，稳定性和耐久性的原则下，优先选用结构传力明确，构件简单的结构体系。要让大部分的建筑构件实行标准化，通用化，工厂化作业，在结构设计引入全寿命周期成本概念，对设计方案进行论证和比选。
充分论证建筑和结构关系，如二层采用GIS组合电器，楼面恒载和活载均很大，楼板厚度和配筋均需加大，如果能设在一层，可节省工程造价，不过又增加用地面积，因此对建筑结构方案须进一步研究论证。大荷载设备用房布置在二楼及以上，尽量减小开间尺寸，一般按4～6米，可以减小梁、柱尺寸，降低层高。变电站前期设计须进行多专业可行性研究，进行经济对比，拿出最佳方案。
2.6 地基处理
建构筑物基础选型时，必须结合地质情况，因地制宜，充分利用天然地基，一般基础在建筑物总造价中占比例约为15～20%，因此有必要对基础优化。一般情况下首先考虑利用天然地基做浅基础。对于填方在6m以内的建，构物基础考虑到桩基础施工工期长，费用高，对环境影响大可优先采用地基处理方案，以技术经济比选方式选择分层压实回填或强夯方案。对深度大于6m宜采用桩基础。
初步设计方案一般主要从上述六个方面考虑，比较后推出最优方案这样基本能达到优化设计目的。
3 施工图设计阶段
施工图设计阶段是精细化设计阶段，对初步设计审查确定的方案，按现行的规范及规程或国家标准，设备的订货尺寸，先局部后整体调整，调整原则不得超过初步设计确定原则。以设计概算控制施工图设计，严格执行限额设计和动态控制。
3.1 总平面及竖向布置
总平面布置一般按初步确定原则，无须大的调整，局部可以作小的调整，主要针对竖向布置调整，使确定的标高最优，达到场平工程量最小，挡土墙和护坡量最小。
3.2 挡土墙及边坡
根据施工设计场地平整计算高程和地质资料，确定合理的挡土墙断面和边坡断面。根据地质情况可考虑护坡与挡土墙结合的形式。一般重力式挡土墙的设计须考虑以下五个问题：(1)抗滑移稳定性; (2)抗倾覆稳定性;(3)墙身的强度;(4)地基的应力;(5)地基的整体稳定性。关于墙身的强度，一般毋需验算，如有必要，仅验算最危险截面。如地基为抗剪强度较低的软土或基底下有软弱夹层时，除验算基底和下卧层的应力外，还需作地基稳定性验算。如因切割坡脚而砌筑挡墙，应加强工程地质勘察工作，特别注意山坡下是否存在容易发生滑坡的地质构造。
3.3 建筑设计
建筑设计尽量与周围环境协调，充分体现工业化特点，选用节能环保可循环的建筑材料，采用有效节能措施(外窗选用节能性能好的塑钢窗，玻璃选用双层中空玻璃)，降低建筑全年的总能耗。满足使用功能要求同时减少不必要附属建筑面积，根据设备的运行要求减小跨度压缩层高。门窗担负着采光、通风的功能，作为工业建筑的变电站，既不能认为有空调、除湿机、排风扇，外墙无需设置窗户，也不能片面考虑美观，加大门窗面积。在变电站设计中，外墙每开间开1.50*1.50的窗户，就能满足建筑的采光、通风要求。
3.4 结构设计
变电站内建筑物、构筑物的安全等级，均应采用二级。在结构设计中保证强柱弱梁，强剪弱弯，强节点强锚固的抗震设计概念，采用与当地地震设防烈度相一致的抗震设计体系，主控楼结构优先采用有两道防线的结构体系，对于大跨度的框架结构，框架柱的线刚度须大于框架梁的线刚度的1.1倍。注意框架柱的截面和配筋应满足强柱弱梁的设计概念。积极应用高强度钢筋和砼，减小结构尺寸。
室外配电装置计算满足规范原则时尽量采用成型预制钢筋混凝土环形杆。构架及其基础宜根据实际受力条件，包括远景可能发生的不利情况，分别按终端或中间架构来设计。
3.4 地基与基础
基础设计是施工设计优化的重点，熟读地质资料，尽量利用天然地基，基础满足设备安装运行要求同时，尽量浅埋。对于必须要用桩基础的地方，要根据地质资料选择合适的桩形。建筑物桩基的布置，一般按竖向承载力布置桩基，设计要重视桩基的水平承载力验算，由于预应力混凝土管桩抗压承载力远大于水平承载力，对于底部剪力较大的结构(如构架)，按竖向承载力控制的桩基，其桩基水平承载力不经验算是不安全的。对单桩水平承载力与单桩抗压承载力不匹配的问题应引起足够重视。
4 设计现场服务阶段
施工阶段以将\"纸上产品\"变成为实际的，可使用的建设工程，设计的质量能否真正实现及实现程度如何，取决于施工质量好坏，因此在施工阶段设计方应该做好以下几点。
4.1 做好施工图技术交底工作
施工图技术交底，使参与工程建设的各方了解工程设计的主导思想、采用的设计规范、对主要建筑材料和设备的要求、所采用的新技术、新工艺、新材料、新设备的要求以及施工中应特别注意的事项，掌握工程关键部分的技术要求，保证工程质量。同时，也为了减少图纸中的差错、遗漏、矛盾，将图纸中的质量隐患与问题消灭在施工之前，使设计施工图纸更符合施工现场的具体要求，避免返工浪费。#p#分页标题#e#
4.2 做好隐蔽工程验收工作
设计方应参加的基坑验槽等工作，应到场验收确保施工开挖达到设计要求的地基土层或地质条件好的部位，对个别设计地基与实际不符时，应根据现场实际情况改变技术方案，满足承载要求。
4.3 严格设计变更管理制度
设计变更是工程施工过程中保证设计和施工质量，完善工程设计、纠正设计错误以满足现场条件变化而进行的设计修改工作，它对造价控制具有深远意义，做为设计方对设计变更也要进行方案论证，尽量控制设计变更数量和费用。
5 结束语
本文从可研、初设、施设、设计现场服务四个方面概述变电站土建合理化设计的重点及方法。概述不同阶段优化内容及重点，通过不同阶段循序渐进优化，达到最终降低工程造价的目的。
