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摘要：核电厂的竖向设计对厂区的使用性能及经济效益具有重要影响，本文针对核电厂竖向设计特点，通过梳理核电厂竖向设计的工作内容，运用层次分析法对影响因素核电厂竖向设计的权重进行分析。分析结果对实际工程具有指导意义，为竖向设计评价提供了新的思路。
关键词：核电厂 竖向设计 影响因素 层次分析法
1 引言
竖向设计是总图设计的重要组成部分，它指对建设用地范围内场地进行垂直方向的高程（标高）设计。竖向设计是否合理直接影响厂区的使用性能，同时会影响工程量，从而影响工程的经济效益。核电厂竖向设计一般在总平面布置的基础上进行，厂区自然地形起伏不平，需要进行竖向设计，使场地不但满足生产工艺及交通运输要求，且满足厂区建（构）筑物、道路、场地的排雨水要求。本文将对核电厂竖向设计的影响因素进行分析，探讨竖向方案设计时的应关注的重点因素。
2 核电厂竖向设计的影响因素分析
2.1 场地平整设计
场地平整一般发生在工程初始阶段，又称场地初平。场地平整的主要工作包括确定场地竖向布置形式、确定场地平整标高、计算土石方工程量等。
（1） 竖向布置形式
场地竖向布置形式是指场地各主要设计整平面之间的连接方法。按照设计整平面之间连接方法的不同，通常分为平坡式、阶梯式和混合式。平坡式是指将场地处理成接近于自然地形的一个或几个带有缓坡的整平面，彼此之间连接处设计坡度和设计标高没有明显的高差变化，该布置有利于厂区内运输线路及管线的布置，由于核电厂工艺流程复杂，溝道截面尺寸大，多数核电厂场地采用平坡式;台阶式是指根据自然地形和工艺流程把工业场地划分为若干个台阶，以陡坡或挡墙的形式相连接组成的阶梯布置，有的核电项目厂区与厂外施工场地、临时设施区也处于不同台阶;混合式是指设计地面由若干个平坡和台阶混合组成。在进行竖向布置形式的选择时，需结合自然地形坡度，厂区宽度，建（构）筑物基础埋深，厂区运输条件等因素综合考虑。
（2） 厂坪设计标高
在民用项目等土石方工程量影响项目投资较大的项目中，场地平整标高常基于土方平衡原理进行确定，而对于核电项目，由于投资较大，工艺要求较高，场地平整标高则主要根据厂坪设计标高确定。核电厂厂坪设计标高指主厂房建（构）筑物室外散水标高，考虑到局部开挖难度，根据经验，场地平整标高一般低于厂坪设计标高0.5m左右。厂坪设计标高的确定需考虑防洪要求、地基条件、冷却水扬程、海工设施、土石方工程量等影响因素。由于核电项目厂区面积较大，厂坪设计标高的提高或降低，将大大影响土石方量，从而影响工程投资，如需设置护堤、护岸、挡浪墙等海工设施时，厂坪设计标高的提高或降低也将影响工程投资或运行成本，同时核电项目常采用一次规划，分期建设的方法，因此还需特别考虑已建机组在建造及运行过程中对扩建机组的影响。
（3）土石方工程量
土石方工程量作为评价工程经济性的重要指标，既影响竖向布置形式的选择，又影响场地平整标高的确定。在大多数情况下，土石方工程是影响竖向布置重要因素之一，但是，随着竖向布置的深入，又可能造成土石方工程的调整和变动，从而影响土石方工程。核电厂土石方工程量往往在百万立方米以上，土石方工程不但包括场地、边坡的土石方量，还包括建（构）筑物负挖余土、管沟基槽余土、道路基槽余土等。
2.2 场地竖向设计
场地竖向设计的主要内容是确定建（构）筑物的室外地坪标高，并组织地面排水系统。
（1） 建（构）筑物的室外地坪标高
