老虎坑垃圾焚烧发电厂三期工程的设计与思考

姚莉丽

中冶南方都市环保工程技术股份有限公司 湖北武汉 430040

摘要：随着社会主义建设事业发展的需要，城市化进程不断推进，在我国各地相继新建了不少垃圾焚烧发电项目，垃圾焚烧发电技术是城市生活垃圾“减量化、资源化和无害化”的最有效的技术手段，因此生活垃圾焚烧电厂成为大中城市处理生活垃圾的重要方式，本文以老虎坑垃圾焚烧发电厂三期工程为例,结合该厂建设情况，从建筑设计方面解析垃圾发电工程的设计特点。

关键词：垃圾焚烧发电厂 建筑布局及规划 建筑外观 项目历程及难点

1. 项目简介：

项
目名称：老虎坑垃圾焚烧发电厂三期工程

工程概况：本工程分三期建设，其中一期、二期已建成，一期建设规模为日处理垃圾量3x400t/d，二期建设规模为日处理垃圾量4x750t/d，三期工程日处理达5x850t/d垃圾规模，整个电厂建设规模是目前国内已建成运营的最大的垃圾焚烧发电厂。项目厂址位于深圳市宝安区老虎坑环境园内，其西侧为一期、二期垃圾焚烧发电厂及老虎坑水库，北侧为环境园规划的餐厨处理用地，东北、东南两面环山，占地面积约为120766m²。

图1 全厂效果图

2. 整体布局及景观规划

1. 整体规划及布局

在环境园区的整体规划中提出“三体两面”的概念，三体即一、二、三期厂房建筑主体，两面则是以一期以及三期面向水库景观的立面为整体园区的综合展示面，通过“两面”来形成整体区域的最佳展示面，达到吸引人流对公众开放的目的，通过“三体” 以及“一个核心”有效地融合山水，形成整体园区背山面水的自然环境。

图2 总平面图

在交通流线的设计上，厂区采用封闭式的管理模式，设置了3个主要出入口，各出入口功能明确，实现了客、货分流。其中，厂区西北侧设置1个物流出入口，主要生产车流经此出入口进出，门卫室与汽车衡操作室合建；综合楼的南北两侧分别设置出入口，供人流、消防及检修车辆的进出。主要人流方向：大门——停车场——综合楼——主厂房——主控室——综合楼——停车场——大门离厂，物流主要为垃圾、药剂及酸碱液的的运入、灰渣的运出等。

2. 景观规划

厂区内景观的营造主要为建筑服务，将景观引入建筑形成丰富的空间层次，不仅提升了整个园区的档次，也为员工提供了休憩的绿色空间，体现人与自然和谐的主旨思想。本项目景观规划分为以下个部分：

1）各车间周围的绿地。该区域的绿化以满足功能要求为主，根据不同的生产界区确定绿化结构层次。主厂房四周采用抗污染和滞尘能力强的树种，绿化层次为疏透结构以利于气流交换；配电装置、泵房及水池区域的室外空地以培植覆盖地被植物草坪为主绿化。

2）综合楼周围为厂区绿化景观重点区域，该区域绿化景观应与建筑以及周边自然环境相融合。1#大门入口两侧采用多层次绿化种植，空间上欲扬先抑，中心环岛以企业形象雕塑和草花花境为主景，形成以雕塑为端景，两侧绿化为框景的视觉通廊，给人以花团锦簇的厂前景观体验。综合楼北侧以微地形结合群落式种植有效地降低垃圾卸料车的噪音污染，前景以弧线形装饰性绿篱将景观视觉焦点引导致综合楼区域。

3）围墙边界绿化以隔尘防污降噪为主，绿化与周围山体环境相融合。层级高差变化较大的区域，利用层级式挡墙配合斜坡绿化处理，墙面前方搭配乔木种植，加强立面绿化，以减弱墙体较为生硬的立面效果，层级高差变化不大的区域，挡土墙材料以回收材料自然石笼和木质压顶营造自然亲切的质感，种植搭配开花地被及舒展乔木，塑造场地中心别致的台地式景观。

4）综合楼屋顶采用覆绿方式，参观区配合人行动线设置屋顶绿化花园，让游客在参观过程中体会绿色生态的美好。配套用房区域立面增加垂直绿化区域，以打破建筑的体量感，增强建筑环保效果。设备区立面增加垂直绿化，弱化大型设备对场地的影响。

