濱海核電廠廠坪標(biāo)高分析方法

張寶剛 張玉龍

摘 ? 要：由于濱海核電廠址本身所具有的地形地貌、水文地質(zhì)、潮汐波浪等不可復(fù)制的地理特征，以及濱海核電機(jī)組在海水直流循環(huán)冷卻、海上工程建設(shè)等方面的特殊要求，對(duì)濱海核電廠進(jìn)行廠坪標(biāo)高分析，需要考慮的內(nèi)容更加全面、細(xì)致。該項(xiàng)工作與廠址安全、建造成本、運(yùn)行能耗、投資收益等關(guān)系密切，分析方法與計(jì)算模型應(yīng)經(jīng)得住推敲、琢磨，為上級(jí)部門(mén)進(jìn)行技術(shù)決策提供可靠的依據(jù)。本文將從設(shè)計(jì)基準(zhǔn)洪水位、地質(zhì)條件、常規(guī)島布置與運(yùn)行費(fèi)用折現(xiàn)、土石方工程等影響因素入手，通過(guò)定性分析與定量計(jì)算相結(jié)合的方法，詳細(xì)闡述濱海核電廠廠坪標(biāo)高分析的思路與工作步驟，對(duì)有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行細(xì)致的分析、探討，力求提供可資借鑒的解決方案。

關(guān)鍵詞：核電廠 ?豎向布置 ?廠坪標(biāo)高 ?土石方工程

中圖分類(lèi)號(hào)：TM623.1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）02（b）-0019-02

一段時(shí)間以來(lái)，核電廠廠坪標(biāo)高分析偏重于定性判斷，缺乏定量計(jì)算過(guò)程的支持，存在一定的主觀性和隨意性。就分析過(guò)程而言，分析視角的選擇偏重于對(duì)局部某項(xiàng)內(nèi)容的思考，分析元項(xiàng)的選擇有所局限，不足以支撐相關(guān)結(jié)論。

廠坪標(biāo)高分析是濱海核電廠廠址選擇階段十分必要的基礎(chǔ)性工作。日本福島核事故發(fā)生以后，國(guó)務(wù)院在全國(guó)范圍內(nèi)開(kāi)展了核設(shè)施安全大檢查，要求核設(shè)施營(yíng)運(yùn)單位進(jìn)一步復(fù)核我國(guó)沿海核電廠地震海嘯風(fēng)險(xiǎn)，落實(shí)海嘯爬高和對(duì)防洪構(gòu)筑物的沖擊力可能給核電廠防洪帶來(lái)的影響。由此開(kāi)始，選址階段的廠坪標(biāo)高分析愈加引起核安全監(jiān)管部門(mén)以及審評(píng)機(jī)構(gòu)的重視，成為可行性研究報(bào)告必須詳細(xì)論證的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

結(jié)合筆者參與國(guó)內(nèi)某濱海核電項(xiàng)目廠坪標(biāo)高分析的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和心得體會(huì)，本文將著重論述廠坪標(biāo)高有關(guān)的影響因素、分析思路以及解決方案等。

1 ?廠坪標(biāo)高的影響因素

影響廠坪標(biāo)高的因素主要有以下幾個(gè)方面：設(shè)計(jì)基準(zhǔn)洪水位、工程地質(zhì)條件、年運(yùn)行費(fèi)用、建安設(shè)備投資、土石方工程等。其中，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)洪水位和工程地質(zhì)條件與核安全緊密相關(guān)，廠坪標(biāo)高分析應(yīng)當(dāng)100%滿足相關(guān)技術(shù)要求，作為基本分析元項(xiàng);年運(yùn)行費(fèi)用、建安設(shè)備投資、土石方工程等影響工程進(jìn)度、造價(jià)、投資盈利等，作為輔助分析元項(xiàng)。

