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【摘要】
本文通过分析目前核电工程建设程序与场地平整的关系，提出前期工作中“场地平整”设计阶段的必要性，探讨了该阶段总布置设计的主要目标、内容及应注意的问题。
【关键词】 核电站 场地平整 总布置 探讨
1 前言
目前，我国核电站建设通常在初可研确定厂址后，业主方会根据国家的核电发展规划，提前开展厂址“场地平整”工程，为项目开工（以浇灌第一罐核岛基础混凝土为开工时间）做准备；往往在核电厂“场地平整”设计阶段，项目可研工作还正在进行之中。
在工程设计中，建设场地的平整工作一般没有一个单独的卷册进行专门的施工图设计，而是包括在总平面布置的竖向设计与施工组织设计的局部内容内。目前，国内核电项目建设从立项到开工往往只有很短的时间，而核电厂址的征地拆迁、场地平整等前期的工作量都较大，周期较长；目前国内的核电厂址一般都需开山，土石方工程量基本都达到了一千万方以上，需要一年以上的时间才能完成场地平整工程。业主方为确保项目正常开工，“场地平整”工作不可能按常规由施工图设计阶段提供设计图纸，核电厂“场地平整”设计作为阶段化设计的一部分提前开展，已势在必行。
根据项目开工前准备工作的要求，“场地平整”设计阶段需完成厂址的征地拆迁方案、场地平整方案、大堤（护坡）设计方案，进厂公路方案，“场地平整”工程（根据工程进展情况，也可以为主体工程施工）所需的通电、通水、通信等内容设计。
本文结合笔者参加的一些核电站“场地平整”工程总布置设计经验，分析总结了核电站“场地平整”阶段总布置设计的主要目标与内容及总布置设计应注意的一些问题。
2 “场地平整”阶段总布置设计的主要目标
根据“场地平整”阶段的工作任务，即：为项目开工做准备，本阶段总布置设计的主要目标应包括以下内容：
（1）提出满足规划容量的包络用地范围，为厂址的征地拆迁工作做准备。
（2）规划厂区总布置，提出场地平整范围及前期工程需开展的平整范围。
（3）规划厂区竖向布置，提出场地平整标高及土石方工程量。
（4）确定一期核岛的可能布置位置，为下一阶段核岛的地质详勘与负挖工作做准备。
（5）合理规划电厂交通运输，提出进厂公路方案，为进厂道路的提前施工做准备。
3 “场地平整”阶段总布置设计的主要内容
围绕“场地平整”阶段总布置设计的主要目标，本阶段总布置设计的内容主要考虑为以下几方面：
3.1 核电机组的选择
在“场地平整”设计阶段，工程有时虽然列入了国家核电发展规划或已立项，但工程最终采用的核电机型往往没有确定，有的一期工程采用的核岛机型虽已确定，但后期还是需要考虑包络可能的机型，总平面设计往往需要包络各种可能机型进行布置，提出包络的厂址用地范围。
国家发展与改革委员会于2007年10月，发布了我国核电中长期发展专题规划（2005~2020年），其中关于核电发展技术路线的内容为：通过国际招标选择合作伙伴，引进新一代百万千瓦压水堆核电站工程的设计和设备制造技术，国内统一组织消化吸收，并再创新，实现自主化，迎头赶上世界压水堆核电站先进水平。“十一五”期间通过浙江三门一期和山东海阳一期两个核电自主化依托工程的建设，全面掌握先进压水堆核电技术，培育国产化能力，力争尽快形成较大规模批量化建设中国品牌核电站的能力。与此同时，为使核电建设不停步，在完全消化吸收掌握之前，以现有二代改进型核电技术为基础，通过设计改进和研发，仍将自主建设适当规模的压水堆核电站。
根据国家发展与改革委员会上述核电发展技术路线，现阶段总平面规划布置主要可根据引进的三代核电技术（AP1000机组）或现有二代改进型核电技术进行厂区布置。
（1）AP1000机组：AP1000是西屋公司开发的一种双环路1000MW的压水堆核电机组，采用非能动的安全系统，其设计与性能特点满足用户要求文件(URD)的要求。
（2）现有翻版机型：国内翻版机型有岭澳翻版＋改进型，采用M310堆型。
3.2 厂区总平面布置
核电厂厂区总平面布置须结合厂址条件、安全要求、工艺流程提出满足与电厂建设、运行和维修相适应的最佳方案。核电厂厂址上的设施一般包括：
