核电厂总平面设计分析研究——基于福岛事故改进及运营经验分析

王 栋，刘 涛

(中国核电工程有限公司北京工业研究设计院,北京 100840)

核电厂总平面设计是建造核电厂的基础，内容包含各子项的平面定位、室外管线沟道综合设计、竖向及道路设计，对核电厂的建设起到至关重要的作用。本文通过福岛事件后对总平面设计的要求及我国核电厂多年运营经验的分析，主要从两个角度对核电厂总平面设计进行分析研究，最终提出有益于日后核电厂设计、建设的建议。

1 福岛事件对核电厂总平面设计提出新要求

发生在2011年3月11日的日本福岛核事故，时间虽已过去8年多，但其影响仍远未消除，各个国家的核电厂相关领域仍在做相关分析研究，避免类似事故的再次发生。

对核电厂总平面布置而言，福岛事件后，我国及时出版了《福岛核事故后核电厂改进行动通用技术要求》(试行)的规定，并对我国在建及运营核电工程进行了逐一排查，本文通过对该规定的详细研究，从应急角度考虑，增设应急控制中心、应急场内支援基地及相关设施，对目前核电厂总平面设计做出优化分析。

1.1 应急控制中心的设计要求

按《福岛核事故后核电厂改进行动通用技术要求》，核电厂总平面布置增加应急控制中心的设计与建造。

从总平面布置角度考虑，应急控制中心是核电厂营运单位应急响应的指挥、管理和协调中枢，是应急期间应急响应指挥部的工作场所，应急期间应确保应急人员可以顺利地达到该中心。且应考虑满足可居留性和可达性的要求。

总平面布置应按厂址所在地区地震基本烈度提高一度进行抗震设计，并按照设计基准地震动SL2(相当的地面加速度)进行校核；应具备抵御设计基准洪水危害的能力。

1.1.1 案例分析

以××核电工程应急控制中心为例，该核电工程场地基本无预留用地，不具备厂内建设的条件，只能在厂址周边进行选址。经过分析研究并与核电业主进行协商，从运营管理角度及快速实施应急计划的角度分析，最终将应急控制中心布置在该核电工程的西南侧、非居住区以外、紧邻××公路，详见图1应急控制中心位置示意图。

图1 应急控制中心位置示意图

该控制中心位置满足可居留性、交通可达性，但该位置的自然标高较该电厂的设计基准洪水位偏低，需要进一步分析论证其防洪能力。后经该核电厂所在省份的相关科研单位进行专题研究，分析确定了该控制中心适合的室内标高，满足其防洪要求。

1.1.2 分析总结

由于该子项是福岛改进后的增加子项，从用地上可以看出，原厂区用地布局紧凑，缺乏预留用地，不得以将新增子项布置在厂区外侧。

本文建议今后的总平面设计过程中，应该优化总平面及竖向设计，为后续增加子项留有余地，以便使应急控制中心从设计初期就能满足可达性、可居留性及防洪的要求。在满足工艺要求的前提下，也能降低施工难度及建造费用。

1.2 应急场内支援基地的设计要求

应急场内支援基地要求提供日常值守场所、培训演练场所、技术支持场所及物资储备场所，保证核电厂发生严重事故时应急支援工作的需要。

1.2.1 案例分析

以××核电工程应急移动设备库为例，该工程为福岛事件后的增加子项，属于应急物资储备场所，其储存设备为中、低压移动电源及移动泵车辆等，按《福岛核事故后核电厂改进行动通用技术要求》，该项目需要满足如下三个要求：

(1)存储移动应急电源、移动泵等相关设备的构筑物按厂址所在地区地震基本烈度提高一度进行抗震设计，并按照设计基准地震动SL2(相当的地面加速度)进行校核。

(2)移动应急电源、移动泵等相关设备储存应满足在水淹高度高于设计基准洪水位5 m时，已采取的防水淹措施不会导致移动泵及相关设备不可用。

(3)储存移动应急电源、移动泵等相关设备的构筑物宜设置在核安全厂房100 m以外，同时考虑交通的可达性。

由于该核电工程基本没有预留用地，且周边地形普遍较低，为了满足竖向标高不低于设计基准洪水位加5 m的要求，场址最终布置在该核电工程参观平台西南侧，距离最近的核安全相关厂房直线距离约为305 m，如图2应急移动设备库位置示意图所示：