根據(jù)《工業(yè)企業(yè)總平面設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50187），工業(yè)企業(yè)的防洪標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)工業(yè)企業(yè)的等級(jí)和現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》的有關(guān)規(guī)定確定。根據(jù)《濱海核電廠廠址設(shè)計(jì)基準(zhǔn)洪水的確定》（HAD101/09），與核安全相關(guān)物項(xiàng)的防洪標(biāo)準(zhǔn)為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)洪水。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)洪水根據(jù)可能影響廠址安全的各種嚴(yán)重洪水事件及其可能的不利組合，并結(jié)合其他廠址特征綜合分析確定。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)洪水疊加不小于0.50m安全超高值，即為廠坪標(biāo)高的下限值。

根據(jù)《核電廠總平面及運(yùn)輸設(shè)計(jì)規(guī)范》，“核島宜布置在穩(wěn)定的、巖土性質(zhì)均勻的地基上，地基巖土參數(shù)應(yīng)符合相應(yīng)反應(yīng)堆型標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的要求”。有條件時(shí)，核島廠房均應(yīng)布置在中等風(fēng)化或微風(fēng)化基巖上，至少應(yīng)為中等風(fēng)化基巖。隨廠坪標(biāo)高的抬升，基巖面的范圍會(huì)逐步縮小，當(dāng)中等風(fēng)化基巖面的范圍不再包絡(luò)核島廠房基礎(chǔ)時(shí)，標(biāo)志廠坪標(biāo)高已接近其上限值。滿足反應(yīng)堆型標(biāo)準(zhǔn)和核島廠房布置要求的最小基巖面對(duì)應(yīng)的標(biāo)高即廠坪標(biāo)高的上限值。

作為輔助分析元項(xiàng)，年運(yùn)行費(fèi)用、建安設(shè)備投資、土石方工程等，主要影響工程進(jìn)度、工程造價(jià)、投資盈利等。

廠坪標(biāo)高分析工作的主要邏輯是：在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)洪水位疊加安全超高值的下限值與最小基巖面對(duì)應(yīng)標(biāo)高的上限值之間，通過(guò)對(duì)工程經(jīng)濟(jì)性、工程可實(shí)施性的評(píng)價(jià)，逐漸縮小標(biāo)高可選范圍，最終給出廠坪標(biāo)高的建議值。

2 ?設(shè)計(jì)基準(zhǔn)洪水位

安全重要建筑物、構(gòu)筑物的場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高應(yīng)高于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)洪水位，并應(yīng)考慮相應(yīng)的波浪影響?！稙I海核電廠廠址設(shè)計(jì)基準(zhǔn)洪水位的確定》（HAD101/09）中規(guī)定：濱海廠址的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)洪水是一個(gè)核電廠設(shè)計(jì)應(yīng)經(jīng)受的洪水。它是下列洪水類(lèi)型中最嚴(yán)重的：

（1）可能最大風(fēng)暴潮引起的增水。

（2）可能最大海嘯引起的洪水（如果存在時(shí)）。

（3）可能最大假潮引起的洪水（如果存在時(shí)）。

（4）由上述3項(xiàng)嚴(yán)重事件的組合所引起的洪水。

風(fēng)浪的作用必須單獨(dú)地考慮或者與上述洪水組合在一起考慮。

安全重要物項(xiàng)必須防御設(shè)計(jì)基準(zhǔn)洪水，以保證它們的運(yùn)行。防御的最好方法是將所有安全重要物項(xiàng)建造在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)洪水水位以上，要考慮到風(fēng)浪影響以及潛冰和雜物堆積作用的影響。必要時(shí)，可將核電廠建在足夠高的地方，或用提高廠址地面標(biāo)高的總體布局來(lái)達(dá)到這一要求。