（1）发电综合建筑物。包括控制厂房、厂区备用交流供电设施、燃料设施、放射性废物设施、辅助厂房(PWR)、反应堆厂房(BWR)、一次安全壳结构、汽轮发电机厂房。
（2）放射性出入控制点。
（3）服务和管理厂房。包括办公室，电厂安全和进出控制、车间和库房。
（4）电力开关站。
（5）应急运行设施（厂外的）。
（6）水处理和调节设施。水处理、化学污水处理/废油、废水处理。
（7）箱体和贮存设施：放射性贮存箱、非放贮存箱、储存水池。
（8）运输设施。铁路进出和卸载、码头设施、龙门架起重机、进出道路和停车场。
（9）冷却水设施。包括冷却塔（冷却池）、相关的取水构筑物。
（10）塔/烟囱。气象塔、微波塔、排气烟囱；通风排风口。
（11）公用设施。电气廊道、管沟、水沟、人行通道口。
（12）厂区辅助设施：防火、围墙、厂区排水、景观美化。
（13）建造设施：脱水系统、库房/接收、办公室、装配车间、准备区、混凝土站、专用起吊设施。
在“场地平整”设计阶段，厂区的布置需特别注意与厂址的地形和特点有关的方案比选，以合理确定厂区的总体布置格局与厂区用地范围，各区域范围内的具体建（构）筑物的布置可在下一阶段设计中继续深化与优化。
本阶段，厂区总平面布置需重点考虑以下几个方面：
（1）核电站区的布置
核电站的主厂房主要包括反应堆厂房、汽机房、核辅助厂房、控制厂房等建筑。这些建筑生产联系密切，经常连成一体形成一座体量很大、平面布置形式多样的核电站核心建筑—核电站区。
根据国家核电发展规划，主要为AP1000机型与M310翻版机型，根据收集到的设计资料，AP1000核电站区域的尺寸约230m×240m（核岛环形道路中心线之间距离，下同），M310机型核电站区域的尺寸约250m×300m；见附图1核电站区布置图。
在确定核电站区可能的布置位置时，厂区的地质条件要充分考虑，核岛与常规岛宜布置在稳定的、同一地质单元的地块上，且地基承载力满足要求的地段。
另外，核岛的位置还涉及到核电厂非居住区的位置与范围，核岛的定位须充分考虑到因非居住区引起的拆迁问题，非居住区根据厂址的地形、地貌、气象、交通等具体条件确定，半径（以反应堆中心为中心）不得小于500m。
（2）水工设施的布置
核电站的供水方式不仅影响电站投资、占地面积及运行的经济性，还影响到厂区的布置。在有条件的地方核电站宜采用直流供水（靠海、大湖、大河边）；为解决水量不足和防止热污染，可采用循环供水或混合供水；有时，海边核电站缺乏谈水水源时亦可考虑海水淡化方案；为了保证反应堆事故时能安全停堆，核电站还专门设有安全冷却水系统，这套系统的泵房可以同循环水泵房建在一起（如岭澳核电站，内部隔开），也可单独建立。
附图1 核电站区布置图
核电站的取排水方式以及泵房、冷却塔、冷却池的位置取决于每个核电站具体的水文、气象、地质条件和核电站区的位置。在“场地平整”设计阶段，需结合厂址取排水条件与核电站区位置，初步确定水工方案；当采用直流冷却供水时，取水泵房宜靠近汽机厂房；当采用循环冷却供水时，冷却塔宜靠近汽机厂房，工程初期冷却塔不宜布置在扩建端及在室外配电装置和主厂房建筑群冬季盛行风向的上风侧；当采用混合冷却供水时，冷却塔宜布置在水源和汽机厂房之间地带。
AP1000机型与M310翻版机型都是百万级机组，常规岛的冷却水量较同级别火电机组要大很多。当采用循环冷却或混合供水时，需布置冷却塔，目前国内大型塔在热力、阻力特性，浓缩倍率，填料特性，塔筒结构要求等诸多方面均有待于研究与提高；在厂区布置时需要注意的是，冷却塔的排列方式应面向采用主导风向的最大冷却效果；各冷却塔单元的间距应使从一个冷却塔排出的空气与其他的冷却塔的进入空气相混合的可能性减至最低程度；此外，冷却塔的位置应使冷却塔的失效不危害抗震I类结构。
（3）变压器和开关站的布置
在本阶段，需结合电力系统的要求、出线方便，与主厂房变压器的关系以及冷却塔（池）的影响因素，初步确定变压器和开关站的布置。变压器和开关站的布置一般也采用常规火电厂的布置方式，将变压器布置在汽机房A列墙外，开关站布置在变压器外侧。
