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?深耕科研沃土,綻放創(chuàng )新之花 ——陜西院科研項目《330千伏地下變電站復合體系整體性能研究》紀實(shí)

  “根深則葉茂,本固則枝榮。”這句古訓在科研領(lǐng)域同樣熠熠生輝,唯有扎實(shí)的基礎研究,方能孕育出創(chuàng )新的碩果。做科研,向下扎根,才能向上生長(cháng)!是需要專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員保持“進(jìn)”的耐力,“強”的信念,“勝”的目標,在“深鉆”和“研透”、“積累”和“提升”、“真知”與“篤行”中把握科研創(chuàng )新的“脈動(dòng)”,始終朝向科研創(chuàng )新最前沿、生產(chǎn)第一線(xiàn),以勝人者先自勝的眼光、信念與心氣,凝聚“破題”之識,展現“破壁”之銳、提升“破圈”之能。依托科研成果,對一線(xiàn)生產(chǎn)的各項重難點(diǎn)工程不斷講究提質(zhì)增效、明確管理方式、優(yōu)化服務(wù)流程,讓科研創(chuàng )新引領(lǐng)一線(xiàn)生產(chǎn),讓科技創(chuàng )新成果生根、落地。近日,中國能建中電工程陜西院科研團隊歷經(jīng)三年潛心鉆研,成功完成《330千伏地下變電站復合體系整體性能研究》,并順利通過(guò)權威專(zhuān)家評審,標志著(zhù)陜西院在地下變電站設計理論與建造技術(shù)上邁出了堅實(shí)的一步。

  該科研項目聚焦于解決地下變電站設計與施工中的關(guān)鍵難題,通過(guò)系統性研究與創(chuàng )新,成果得到了行業(yè)內外的高度評價(jià)。專(zhuān)家評審團一致認為,項目所取得的學(xué)術(shù)論文、實(shí)用新型專(zhuān)利等成果,不僅滿(mǎn)足了項目考核指標,更在整體上達到了國際先進(jìn)水平,部分技術(shù)達到國際先進(jìn)水平。目前,研究成果已在城南330千伏變電站項目中得到有效應用,為工程的順利推進(jìn)提供了堅實(shí)的技術(shù)支持與施工指導。

  項目專(zhuān)業(yè)技術(shù)負責人董淑卿回顧道:“面對工程實(shí)踐中的技術(shù)挑戰,我們以《330千伏地下變電站復合體系整體性能研究》為突破口,旨在攻克型鋼混凝土結構體系首次在地下變電站應用、以往工程設計及施工中的重難點(diǎn)問(wèn)題。這一科研成果不僅為制約地下變電站設計的核心難點(diǎn)提供創(chuàng )新思路、構造措施和施工專(zhuān)項方案,也為《地下變電站技術(shù)規程》的修訂提供了重要理論支撐。”

城南330kV半地下變周邊環(huán)境現狀

  研究緣起,破舊立新

  自2007年以來(lái),陜西院持續專(zhuān)注于地下變電站的設計與研發(fā),足跡遍布西安及烏魯木齊的多條地鐵線(xiàn)路,成功設計并建成投運了十余座地下變電站。這一系列項目不僅積累了寶貴的工程經(jīng)驗,還促使陜西院組建了一支涵蓋多專(zhuān)業(yè)的核心技術(shù)攻關(guān)團隊。

  結合開(kāi)展的10余座地下變電站設計經(jīng)驗,項目組發(fā)現采用常規鋼筋混凝土結構體系面臨諸多的技術(shù)瓶頸難題,針對大跨度、重荷載及復雜受力環(huán)境,傳統設計方法往往帶來(lái)截面尺寸過(guò)大、開(kāi)挖成本增加、有效空間受限等問(wèn)題。加之地下結構抗震性能指標的研究不足、地下結構抗浮設計標準不明確,以及大體積混凝土澆筑時(shí)的裂縫控制難題,這些都構成了亟需破解的關(guān)鍵挑戰。

  為應對上述難題,項目組在立項前期進(jìn)行了廣泛調研及咨詢(xún),針對當時(shí)的國內外研究現狀,對研究?jì)热菁邦A期成果進(jìn)行仔細分析、反復斟酌,陜西院項目組與西安建筑科技大學(xué)緊密合作,以陜西院深厚的工程實(shí)踐為依托,結合高校的科研優(yōu)勢,依托陜西院設計的全國首座330千伏半地下變電站——城南330千伏變電站工程開(kāi)展科研研究。2021年5月,科研組啟動(dòng)了三項核心課題,分別聚焦于結構優(yōu)化設計、抗浮性能研究及大體積混凝土的溫度與裂縫控制。