核电厂主要建（构）筑物的室外地坪标高即为厂坪设计标高，同时，根据厂区布置情况，其它次要建（构）筑物室外地坪标高也可与厂坪设计标高不同。
（2） 场地排水
核电厂采用有组织排水，通常以暗管排水为主，局部区域增设明沟排水，为防止外部洪、雨水对厂区造成影响，有时在厂区外侧设置截洪沟。需要注意的是，由于核岛及联合泵房要害区常采用硬化地面，且面积较大，易造成要害区内积水，因此要害区内要特别注意竖向设计坡度，必要时增加雨水篦井或设置排水沟。
2.3 道路竖向设计
道路竖向设计在场地平整和建、构筑物竖向设计的基础上进行的，主要内容是确定场地内道路的控制点标高和坡度，并合理处理交叉口竖向。
（1） 道路控制点标高
为便于场地顺畅排雨水，每个区块场地至少要有一边的道路控制点比场地低200mm以上，以便于收集区块场地中排出的雨水，汇集到暗管或明沟中。
（2） 道路纵坡
为满足场地内运输车辆爬坡要求，道路最大坡度不大于7%，不小于0.3%，在地形非常困难情况下，设计坡度可达到11%。道路纵向设计宜采用锯齿式坡度。使得道路上的雨水可以汇集到道路的不同汇集点，然后排入排雨水系统。
（3） 道路交叉口处理
在道路交叉口位置，由于各道路宽度及坡度不同，此处的竖向较为复杂，设计不当极易造成路面积水，因此在核电厂竖向设计中，在交叉口处需特别注意。在交叉口竖向设计时，道路等级相同时，一般是在维持各自的纵坡不变的前提下调节横坡，并且通常是调节纵坡较小道路的横坡;道路等级不同时，一般是主道路的纵、横坡均维持不变，而将次道路的双坡横断面逐渐过渡到与主道路纵坡相一致和单坡断面，同时至少有一条道路的纵坡方向背离交叉口，以便于路面排水。
2.4 细部竖向设计
在核电厂竖向设计过程中，除了常见的建构筑物室内外地坪标高设计、场地内道路设计外，因核电厂场地特殊性，场地与周边存在较大高差，需进行细部挡土墙或边坡设计，以及道路排水沟或截水沟细部设计。
（1） 边坡
边坡是一段连续的斜坡面。为了保证土体和岩石的稳定，斜坡面必须具有稳定的坡度，称为边坡坡度，一般用高宽比表示。边坡坡度的大小决定了边坡的占地宽度和边坡工程量，由于核电厂边坡往往较高，因此控制边坡的稳定性至关重要。 （2） 挡土墙
当用地紧张，没有足够空间布置边坡，或当设计地面与自然地形之间有一定高差时，切坡后的陡坎或处在不良地质处，或易受水流冲刷而坍塌，或有滑动可能的边坡，当采用一般铺砌护坡不能满足防护要求时，宜设置挡土墙。
（3） 排水沟
排水沟根据材料不同可分为土沟、砖石砌沟、混凝土沟等，进行核电厂排水沟竖向设计时，设计内容主要包括确定各排水沟的起终点沟顶、沟底标高，排水沟长度和沟底纵坡度。排水沟布置时，应尽量减少与道路的交叉，并满足距其他建、构筑物的净距要求。
（4） 實物保护围栏
核电厂以围栏作为实体屏障，将实物保护区域划分为控制区、保护区和要害区。其中，控制区围栏为单层铁丝网围栏，保护区围栏为双层铁丝网围栏，双层围栏间设置6m宽的隔离带，要害区围栏为单层铁丝网围栏并在外侧1m处设置轻质防护栏。
3 基于层次分析法的核电厂竖向设计的影响因素权重分析
层次分析法是一种对较为复杂、较为模糊的问题作出决策的简易方法，它将定性与定量的决策结合起来，主要用来解决为实现某种总目标时，其多目标对总目标的权重或者多个影响因素对其关联目标的权重，适用于一些难于完全定量分析的问题。本文采用层次分析法计算各层指标要素的权重值，进而确定影响核电厂竖向设计的主要因素。
3.1竖向设计评价指标层次结构模型