对于变压器的布置，可根据电厂出线、循环进排水方案，可考虑安放在汽机房靠发电机段的正面或侧面；开关站也可以不设在厂区内，电厂发出去的电能经主变升压后直接送到附近电网的变电所中，这种布置方式要根据电力系统状况进行经济技术比较而定。
厂内开关站（主要指高压开关站装置）有屋内布置(GIS)与常规屋外布置及介于二者之间的组合布置方式(HGIS)，在“场地平整”设计阶段，需结合厂址周围具体条件，土石方工程量、厂址用地等因素，初步确定开关站的布置方案。
变压器和开关站的联系，可考虑电缆或架空进线方案，需结合场地条件与厂区布置后比选确定，宜优先考虑架空进线方案；附图2某核电站变压器和开关站布置方案图。
附图2 某核电站变压器和开关站布置方案图
（4）其它辅助和附属生产区的布置
其它辅助、附属生产设施一般有综合办公楼，水厂、修配厂、泵房、废料储存库、备用锅炉房、仓库、消防站、车库、培训中心，食堂，保安控制中心等，有时厂区还有参观中心或展览馆；从功能上可分为常规辅助生产区、三修仓库区、三废区、试验区、服务设施区、厂前建筑区等；辅助、附属生产建筑物要根据有无污染、实体保卫、工艺要求等特点进行分区布置；并根据确定的核岛位置，充分利用非居住区范围内用地进行布置。
常规辅助生产区、三修仓库区、三废区、试验区、服务设施区位于保护区内。常规辅助生产区包括制氢站、化水车间、空压机房、锅炉房等；三修仓库区包括非放射性机电仪仓库及办公、非放射性机修、非放射性仓库、钢材储存库、材料棚、汽车库等；三废区包括废物辅助厂房、废液储存罐、废物暂存库、放射性机修及仓库等；试验区包括厂区实验楼、性能实验楼等；服务设施区包括安全、保健物理（包括人员证件、剂量测量、口罩发放、会议室、去污区和保健物理实验室）、更衣间以及电厂运行及停运人员的备餐设施。
厂前建筑区位于保护区外，主要建构筑物有综合办公楼，培训中心，食堂，保安控制中心等建构筑物，需要注意的是，常规辅助生产区，宜靠近常规岛布置；三废区，宜靠近核岛布置，方便废物储存及废液的就近收集；排气处理厂房、污水处理厂、任何氯气设施等，应尽可能设置在主厂区的下风向，以最大程度减少这些设施的释放影响主电厂区的可能性；处理潜在有害材料的厂房或设施不应设置在控制设施的附近。
（5）厂址扩建方向
在“场地平整”设计阶段，总平面布置需确定厂址的扩建方向，以确定一期核岛可能的布置位置，满足一期核岛地质详勘及负挖的要求。
厂址扩建方向的确定涉及的因素较多，需综合分析厂址条件，考虑厂区的格局、系统出线、取排水方案、进厂公路、后期施工与电厂运行的影响、施工进度的要求、基槽余土的动态平衡等因素，经技术经济比选后确定。
（6）厂区实体保卫
核电站的安全性极其重要，在考虑的深度和广度上都远远超过常规火电站，它对核电厂的重要设备和材料实施保卫，使其在任何情况下，重要设备遭受破坏和核材料丢失的危险减至最小。
核电站通常根据保卫对象性质的不同，分为控制区、保护区、关键区。在“场地平整”设计阶段，厂区布置需根据实体保卫的要求合理规划分区，并考虑厂区实体保卫实施的建设用地。
（7）厂区景观组织
尽管压水堆电厂为一个工业设施，但在功能要求与美丽的外观要求之间，不存在不可协调的矛盾。独立的设施和整个电厂的设计和布置应在实现功能要求的基础上，在投资不显著增加的情况下，尽可能改善电厂的形象。
核电站厂址在地质、水源、人口方面的特殊要求，厂址一般都位于山水较优美的自然环境之中。在场地平整阶段，厂区总布置应尽可能结合附近的湖泊（大海）、山体等自然景观，合理布置厂区、创造一个良好的人工和天然相结合的风景优美的生产环境。
附图3为某核电站“场地平整”设计阶段厂址鸟瞰图。
附图3 某核电站“场地平整”设计阶段厂址鸟瞰图
3.3 厂区竖向布置
在场地平整阶段，厂区竖向布置的工作主要为确定场地平整的标高，影响场地平整标高的因素主要有以下几个方面：
（1）设计基准洪水
核电站的安全重要物项必须防御设计基准洪水，以保证它们免于高水位的危害；设计基准洪水位的确定应考虑最大可能洪水位及海边或湖边的波浪上升和波浪飞溅。
安全重要物项防御设计基准洪水的方式有二种，通常称为“干厂址”方案与“湿厂址”方案。
