埃塞俄比亞復(fù)興大壩工程的設(shè)計(jì)優(yōu)化方案

[烏克蘭]　O.V.格雷納斯

埃塞俄比亞復(fù)興大壩工程的設(shè)計(jì)優(yōu)化方案

[烏克蘭]O.V.格雷納斯

摘要：埃塞俄比亞復(fù)興大壩工程是目前非洲在建的最大水電項(xiàng)目，且其輸電項(xiàng)目將成為該國(guó)和東非電網(wǎng)的骨干網(wǎng)架。電站原設(shè)計(jì)裝機(jī)容量為5 250 MW，2011年進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化。該設(shè)計(jì)優(yōu)化方案不僅提高了電站的裝機(jī)容量，提出了許多合理的改進(jìn)措施，還重點(diǎn)考慮到建筑物美學(xué)和安全方面等因素，使工程的性能大為改觀。

關(guān)鍵詞：水電站；水電站設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)優(yōu)化方案；復(fù)興大壩工程；埃塞俄比亞

1工程概況

埃塞俄比亞復(fù)興大壩工程位于青尼羅河上，距離亞的斯亞貝巴西北約500 km，目前正在施工中。項(xiàng)目業(yè)主為埃塞俄比亞電力公司，主要承包商為意大利薩利尼-英波基洛(Salini-Impregilo)公司。該項(xiàng)目于2010年12月開工，計(jì)劃合同工期為78個(gè)月，2010年11月至2011年1月完成初步設(shè)計(jì)。2011年10月，烏克蘭水電工程(UKrhydroproject)公司受業(yè)主委托對(duì)初步設(shè)計(jì)成果進(jìn)行了優(yōu)化，在設(shè)計(jì)優(yōu)化方案中提高了裝機(jī)容量，并對(duì)建筑物布置進(jìn)行了優(yōu)化。

作為復(fù)興大壩工程設(shè)計(jì)優(yōu)化的一部分，優(yōu)化后電站總裝機(jī)容量提高至6 000 MW，潛在發(fā)電能力提高約 2.5%，且成本有所降低。在優(yōu)化方案中，對(duì)建筑物總體布置進(jìn)行了詳細(xì)研究，包括電站廠房及附屬建筑物、廠房控制室等，同時(shí)還對(duì)安保、建筑特色、主要外觀進(jìn)行了重點(diǎn)優(yōu)化。主壩為碾壓混凝土重力壩，壩高170 m，壩頂長(zhǎng)1 800 m，混凝土方量1 000萬(wàn)m3，建成后將為非洲最大的大壩之一。水庫(kù)庫(kù)容為630億m3，淹沒(méi)面積1 800 km2。

計(jì)劃在電站廠房安裝16臺(tái)單機(jī)375 MW的混流式發(fā)電機(jī)組(右岸10臺(tái)、左岸6臺(tái))，預(yù)計(jì)年發(fā)電量為15 000 GW·h。其他建筑物還包括1座副壩、1條溢洪道和1條輸電線路(長(zhǎng)140 km)，副壩為混凝土面板堆石結(jié)構(gòu)，最大壩高50 m，填筑方量1 600萬(wàn)m3；溢洪道位于左岸，為混凝土結(jié)構(gòu)，泄洪能力為15 000 m3/s。

據(jù)報(bào)道，截止2014年年底，該項(xiàng)目已完成超過(guò)40%的工作量，并創(chuàng)造了24 h連續(xù)澆筑23 200 m3碾壓混凝土的世界紀(jì)錄。2015年年初，已完成大壩混凝土澆筑225萬(wàn)m3。

2主要特征及總體布置

該項(xiàng)目的主體及附屬建筑物設(shè)計(jì)不僅要滿足技術(shù)運(yùn)行要求，還要便于材料運(yùn)輸，設(shè)置人行道，以確保施工安全。

此次設(shè)計(jì)優(yōu)化的范圍包括： 碾壓混凝土重力壩，壩高170 m； 左、右岸電站廠房及尾水系統(tǒng)、控制室、檢查站和開放式變壓器場(chǎng)； 500 kV開關(guān)站以及廠房控制室。

該電站的左、右岸都有公路連接，且設(shè)有停車場(chǎng)。兩岸的電站廠房通過(guò)下游的大橋、大壩頂部的人行道及壩體內(nèi)部的廊道相連。兩岸廠房周圍都設(shè)置了環(huán)形通道，包括消防車緊急通道。

