撰文：李云超 吴岩 王忠杰
全文刊登于《中国园林》2020年6期，详情请见：李云超，吴岩，王忠杰，周曦. 城市高压输电走廊线下空间作为游憩绿地利用的安全性研究[J]. 中国园林，2020，36(06)：78-82.
摘要
高压输电走廊线下空间在中城市内大量存在，按照现行法律、法规和标准规范中的规定，一般应作为防护绿地规划建设。但在现实中存在大量将其利用为游憩绿地使用的情况，其安全性受到公众质疑。利用电力行业和医学相关研究数据，对城市高压输电走廊线下空间游憩利用的安全性开展深入研究，综合得出将110kV和220kV高压输电走廊线下空间作为游憩绿地利用，其安全性可以得到保证。并基于安全利用的前提，从景观规划设计的角度提出了相关设计原则和策略。
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问题的提出和意义
当前，中国普遍采用高压输电线对城市供电，城市建成区中有大量高压输电线存在。随着城市用电负荷增大，未来将有更多高压输电线深入城区供电[1][2]。由于高压输电线入地成本过高，仅适用于城市中心区，架空线路仍然是城市内其他地区建设输电线路的现实选择。
城市高压输电走廊线下空间（以下简称“线下空间”）分布广，面积大，且呈带状连续分布在建成区内，各地多有将其建成游憩绿地的情况，其“安全性”尚存疑问。电力行业已经对于不同电压的高压架空输电线安全性做过大量的研究，如一些学者对不同地点的110kV、220kV、500kV和1 000kV高压架空输电线电磁辐射进行了实地测量和仿真计算[3~9]，并对高压架空输电线对人体的电击现象进行了研究[10]。园林绿化行业对于线下空间利用也做过一些研究，如一些学者以具体项目为例，探讨了高压架空输电线下景观绿化设计和施工的方法[11][12]。上述研究中，电力行业学者大多针对不同电压高压架空输电线电磁辐射强度和电击问题进行实地测量和仿真计算，对线下空间的实际利用等问题较少涉及，且单个研究针对的是特定电压的高压输电线产生的特定影响，缺乏完备、全面的综合论述；而园林绿化行业学者则从电力、绿化设计规范和实际设计施工的角度对线下空间的具体设计展开了一定论述，但缺乏具体的电力数据支撑，讨论较为肤浅，并不能说明线下空间利用的安全性和设计的合理性。基于上述缺限，本研究汇总大量电力行业的研究数据和成果，综合得出在不同电压条件下，线下空间作为游憩绿地利用是否安全的结论，并以其为依据，尝试给出相应的设计原则和策略。
图1 高压线下的公园——杭州劝学公园（图片源自网络）
需要特别说明的是，一般认为线下空间由于“安全”隐患和保护电力设施的需要，在城市规划中基本列为防护绿地，一般不宜发挥休闲游憩功能。但相关法规和标准规范，如《电力设施保护条例》《城市电力规划规范（GB/T 50293-2014）》《城市绿地分类标准(CJJ/T 85-2017)》中并未完全禁止线下空间的建设利用和人群的进入活动，且允许开展特殊作业活动，只是具有一定的限制[13~15]。本文仅就“线下空间作为休闲游憩绿地进行建设是否安全”这一命题展开研究，而非鼓励或支持这种做法。
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研究对象的范围及相关概念解析
2.1 研究对象的范围
论文主要讨论36kV、110kV、220kV和500kV高压架空输电线。10kV及以下输电线按规定不设置高压走廊，故不在本文讨论范围内；500kV以上输电线在城市中几乎没有分布，也不予讨论；另有少量66kV输电线按国家电力发展规划属于淘汰类型的非标准电压线路，本文也不予讨论。
2.2 城市高压输电线网的构成
图2 城市输电线网空间布局模式示意图
城市输电线网由输电网、配电网和变电站组成，典型的特大城市和大城市输电线网空间布局模式一般可归纳如下：首先通过500kV及以上输电线从区域电网接入城市郊区，再通过环状分布的500kV及220kV输电线输送至城市集中建设区，接入城市中心区一般采用110kV及220kV输电线，然后由35kV及以下中低压配电网向下一级电网分配，最后经由网状220V及380V低压配电线路给用户供电。（图2）
2.3 高压架空输电线的组成
高压架空输电线主要由杆塔和导线组成，导线呈下垂弧形悬挂于两杆塔之间。相邻两杆塔之间的距离称为档距。导线与相邻2个悬挂点所连直线间距离的最大处称为弧垂，离地面最近。（图3）杆塔的形式和导线布置形式多种多样，而输电形式也分为同杆塔单回线路和同杆塔多回线路。[16]
图3 架空线路组成示意图
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线下空间游憩利用安全性研究
线下空间作为绿地开展游憩利用通常被公众质疑存在以下四种安全隐患：电磁辐射、直接电击、杆塔倒塌和电流噪声。现针对四种安全隐患进行安全性论证分析。
3.1 关于电磁辐射风险的安全性分析
不同频率的电流周围会产生特定的电磁场，人体暴露其中，会受到电磁辐射的影响。通常意义上的电磁辐射是由高频电磁场引起的，其频率为100kHz～300MHz，波长范围为1～3 000m。高频电磁辐射直接穿过生物体，并在生物体内诱发感应电流，会对生物体产生较大危害。而高压输电线路产生的电磁场为工频电磁场[17]，频率仅为50Hz，波长达6 000km，与高频电磁场对人体的作用机制有本质不同，其在安全强度下对人体的影响非常微弱。由工频电磁场引起的所谓安全隐患包括人体长时间暴露在其中而对身心健康造成潜在危害的长效作用，和包括稳态及暂态电击在内的短效作用。