3 ?工程地質(zhì)條件

工程地質(zhì)條件主要是指核島廠房等安全重要物項(xiàng)的地基條件。工程技術(shù)上主要通過(guò)地質(zhì)鉆探、工程物探等技術(shù)手段，查明地下巖體的巖性、脈絡(luò)、風(fēng)化程度、完整性、堅(jiān)硬程度、基本質(zhì)量等級(jí)等指標(biāo)，并對(duì)相關(guān)物項(xiàng)的地基承載力特征值、地基均勻性和地基穩(wěn)定性等進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。地基穩(wěn)定性要求相關(guān)物項(xiàng)所處的巖體具備足夠的承載力，不能有溶洞、可溶鹽類(lèi)、采礦和其它地下采空區(qū)，沒(méi)有潛在的滑動(dòng)面，無(wú)地基塌陷和地基滑動(dòng)、傾覆的潛在危險(xiǎn)。地基均勻性要求相關(guān)物項(xiàng)所處地基具有足夠的承載力，并均勻沉降。

工程技術(shù)上主要依據(jù)鉆探資料，擬合相應(yīng)巖層的標(biāo)高值，生成基巖等值線圖或基巖切面圖，作為安全重要物項(xiàng)平面布置定位的重要依據(jù)。基巖切面圖的精確度與鉆孔的排布方式、數(shù)量等緊密相關(guān)，在選址階段鉆探資料有限的情況下可能存在一定偏差。

4 ?常規(guī)島布置初投資與運(yùn)行費(fèi)用折現(xiàn)值

對(duì)于不同的廠坪標(biāo)高，常規(guī)島可采用半地下布置凝汽器不下沉、半地下布置凝汽器局部下沉、地上布置凝汽器局部下沉、地上布置凝汽器不下沉等四種豎向布置方案。對(duì)于廠坪標(biāo)高較高而設(shè)計(jì)潮位較低的濱海核電機(jī)組，地上布置凝汽器不下沉的方案將造成循泵揚(yáng)程過(guò)高，明顯不合理。故對(duì)濱海核電廠一般采用其它三種常規(guī)島布置方案。

三種常規(guī)島布置方案在技術(shù)上都是可行的，但在經(jīng)濟(jì)性方面，不同的常規(guī)島布置方式會(huì)對(duì)初投資和運(yùn)行費(fèi)用產(chǎn)生影響。經(jīng)濟(jì)性方面主要的影響因素包括：（1）常規(guī)島、循環(huán)水泵房、虹吸井建筑結(jié)構(gòu)費(fèi)用;（2）封閉母線、主蒸汽管道、主給水管道費(fèi)用;（3）循環(huán)水泵、主給水泵、凝結(jié)水泵的運(yùn)行費(fèi)用。其中，建筑結(jié)構(gòu)費(fèi)用、管道費(fèi)用作為初投資考慮。循環(huán)水泵、主給水泵、凝結(jié)水泵的運(yùn)行費(fèi)用與預(yù)測(cè)的年利用小時(shí)數(shù)、電機(jī)效率、耗電量、稅前上網(wǎng)電價(jià)等有關(guān)，用折現(xiàn)系數(shù)進(jìn)行折算，作為運(yùn)行成本考慮。

根據(jù)對(duì)常規(guī)島布置初投資和運(yùn)行費(fèi)用折現(xiàn)值的綜合計(jì)算，按照經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)原則，可以十分簡(jiǎn)便地分析出廠坪標(biāo)高與常規(guī)島布置方案在經(jīng)濟(jì)性方面的對(duì)應(yīng)關(guān)系。即同一廠坪標(biāo)高值下，常規(guī)島半地下布置優(yōu)于地上布置，凝汽器局部下沉優(yōu)于不下沉;同一常規(guī)島布置方式下，廠坪標(biāo)高值與常規(guī)島布置初投資和運(yùn)行費(fèi)用折現(xiàn)值呈現(xiàn)正向相關(guān)性。

5 ?土石方工程

濱海核電廠一般選址鄰近岸線的連續(xù)山體，地形起伏較大，植被叢生，并不適宜直接進(jìn)行核電廠的建設(shè)，需通過(guò)有組織的山體爆破、機(jī)具挖填、車(chē)船外運(yùn)等手段進(jìn)行場(chǎng)地平整，為安全重要物項(xiàng)及其他生產(chǎn)設(shè)施提供必要的建設(shè)場(chǎng)地。