通过上述因地制宜、层次分明的绿化设施设计，本工程将建成为一座环保型绿色花园式工厂，为文明生产创造良好的区域环境。

三、建筑布局设计

1. 建筑平面设计

本
项目包括综合主厂房、生产配套辅助用房及办公科研部分。主厂房位于整个厂区的中心地带；循环水处理区布置在主厂房的东侧；物料管理区布置厂区西北角，靠近物流出入口；办公生活区的综合楼布置在主厂房区的西侧、靠近人流出入口，通过人行栈桥与主厂房相连。综合主厂房为垃圾处理过程中最主要生产车间，其布局根据垃圾焚烧流程分为五部分（如图所示）。垃圾卸料跨、垃圾储存跨、锅炉焚烧跨、汽机间、烟气处理跨等。主厂房内部空间大，功能复杂。生产配套辅助用房包括循环水泵房、冷却塔、水池、油泵房等，该部分为主厂房生产提供配套服务。办公科研部分由办公、实验、职工食堂等组成综合办公楼，作为全厂的管理、运营中心。

图3 三期总平面图

图4 主厂房平面布置图

主厂房卸料大厅西侧和北侧靠东位置分别设置垃圾重、空车栈桥（1#、2#上料栈桥）出入口，垃圾重车从主厂房西侧入口的1#上料栈桥进入卸料大厅内，卸料完毕后从主厂房北侧出口的2#栈桥驶离卸料大厅，2#栈桥与主厂房北侧灰渣车专用道路相接。

2.参观流线的概念设计：

本
工程力求打造生产，参观，环保教育以及体验为一体的综合参观流线。总体参观流线形成“两厅两台两通道”的设计；其中两厅为综合楼展厅、主厂房前序展厅；两台为综合楼休闲平台、主厂房屋顶休闲平台；两通道为主厂房室内参观通道、主厂房室外参观通道。

图5 主厂房参观通道示意图

参观通道的设计理念是来访人员在不影响生产和不走回头路的情况下，在环境舒适的专门通道内，依次参观中央控制室、卸料平台、主要生产车间、垃圾池、垃圾吊车控制室等区域并对生产的全过程进行了解。对需要了解车间布置、详细运行情况的人员，在车间内还设有专门的路线及标识。同时结合展厅、休息平台、室外屋顶休闲空间以及景观的方式形成一个多元的参观流线，达到参观与生产、参观与体验、室内与室外、人工与自然多方位结合的参观体验。

厂区参观路线为：从厂外来的参观游客在停车区域下车到达整体环境园的入口广场区域，通过手扶电梯进入到综合楼区域后对展厅进行参观， 综合楼展厅以垃圾发电科普知识，环保科技历史和垃圾处理的未来发展为主题，采用沙盘模型，展板，3d投影以及VR视频影院的方式进行展示； 参观人员参观完后，通过连桥进入到主厂房参观区域，来到8m层前序展厅部分，并沿着参观通道对集中控制室、运渣车区域、汽机间进行参观学习，封闭的参观长廊以充满现代感的室内形象营造良好的休闲氛围，参观者通过两部垂直电梯进入到20.5m-23.0m的高空参观通道，参观垃圾池以及垃圾吊操作的全过程，其旁设置垃圾吊操作模拟设备，供游客和学生操作体验；继续往前走为汽机间参观区域，设置玻璃栈道与普通栈桥结合的方式，增加不同的体验感；厂房内参观完后进入到屋顶休闲平台部分，通过两侧玻璃以及屋顶花园形成一个工厂与自然结合的参观路径，最后进入到烟气处理间的上空参观通道并在此进入电梯等候区，通过烟囱的电梯可选择性的达到烟囱顶部平台进行参观体验或者达到0m标高，到达三期主广场。

4. 建筑外观设计

该项目在充分考虑垃圾生产工艺布置的前提下，建筑造型突破常规工业厂房，以“城市公园”为主题，结合山体意向，建筑形态去工业化，打造地标性建筑。在工业建筑空间内部引入中庭空间，加强烟囱观景平台、绿化屋面、垂直绿廊之间的联系，功能与形态一体化，卸料大厅、垃圾池、焚烧炉、烟气处理四大工艺流程在造型上得到充分诠释；模块拆分建筑，每条生产线作为一个模块，使巨型体量得以拆分的同时有效体现工艺流线；烟囱也突破原有构筑物的形象，从主建筑中旋转而出，与厂区融为一体，并在高处设置观景平台，俯瞰园区景观。建筑立面上打造新的肌理和诗意化造型，赋予垃圾焚烧厂房全新的建筑风格。

