國家體育場建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

國家體育場建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

1體育場館及配套設(shè)施2008年，第29屆夏季奧運會在中國首都北京舉行。國家體育中心是它的主要體育中心，俗稱“鳥巢”。本體育場坐落在北京市海淀區(qū)奧林匹克公園內(nèi)，北四環(huán)路北，北辰東路西，中軸線延長線東，規(guī)劃的成府路南，在北四環(huán)路與體育場之間規(guī)劃建設(shè)城市次干道———南一路。國家體育場共有座席100000座，其中固定座席80000座，臨時座席20000座。體育場用于北京2008年奧運會田徑、足球比賽以及奧運會開幕式和閉幕式。體育場還應(yīng)能舉行足球世界杯等重大國際比賽，并應(yīng)能舉行大型文藝演出等活動。體育場總建筑面積約為250000m2，體育場建筑最高點為69.21m，屬特級體育建筑。本工程為地上建筑，建筑物四周由緩坡堆積，形成0層，坡頂標高6.8m。體育場局部設(shè)地下一層，主要為汽車庫、媒體用房、部分設(shè)備機房等。地上為8層，其中，0層主要為機電設(shè)備用房、競技工藝用房、媒體用房、商業(yè)用房、車庫、廚房、內(nèi)部環(huán)路等，四層主要為包廂、套房、廚房、集散大廳等。其它層主要為集散大廳、咖啡廳、小賣部、工藝、媒體等用房。本工程結(jié)構(gòu)形式為鋼結(jié)構(gòu)+框架剪力墻結(jié)構(gòu)。外殼由鋼結(jié)構(gòu)有序編織成“鳥巢”，鋼結(jié)構(gòu)外殼里面的看臺及附屬用房采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)，部分框架柱子為斜柱，十二個核心筒為剪力墻結(jié)構(gòu)。基礎(chǔ)形式為樁基。奧運會期間，體育場外設(shè)約10000m2的臨時媒體用地。體育場北面設(shè)兩個熱身場地，一個為永久場地，另一為臨時場地，用于田徑、足球熱身及訓練使用。從使用上講，國家體育場要考慮近期與遠期相結(jié)合，近期主要為2008年奧運會承擔開幕式、閉幕式、田徑比賽、男子足球決賽等任務(wù)，也是2008年傷殘人奧運會的主會場。遠期要考慮世界田徑錦標賽、世界杯足球賽等特殊重大比賽；國家體育場還要承擔亞運會、亞洲田徑錦標賽、洲際綜合性比賽、全國運動會、全國足球聯(lián)賽等各類常規(guī)賽事；以及文藝表演、團體活動、商業(yè)展示會等非競賽項目。2了國家高爾夫球場10kv電源供電設(shè)備的主要比選國家體育場10kV供配電系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)執(zhí)行國家及行業(yè)現(xiàn)行規(guī)范，滿足奧組委對2008年奧運會的要求和業(yè)主方提出的設(shè)計大綱及其它設(shè)計要求，還要符合北京電力公司的有關(guān)規(guī)定，參照有關(guān)專家的評審意見。具體設(shè)計依據(jù)有：(1)國家及行業(yè)規(guī)范；(2)業(yè)主方提供的設(shè)計大綱及其它設(shè)計要求；(3)“國家體育場電氣專業(yè)初步設(shè)計專家組評審意見”；(4)北京市建筑設(shè)計研究院的“國家體育場初步設(shè)計審查意見（匯報稿）”；(5)北京電力公司“關(guān)于國家體育場供電初步設(shè)計審核意見的函”（2004.4.14）；(6)北京電力公司京電營12號文件“國家體育場供電初步設(shè)計第二次審核會會議紀要”（2004.5.12）。