在建立层次结构模型时，根据工程经验，结合对场地平整、场地竖向设计、道路竖向设计、细部竖向设计四个设计内容的分析，提出竖向布置形式，厂坪设计标高，土石方工程量，建（构）筑物室外地坪标高，场地排水方式，道路控制点标高，道路纵坡，道路交叉口处理，边坡设计，挡土墙设计，排水沟设计和实物保护围栏竖向设计12个评价指标，从而建立合理完整的目标层——准则层——指标层核电厂竖向设计评价指标体系，分析其逻辑关系，并以层次图形式表示。
3.2构建判断矩阵
依据层次结构模型，常采用九标度法，对各指标进行两两比较，构建判断矩阵。1—9比例标度法可使指标间的比较定量化，如表3.2-1所示。
由于方案评价主要是决策人的主观判断，为使结果更具代表性、合理性，本文通过发放专家调查表，对专业设计人员发放14份调查问卷，收回14份，整理调查结果，得出以下判断矩阵。
依据层次结构模型中的目标层、准则层及指标层的关系，分别建立的判断矩阵，并以判断矩阵的特征向量和特征值作为衡量本层次元素之间对目标的影响权重。若判断矩阵A存在一个矩阵W和λ值，使AW=λmaxW，则W为判断矩阵A的特征向量，λmax为最大特征根，所得的W经归一化后，即为同一层次相应元素对于上一层次某一元素相对重要性的权重向量。
同理，可得出准则层及指标层各指标的权重向量及最大特征根。
3.3判断矩阵的一致性检验
层次分析法要求判断矩阵具有大体的一致性，使计算结果基本合理。一致性指标，若各层次随机一致性比率小于0.1，则认为该判断矩阵的构造符合数学逻辑，否则需要重新调整判断矩阵，重新进行一致性检验，直到满足CR小于0.1这一要求。随机一致性指标RI值如表3.3-1所示。
通过计算可知，各矩阵的最大特征根λmax分别为4.1949，3.0920，2，3.0413，4.0525，随机一致性比率CR分别为0.0730，0.0793，0，0.0397，0.0197均小于0.1，满足一致性要求，符合检验。
3.4确定指标权重
通过以上步骤，最终得到各指标的组合权重，如表3.4-1所示。
由表4.4-1可知，C1，C2，C3，C4，C5，C6，C7，C8，C9，C10，C11，C12的组合权重W=（0.2657，0.2232，0.1099，0.1366，0.0551，0.0801，0.0351，0.0225，0.0250，0.0258，0.0127，0.0083），核电厂竖向设计各评价指标的权重从大到小的顺序排列为：竖向布置形式>厂坪设计标高>建（构）筑物室外地坪标高>土石方工程量>道路控制点标高>场地排水方式>道路纵坡>挡土墙设计>边坡设计>道路交叉口设计>排水沟设计>实物保护围栏设计。结果与实际工程经验基本相符，其中，厂坪设计标高涉及工艺专业的相关设计参数，在具体设计时需要经过论证确定。
4 结论
本文分析了场地平整、场地竖向设计、道路竖向设计、细部竖向设计四个方面对核电厂竖向设计的影响，运用层次分析法计算了各影响因素的权重，并对影响因素进行了排序。通过分析可知，竖向布置形式、厂坪设计标高、建（构）筑物室外地坪标高、土石方工程量是影响核电厂竖向设计最主要的因素。竖向设计是总图设计的特色及重要内容，竖向设计不但受总平面布置的影响，也会同样影响总平面布置，因此，在核电厂竖向设计方案确定时应慎重全面，通过对竖向布置形式，厂坪设计标高等重点内容在方案阶段进行评审等方式，确保核电厂竖向方案的合理性。
参考文献
[1]雷明，工业企业总平面设计，西安：陕西科学技术出版社，1998
[2]井生瑞，总图设计，北京：冶金工业出版社，1992
[3]杨德强，应用层次分析法分析土石方爆破影响因素的权重，冶矿工程，2013，33（5）：30-37
