杜 輝，劉曉楠

(中國電建集團(tuán)河北省電力勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司， 河北 石家莊 050000)

0 引言

變電站作為工業(yè)建筑，建筑體形多為簡單矩形體，外部裝飾多為粉刷涂料、漆料或貼磚，建筑風(fēng)格標(biāo)準(zhǔn)化。這種建筑形式如果建設(shè)在繁華的都市中心，則會顯得格外突兀、不協(xié)調(diào)。如何提升城市中心變電站的建筑設(shè)計(jì)，如何在滿足安全運(yùn)行的前提下，提升變電站建筑設(shè)計(jì)水平是我們今后面臨的課題。

本文結(jié)合正定朱河110 kV變電站建筑表皮技術(shù)的最新應(yīng)用成果，對建筑物的表皮功能進(jìn)行優(yōu)化，在保證變電站的工藝流程順暢，運(yùn)行、檢修安全可靠基礎(chǔ)上，使建筑與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)建筑表皮的文化表達(dá)、保溫隔熱、通風(fēng)、遮陽、隔聲、電磁屏蔽等功能的擴(kuò)展。

1 工程概況

正定朱河110 kV能源綜合體位于石家莊市正定新區(qū)，太行大街以西，天寧路(規(guī)劃路)以南，旅投福美十號院住宅項(xiàng)目的東北角，站區(qū)對面為石家莊特教學(xué)校。

朱河110 kV變電站采用全戶內(nèi)布置，在國網(wǎng)公司典型設(shè)計(jì)[1]的基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化。全站由兩棟單層建筑物組成，主樓為綜合配電樓，輔樓為綜合能源中心。

站內(nèi)設(shè)置光伏、風(fēng)電、儲能、地源熱泵設(shè)施。除輸配電功能外，還提供售電、電動車充電和供熱服務(wù)。

2 建筑表皮概念的引入

建筑表皮是指人們通過視覺、觸覺直接感受到的建筑內(nèi)、外表面材料所形成的形態(tài)、色彩、光影、質(zhì)感傳達(dá)的建筑文化和藝術(shù)效果以及它們可以針對環(huán)境變化進(jìn)行適度調(diào)節(jié)的構(gòu)造體系。它們有的與建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)成一個(gè)整體，有的則脫離圍護(hù)結(jié)構(gòu)自成體系。建筑表皮需要防止外界不利環(huán)境對室內(nèi)造成過多影響，對建筑內(nèi)部空間進(jìn)行保護(hù)和調(diào)節(jié)，并與建筑空間及結(jié)構(gòu)體系一起構(gòu)成建筑的整體(圖1)。

圖1 變電站鳥瞰圖

朱河變電站的建筑表皮不是虛無的、純裝飾的空間，而是由實(shí)體的建筑內(nèi)、外表面材料所形成的具有特定功能屬性的表皮系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)上可以通過表皮材料的選擇和構(gòu)造設(shè)計(jì)，表現(xiàn)它的形態(tài)、色彩、肌理、光影(圖2)，定義它的功能性施工方法以及具體的造價(jià)等。

圖2 變電站透視圖

3 建筑表皮的功能設(shè)計(jì)

3.1 建筑與周邊環(huán)境融合

為了使變電站更好地融入城市環(huán)境， 本工程變電站采用了無圍墻設(shè)計(jì)(圖3)，站內(nèi)道路、站外廣場與城市互聯(lián)(圖4、圖5)，構(gòu)建城市交通空間的微循環(huán)。其次，建筑形式上傳承古城文化，利用傳統(tǒng)坡屋頂、白墻灰瓦、園林綠化等組合手法，體現(xiàn)地域特色，營造和諧的城市共享空間并為市民提供休閑活動場所。

圖3 雨中實(shí)景

圖4 站區(qū)入口實(shí)景

圖5 綠植圍墻

3.2 建筑表皮的美學(xué)功能

朱河變電站所處的正定縣位于河北省西南部，華北平原中部的冀中平原，古稱常山、真定，歷史上曾與北京、保定并稱“北方三雄鎮(zhèn)”，是國家歷史文化名城。

為了使朱河變電站建筑特色與當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)建筑一脈相承，體現(xiàn)對傳統(tǒng)建筑的發(fā)展和變化，在朱河變電站設(shè)計(jì)中，不僅很好地保持了傳統(tǒng)建筑的精髓，又有效地融合了現(xiàn)代建筑元素與現(xiàn)代設(shè)計(jì)因素，拓展了傳統(tǒng)建筑的功能使用，給予工業(yè)建筑重新定位。

3.2.1 坡屋頂

朱河變電站建筑屋頂在傳統(tǒng)的坡屋頂造型設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

首先，在較高的一面屋頂上，采用光伏瓦(圖6)代替了傳統(tǒng)陶土瓦，從而賦予了建筑新的生命。和傳統(tǒng)陶土瓦相比，光伏瓦使用壽命可達(dá)到陶土瓦的3倍。光伏瓦一次投入后，在房屋的生命周期內(nèi)，年均發(fā)電量為55 339 kWh，按每度電價(jià)0.595 2元/kWh計(jì)算，每年產(chǎn)生效益約為3.3萬元。屋頂光伏系統(tǒng)光伏瓦的使用顛覆了建筑對外部能源的依賴，降低了變電站的整體能耗水平。

