“根深则叶茂，本固则枝荣。”这句古训在科研领域同样熠熠生辉，唯有扎实的基础研究，方能孕育出创新的硕果。做科研，向下扎根，才能向上生长！是需要专业技术人员保持“进”的耐力，“强”的信念，“胜”的目标，在“深钻”和“研透”、“积累”和“提升”、“真知”与“笃行”中把握科研创新的“脉动”，始终朝向科研创新最前沿、生产第一线，以胜人者先自胜的眼光、信念与心气，凝聚“破题”之识，展现“破壁”之锐、提升“破圈”之能。依托科研成果，对一线生产的各项重难点工程不断讲究提质增效、明确管理方式、优化服务流程，让科研创新引领一线生产，让科技创新成果生根、落地。近日，中国能建中电工程陕西院科研团队历经三年潜心钻研，成功完成《330千伏地下变电站复合体系整体性能研究》，并顺利通过权威专家评审，标志着陕西院在地下变电站设计理论与建造技术上迈出了坚实的一步。
该科研项目聚焦于解决地下变电站设计与施工中的关键难题，通过系统性研究与创新，成果得到了行业内外的高度评价。专家评审团一致认为，项目所取得的学术论文、实用新型专利等成果，不仅满足了项目考核指标，更在整体上达到了国际先进水平，部分技术达到国际先进水平。目前，研究成果已在城南330千伏变电站项目中得到有效应用，为工程的顺利推进提供了坚实的技术支持与施工指导。
项目专业技术负责人董淑卿回顾道：“面对工程实践中的技术挑战，我们以《330千伏地下变电站复合体系整体性能研究》为突破口，旨在攻克型钢混凝土结构体系首次在地下变电站应用、以往工程设计及施工中的重难点问题。这一科研成果不仅为制约地下变电站设计的核心难点提供创新思路、构造措施和施工专项方案，也为《地下变电站技术规程》的修订提供了重要理论支撑。”
城南330kV半地下变周边环境现状
研究缘起，破旧立新
自2007年以来，陕西院持续专注于地下变电站的设计与研发，足迹遍布西安及乌鲁木齐的多条地铁线路，成功设计并建成投运了十余座地下变电站。这一系列项目不仅积累了宝贵的工程经验，还促使陕西院组建了一支涵盖多专业的核心技术攻关团队。
结合开展的10余座地下变电站设计经验，项目组发现采用常规钢筋混凝土结构体系面临诸多的技术瓶颈难题，针对大跨度、重荷载及复杂受力环境，传统设计方法往往带来截面尺寸过大、开挖成本增加、有效空间受限等问题。加之地下结构抗震性能指标的研究不足、地下结构抗浮设计标准不明确，以及大体积混凝土浇筑时的裂缝控制难题，这些都构成了亟需破解的关键挑战。
为应对上述难题，项目组在立项前期进行了广泛调研及咨询，针对当时的国内外研究现状，对研究内容及预期成果进行仔细分析、反复斟酌，陕西院项目组与西安建筑科技大学紧密合作，以陕西院深厚的工程实践为依托，结合高校的科研优势，依托陕西院设计的全国首座330千伏半地下变电站——城南330千伏变电站工程开展科研研究。2021年5月，科研组启动了三项核心课题，分别聚焦于结构优化设计、抗浮性能研究及大体积混凝土的温度与裂缝控制。
历经近三年的攻坚克难，至2024年3月23日，科研组的成果顺利通过了行业专家的评审，意味着陕西院在地下变设计领域取得关键性核心技术成果，不仅解决了工程实践中的技术瓶颈，更为未来地下工程的设计提供了前瞻性的指导和参考，有效夯实陕西院“地下变电站”传统特色品牌，助力陕西院高质量转型发展。
拓展宽度，耕植深度
城南330千伏变电站，坐落于城市腹地，其建设背景复杂多变，考验着项目团队的智慧与毅力。项目地块紧邻雁塔110千伏变电站，周围是密集的居民区、高层建筑与繁忙交通，空间狭小且施工环境受限。加之地下水位接近地面，主体结构深挖作业对安全与环保提出了严苛要求。同时，还需周密考虑与周边330千伏市政顶管隧道、110千伏电缆竖井、主变设施等既有设施的协调，确保安全距离与结构稳定。在有限的地下空间内，如何高效运输、安装大型设备，同时有效管控噪声、振动与电磁辐射，成为项目组必须面对的挑战。
课题1试件加载照片
课题2试验过程 课题3试件制作过程
面对城南变电站的复杂现场，项目组不仅要考虑基坑支护、周边环境稳定、结构体系、抗浮防水、耐久性、经济性等多维度的设计与施工技术，更要在此基础上实现科学合理的电气布局，确保结构安全、稳定与可靠。这无疑是对项目组综合能力的一次严苛考验。