作者简介：
张凡（1990～），女，陕西咸阳人;中国核电工程有限公司工程师;研究方向：核电厂总图运输设计。
杨张伟：中国核电工程有限公司。
关键词：核电厂 竖向设计 影响因素 层次分析法
1 引言
竖向设计是总图设计的重要组成部分，它指对建设用地范围内场地进行垂直方向的高程（标高）设计。竖向设计是否合理直接影响厂区的使用性能，同时会影响工程量，从而影响工程的经济效益。核电厂竖向设计一般在总平面布置的基础上进行，厂区自然地形起伏不平，需要进行竖向设计，使场地不但满足生产工艺及交通运输要求，且满足厂区建（构）筑物、道路、场地的排雨水要求。本文将对核电厂竖向设计的影响因素进行分析，探讨竖向方案设计时的应关注的重点因素。
2 核电厂竖向设计的影响因素分析
2.1 场地平整设计
场地平整一般发生在工程初始阶段，又称场地初平。场地平整的主要工作包括确定场地竖向布置形式、确定场地平整标高、计算土石方工程量等。
（1） 竖向布置形式
场地竖向布置形式是指场地各主要设计整平面之间的连接方法。按照设计整平面之间连接方法的不同，通常分为平坡式、阶梯式和混合式。平坡式是指将场地处理成接近于自然地形的一个或几个带有缓坡的整平面，彼此之间连接处设计坡度和设计标高没有明显的高差变化，该布置有利于厂区内运输线路及管线的布置，由于核电厂工艺流程复杂，溝道截面尺寸大，多数核电厂场地采用平坡式;台阶式是指根据自然地形和工艺流程把工业场地划分为若干个台阶，以陡坡或挡墙的形式相连接组成的阶梯布置，有的核电项目厂区与厂外施工场地、临时设施区也处于不同台阶;混合式是指设计地面由若干个平坡和台阶混合组成。在进行竖向布置形式的选择时，需结合自然地形坡度，厂区宽度，建（构）筑物基础埋深，厂区运输条件等因素综合考虑。
（2） 厂坪设计标高
在民用项目等土石方工程量影响项目投资较大的项目中，场地平整标高常基于土方平衡原理进行确定，而对于核电项目，由于投资较大，工艺要求较高，场地平整标高则主要根据厂坪设计标高确定。核电厂厂坪设计标高指主厂房建（构）筑物室外散水标高，考虑到局部开挖难度，根据经验，场地平整标高一般低于厂坪设计标高0.5m左右。厂坪设计标高的确定需考虑防洪要求、地基条件、冷却水扬程、海工设施、土石方工程量等影响因素。由于核电项目厂区面积较大，厂坪设计标高的提高或降低，将大大影响土石方量，从而影响工程投资，如需设置护堤、护岸、挡浪墙等海工设施时，厂坪设计标高的提高或降低也将影响工程投资或运行成本，同时核电项目常采用一次规划，分期建设的方法，因此还需特别考虑已建机组在建造及运行过程中对扩建机组的影响。
（3）土石方工程量
土石方工程量作为评价工程经济性的重要指标，既影响竖向布置形式的选择，又影响场地平整标高的确定。在大多数情况下，土石方工程是影响竖向布置重要因素之一，但是，随着竖向布置的深入，又可能造成土石方工程的调整和变动，从而影响土石方工程。核电厂土石方工程量往往在百万立方米以上，土石方工程不但包括场地、边坡的土石方量，还包括建（构）筑物负挖余土、管沟基槽余土、道路基槽余土等。
2.2 场地竖向设计
场地竖向设计的主要内容是确定建（构）筑物的室外地坪标高，并组织地面排水系统。
（1） 建（构）筑物的室外地坪标高
核电厂主要建（构）筑物的室外地坪标高即为厂坪设计标高，同时，根据厂区布置情况，其它次要建（构）筑物室外地坪标高也可与厂坪设计标高不同。
（2） 场地排水