設(shè)計(jì)優(yōu)化后，廠房控制室從工程大樓移出，檢查站設(shè)在右岸入口處，為安保人員提供了相鄰區(qū)域的廣闊視野。同時(shí)該項(xiàng)目區(qū)內(nèi)設(shè)有以工程防護(hù)設(shè)施和門禁系統(tǒng)為基礎(chǔ)的綜合安保一體化系統(tǒng)。

2.1廠房周邊區(qū)域

在該項(xiàng)目周邊區(qū)域，還設(shè)置了一些主要及附屬建筑物(包括前面提到的控制室和檢查站)。變壓器、油箱(用于盛放應(yīng)急排放的變壓器油)和柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)置在下游一開放區(qū)域，且均設(shè)有工程進(jìn)場(chǎng)道路。

該區(qū)域設(shè)計(jì)地面高程為518 m，在設(shè)計(jì)中優(yōu)化了排水方案，以利于各建筑物周圍地表水的排放。沿公路表面設(shè)置了縱坡，有利于地表水流排向特定的排水溝；在大壩 575.5 m高程和壩腳 518.0 m高程設(shè)置排水溝作為大壩排水設(shè)施。匯集到以上排水溝的水流將排入下游尾水渠中。此外，廠房壩段下游結(jié)合處收縮縫區(qū)域也設(shè)置了排水溝，用于收集來(lái)自下游廠房的地面水流和上部結(jié)構(gòu)頂部的水流。

2.2廠房區(qū)域設(shè)施

在廠房周邊區(qū)域的設(shè)計(jì)優(yōu)化中，烏克蘭水電工程公司特別關(guān)注了園林景觀和相關(guān)設(shè)施。為滿足實(shí)際需要，沿著左、右岸廠房交通通道區(qū)域設(shè)置了各種設(shè)施，包括供水管網(wǎng)、消防系統(tǒng)、生活和工業(yè)污水處理系統(tǒng)、高壓電纜和通信系統(tǒng)，同時(shí)為以上系統(tǒng)設(shè)置了照明裝置。

在高程 575.5 m處，設(shè)置了龍門吊棧橋，用于起吊進(jìn)水口閘門，沿著棧橋鋪設(shè)龍門起重機(jī)軌道。變電站設(shè)施及油壓設(shè)備也設(shè)置在棧橋上。左、右岸變電站周邊區(qū)域?qū)⒃O(shè)安全圍欄，并在入口處設(shè)置檢查站和停車場(chǎng)。

2.3開關(guān)站區(qū)域

該項(xiàng)目設(shè)置了1座500 kV的開關(guān)站，距壩址約1.0 km。從建筑美學(xué)的角度出發(fā)，并考慮土方平衡的設(shè)計(jì)要求，該區(qū)域的設(shè)計(jì)高程為 532.0～533.61 m，并在一側(cè)設(shè)置10%的斜坡。開關(guān)站設(shè)有2個(gè)入口，并有混凝土公路通向斷路器、變壓器、控制站。該開關(guān)站配備有消防系統(tǒng)、儲(chǔ)油管道(存放變壓器緊急排放的油)、有線電視及室外照明設(shè)施。沿周邊設(shè)置了雙重安全圍欄，兩道圍欄間為寬5 m的警戒區(qū)。

左右岸廠房與開關(guān)站間架設(shè)了500 kV的交流輸電線，其中右岸5個(gè)回路，左岸3個(gè)回路。

3建筑美學(xué)設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目包含許多改善當(dāng)?shù)丨h(huán)境的設(shè)計(jì)，如在廠房周邊區(qū)域建設(shè)園林景觀；為避免在右岸廠房區(qū)域橫穿道路，從檢查站到控制室間設(shè)置步行區(qū)。

為使優(yōu)化方案達(dá)到較好的建筑藝術(shù)效果，在連接安裝間與壩肩的公路邊設(shè)置休閑公園觀光點(diǎn)，為園林區(qū)域的草坪配備自動(dòng)澆水系統(tǒng)，夜間設(shè)有景觀照明。從遠(yuǎn)觀，突出濱河景觀和河畔風(fēng)景的混凝土大壩；從近看，突出以混凝土壩為背景的各建筑物。廠房區(qū)域內(nèi)的建筑物是按照現(xiàn)代建筑學(xué)和埃塞俄比亞當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)風(fēng)格進(jìn)行設(shè)計(jì)的，以確保建筑風(fēng)格與該地區(qū)傳統(tǒng)文化風(fēng)格的融合，并利用該國(guó)傳統(tǒng)手工制品來(lái)裝飾廠房窗戶的框架以及控制室的陽(yáng)臺(tái)。

