滨海核电厂厂坪标高分析方法
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摘 要：由于滨海核电厂址本身所具有的地形地貌、水文地质、潮汐波浪等不可复制的地理特征，以及滨海核电机组在海水直流循环冷却、海上工程建设等方面的特殊要求，对滨海核电厂进行厂坪标高分析，需要考虑的内容更加全面、细致。该项工作与厂址安全、建造成本、运行能耗、投资收益等关系密切，分析方法与计算模型应经得住推敲、琢磨，为上级部门进行技术决策提供可靠的依据。本文将从设计基准洪水位、地质条件、常规岛布置与运行费用折现、土石方工程等影响因素入手，通过定性分析与定量计算相结合的方法，详细阐述滨海核电厂厂坪标高分析的思路与工作步骤，对有关问题进行细致的分析、探讨，力求提供可资借鉴的解决方案。
关键词：核电厂 竖向布置 厂坪标高 土石方工程
中图分类号：TM623.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）02（b）-0019-02
一段时间以来，核电厂厂坪标高分析偏重于定性判断，缺乏定量计算过程的支持，存在一定的主观性和随意性。就分析过程而言，分析视角的选择偏重于对局部某项内容的思考，分析元项的选择有所局限，不足以支撑相关结论。
厂坪标高分析是滨海核电厂厂址选择阶段十分必要的基础性工作。日本福岛核事故发生以后，国务院在全国范围内开展了核设施安全大检查，要求核设施营运单位进一步复核我国沿海核电厂地震海啸风险，落实海啸爬高和对防洪构筑物的冲击力可能给核电厂防洪带来的影响。由此开始，选址阶段的厂坪标高分析愈加引起核安全监管部门以及审评机构的重视，成为可行性研究报告必须详细论证的一项重要内容。
结合笔者参与国内某滨海核电项目厂坪标高分析的实际经验和心得体会，本文将着重论述厂坪标高有关的影响因素、分析思路以及解决方案等。
1 厂坪标高的影响因素
影响厂坪标高的因素主要有以下几个方面：设计基准洪水位、工程地质条件、年运行费用、建安设备投资、土石方工程等。其中，设计基准洪水位和工程地质条件与核安全紧密相关，厂坪标高分析应当100%满足相关技术要求，作为基本分析元项;年运行费用、建安设备投资、土石方工程等影响工程进度、造价、投资盈利等，作为辅助分析元项。
根据《工业企业总平面设计规范》（GB50187），工业企业的防洪标准应根据工业企业的等级和现行国家标准《防洪标准》的有关规定确定。根据《滨海核电厂厂址设计基准洪水的确定》（HAD101/09），与核安全相关物项的防洪标准为设计基准洪水。设计基准洪水根据可能影响厂址安全的各种严重洪水事件及其可能的不利组合，并结合其他厂址特征综合分析确定。设计基准洪水叠加不小于0.50m安全超高值，即为厂坪标高的下限值。
根据《核电厂总平面及运输设计规范》，“核岛宜布置在稳定的、岩土性质均匀的地基上，地基岩土参数应符合相应反应堆型标准设计的要求”。有条件时，核岛厂房均应布置在中等风化或微风化基岩上，至少应为中等风化基岩。随厂坪标高的抬升，基岩面的范围会逐步缩小，当中等风化基岩面的范围不再包络核岛厂房基础时，标志厂坪标高已接近其上限值。满足反应堆型标准和核岛厂房布置要求的最小基巖面对应的标高即厂坪标高的上限值。
作为辅助分析元项，年运行费用、建安设备投资、土石方工程等，主要影响工程进度、工程造价、投资盈利等。
厂坪标高分析工作的主要逻辑是：在设计基准洪水位叠加安全超高值的下限值与最小基岩面对应标高的上限值之间，通过对工程经济性、工程可实施性的评价，逐渐缩小标高可选范围，最终给出厂坪标高的建议值。
2 设计基准洪水位
安全重要建筑物、构筑物的场地设计标高应高于设计基准洪水位，并应考虑相应的波浪影响。《滨海核电厂厂址设计基准洪水位的确定》（HAD101/09）中规定：滨海厂址的设计基准洪水是一个核电厂设计应经受的洪水。它是下列洪水类型中最严重的：
（1）可能最大风暴潮引起的增水。
（2）可能最大海啸引起的洪水（如果存在时）。
（3）可能最大假潮引起的洪水（如果存在时）。
（4）由上述3项严重事件的组合所引起的洪水。
风浪的作用必须单独地考虑或者与上述洪水组合在一起考虑。
安全重要物项必须防御设计基准洪水，以保证它们的运行。防御的最好方法是将所有安全重要物项建造在设计基准洪水水位以上，要考虑到风浪影响以及潜冰和杂物堆积作用的影响。必要时，可将核电厂建在足够高的地方，或用提高厂址地面标高的总体布局来达到这一要求。
3 工程地质条件