國家體育場采取四路獨立的10kV電源供電，擬定分別由新建的安慧變電站、南泥溝變電站和奧運中心區(qū)變電站提供電源，該四路電源分別兩兩引入國家體育場內(nèi)部兩座總變電所，各分變電所由總變電所提供電源。假設(shè)奧運中心站提供兩路10kV電源，安慧站和南泥溝站各提供一路電源。設(shè)體育場內(nèi)總變電所分別為1號變電所（簡稱“1號主站”）和3號變電所（簡稱“3號主站”）。綜合上述依據(jù)，國家體育場10kV供配電系統(tǒng)的核心為：上一級變電站發(fā)生故障時，該站的饋出線路全部失電，其余上級變電站引來的電源應(yīng)能保證體育場全部用電負荷的正常運行。而每一路電源所帶負荷不宜超過10000kV·A，最大不得超過12000kV·A。3變電站各時間點用電體育場負荷的最主要特點是體育場占地面積大，負荷較為分散，并且含有特別重要的一級負荷。因此，國家體育場共設(shè)8個變電所，參見圖1。1#變電所：兼高壓配電，為國家體育場主變電站之一。進線來自安慧變電站及奧運中心站。1#變電所除為本所四臺變壓器供電外，還為2#、4#、7#變電所和6#箱式變電站配電。該變電所主要為1、2、3號核心筒附近的負荷供電。2#變電所：進線一路引自1#變電所，另一路引自3#變電所。該變電所主要為4、5、6號核心筒附近的負荷供電。3#變電所：為國家體育場另一主變電站。進線來自南泥溝變電站及奧運中心站。3#變電所除為本所變壓器供電外，還為2#、4#、5#、8#變電所配電。該變電所主要為7、8、9號核心筒附近的負荷供電。4#變電所：進線一路引自1#變電所，另一路引自3#變電所。該變電所主要為10、11、12號核心筒附近的負荷供電。5#變電所：進線兩路均引自3#變電所。奧運會期間，該變電所主要為場外臨時媒體負荷供電。奧運會后，為商業(yè)用房提供電源。6#變電所：為箱式變電站，為熱身場地提供照明電源。進線兩路均引自1#變電所。7#變電所：與1#柴油發(fā)電機房相鄰，兩路進線均引自1#變電所。該變電所主要為1#冷凍站負荷供電。8#變電所：與2#柴油發(fā)電機房相鄰，兩路進線均引自3#變電所。該變電所主要為2#冷凍站負荷供電。410方案4：單一線雙線分斷+第三網(wǎng)互聯(lián)根據(jù)相關(guān)規(guī)范、北京市供電公司、北京奧組委、專家評審意見等，國家體育場采用圖2的供配電方案。該方案四路電源分別兩兩引入到國家體育場內(nèi)部兩座主站1#變電所和3#變電所，兩個主站均為單母線分斷方式，1DL3、3DL3為母聯(lián)斷路器；兩主站相對應(yīng)的母線采用單向聯(lián)絡(luò)，1DL4、3DL4為站聯(lián)斷路器。兩主站共有四段母線，相鄰兩母線均有聯(lián)絡(luò)，母聯(lián)或站聯(lián)。4.1多路進線濾波器下表列舉出進線斷路器與聯(lián)絡(luò)斷路器之間的邏輯關(guān)系。四路進線斷路器為1DL1、1DL2、3DL1、3DL2;1DL3、3DL3為母聯(lián)斷路器；1DL4、3DL4為站聯(lián)斷路器。4.2簡要圖圖3簡圖編號與上表狀態(tài)編號相對應(yīng)，兩者斷路器編號也一致。4.3電源方案的分析4.3.1整體負荷的影響如圖3(15）所示，正常運行時，四路電源分別帶各自母線，母聯(lián)和站聯(lián)均斷開。1#站兩段母線所帶的負荷均為6850kV·A,3#站內(nèi)兩段母線的負荷為5350kV·A。該負荷為變壓器的安裝負荷，實際負荷約為安裝負荷的50%左右。此時，系統(tǒng)帶全負荷正常運行。4.3.2奧運保水電源在奧運病情下的正常運行圖3(7）、（11）、（13）、（14）所示，當一路停電時，其它三路電源能否帶全負荷？