圖6 屋頂光伏瓦

其次，片散上方的屋頂采用木紋格柵(圖7)的設(shè)計(jì)，既滿足了散熱功能的需求，又豐富了屋頂造型，使建筑產(chǎn)生雄渾、挺、高崇飛動和飄逸的獨(dú)特韻律。

圖7 屋頂木紋格柵

3.2.2 “圓”

“圓”是中國文化的一個(gè)重要精神元素，“圓”，有圓滿之意?！皥A”也用在了朱河變電站建筑上，圓形的花格和通風(fēng)口一體化設(shè)計(jì)(圖8)，既起到了對通風(fēng)口的裝飾作用，又降低了風(fēng)機(jī)噪聲對周邊環(huán)境的影響。

圖8 “圓”的運(yùn)用

3.3 建筑表皮的隔聲功能

變電站建筑表皮采用了鋁鎂錳四面企口巖棉夾芯板。這種墻板是一種高強(qiáng)度、高性能的金屬材料,且有很高的再循環(huán)價(jià)值。鋁鎂錳巖棉夾芯板實(shí)現(xiàn)了在工廠中通過自動化設(shè)備將巖棉和鋁鎂錳板復(fù)合成一個(gè)整體，從而改變了以前巖棉板材需現(xiàn)場復(fù)合的方式，在滿足建筑物保溫隔熱，隔聲，防火等要求的前提下，更達(dá)到了優(yōu)質(zhì)、高效、可靠、安全的目標(biāo)。

鋁鎂錳復(fù)合板的單價(jià)(含安裝)約為1 500元/m2，雖然造價(jià)偏高，但其外觀氟碳涂層在全壽命周期內(nèi)色彩可保持不變、后期免維護(hù)。經(jīng)過廠家的深化設(shè)計(jì)，建筑物外墻的預(yù)制裝配率達(dá)到100%，施工現(xiàn)場也不會產(chǎn)生很大的噪音和空氣污染，符合國網(wǎng)公司綠色施工的建設(shè)理念。

因?yàn)樽冸娬揪o鄰住宅區(qū)，為了降低變電站噪聲對周邊的影響，建筑外墻采用了50 mm(內(nèi)墻板)+100 mm(外墻板)+50 mm(裝飾表皮)的結(jié)構(gòu)層次，將風(fēng)機(jī)、風(fēng)口等噪聲源隱藏于50 mm厚的裝飾表皮內(nèi)。同時(shí)，建筑外窗均采用了斷橋鋁合金框LOW-E中空玻璃窗，起到了良好的隔音效果。主變室內(nèi)墻面設(shè)置低頻強(qiáng)吸聲玻璃棉復(fù)合墻板結(jié)構(gòu)。進(jìn)出風(fēng)口結(jié)合建筑物外形采用消聲、隔聲等措施。最終使廠界噪聲排放值達(dá)到0類標(biāo)準(zhǔn)，如圖9所示。

圖9 變電站噪聲控制

3.4 建筑表皮的遮陽功能

遮陽是為了防止直射陽光照入室內(nèi)，以減少太陽輻射熱，避免夏季室內(nèi)過熱，產(chǎn)生眩光以及保護(hù)室內(nèi)物品不受陽光照射而采取的一種建筑節(jié)能措施。

朱河變電站建筑設(shè)計(jì)中，主要采用了三種遮陽方式，包括光伏瓦遮陽、水平遮陽和雙層表皮遮陽。

光伏瓦遮陽：在建筑平屋面基礎(chǔ)上，增加了輕鋼結(jié)構(gòu)的坡屋面造型，將平屋頂?shù)脑O(shè)備隱藏在兩層屋面之間。坡屋面利用光伏瓦隔絕了太陽輻射，同時(shí)有效利用兩側(cè)屋面間的空氣對流，減少建筑得熱，從而有效降低建筑能耗。

水平遮陽：在窗的上方設(shè)置有一定寬度的外挑檐溝，能夠遮擋高度角較大的從窗戶上方照射下來的陽光。

雙層表皮遮陽：在建筑外墻的外側(cè)，設(shè)置有一層50 mm厚鋁鎂錳夾芯板，作為第二層表皮。與主體外墻之間形成空氣間層，通過空氣對流實(shí)現(xiàn)遮陽效果。

3.5 建筑表皮的電磁屏蔽功能

朱河變電站采用鋼結(jié)構(gòu)體系，外墻板、屋面均采用了金屬材料，從而組合形成了立體式的電磁屏蔽系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電磁零輻射。

4 結(jié)語

本文介紹了建筑表皮技術(shù)在朱河變電站設(shè)計(jì)中的最新應(yīng)用成果，設(shè)計(jì)擺脫了美學(xué)設(shè)計(jì)的束縛，強(qiáng)化了建筑表皮的功能屬性，首次提出多種符合變電站的功能化建筑表皮設(shè)計(jì)技術(shù)，樹立一種美觀、和諧、節(jié)能、環(huán)保相統(tǒng)一的設(shè)計(jì)理念，并提出功能化建筑表皮的實(shí)現(xiàn)方法，為后續(xù)城市變電站設(shè)計(jì)提供參考。