核电厂采用有组织排水，通常以暗管排水为主，局部区域增设明沟排水，为防止外部洪、雨水对厂区造成影响，有时在厂区外侧设置截洪沟。需要注意的是，由于核岛及联合泵房要害区常采用硬化地面，且面积较大，易造成要害区内积水，因此要害区内要特别注意竖向设计坡度，必要时增加雨水篦井或设置排水沟。
2.3 道路竖向设计
道路竖向设计在场地平整和建、构筑物竖向设计的基础上进行的，主要内容是确定场地内道路的控制点标高和坡度，并合理处理交叉口竖向。
（1） 道路控制点标高
为便于场地顺畅排雨水，每个区块场地至少要有一边的道路控制点比场地低200mm以上，以便于收集区块场地中排出的雨水，汇集到暗管或明沟中。
（2） 道路纵坡
为满足场地内运输车辆爬坡要求，道路最大坡度不大于7%，不小于0.3%，在地形非常困难情况下，设计坡度可达到11%。道路纵向设计宜采用锯齿式坡度。使得道路上的雨水可以汇集到道路的不同汇集点，然后排入排雨水系统。
（3） 道路交叉口处理
在道路交叉口位置，由于各道路宽度及坡度不同，此处的竖向较为复杂，设计不当极易造成路面积水，因此在核电厂竖向设计中，在交叉口处需特别注意。在交叉口竖向设计时，道路等级相同时，一般是在维持各自的纵坡不变的前提下调节横坡，并且通常是调节纵坡较小道路的横坡;道路等级不同时，一般是主道路的纵、横坡均维持不变，而将次道路的双坡横断面逐渐过渡到与主道路纵坡相一致和单坡断面，同时至少有一条道路的纵坡方向背离交叉口，以便于路面排水。
2.4 细部竖向设计
在核电厂竖向设计过程中，除了常见的建构筑物室内外地坪标高设计、场地内道路设计外，因核电厂场地特殊性，场地与周边存在较大高差，需进行细部挡土墙或边坡设计，以及道路排水沟或截水沟细部设计。
（1） 边坡
边坡是一段连续的斜坡面。为了保证土体和岩石的稳定，斜坡面必须具有稳定的坡度，称为边坡坡度，一般用高宽比表示。边坡坡度的大小决定了边坡的占地宽度和边坡工程量，由于核电厂边坡往往较高，因此控制边坡的稳定性至关重要。 （2） 挡土墙
当用地紧张，没有足够空间布置边坡，或当设计地面与自然地形之间有一定高差时，切坡后的陡坎或处在不良地质处，或易受水流冲刷而坍塌，或有滑动可能的边坡，当采用一般铺砌护坡不能满足防护要求时，宜设置挡土墙。
（3） 排水沟
排水沟根据材料不同可分为土沟、砖石砌沟、混凝土沟等，进行核电厂排水沟竖向设计时，设计内容主要包括确定各排水沟的起终点沟顶、沟底标高，排水沟长度和沟底纵坡度。排水沟布置时，应尽量减少与道路的交叉，并满足距其他建、构筑物的净距要求。
（4） 實物保护围栏
核电厂以围栏作为实体屏障，将实物保护区域划分为控制区、保护区和要害区。其中，控制区围栏为单层铁丝网围栏，保护区围栏为双层铁丝网围栏，双层围栏间设置6m宽的隔离带，要害区围栏为单层铁丝网围栏并在外侧1m处设置轻质防护栏。
3 基于层次分析法的核电厂竖向设计的影响因素权重分析
层次分析法是一种对较为复杂、较为模糊的问题作出决策的简易方法，它将定性与定量的决策结合起来，主要用来解决为实现某种总目标时，其多目标对总目标的权重或者多个影响因素对其关联目标的权重，适用于一些难于完全定量分析的问题。本文采用层次分析法计算各层指标要素的权重值，进而确定影响核电厂竖向设计的主要因素。
3.1竖向设计评价指标层次结构模型
在建立层次结构模型时，根据工程经验，结合对场地平整、场地竖向设计、道路竖向设计、细部竖向设计四个设计内容的分析，提出竖向布置形式，厂坪设计标高，土石方工程量，建（构）筑物室外地坪标高，场地排水方式，道路控制点标高，道路纵坡，道路交叉口处理，边坡设计，挡土墙设计，排水沟设计和实物保护围栏竖向设计12个评价指标，从而建立合理完整的目标层——准则层——指标层核电厂竖向设计评价指标体系，分析其逻辑关系，并以层次图形式表示。