  歷經(jīng)近三年的攻堅克難,至2024年3月23日,科研組的成果順利通過(guò)了行業(yè)專(zhuān)家的評審,意味著(zhù)陜西院在地下變設計領(lǐng)域取得關(guān)鍵性核心技術(shù)成果,不僅解決了工程實(shí)踐中的技術(shù)瓶頸,更為未來(lái)地下工程的設計提供了前瞻性的指導和參考,有效夯實(shí)陜西院“地下變電站”傳統特色品牌,助力陜西院高質(zhì)量轉型發(fā)展。

  拓展寬度,耕植深度

  城南330千伏變電站,坐落于城市腹地,其建設背景復雜多變,考驗著(zhù)項目團隊的智慧與毅力。項目地塊緊鄰雁塔110千伏變電站,周?chē)敲芗木用駞^、高層建筑與繁忙交通,空間狹小且施工環(huán)境受限。加之地下水位接近地面,主體結構深挖作業(yè)對安全與環(huán)保提出了嚴苛要求。同時(shí),還需周密考慮與周邊330千伏市政頂管隧道、110千伏電纜豎井、主變設施等既有設施的協(xié)調,確保安全距離與結構穩定。在有限的地下空間內,如何高效運輸、安裝大型設備,同時(shí)有效管控噪聲、振動(dòng)與電磁輻射,成為項目組必須面對的挑戰。

課題1試件加載照片

課題2試驗過(guò)程       課題3試件制作過(guò)程

  面對城南變電站的復雜現場(chǎng),項目組不僅要考慮基坑支護、周邊環(huán)境穩定、結構體系、抗浮防水、耐久性、經(jīng)濟性等多維度的設計與施工技術(shù),更要在此基礎上實(shí)現科學(xué)合理的電氣布局,確保結構安全、穩定與可靠。這無(wú)疑是對項目組綜合能力的一次嚴苛考驗。

  為確保城南330千伏變電站的順利建設,項目組在初步設計收尾階段積極引入外部專(zhuān)家力量,與西安建筑科技大學(xué)緊密合作,共同探索解決方案。雙方從優(yōu)化創(chuàng )新的角度出發(fā),細致考量施工安全與現場(chǎng)施工組織措施,最終因地制宜地確立了城南變電站的結構體系:型鋼混凝土扶壁式外墻+鋼管混凝土框架柱+型鋼混凝土梁的創(chuàng )新組合。這一設計不僅巧妙化解了復雜環(huán)境下的設計和施工難題,更為同類(lèi)項目提供了可復制的成功模式。

  群策群力,共克難關(guān)

  項目從最初的立項到順利驗收,歷時(shí)近3年,歷經(jīng)第一階段的理論研究,第二、三階段的試驗方案制定、試件制作和加載,第四階段的試驗數據整理、數值模擬分析和撰寫(xiě)總結報告。

  項目組成員每月定期向陜西院匯報進(jìn)展,確保科研活動(dòng)的透明度與效率。在項目專(zhuān)業(yè)負責人周密部署下,團隊成員每周緊密溝通,共享設計中的挑戰與突破,共同攻克難關(guān)。面對三個(gè)課題的試驗方案制定,項目組成員吳桐分享道:“我們曾陷入長(cháng)時(shí)間的討論與探索,受限于實(shí)驗室條件,一些設想難以付諸實(shí)踐。經(jīng)過(guò)與西安建筑科技大學(xué)一個(gè)月的深入交流與反復推敲,我們轉變思路,最終優(yōu)化并提高了試驗方案、試件數量及預期成果,實(shí)現了合同目標的超越。”

城南330kV半地下變現場(chǎng)施工照片

  科研理論與試驗研究的高效推進(jìn),顯著(zhù)加速了城南變電站施工圖的設計步伐。談及主體結構設計,佘陽(yáng)陽(yáng)提到:“城南主體結構的節點(diǎn)設計,不僅遵循現行規范與圖集設計理念和原則要求,更在科研成果的驗證基礎上,緊密結合工程實(shí)際,大膽創(chuàng )新。面對梁柱節點(diǎn)的復雜性,我們逐一克服因設備功能差異性布置引起各個(gè)節點(diǎn)的荷載與受力不同,導致每個(gè)節點(diǎn)具體梁柱設計方案均不同,由此帶來(lái)的設計難度也逐步提升。同時(shí),為滿(mǎn)足底板防水完整性及受開(kāi)挖深度的限制,現行圖集沒(méi)有完全一致可供參考的節點(diǎn)做法,我們運用ABAQUS有限元模擬分析,針對型鋼混凝土柱和鋼管混凝土柱柱腳節點(diǎn)創(chuàng )新性設計出符合工程實(shí)際的27個(gè)鋼管混凝土柱腳和12個(gè)型鋼混凝土柱腳節點(diǎn),運用軟件的模擬分析充分展現了設計的科學(xué)性與實(shí)用性。”