“干厂址”方案，即将所有安全重要物项建造在设计基准洪水水位以上，并考虑风浪影响；必要时，可将建在足够高的地方，或用提高厂址地面标高的总体布局来达到这一要求。这种方法比“湿厂址”方案（建造永久性的外部屏障）要更好，例如防洪堤或其它防洪构筑物。在这种情况下，对这些屏障必须注意选用适当的设计基准（如地震），并为这些屏障的定期检查和维修提供保证。必须认为，屏障本身也是安全重要物项。在有些情况下，这种核电站对极端水文现象的防护措施，还要辅以对所有重要物项安全采取防水措施和采用适当的结构设计。
目前，国内开展场地平整工作的厂址通常都采用“干厂址”的方式防御设计基准洪水，如山东海阳与三门核电工程。
（2）核岛区的地质条件
核岛区的地质条件要充分考虑，满足要求的基岩需出现在场地平整地面以下平均约8-9m标高处，且基岩面积可满足规划容量的核岛机组的布置。
（3）循环水方案
对于依靠海水或江河水直接冷却的核电站而言，冷却水从附近的海或江河通过循环水泵打上来，常规岛主厂房的场地设计标高与海或江河平面的高差就显得十分重要，由于潮汐的影响，水位经常变化，泵的扬程必须按较低水位考虑。当常规岛主厂房的场地设计标高越高，泵的功率越大，所耗的厂用电越多，水泵的运行费用越高。
需要说明的是，直流冷却水方案可通过适当降低凝汽器的高度（即常规岛厂房下沉式布置）或建设密封池的方案可以降低水泵的运行费用，但会增加常规岛主厂房负挖的工程量，需综合技术经济比较后确定。
对于采用循环冷却方案的核电站，循泵房、冷却塔场地标高的选择主要考虑与常规岛主厂房的关系，不受海或江河平面的高差的影响；场地平整标高主要影响循环水补给水的运行费用，补给水的运行费用相对于核电厂址的土石方工程量来说相对较少，故这类厂址，场地平整的标高可不考虑循环水方案的影响。
（4）土石方工程量
核电站一般建在人口稀少、供水方便、地基承载力高的海湾、河湖边等地区。这些地区的地形往往较复杂，为节省土石方工程量，充分利用多变的地形，常常采用阶梯布置。
厂区的台阶划分，应首先满足核电站区的布置要求，并尽可能把将相关建筑设施规划在同一阶梯内；厂前建筑区、开关站可结合厂址地形、土石方工程量另设台阶；采用阶梯布置方式时应注意厂区地势特点，依山就势，尽量顺等高线布置。
由于在目前场地平整设计阶段，工程采用的核岛机型、厂区的具体布置方案都有可能调整，平整后的场地为更好的包络后期的布置，宜尽可能少的采用台阶布置。
另外需要注意的是，考虑建设阶段的道路、场地地坪施工、绿化覆土等因素，在场地平整阶段，场地平整的标高一般低于场地设计标高约0.3m。
3.4 交通运输
在场地平整阶段，进厂公路常常须提前施工，总布置设计须根据厂址安全的要求，结合大件运输、人流组织、施工运输、厂区布置，初步提出厂址进厂公路的设置方案。
在组织核电站的厂内、外交通时须充分考虑以下几个因素：
（1）安全要求
根据HAF002/01《营运单位的应急准备和应急响应》对核电厂应急准备和应急响应的要求，厂区对外须设置与厂区主入口不同方向的对外应急通道。
（2）大件运输
核电站的超重超常设备多，反应堆压力容器、蒸汽发生器等设备结构复杂、体积大、重量重。
根据目前的资料，AP1000机型与M310机型建造期间主要大件设备如表1、表2：
表1 AP1000核电机组重件设备清单
| 设备名称 |
单台（吨） |
尺寸（米） |
备注 |
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A.1. 核岛 |
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蒸汽发生器 |
净重665t、毛重760t |
高29.2m、上部外径5.60m |
含主泵泵壳 |
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反应堆压力容器 |
重296t |
高10.30m、进出口管嘴外缘的外径6.60m |
法兰至下封头 |
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堆芯补水箱 |
重115t |
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废水暂存箱 |