3.2构建判断矩阵
依据层次结构模型，常采用九标度法，对各指标进行两两比较，构建判断矩阵。1—9比例标度法可使指标间的比较定量化，如表3.2-1所示。
由于方案评价主要是决策人的主观判断，为使结果更具代表性、合理性，本文通过发放专家调查表，对专业设计人员发放14份调查问卷，收回14份，整理调查结果，得出以下判断矩阵。
依据层次结构模型中的目标层、准则层及指标层的关系，分别建立的判断矩阵，并以判断矩阵的特征向量和特征值作为衡量本层次元素之间对目标的影响权重。若判断矩阵A存在一个矩阵W和λ值，使AW=λmaxW，则W为判断矩阵A的特征向量，λmax为最大特征根，所得的W经归一化后，即为同一层次相应元素对于上一层次某一元素相对重要性的权重向量。
同理，可得出准则层及指标层各指标的权重向量及最大特征根。
3.3判断矩阵的一致性检验
层次分析法要求判断矩阵具有大体的一致性，使计算结果基本合理。一致性指标，若各层次随机一致性比率小于0.1，则认为该判断矩阵的构造符合数学逻辑，否则需要重新调整判断矩阵，重新进行一致性检验，直到满足CR小于0.1这一要求。随机一致性指标RI值如表3.3-1所示。
通过计算可知，各矩阵的最大特征根λmax分别为4.1949，3.0920，2，3.0413，4.0525，随机一致性比率CR分别为0.0730，0.0793，0，0.0397，0.0197均小于0.1，满足一致性要求，符合检验。
3.4确定指标权重
通过以上步骤，最终得到各指标的组合权重，如表3.4-1所示。
由表4.4-1可知，C1，C2，C3，C4，C5，C6，C7，C8，C9，C10，C11，C12的组合权重W=（0.2657，0.2232，0.1099，0.1366，0.0551，0.0801，0.0351，0.0225，0.0250，0.0258，0.0127，0.0083），核电厂竖向设计各评价指标的权重从大到小的顺序排列为：竖向布置形式>厂坪设计标高>建（构）筑物室外地坪标高>土石方工程量>道路控制点标高>场地排水方式>道路纵坡>挡土墙设计>边坡设计>道路交叉口设计>排水沟设计>实物保护围栏设计。结果与实际工程经验基本相符，其中，厂坪设计标高涉及工艺专业的相关设计参数，在具体设计时需要经过论证确定。
4 结论
本文分析了场地平整、场地竖向设计、道路竖向设计、细部竖向设计四个方面对核电厂竖向设计的影响，运用层次分析法计算了各影响因素的权重，并对影响因素进行了排序。通过分析可知，竖向布置形式、厂坪设计标高、建（构）筑物室外地坪标高、土石方工程量是影响核电厂竖向设计最主要的因素。竖向设计是总图设计的特色及重要内容，竖向设计不但受总平面布置的影响，也会同样影响总平面布置，因此，在核电厂竖向设计方案确定时应慎重全面，通过对竖向布置形式，厂坪设计标高等重点内容在方案阶段进行评审等方式，确保核电厂竖向方案的合理性。
参考文献
[1]雷明，工业企业总平面设计，西安：陕西科学技术出版社，1998
[2]井生瑞，总图设计，北京：冶金工业出版社，1992
[3]杨德强，应用层次分析法分析土石方爆破影响因素的权重，冶矿工程，2013，33（5）：30-37
作者简介：
张凡（1990～），女，陕西咸阳人;中国核电工程有限公司工程师;研究方向：核电厂总图运输设计。
杨张伟：中国核电工程有限公司。