  節點(diǎn)設計的成功,只是邁出了關(guān)鍵的第一步。接下來(lái),項目組面臨著(zhù)節點(diǎn)吊裝、施工與運輸的嚴峻考驗。通過(guò)與業(yè)主、監理、施工方及鋼構廠(chǎng)家的密切協(xié)作,團隊進(jìn)行了詳盡的運輸與吊裝模擬,靈活調整構件拼接位置,確保符合規范與圖集要求。作為城南變電站土建主設計人兼工地代表,徐剛自豪地表示:“我們設計的節點(diǎn)連接方式不僅合理、合法、合規,而且經(jīng)現場(chǎng)驗證,其實(shí)際操作性極強,完全符合公路運輸的限高、限寬標準。如今,地下主體結構已順利封頂,這是對我們科研成果與設計智慧的最好證明。”

鋼管混凝土柱運輸照片    鋼管混凝土柱現場(chǎng)吊裝照片

  喜結碩果,引領(lǐng)方向

  項目組經(jīng)過(guò)前期的科研鉆研和歷時(shí)26個(gè)月的城南變土建施工圖設計,面對現行圖集中未能提供完整適應工程實(shí)際需求的多種復雜連接方式,項目組查閱了大量的規范、圖集、學(xué)術(shù)文獻,并結合科研成果,通過(guò)模擬分析和實(shí)踐驗證,最終依據城南項目現場(chǎng)實(shí)際情況,項目組在結構體系、節點(diǎn)連接設計、施工模板支撐和抗浮設計等方面取得了一系列創(chuàng )新成果。目前,項目組已取得實(shí)用新型專(zhuān)利7項,向國家知識產(chǎn)權局提交發(fā)明專(zhuān)利9項(均在公示階段),取得軟著(zhù)3項,主導完成修編《地下變電站設計規程》1本,發(fā)表了4篇專(zhuān)業(yè)論文,其中一篇榮獲《能源工程技術(shù)》雜志2022年度優(yōu)秀論文獎。基于科研成果,項目組完成《地下變電站型鋼混凝土組合體系設計技術(shù)研究》和《地下變電站大體積混凝土溫度與裂縫控制理論方法研究》課題各1本,總結出型鋼混凝土扶壁式外墻+鋼管混凝土框架柱+型鋼混凝土梁組合體系、大體積混凝土設計與施工方法建議和結論,為科技成果轉化、推廣和應用奠定堅定基礎。

  該科研項目的順利開(kāi)展和結題驗收,意味著(zhù)深入城市負荷中心的地下變電站在結構體系選型、抗震設計計算、抗浮和大體積混凝土澆筑等關(guān)鍵點(diǎn)研究有了實(shí)質(zhì)性突破,研究成果將引領(lǐng)地下變電站結構體系的發(fā)展方向,可供工程設計和施工技術(shù)人員借鑒參考,為今后科研、設計和施工的進(jìn)一步發(fā)展創(chuàng )造一定條件,具有很好的技術(shù)經(jīng)濟效益和應用推廣性,可為陜西院拓展新業(yè)務(wù)領(lǐng)域提高技術(shù)支撐,為地下變相關(guān)領(lǐng)域業(yè)務(wù)工作提供有力支持。

  欲有破竹之威,更需扎根之力。種子在發(fā)芽之前,必須經(jīng)歷長(cháng)久的沉寂,深埋在地,周?chē)且黄诎怠?蒲刑剿鳌⒖蒲袆?chuàng )新、科研發(fā)展的道路,也是一樣。創(chuàng )新方向決定“地下變”的發(fā)展道路,發(fā)展道路決定“地下變”的核心競爭力。從始至今,項目組永遠保持仰望星空的期許,從不放棄求知探索和砥礪前行的渴望。以理想做燈,照亮漫漫前路,不論山高水長(cháng)還是荊棘遍布,都始終向下扎根、向上生長(cháng),堅定不移地為夯實(shí)陜西院“地下變電站”傳統特色品牌作出自己的貢獻,進(jìn)一步有效助力陜西院“兩商”轉型高質(zhì)量發(fā)展!