以（7）圖為例，當奧運中心站2#電源停電時，3DL2斷開，3DL3閉合，3-2母線及3-1母線由南泥溝站供電。此時該回路上總安裝容量為10700kV·A,設(shè)變壓器的負荷率為70%，則實際負荷為7490kV·A。而1-1、1-2母線供電情況不變。因此，當奧運中心站2#電源停止供電時，母聯(lián)投入后，奧運中心站1#、安慧站和南泥溝站提供的電源可以保證體育場全負荷正常運行。若母聯(lián)自投失敗,則進行站聯(lián)備投。此時3DL4閉合，其它母聯(lián)和站聯(lián)斷路器斷開，3-2母線與1-2母線均由安慧站供電。該回路總安裝容量為12200kVA，同樣設(shè)變壓器的負荷率為70%，則實際負荷為8540kV·A。而1-1、3-1母線供電情況不變。因此，當奧運中心站2#電源停止供電時，站聯(lián)投入后，奧運中心站1#、安慧站和南泥溝站提供的三路電源可以保證體育場全負荷正常運行。對斷路器關(guān)系簡圖（11）、（13）、（14）而言，用相同的分析，得出相同的結(jié)論，即當四路電源中有一路電源停止供電時，母聯(lián)或站聯(lián)投入后，剩余的三路電源可以保證體育場帶全負荷正常運行。4.3.3#電源開通圖3(3）、（5）、（6）、（9）、（10）、（12）所示，當四路電源中有兩路停電時，剩余的兩路電源能承擔體育場全部負荷嗎？以（3）圖為例，如果南泥溝站和奧運中心站2#電源停電，3DL1和3DL2斷路器斷開，1DL4和3DL4斷路器閉合，3-1和1-1母線由奧運中心站1#電源供電，該回路總安裝容量12200kV·A，設(shè)變壓器的負荷率為70%，則實際負荷為8540kV·A;3-2和1-2母線由安慧站供電，該回路總安裝容量12200kV·A，同樣設(shè)變壓器的負荷率為70%，則實際負荷為8540kV·A。因此，當兩路電源停止供電時，站聯(lián)投入后，剩余的兩路電源可以保證體育場全負荷正常運行。用同樣的方法可以得出相同的結(jié)論，讀者不妨一試。4.3.4奧運煤炭公司發(fā)生動態(tài)圖3(1）、（2）、（4）、（8）所示，當四路電源中有三路停電時，剩余的一路電源能承擔體育場全部負荷嗎？以（1）圖為例，如果安慧站、南泥溝站和奧運中心站2#電源停電，1DL1接通，1DL2、3DL1和3DL2斷路器斷開，母聯(lián)斷路器1DL3和3DL3閉合，站聯(lián)斷路器1DL4閉合，3DL4斷開。奧運中心站1#電源為1-1、1-2、3-1、3-2母線供電，該回路總安裝容量24400kV·A，設(shè)變壓器的負荷率為70%，則實際負荷為17080kV·A，遠大于供電公司的要求。因此，當四路電源中有三路電源停止供電時，母聯(lián)和站聯(lián)投入后，剩余的一路電源不能保證體育場全部負荷正常運行。但如果將部分次要負荷卸載后，重要負荷的供電將可得到保證。用同樣的方法可以得出相同的結(jié)論。4.3.5臨時開啟奧運時間，使用柴油發(fā)電機最短時，總發(fā)電效率為高圖3(16）所示，當四路電源全部停電，毫無疑問，體育場全部負荷不能正常運行。在奧運會比賽期間，如果出現(xiàn)此事故，肯定問題已經(jīng)十分嚴重，比賽還有必要繼續(xù)進行嗎？！盡管如此，我們還采取了應(yīng)急措施：一是為建筑物設(shè)置永久柴油發(fā)電機，為體育場內(nèi)固有的特別重要負荷供電，如消防負荷、通訊機房、網(wǎng)絡(luò)機房等。另一措施專為奧運會設(shè)置的，通過設(shè)置若干數(shù)量的臨時柴油發(fā)電機為奧運特別重要負荷供電，這些負荷有臨時媒體負荷、計時記分等比賽負荷、安保類負荷等。這些負荷很重要，當僅在重要國際比賽時才使用，使用頻率極少，因此采用臨時租用發(fā)電機是最佳、最經(jīng)濟的選擇。因此，當四路市電全部停電后，由