重130t |
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一体化顶盖 |
重246t |
高2.43m、法兰外径4.78m |
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稳压器 |
重100t |
高15.42m、外径2.54m |
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硼酸储存箱 |
重120t、容积265m³ |
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A.2. 常规岛 |
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低压汽轮机转子 |
重220t |
长12m、宽6m、高6.3m |
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低压内缸上部 |
重125t |
长9.5m、宽4.6m、高4.3m |
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低压内缸下部 |
重130t |
长10.5m、宽4.6m、高4m |
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发电机定子 |
重465t |
长11.8m、宽5.62m、高5.46m |
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发电机转子 |
重230t |
长18.4m、宽3.3m、高3m |
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汽水分离器 |
重290t |
长30.7m、直径4.264m |
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凝汽器 |
重215t |
长18.0m、宽5.1m、高8.0m |
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（3）人流组织
电厂建设运行期间，根据进厂人员性质分主要为筹建管理人员、施工人员、电厂运行人员与检修人员等；厂区的分区布置与进厂公路的设置需合理组织人流，尽量减少交叉。
（4）厂内运输
厂内运输主要是新燃料、乏燃料、固体废物、后勤供应（如备品配件、劳保用品、设备仪表维修等）等的运输。为适应厂外运输及厂内厂房（车间）与厂房（车间）之间的货流及人行需要，通常主厂房区四周及大件设备的运输通道设置为重型路，其它地段可为轻型路；厂房及道路间设支路（含人行道）。
铁路和公路线的布置应尽可能减少大量有害材料（可燃、爆炸等）紧靠安全相关厂房进行运输。铁路线布置应使滑动出轨的机车不致损坏安全相关厂房或设备。
表2 M310核电机组重件设备清单
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设备名称 |
单台毛重（吨） |
尺寸（米） |
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长 |
宽 |
高 |
|
A.1. 核岛 |
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反应堆压力容器 |
276 |
11.06 |
6.52 |
6.30 |
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蒸汽发生器 |
354.6 |
21.13 |
5.20 |
5.29 |
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A.2. 常规岛 |