優(yōu)質(zhì)的核電廠址資源已逐步開(kāi)發(fā)殆盡，近年來(lái)篩選的廠址山體體量普遍較大，場(chǎng)地平整土石方工程量動(dòng)輒千萬(wàn)立方米，給工程建設(shè)帶來(lái)巨大的成本壓力與進(jìn)度壓力。為全面推進(jìn)海域海岸線資源全面節(jié)約和高效利用，根據(jù)生態(tài)用海、生態(tài)管海的要求，國(guó)家海洋局組織制定了《建設(shè)項(xiàng)目用海面積控制指標(biāo)（試行）》，以消納土石方名義的圍填海受到嚴(yán)格禁止，大量土石方無(wú)法就地消納，一定程度上影響到了工程可實(shí)施性。因此，通過(guò)對(duì)廠坪標(biāo)高的分析論證，盡可能降低土石方工程量，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

對(duì)于濱海廠址，由于存在規(guī)格料、開(kāi)山石、混凝土粗細(xì)骨料的巨大需求，場(chǎng)地平整、基槽負(fù)挖時(shí)產(chǎn)生的石料不能以就地回填、外運(yùn)等方式簡(jiǎn)單處理，而應(yīng)按規(guī)格大小進(jìn)行分揀、堆存。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)管理手段提升土石方工程的石料利用率，減少相關(guān)材料的外購(gòu)量，可以創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。外購(gòu)石料的費(fèi)用可與土石方工程費(fèi)用進(jìn)行疊加，疊加后的綜合費(fèi)用會(huì)隨著廠坪標(biāo)高值的增大呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)。

6 ?海工工程與地基處理

廠坪標(biāo)高變化，海工工程的建安費(fèi)用會(huì)相應(yīng)變化。廠坪標(biāo)高提高，護(hù)岸、防波堤、導(dǎo)流堤等的橫截面積會(huì)增加，對(duì)規(guī)格料、開(kāi)山石的需求量會(huì)增加，海工工程的建安造價(jià)也會(huì)隨之上升。

廠坪標(biāo)高提高會(huì)增加分層碾壓或強(qiáng)夯等地基處理手段的工程量，地基處理的費(fèi)用會(huì)相應(yīng)增加，但這種增加并非線性增加，而呈階梯式上升趨勢(shì)。廠坪標(biāo)高分析時(shí)每提高1m的地基處理費(fèi)用可通過(guò)插值法進(jìn)行估算。

7 ?綜合經(jīng)濟(jì)性分析

年運(yùn)行費(fèi)用、建安設(shè)備投資、土石方工程等影響工程進(jìn)度、造價(jià)、投資盈利等輔助分析元項(xiàng)，有時(shí)攜手同行，有時(shí)背道而馳，在經(jīng)濟(jì)性方面隨廠坪標(biāo)高變化的趨勢(shì)并不同步，需要進(jìn)行同一維度（如單臺(tái)機(jī)組或規(guī)劃容量）下的綜合經(jīng)濟(jì)性分析，才能發(fā)掘其變化規(guī)律。

8 ?結(jié)語(yǔ)

廠坪標(biāo)高分析是核電廠選址階段進(jìn)行的一項(xiàng)技術(shù)性、綜合性、專(zhuān)業(yè)性很強(qiáng)的工作，對(duì)于保證核電廠址安全，降低建造成本、減少運(yùn)行能耗，提高投資收益等具有非常重要的意義。對(duì)有關(guān)問(wèn)題的分析、探討，應(yīng)在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)洪水位疊加安全超高值的下限值與最小基巖面對(duì)應(yīng)標(biāo)高的上限值之間，通過(guò)對(duì)工程經(jīng)濟(jì)性、工程可實(shí)施性的分析，逐步收窄標(biāo)高可選范圍，為上級(jí)部門(mén)進(jìn)行技術(shù)決策提供可靠的依據(jù)。

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