为确保城南330千伏变电站的顺利建设，项目组在初步设计收尾阶段积极引入外部专家力量，与西安建筑科技大学紧密合作，共同探索解决方案。双方从优化创新的角度出发，细致考量施工安全与现场施工组织措施，最终因地制宜地确立了城南变电站的结构体系：型钢混凝土扶壁式外墙+钢管混凝土框架柱+型钢混凝土梁的创新组合。这一设计不仅巧妙化解了复杂环境下的设计和施工难题，更为同类项目提供了可复制的成功模式。
群策群力，共克难关
项目从最初的立项到顺利验收，历时近3年，历经第一阶段的理论研究，第二、三阶段的试验方案制定、试件制作和加载，第四阶段的试验数据整理、数值模拟分析和撰写总结报告。
项目组成员每月定期向陕西院汇报进展，确保科研活动的透明度与效率。在项目专业负责人周密部署下，团队成员每周紧密沟通，共享设计中的挑战与突破，共同攻克难关。面对三个课题的试验方案制定，项目组成员吴桐分享道：“我们曾陷入长时间的讨论与探索，受限于实验室条件，一些设想难以付诸实践。经过与西安建筑科技大学一个月的深入交流与反复推敲，我们转变思路，最终优化并提高了试验方案、试件数量及预期成果，实现了合同目标的超越。”
城南330kV半地下变现场施工照片
科研理论与试验研究的高效推进，显著加速了城南变电站施工图的设计步伐。谈及主体结构设计，佘阳阳提到：“城南主体结构的节点设计，不仅遵循现行规范与图集设计理念和原则要求，更在科研成果的验证基础上，紧密结合工程实际，大胆创新。面对梁柱节点的复杂性，我们逐一克服因设备功能差异性布置引起各个节点的荷载与受力不同，导致每个节点具体梁柱设计方案均不同，由此带来的设计难度也逐步提升。同时，为满足底板防水完整性及受开挖深度的限制，现行图集没有完全一致可供参考的节点做法，我们运用ABAQUS有限元模拟分析，针对型钢混凝土柱和钢管混凝土柱柱脚节点创新性设计出符合工程实际的27个钢管混凝土柱脚和12个型钢混凝土柱脚节点，运用软件的模拟分析充分展现了设计的科学性与实用性。”
节点设计的成功，只是迈出了关键的第一步。接下来，项目组面临着节点吊装、施工与运输的严峻考验。通过与业主、监理、施工方及钢构厂家的密切协作，团队进行了详尽的运输与吊装模拟，灵活调整构件拼接位置，确保符合规范与图集要求。作为城南变电站土建主设计人兼工地代表，徐刚自豪地表示：“我们设计的节点连接方式不仅合理、合法、合规，而且经现场验证，其实际操作性极强，完全符合公路运输的限高、限宽标准。如今，地下主体结构已顺利封顶，这是对我们科研成果与设计智慧的最好证明。”
钢管混凝土柱运输照片 钢管混凝土柱现场吊装照片
喜结硕果，引领方向
项目组经过前期的科研钻研和历时26个月的城南变土建施工图设计，面对现行图集中未能提供完整适应工程实际需求的多种复杂连接方式，项目组查阅了大量的规范、图集、学术文献，并结合科研成果，通过模拟分析和实践验证，最终依据城南项目现场实际情况，项目组在结构体系、节点连接设计、施工模板支撑和抗浮设计等方面取得了一系列创新成果。目前，项目组已取得实用新型专利7项，向国家知识产权局提交发明专利9项（均在公示阶段），取得软著3项，主导完成修编《地下变电站设计规程》1本，发表了4篇专业论文，其中一篇荣获《能源工程技术》杂志2022年度优秀论文奖。基于科研成果，项目组完成《地下变电站型钢混凝土组合体系设计技术研究》和《地下变电站大体积混凝土温度与裂缝控制理论方法研究》课题各1本，总结出型钢混凝土扶壁式外墙+钢管混凝土框架柱+型钢混凝土梁组合体系、大体积混凝土设计与施工方法建议和结论，为科技成果转化、推广和应用奠定坚定基础。
该科研项目的顺利开展和结题验收，意味着深入城市负荷中心的地下变电站在结构体系选型、抗震设计计算、抗浮和大体积混凝土浇筑等关键点研究有了实质性突破，研究成果将引领地下变电站结构体系的发展方向，可供工程设计和施工技术人员借鉴参考，为今后科研、设计和施工的进一步发展创造一定条件，具有很好的技术经济效益和应用推广性，可为陕西院拓展新业务领域提高技术支撑，为地下变相关领域业务工作提供有力支持。
欲有破竹之威，更需扎根之力。种子在发芽之前，必须经历长久的沉寂，深埋在地，周围是一片黑暗。科研探索、科研创新、科研发展的道路，也是一样。创新方向决定“地下变”的发展道路，发展道路决定“地下变”的核心竞争力。从始至今，项目组永远保持仰望星空的期许，从不放弃求知探索和砥砺前行的渴望。以理想做灯，照亮漫漫前路，不论山高水长还是荆棘遍布，都始终向下扎根、向上生长，坚定不移地为夯实陕西院“地下变电站”传统特色品牌作出自己的贡献，进一步有效助力陕西院“两商”转型高质量发展！