由上分析可知，虽然目前的设计满足福岛改进项的要求，但不足之处在于该子项位于山体上，到达厂区的实际距离略长，可达性还有优化的空间。

图2 应急移动设备库位置示意图

1.2.2 分析总结

由上分析可知，原有核电厂址用地紧张，基本没有预留用地，且竖向标高很难达到后期福岛改进项的设计要求，这就对今后新的核电厂总平面设计提出了更高的要求。

我国目前主推的华龙一号核电工程，将来可能也会设计应急支援基地，同样需要满足抗震、竖向防洪及与核安全厂房距离的要求。所以，鉴于福岛核事故的经验教训，可在核电厂总平面布置中，做出如下优化设计：一是选址尽量在地质条件良好，承载力高的地段；二是竖向设计阶段，在兼顾土石方平衡过程中，可以考虑将场地布置为台阶式，从经济、施工角度考虑，台阶高差不超过5 m为宜，以便满足将存储移动泵等相关设施的建、构筑物，布置在高于设计基准洪水位5 m场地的要求；三是将存储移动泵等相关设施的建、构筑物，布置在距离核安全物项或抗震I类物项100 m外，且满足交通的可达性，对于华龙一号机型的核安全物项或抗震I类物项的子项如表1所示。

表1 “华龙一号”安全级或抗震Ⅰ类子项列表

续表

说明：NC——非安全级；LS——安全级；抗震类别中Ⅰ类——抗震Ⅰ类。

本文通过对应急移动设备库的设计分析，以达到以后优化核电厂总平面布置的目的。

2 对有吊装要求区域的分析优化

根据运营核电厂的反馈，在总平面设计中可以对在核电厂大修期间有吊装需求的子项区域进行优化设计。

2.1 案例分析

以××核电工程排水虹吸井及××核电工程取水泵房平面设计为例进行分析。

2.1.1 ××核电工程排水虹吸井区域平面设计

(1)初始设计

初始设计没有考虑排水虹吸井闸门在运行大修期间的吊装需求，在虹吸井闸门周边没有预留相应的操作空间。如图3原排水虹吸井区域平面布置图所示。

(2)优化分析

根据核电业主反馈的排水虹吸井闸门在大修期间的吊装需求，设计方需对排水虹吸井周边平面进行优化设计，以满足核电厂大修期间的需求。设计方参考业主建议，从方便现场实际操作的角度出发，为方便业主在大修期间虹吸井闸门的吊装作业，对平面布置进行了优化设计，并增加了吊装通道，对周边实物保护围栏也进行了相应改造，如图4优化后排水虹吸井区域平面布置图所示。

2.1.2 ××核电项目取水泵房平面设计

(1)初始设计

在××核电项目取水泵房区域平面设计过程中，前期没有提出该子项有吊装的要求，故在平面布置过程中，并没有预留供吊车行走、站位、作业的空间，如图5原取水泵房区域平面布置图所示。

图3 原排水虹吸井区域平面布置图

图4 优化后排水虹吸井区域平面布置图

图5 原取水泵房区域平面布置图

(2)优化分析

1)分析吊装工艺

根据工艺及现场资料，该取水泵房前池设置两个(7×7)m的钢闸门，自重34 t。按照施工单位闸门吊装方案，闸门初次安装时，需要采用200 t履带吊车。参考施工单位资料，进行如下优化设计。

2)设计优化

将取水泵房南侧保护区围栏局部南移11 m，原4 m宽道路局部调整为15 m宽，满足一般吊车吊臂操作空间的要求，如图6优化后取水泵房区域平面布置图所示。

图6 优化后取水泵房区域平面布置图

2.2 总结

在核电厂总平面设计中，不仅要考虑建造阶段，而且要多从运营角度考虑，方便业主使用。鉴于上述排水虹吸井与取水泵房在大修期间，对闸门有吊装需求，故在该区域的平面设计中，要提前考虑其交通组织及需预留的操作空间。