图6 主厂房外观创意图

附属建筑则以满足功能使用为出发点，以统一的设计手法进行外观设计，造型简洁，色调明快，风格、色彩、建筑材料选用方面与主厂房协调一致，强化建筑群体的整体性。流线型的造型设计，与周围环境有机融合。

整个厂区在设计表现上遵循体量组合及立面造型追随内部功能"的基本原则，强调现代工业建筑随时代发展与社会进步相适应，积极采用新材料、新工艺，在建筑设计中发挥新材料、新工艺的特性。本项目通过高耸的建筑外立面和带有强烈金属质感的建筑材料，以国际流行的色调和非对称性的手法，彰显都市感和现代感。

图7 三期鸟瞰图

4. 本项目设计历程及难点：

1.消防设计

本工程作为垃圾焚烧发电厂，不仅要满足生产工艺的要求，还要满足消防的要求。在主厂房的消防设计中就遇到了很大的难题。按照行业规范《生活垃圾焚烧处理工程技术规范》CJJ 90-2009的相关规定，特大类垃圾焚烧厂适用范围为2～4条焚烧线。而本工程为日处理垃圾4250吨焚烧发电厂，主厂房体量巨大，建设有5台日处理垃圾850吨焚烧炉、5台中压中温余热锅炉以及3台45MW凝汽式汽轮发电机组，共5条焚烧线，超出了该规范的适用范围，因此需要进行特殊专项审查。

经过与消防审查部门及行业专家的反复沟通，本工程主厂房在防火分区的划分上做了很多优化，在数轮调整后终于确定了较合理的建筑方案，既满足了生产工艺的需要，又满足了消防安全的要求，顺利通过了各项审查。

例如对于垃圾卸料跨的消防设计，由于此跨为两层，且檐口高度超过24m，若定义为高层建筑，则每个防火分区的面积最大只能为4000m²。而二层卸料平台区域面积约10000m²，若为控制单个防火分区不超过4000m²，则需设多个防火分区，在平台中间加设防火墙，但这样一来又不能满足生产工艺的要求。通过分析发现，此跨一层为功能用房，二层为卸料平台，两者之间互不连通，因此上下二层可以按照两个独立的防火分区考虑。而二层功能仅为垃圾车卸料，可单独按照丁类二级单层建筑考虑。这样防火分区面积不再受限，满足工艺的需求。设计中垃圾卸料平台楼板按3小时耐火极限设计，耐火等级按一级考虑，并且在细节上也做了加强防护措施，如：

1. 卸料平台和垃圾储池之间采用的地开式卸料门增设防火涂料保护，耐火极限达3h；

2. 在炉前给料斗与焚烧炉排的连接处设置有防止回火发生的钢制隔离门，在炉前给料斗处设置一圈水平式水雾系统；

3. 在垃圾储池内两个端部设置带火检功能的消防水炮，能覆盖整个垃圾储池区域，并通过消防水炮的冗余设置（两用一备），增加消防的可靠性。

4. 主厂房在原来的基础上增加一部消防电梯，消防电梯总数达到二部，加强消防能力。

最
终确定的方案，主厂房的生产火灾危险性根据《建筑设计防火规范》GB50016-2014第3.1.1条规定，焚烧厂房的垃圾接收跨、锅炉跨、烟气跨和汽机跨生产火灾危险性为丁类，垃圾储存跨生产火灾危险性为丙类，其中垃圾接收跨耐火等级为一级，其余部分为二级。主厂房地上分为四个防火区，一区为垃圾接收跨；二区为垃圾储存跨；三区为锅炉跨和烟气跨；四区为汽机跨。一区、二区按《建筑设计防火规范》规定执行，三区、四区按《火力发电厂与变电站设计防火规范》规定执行。

图8 主厂房防火分区示意图

2. 主厂房的密封防臭设计

根据垃圾焚烧工艺流程，垃圾储池、垃圾卸料厅、垃圾车运输路线是厂区内散发臭气的几个场所，其中垃圾储存跨的垃圾储池储存了大量的垃圾，产生恶臭气体，因此，如何有效地对垃圾储池进行气密性处理成为了密封防臭设计的关键。

