探讨现代火力发电厂建筑设计

黎皓欣

现代化火力发电厂建筑设计思路发生了一定转变，愈发注重建筑节能环保效果，并强调电厂建筑间的整体协调性。基于此，本文采用案例研究法，选取广东公司石角电厂建筑设计工程为实例展开针对性分析，在明确工程建筑设计概况基础上，探究其建筑设计要点，结合实例建筑设计效果探究现代火力发电厂建筑设计关键点，以供类似建筑设计项目提供一定参考。相较于普通民用建筑，电厂工业建筑设计更加关注使用功能，并要求电厂建筑能够为工艺运行提供良好支撑。因此，在现代火力发电厂建筑设计期间，应以工艺流程，设施设备布置、地块规模、企业文化、地域条件为依据，因地制宜地展开建筑设计工作，同时引入当代先进设计理念及技术，如海绵城市理念、光伏发电技术等，尽可能提高建筑绿色节能效果，降低能源消耗量。

一、工程概况

为增强火电厂建筑设计分析的现实意义，本次选取广东公司石角电厂建筑设计工程为实例展开讨论。石角电厂建筑位于广东省清远市清城区石角镇，建筑内部设有2×100MW级燃气-蒸汽联合循环供热机组，经建设单位前期自筹，建筑设计与建造资金现已落实。在该石角电厂工程中，应用“14+1”模式安排工期，为确保广东公司石角电厂建筑可在2022年9月底能够顺利开工建设，需要提前做好电厂建筑设计工作。

二、基于实例的现代火力发电厂建筑设计要点

1.明确设计原则

广东公司石角电厂建筑设计过程中注重企业文化的传承，力图将电厂企业文化融入建筑设计中，以此彰显电厂特色，同时在正式建筑设计之前开展了详细的场地调查工作，尊重场地特性，把握当地人文特色，从中提取建筑设计要素，以此保障电厂建设设计效果。广东公司石角电厂建筑设计过程中，对国内外先进电厂设计思路进行汇总，总结经验，了解当代先进设计方法，结合石角电厂实际情况展开创新设计，力图设计出兼顾造价低、质量高的电厂建筑设计方案。在新时代背景下，火力发电厂致力于绿色节能发展，在电厂建筑设计时应以基建生产一体化为基本要求，尽可能地降低建筑运行能耗，从节水节能等方面入手，以期搭建一个技术领先、低碳环保世界一流的数字化电厂。建筑设计时前瞻性思考电厂未来发展趋势，做好建筑结构整体性设计，采用模块化、精细化思路展开建筑设计，以此提高火力发电厂建筑设计效果。

对近几年建筑火力发电产业进行总结，发现电厂工业企业的形象建设现已进入了高速发展的时期，且电厂建筑形象日新月异，在先进设计技术与设计理念作用下，火力发电厂建筑形象呈现出现代化、科技化、去工业化等特征去，且光伏发电、海绵城市等先进理念同样逐步融入了电厂建筑设计工作中，极大地改变了电厂建筑外观形象。在此形势下，电力企业愈发重视电厂建筑形象工作，并加强了对电厂建筑设计的重视。对于整个城市而言，火力发电厂建筑属于重要形象结构体，且属于电力企业内部文化的具象化体现，能够在一定程度上关乎城市形象的建设，因此，火力发电厂建筑设计期间，应以企业文化、人文关怀、社会经济、生态理念为着力点，尽可能设计打造出具有企业特色与城市特色的电厂建筑。

2.完善设计构思

案例石角电厂建筑提取了“智能汇引”“细工匠意”“简约典雅”为设计关键词，并以“匠心独运创华章，智汇未来耀清远”为概念展开电厂建筑设计，引入当代先进建筑设计理念，摒弃复杂繁复的外观表皮，运用简约化结构线条完善建筑体系，同时结合电厂工艺条件及设施设备要素，对电厂建筑内部空间精确推敲，采取灵活化手法打造具有科技艺术感的现代火力发电厂工业建筑。

第一，主厂房区域建筑设计。石角电厂主厂房区域建筑设计时采用了模块化设计思路，以“化零为整，体块交错”为核心展开大体块构图设计，将差异化建筑材质按照特定节奏及规则进行拼接，以此形成了简洁又富有韵律的建筑立面。石角电厂主厂区建筑正立面与侧立面如图1、图2所示。

图1 石角电厂主厂房建筑正立面

图2 石角电厂主厂房建筑侧立面

第二，厂前区建筑设计。石角电厂前区综合楼建筑形态错动，艺术感十足，同时设置了多层次、立体化空间延伸结构，并在石角电厂综合楼建筑内设计了景观中庭与连廊结构，其中连廊与周边建筑对接，以此实现了电厂建筑结构的互动。在厂前区综合楼建筑中，引入了光伏技术，采用光伏材料打造建筑屋面，并融入海绵城市理念，在综合楼建筑屋顶位置设计了绿色花园，建筑中庭位置同样设置绿色植物。此外在综合楼南立面设置了光伏一体化幕墙系统，深化绿色节能环保设计理念，尽可能地将电厂综合楼打造为零碳建筑。