該設(shè)計(jì)優(yōu)化方案使用了大比例建筑分割，使平面墻和下沉式玻璃板形成鮮明對(duì)比，如此一來(lái)，左、右岸廠房看起來(lái)會(huì)很美觀。大型墻面采用裝飾件進(jìn)行裝飾，并在上部安裝了三角形窗戶。

廠房區(qū)域內(nèi)的建筑物設(shè)計(jì)讓常見(jiàn)建筑風(fēng)格與裝飾材料達(dá)到和諧統(tǒng)一。主廠房的室內(nèi)裝飾面由水泥墻面、玻璃幕墻、開放式帶花邊的金屬桁架結(jié)構(gòu)組成。安裝間以及安裝發(fā)電機(jī)組壩段的地面為光面花崗巖地面，持久耐用且美觀。框架柱周邊布設(shè)統(tǒng)一樣式的立式LED燈，以弱化起重機(jī)棧橋的外形。

在工程大樓第3層的一面墻上安裝裝飾板。工程大樓緊鄰電站廠房，63 m(長(zhǎng))×22 m(寬)，共4層，一樓層高為 4.2 m，其他層高均為 3.6 m，內(nèi)設(shè)控制系統(tǒng)用房、各種行政和服務(wù)用房、安保服務(wù)用房、工作人員及管理設(shè)施用房。同時(shí)，該樓還設(shè)置了地下室，內(nèi)有通信電纜，而且可連通地下廊道。設(shè)有1個(gè)中庭和1個(gè)內(nèi)部休閑娛樂(lè)區(qū)，該中庭坐落于機(jī)組的軸線上，并通過(guò)半透明的防火玻璃幕墻與廠房隔開，從工程大樓可俯瞰主廠房。從該建筑面向廠房區(qū)域，可俯瞰整個(gè)樞紐，并可觀察廠房尾水情況。在辦公室周圍安排各類生產(chǎn)車間，未來(lái)還規(guī)劃在該區(qū)域設(shè)立博物館，向公眾展示該項(xiàng)目施工的整個(gè)過(guò)程。

4交通與安全考慮

為確保工程大樓的消防安全，通過(guò)防火分區(qū)隔離中庭區(qū)域與該大樓其他區(qū)域。與中庭毗鄰的所有樓層都有獨(dú)立的疏散通道。該樓設(shè)有兩個(gè)外樓梯，即1部乘客電梯(載重400 kg)和1部客貨兩用電梯(載重630 kg)。

該樓為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，框架尺寸為6 m×6 m。右岸電站廠房安裝10臺(tái)發(fā)電機(jī)組，每個(gè)廠房壩段安裝2臺(tái)機(jī)組，此外該廠房還設(shè)有2個(gè)安裝間。為便于9、10號(hào)機(jī)組后期調(diào)試及提前發(fā)電，計(jì)劃2號(hào)機(jī)組安裝在4號(hào)與5號(hào)壩段之間。

廠房?jī)?nèi)部的垂直交通設(shè)施為電梯和獨(dú)立樓梯，其中電梯設(shè)置在安裝間。所有樓梯出口均可通向廠房外部。廠房?jī)?nèi)樓梯的設(shè)計(jì)可滿足各種防火和保養(yǎng)要求，其設(shè)計(jì)高程可確保在洪水事件中提供逃生通道。

5結(jié)語(yǔ)

該電站的優(yōu)化設(shè)計(jì)不僅增加了其裝機(jī)容量，提高了約 2.5%的發(fā)電量，且通過(guò)若干實(shí)用的改進(jìn)措施，有效改善了該水利樞紐周圍的交通、通信以及安保條件。

對(duì)工作人員和參觀者而言，在優(yōu)化設(shè)計(jì)中，通過(guò)重點(diǎn)關(guān)注建筑特色、景觀花園、內(nèi)部裝飾以及景觀照明等，可有效提高該大型水電項(xiàng)目的觀賞性。

周榮孫言譯

(編輯：唐相茜)

收稿日期：2015-12-25

文章編號(hào)：1006-0081(2016)04-0026-02

中圖法分類號(hào)：TV731

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A