工程地质条件主要是指核岛厂房等安全重要物项的地基条件。工程技术上主要通过地质钻探、工程物探等技术手段，查明地下岩体的岩性、脉络、风化程度、完整性、坚硬程度、基本质量等级等指标，并对相关物项的地基承载力特征值、地基均匀性和地基稳定性等进行分析评价。地基稳定性要求相关物项所处的岩体具备足够的承载力，不能有溶洞、可溶盐类、采矿和其它地下采空区，没有潜在的滑动面，无地基塌陷和地基滑动、倾覆的潜在危险。地基均匀性要求相关物项所处地基具有足够的承载力，并均匀沉降。
工程技术上主要依据钻探资料，拟合相应岩层的标高值，生成基岩等值线图或基岩切面图，作为安全重要物项平面布置定位的重要依据。基岩切面图的精确度与钻孔的排布方式、数量等紧密相关，在选址阶段钻探资料有限的情况下可能存在一定偏差。 4 常规岛布置初投资与运行费用折现值
对于不同的厂坪标高，常规岛可采用半地下布置凝汽器不下沉、半地下布置凝汽器局部下沉、地上布置凝汽器局部下沉、地上布置凝汽器不下沉等四种竖向布置方案。對于厂坪标高较高而设计潮位较低的滨海核电机组，地上布置凝汽器不下沉的方案将造成循泵扬程过高，明显不合理。故对滨海核电厂一般采用其它三种常规岛布置方案。
三种常规岛布置方案在技术上都是可行的，但在经济性方面，不同的常规岛布置方式会对初投资和运行费用产生影响。经济性方面主要的影响因素包括：（1）常规岛、循环水泵房、虹吸井建筑结构费用;（2）封闭母线、主蒸汽管道、主给水管道费用;（3）循环水泵、主给水泵、凝结水泵的运行费用。其中，建筑结构费用、管道费用作为初投资考虑。循环水泵、主给水泵、凝结水泵的运行费用与预测的年利用小时数、电机效率、耗电量、税前上网电价等有关，用折现系数进行折算，作为运行成本考虑。
根据对常规岛布置初投资和运行费用折现值的综合计算，按照经济性最优原则，可以十分简便地分析出厂坪标高与常规岛布置方案在经济性方面的对应关系。即同一厂坪标高值下，常规岛半地下布置优于地上布置，凝汽器局部下沉优于不下沉;同一常规岛布置方式下，厂坪标高值与常规岛布置初投资和运行费用折现值呈现正向相关性。
5 土石方工程
滨海核电厂一般选址邻近岸线的连续山体，地形起伏较大，植被丛生，并不适宜直接进行核电厂的建设，需通过有组织的山体爆破、机具挖填、车船外运等手段进行场地平整，为安全重要物项及其他生产设施提供必要的建设场地。
优质的核电厂址资源已逐步开发殆尽，近年来筛选的厂址山体体量普遍较大，场地平整土石方工程量动辄千万立方米，给工程建设带来巨大的成本压力与进度压力。为全面推进海域海岸线资源全面节约和高效利用，根据生态用海、生态管海的要求，国家海洋局组织制定了《建设项目用海面积控制指标（试行）》，以消纳土石方名义的围填海受到严格禁止，大量土石方无法就地消纳，一定程度上影响到了工程可实施性。因此，通过对厂坪标高的分析论证，尽可能降低土石方工程量，具有较高的经济价值和现实意义。
对于滨海厂址，由于存在规格料、开山石、混凝土粗细骨料的巨大需求，场地平整、基槽负挖时产生的石料不能以就地回填、外运等方式简单处理，而应按规格大小进行分拣、堆存。通过现场管理手段提升土石方工程的石料利用率，减少相关材料的外购量，可以创造巨大的经济价值。外购石料的费用可与土石方工程费用进行叠加，叠加后的综合费用会随着厂坪标高值的增大呈现先下降后上升的趋势。
6 海工工程与地基处理
厂坪标高变化，海工工程的建安费用会相应变化。厂坪标高提高，护岸、防波堤、导流堤等的横截面积会增加，对规格料、开山石的需求量会增加，海工工程的建安造价也会随之上升。
厂坪标高提高会增加分层碾压或强夯等地基处理手段的工程量，地基处理的费用会相应增加，但这种增加并非线性增加，而呈阶梯式上升趋势。厂坪标高分析时每提高1m的地基处理费用可通过插值法进行估算。
7 综合经济性分析
年运行费用、建安设备投资、土石方工程等影响工程进度、造价、投资盈利等辅助分析元项，有时携手同行，有时背道而驰，在经济性方面随厂坪标高变化的趋势并不同步，需要进行同一维度（如单台机组或规划容量）下的综合经济性分析，才能发掘其变化规律。
8 结语
厂坪标高分析是核电厂选址阶段进行的一项技术性、综合性、专业性很强的工作，对于保证核电厂址安全，降低建造成本、减少运行能耗，提高投资收益等具有非常重要的意义。对有关问题的分析、探讨，应在设计基准洪水位叠加安全超高值的下限值与最小基岩面对应标高的上限值之间，通过对工程经济性、工程可实施性的分析，逐步收窄标高可选范围，为上级部门进行技术决策提供可靠的依据。
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