3.优化功能分区

传统火电厂建筑结构中，功能分区混乱属于常见问题，对电厂日常运行产生了一定影响，而在案例石角电厂建设设计工作中，则重点攻克该问题，对电厂建筑功能分区精细化设计。石角电厂厂前区综合楼建筑面积为4166.02m2，计容面积为3367.87m2，其功能分区设计尤为科学，整体来看，综合楼建筑共设计为6层，其中在综合楼建筑6层设计屋顶花园，为电厂工作人员提供休闲空间；宿舍位于综合楼5层及6层，共有25间宿舍；综合楼3层与4层为办公区域，其中3层设计有250m2的多功能厅及95m2的档案室；二层西侧设有餐厅，以供员工用餐；此外，在综合楼首层架空层设计有17个室内停车位，外部设有4个充电桩车位。案例石角电厂综合楼首层为架空层，主要为室内停车位，结构设计简单，不再赘述，为更为详细地了解电厂建筑功能分区设计情况，以下分析建筑二层至六层的功能分区。建筑二层功能分区：综合楼整个二层由餐厅、卫生间、茶水间、开放式展厅构成，其中餐厅位于西侧，此外，建筑设有连廊结构，使综合楼与电厂锅炉补给水处理车间衔接（结构如图3可见），以此有效地缩短了工作人员日常休息就餐区域与作业区域的距离，有助于实现时间高效利用。与综合楼相对应的电厂锅炉补给水处理车间建筑内，其二层主要由废水池、加药及化学清洗间、药品库存室、变配电间、水泵间、除盐间构成。建筑三层功能分区：综合楼三层主要由设备间、多功能厅、办公室、卫生间、茶水间构成，通过连廊结构，可直接通向电厂锅炉补给水处理维护车间建筑的三层，厂锅炉补给水处理维护车间建筑三层内设计有会议室、茶水间、卫生间、天平室、高温炉室、气瓶间、色谱仪室、药物仓库、精密仪器室、仿真培训室、办公室、油分析室、水分析室、环保实验室、运行实验室、电子设备室、控制室。建筑四、五层功能分区：因电厂锅炉补给水处理维护车间建筑最高为三层，故综合楼建筑四至六层均无连廊结构，而在综合楼建筑四层内，主要有多间办公室，另设卫生间、茶水间、管理室及档案室。相较于其他楼层功能分区，综合楼五层均由宿舍构成，相对简单。建筑六层功能分区：六层为综合楼建筑体顶层，除七间宿舍外，还设计了屋顶花园，在美化环境的同时，强化雨水资源采集过滤与净化，符合现代化海绵城市建筑设计理念。

图3 石角电厂综合楼与电厂锅炉补给水处理车间的衔接式结构

4.突出设计特点

案例石角电厂建筑设计跳出了传统工业厂房思路局限，引入了现代化新型设计理念，对石角电厂建筑设计特点进行总结，具体如下：第一，去工业化设计。按照民用建筑设计思路设计石角电厂工业厂房，力图打造工业艺术品。例如：（1）厂前区综合楼建筑内部设计了贯通状中庭结构，中庭内设计绿化植物景观，改变了传统工业建筑面貌；（2）厂前区综合楼、锅炉补给水车间采用相同的设计语汇，建筑外立面通过横竖线条有机排布使电厂建筑更加灵动；（3）运用穿孔铝板、铝板等材料包裹电厂烟囱、余热锅炉、主厂房等大体量建筑体，以此优化了电厂建筑外观，整个电厂建筑不再具有浓厚的工业化特征，在保留电厂建筑力量感的基础上，使电厂建筑具备了公共建筑特征，提升了电厂建筑的亲和力。第二，引入先进技术。（1）在厂前区综合楼、锅炉补给水车间建筑南立面设置了光伏一体化幕墙，相较于传统电厂厂前区建筑，光伏一体化幕墙提供建筑外围护结构的同时利用可再生能源发电，使建筑更具科技美感，既符合建筑采光方面的需求也满足低碳环保的要求。（2）充分利用建筑物屋面设置光伏，光伏发电供电期间无需消耗传统能源，极大地提高了电厂建筑的环保效益。第三，花园式电厂。建筑设计时融入了石角电厂企业文化元素，致力于设计出集“智能汇引”“细工匠意”“简约典雅”为一体的电厂建筑群，因此，在建筑设计过程中配置了层次丰富、季节变化鲜明的绿化景观小品，弱化了电厂建筑的工业氛围，使电厂建筑良好融入了城市景观中。