3 核电厂道路设计分析

目前核电厂道路设计的文件或图纸中，一般会出现如下概念：主要进厂道路、次要进厂道路，大件运输道路，重型路、轻型路，应急道路。以上叫法既有联系，又有区别，本文通过对核电厂道路的分析研究，澄清概念和使用范围，达到优化设计的目的。

3.1 大件运输道路

按《核电厂总平面及运输设计规范》(GB/T 50294—2014)8.4.3节要求，“厂外道路应设置不同方向的主要和次要进厂道路，大件道路应与进厂道路结合规划”。

首先，需要明确“大件”的概念，按《电力大件运输规范》(DL/T 1071—2014)相关描述，外形尺寸或质量符合长度大于14 m、宽度大于3.5 m、高度大于3.0 m或质量在20 t以上的即为大型设备或构件，即重量、长、宽、高有一个参数达到上述数值，即为“大件”。

大件运输道路沿途最低净空高度、最小通行宽度、最大横坡、最大纵坡、道路凹凸曲线、弯道最小内弯半径、最小外弯半径、通道宽度、扫空半径应满足车组安全通行要求。施工现场道路要平整，道路荷载应满足车组安全通行要求。运输车辆过桥涵、铁路道口时，时速不宜超过5 km/h。其设计、实施一般为专业的交通运输单位完成。

(1)大件运输道路与主要、次要进厂道路的关系

大件运输道路主要在核电站的建造期间使用，在运营期间可以保留，与主要进厂道路或次要进厂道路合并，如××核电工程大件运输道路与主要进厂道路为同一条路径，由于控制区大门本身尺寸不能走大件设备，故在其旁边单独设计一通道，为大件运输的预留道路，供运营期间的尺寸超过普通设备的大件运输车辆通行，如图7主要进厂道路与大件运输道路平面示意图所示。该设计思路值得后续核电站设计者参考，这样的设计可以将核电站对外的开口数量控制为两个，避免单独设计一条大件运输道路，从建造费用及实物保护方面考虑都是很有利的。

图7 ××核电工程主要进厂道路与大件运输道路平面示意图

(2)大件运输道路与重型路的关系

从大件设备的定义来讲，设备重量超过20 t即为大件，也可以理解为重件。即重型路是大件路的一种，是针对轻型路而言的。从道路做法上，与轻型路加以区分。重型路与轻型路是针对厂内道路而言，重型路的路径与大件运输道路一致，主要为核岛、常规岛、主变及BOP区域的取水泵房和放射性机修车间服务。按《核电厂总平面及运输设计规范》(GB/T 50294—2014)相关要求，重型路最大纵坡不宜大于4%，宽度不宜小于9 m，转弯内半径不宜小于25 m，扫空宽度根据运输设备的尺寸确定。

3.2 应急道路的设计分析

在事故工况下，应急道路不仅需要满足核电厂内的工作人员紧急疏散至厂外的要求，而且还需满足将应急设施如应急移动电源等及时运到厂内。

应急道路在作为应急设施通道时，对道路的纵坡、路宽、转弯半径、荷载有一定要求。故在进行总平面设计时，对主要进厂道路及次要进厂道路进行适当的包络设计，使其设计参数同时满足应急道路的要求，使核电厂总平面的对外接口，控制在两个，避免单独修建应急道路，增加额外成本。

所以在核电厂道路设计时，主要进厂道路和次要进厂的设计标准宜按可以同时满足应急道路和大件运输道路的标准进行考虑和设计。

4 总结

本文基于福岛核事故改进要求及我国核电厂运营经验两个角度，从如下三个方面对核电厂总平面设计进行了分析研究：

(1)考虑应急控制中心、应急场内支援基地的相关建、构物，对核电厂总平面及竖向布置的要求与影响。

(2)排水虹吸井区域、取水泵房区域的平面设计，要结合核电厂大修及运营进行。

(3)优化核电厂道路系统，更加经济高效的建设核电厂。

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