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汽水分离再热器(MSR) |
342 |
24.38 |
Ø5.25 |
|
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高压缸模块 |
155 |
6.31 |
4.52 |
4.27 |
|
低压缸 |
147.6 |
6.91 |
7.95 |
5.41 |
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主变压器（单相） |
220 |
6.50 |
4.50 |
5.50 |
|
发电机定子 |
400 |
11.80 |
4.15 |
4.20 |
|
主行车梁 |
65 |
44.5 |
2.5 |
3.5 |
4 “场地平整”阶段总布置设计应注意的问题
（1）厂址用地问题
“场地平整”设计阶段，根据推荐的厂区总平面布置确定厂址的场地平整范围。
前阶段开展“场地平整”工程的厂址，由于核岛采用的机型不能确定，电气、水工等提出的工艺专业布置方案通常都未最终审查确定，在厂区布置时常总采用包络的设计原则，最终体现在厂址用地上就会偏于保守。
目前，据建设部、国土资源部的要求，核电厂建设用地指标的编制工作正在进行之中，不久将颁布实施；该指标的制定对于确定厂址建设用地规模有了明确的编制依据，可以更合理的确定厂址用地。
考虑核电发展专题规划，我国今后核电发展机组确定为M310、AP10000堆型机组，后续的核电厂厂区用地规模除依据建设用地指标外，还应结合实际工程不断调整，以在满足核电厂布置条件的前提下，加强核电厂工程建设用地的科学管理，提高土地利用率，贯彻“十分珍惜和合理利用每寸土地，切实保护耕地”的基本国策。
（2）安全问题
在“场地平整”设计阶段，总布置设计涉及核安全的因素须充分重视，对于核电站区的地质条件、满足规划容量机组布置的基岩面积、设计基准洪水、进厂道路与应急疏散道路都需落实。
（3）土方平衡问题
在场地平整阶段，厂址土石方工程量除考虑厂区挖填方外，还需综合考虑土石方的松散与压实增减量、基槽余土、开挖砂石料的利用、厂外公路（铁路）的余（缺）土量，尽可能平衡整个工程的土石方工程量。
（4）排水出路问题
考虑施工期间建设场地的排水问题，场地平整的坡度一般为0.3%-0.5%，在某些地段还要开辟排水沟、盲沟或积水井，以疏干建设场地；除自然散排的天然雨水外，凡组织排水均应解决好排水出路问题；另外，核电厂场地平整对原始地形变化较大，会破坏建设场地附近的排水系统，需结合厂址周围地形，解决好附近区域排水出路问题。
排水出路问题，在以往的工程中教训不少，多因施工期间厂址排水冲良田、道路、房屋或破坏原有场地的排水系统等与当地群众发生过纠纷和赔偿事件。
5 结语
根据我国核电中长期发展专题规划，“到2020年，在目前在建和运行核电容量1696.8万千瓦的基础上，新投产核电装机容量约2300万千瓦；同时，考虑核电的后续发展，2020年末在建核电容量应保持1800万千瓦左右”，这意味着我国的核电建设方针将由“适度发展核电”调整为“积极推进核电建设”，国内一大批新的核电厂址将会开工建设，希望笔者的核电站“场地平整”阶段总布置设计经验的分析总结，能够对今后陆续开展或正在开展“场地平整”工程的核电站设计工作提供一定的启示与帮助。
参考文献
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[2] ALWR Utility Requirement Document (URD),
EPRI-URD, 1996
[3] 核电中长期发展专题规划（2005~2020年），国家发展与改革委员会，2007
[4] 核电站总平面及运输设计规范，国家质量技术监督局、中华人民共和国建设部，1999
[5] 火力发电厂厂址选择与总图运输设计，武一奇主编，2006
[6] 国外核电站总平面布置，熊承鹤、江建豪、沈元章，1981
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