5.落实细节设计

通过传统火电厂建筑结构问题分析了解到，能耗严重是传统火电厂建筑功能的主要因素，而在案例广东公司石角电厂建筑设计中，其地处南方区域，故在建筑设计过程中，通过细节设计强化了电厂建筑的节能设计。

（1）墙体设计。案例石角电厂建筑设计期间尤为关注能耗问题，结合广东气候条件强化了建筑墙体隔热性能，用于减少热传递，提高建筑隔热效果。通常情况下，现代建筑设计普遍应用低热传递效果的墙体材料，而在案例石角电厂建筑设计过程中，采用了“去工业化”设计思路，按照民用建筑思路设计电厂建筑，使电厂建设能够良好地融入城市环境中，其引入了新型隔热板材料，构筑了完整的墙体隔热结构，用于控制热传递，继而大幅提高建筑节能效果。

（2）门窗设计。门窗是造成建筑体热量损失的主要结果，与墙体相较，门窗热量散失率约为4倍墙体热量散失率，能耗占比较大，且给电厂建筑隔热性能提出了一定挑战，因此，在案例石角电厂建筑设计中强化墙体隔热设计，加强了对建筑门窗结构设计的重视，在设计建筑门窗结构时，将门窗气密性、保温性作为关键设计指标，并依据广东省清远市当地气候条件及地域特点科学化设计门窗类型。

（3）屋顶设计。相较于民用建筑，火力发电厂工业建筑的屋顶面积较大，在火电厂建筑设计期间，应把握工业建筑屋顶设计特点，严格关注屋顶透光、漏水等问题。在案例石角电厂建筑设计工程中，引入了光伏发电技术及海绵城市理念，应用光伏一体化材料打造主厂房建筑屋面。屋面系统同时考虑隔热、防水、光伏等功能，以此提高电厂建筑节能化程度。

6.重视建筑运营

运营不规范是造成火电建筑能耗超标的主要因素，而通过科学化建筑功能分区、细节设计等设计内容，已在一定程度上缓解了一部分建筑能耗问题，且在电厂建筑内引入了智能化控制系统，以传感器为数据采集终端，了解电厂建筑内部运行情况，若发现水流控制不当等问题，在该智能化控制系统下及时遏制了能源浪费等问题。此外，电厂建筑内部植物景观适应性差，不仅未呈现出良好的绿色效果，且提高了电厂水资源消耗量。为解决因建筑景观造成了资源浪费问题，在石角电厂建筑设计过程中结合实际情况设计了行之有效的景观系统。案例石角电厂景观设计期间，尤为关注景观格局与空间结构的塑造，突出“空间胜于实体”的建筑绿化景观设计理念，并结合广东清远市气候条件科学选择绿化植物类型，同时做好绿植花卉的搭配工作，使电厂内部景观可随气候变化而呈现出不同效果。电厂绿化景观应与工业建构筑物相协调，力图为火力发电厂内部人员提供绿色化、生态化空间场所。结合石角电厂来看，在主厂区及厂前区建筑周边设计了轴向景观线，运用道路衔接不同厂区，并在两侧搭配设计了富有层次的观赏植物、景观小品，用于彰显石角电厂企业文化。建筑绿植花卉根据广东清远市实际条件进行选择，厂区植物配置以乡土树种为主，并层次化搭配乔木、灌木、花卉、地被植物，分层配置不同花色花期的绿植花卉，同时根据绿植花卉景观特征控制栽植密度，尽可能使石角电厂内呈现出“四季常绿，三季有花”的建筑景观效果。在石角电厂中，为避免建筑绿植设计不适宜而造成额外资源消耗，石角电厂建筑景观设计时广泛采用了凤凰木、大叶紫薇、红檵木、茶花、秋枫、海桐、黄花鸡蛋花等绿植花卉，效果显著。

三、结语

综上所述，传统火力发电厂建筑结构形式已无法满足当代节能环保需求，并对电厂工艺运行产生了一定局限，需在现代火力发电厂运行过程中有针对性地进行规避。在案例石角电厂建筑设计过程中，依据电厂实际情况，以“智能汇引”“细工匠意”“简约典雅”为关键词，“匠心独运创华章，智汇未来耀清远”为概念设计电厂建筑，对电厂主厂房区域建筑、厂前区建筑进行针对性设计，同时创新式提出了厂前区综合楼与电厂锅炉补给水处理车间的衔接式结构，改善了人员流动线路，借助连廊避免了时间浪费，此外，运用光伏一体化构建建筑屋顶，并设计了屋顶花园，绿色环保效益显著。