本工程气密性处理主要分为三部分：

1）垃圾储池的气密性处理。常规的垃圾电厂一般只有一个垃圾储池，与室内其他区域采用砖墙及混凝土墙封闭隔离后气密效果较好。本工程由于生产规模大、厂房较长，主厂房垃圾储存跨设置了两个垃圾储池，结构专业需要沿纵向设置变形缝。如果此处变形缝处理不好，垃圾储存跨的气密性无法得到保证。为解决这个问题，专门对相关密封材料的性能进行了研究，创新性的提出适合本工程的防臭型变形缝做法。根据试运营后的回访情况，业主方反映此防臭型变形缝做法的密封效果良好。

2）垃圾储池与相邻功能区域的气密性处理。在垃圾储池与其他功能区域的连通部分，设置了缓冲室。另外对屋顶采光天窗及控制室观察窗也进行了严格的密闭处理。

3）垃圾储池与室外的气密性处理。在与外界气密性的处理上，垃圾储池四周墙体选用现浇混凝土密实砌筑，整个墙体上不开窗，可很好地解决臭气散发问题。在垃圾储池屋顶设计中，协调结构专业采用檩条+高强波型钢板+钢筋混凝土叠合层+上铺柔性防水卷材的特殊做法，使钢筋混凝土层与周围的钢筋混凝土墙体紧密结合在一起，形成良好的密封效果。同时厂房内设置风机将臭气抽送到焚烧炉内燃烧。

主厂房的密封防臭处理是整个厂房建筑设计的重要部分，通过优化设计，既有效地解决了大跨度空间的屋面技术问题，又处理了屋面密封处理上的难点，还保证了施工的可行性与可靠性。特别在变形缝的处理上打破了传统，提出的创新方法可广泛应用于垃圾焚烧发电厂工程，亦可应用于有类似密封要求的大跨度建筑工程。

3. 项目中遇到的各种问题

1）由于本项目建筑方案采用国际招标的形式、多方联合设计，比常规设计更为繁琐，给建筑设计带来了一定的难度。为保证建筑方案能够顺利落地，在项目前期就与方案公司进行了深入交流，并对建筑方案提出意见和建议。由于方案公司主要考虑的是建筑外部的美观性和人的感观性，没有结合生产工艺与工业厂房的特点，造型别致的大跨度建筑有很多地方难以实现，经过多方、多专业的讨论及优化调整，最终的施工图设计还原度也达到了预期的效果。另外，本工程有很多属于专业二次深化设计的部分，比如玻璃幕墙、铝板幕墙、屋面系统、灯光、室内装修、景观及绿化、光伏发电等，因此在施工图设计前期就要与这些专业厂家沟通，按照二次厂家的设计要求完成主体工程的设计，这样可以避免一些重复、无效的工作以及设计错漏。

2）本工程为深圳市的重点市政项目，在建设的全过程中，始终需要以积极的态度配合业主方同报规、消防、绿建等政府职能部门进行沟通，协助甲方完成项目的各项流程工作，保证项目能顺利进行。不同于我们以往设计的是，由于该项目地处改革开放的前沿，有一系列地方规范标准，需要了解、消化这些规范，并结合城市特点进行设计。例如在报规中很重要的面积计算，当地地标的计算规则就与国标差异很大，而且工业厂房的面积计算更具有其特殊性，如果事先不做好工作，后期极可能会出现因与测绘部门结果不一致而影响验收的情况。因此，我方会同业主方与当地规划部门进行多次沟通，提请规划测绘部门提前介入本工程的相关工作，发现问题各方及时沟通、消除分歧、达成共识，通过这样的方式解决了不少问题。

3）不同于一般民用建筑，生活垃圾焚烧发电项目因工艺流程的特殊性，功能区域复杂、结构跨度大、建筑空间体量大，建筑设计时常常遇到一些新的技术难题。设计时应充分考虑生活垃圾焚烧发电项目的特殊性，了解垃圾焚烧处理工艺，结合各专业知识，妥善解决技术难题，进一步提升工程品质。例如在地下电缆室的设计中，由于地下部分面积大，电缆管线桥架交错复杂，防火分区的分隔与电缆的交汇位置多、封堵难度大，若在前期发现此问题并对方案进行优化，在局部加大房间尺寸，使电缆能合理地避让疏散通道，就可以优化检修空间和路径，预留安全距离，为施工提供便利、进而提高施工质量。

4. 结语

目前，深圳市宝安区老虎坑垃圾焚烧发电厂三期工程已经投产试运营，施工也进入尾声，相信在各方共同努力下，一定能将此项目建设成一座国内一流的垃圾焚烧发电厂，将建筑效果与工艺生产和谐统一，达到美化城市形象、净化城市生活的目标，实现环境、经济和社会效益的共赢。