3.1.1 工频电磁场暴露强度的安全标准分析
目前，由世界卫生组织（WHO）推荐的《电磁场暴露限值的导则（0-3 000GHz）》是国际上使用最广泛的工频电磁场暴露强度的安全标准。该标准推荐以5kV/m和100μT作为50Hz工频电场和磁场强度的公众暴露上限[9][18]。论文进一步梳理分析了各国相关机构根据该导则制定的相关标准（表1、表2）。由此可见，国内采用4kV/m和100μT作为工频电磁场的暴露强度上限基本上是各国标准中最为严格的，其安全性可以得到保证。
表1：各国和国际组织关于电磁暴露限值的规定汇总表[9][19]
表2：国内相关标准规范关于电磁暴露限值的规定汇总表
3.1.2 工频电磁场电磁辐射长效作用安全性分析
针对不同电压等级输电线路的工频电磁场特点，电力研究部门采用实际测量和仿真计算方式进行了大量深入研究。
对于500kV线下空间的工频电磁场强度，有研究将导线的对地高度、单回多回、导线布置形式分别作为单一变量，仿真计算其弧垂距地面1.5m高度处的电磁场强度（表3） [19]。结果显示，对于500kV线下空间，虽然工频磁场强度均符合100μT的安全限值，但工频电场有超过4kV/m安全限值的情况（最高达到约15kV/m），安全性并未得到完全保障。
表3：不同条件500kV线下空间工频电磁场强度仿真计算结果汇总表[19]
对于220kV和110kV线下空间，大量实测表明弧垂距地面1.5m高度处电磁场强度没有超过标准（表4），且有较大的冗余安全空间。而对220kV高压线仿真计算显示，220kV高压线下距地面6.75m以上范围内工频电磁场会超过标准，这表明距地面0-6.75m高度范围内，220kV和110kV线下空间的电磁安全性均可得到保障。
表4：不同220kV和110kV线下空间工频电磁场强度实测结果汇总表[3][6]
在世界范围内，由各国和国际组织开展的各种医学研究成果均显示，能够对人体和动物产生有害影响的工频电磁场阈值远高于输电线路下的限值，其长期效应不会对人体和动植物的健康造成明显影响。[21][22]
3.1.3 工频电磁场电磁辐射短效作用安全性分析
线下空间的电磁辐射短效作用主要为感应电击，包括稳态和暂态电击。稳态电击是指人体抓握电场中的导电体时，带电导体通过电容耦合产生流过人体的持续工频电流所造成的电击；暂态电击是指当人体接触电场中的导电体时，在接触瞬间因静电感应积聚在该物体或人体上的电荷以火花放电的形式通过人体向大地释放所造成的电击[19]。这两种电击都是由电磁场引起非接触物体电磁感应而引发的电击，且人体受到的电击程度与电场强度成正比。[10]
稳态电击方面，相关研究采用1 000kV电压，对弧垂正下方距地面1.5m处的情况进行仿真计算，产生的稳态电流不会对人体造成任何伤害[10]，而500kV及以下线下空间中，弧垂正下方距地面1.5m处产生的稳态电流远弱于1 000kV水平，故人体不存在遭到稳态电击的可能性。
暂态电击方面，相关研究表明，在 4kV/m~7kV/m的电场强度下，人体一般只会感受到非常微弱的电击，在 7kV/m~10kV/m的电场强度下，人体会感受到明显的电击；在10kV/m 及以上的电场强度下，人体会有较强的电击感[10]。根据实测，部分500kV线下空间工频电场强度最高接近15kV/m，故人在其中活动有暂态电击风险。而220kV及以下线下空间，相关实测最大场强仅有约2.2kV/m[6]，无暂态电击的可能性。
3.2 关于直接电击风险的安全性分析
直接电击包括直接触电、高压电弧触电和导线落地后的跨步电压触电。
直接触电指人体自身或通过其他导体与导线接触引发触电，主要原因有攀爬杆塔触摸导线，或在塔下进行放风筝、钓鱼等危险活动，风筝线、钓线接触裸露导线引发触电。攀爬杆塔触摸导线可通过对杆塔区域进行物理空间隔离、设置警示牌等方式解决；而放风筝、钓鱼等危险活动可通过设置警示牌、不设置适宜钓鱼、放风筝等活动的场地等方式解决。
高压电弧触电是指高压电击穿空气，通过电弧的形式作用于人体造成触电[23]。电弧放电需要在一定电压下，人体与导线处于较短距离内才可能发生，而不同电压等级的高压线在设计时导线弧垂处距地面距离已远大于该距离，只要避免攀爬杆塔距导线过近，就不会发生高压电弧触电。
跨步电压触电指电缆断线碰地后，在地面不同距离之间形成电位差，人体行走时两脚之间的距离由于电位差产生放电[23]。110kV及以上输电线路采用中性点直接接地方式，单相输电线断线触地，形成对地短路后会跳闸保护，不会造成触电事故。但在农村地区和郊区分布的35kV输电线路，其线路可能采用中性点非直接接地方式，线路断裂触地后不会直接跳闸，此时跨步电压非常危险。[23]
3.3 关于杆塔倒塌风险的安全性分析
杆塔受短时大风和低温覆冰作用时，有倒塌的风险，近年来也曾见于新闻报道中[24][25]。经研究发现，倒塌发生的位置大多位于山区等气象条件恶劣的地区，城区中极少发生。同时，在城区中发生极端恶劣气候现象时，也极少有人停留在线下空间中。通过事先预警等措施，完全可以避免意外事故发生。由此可认为城市建成区内塔杆倒塌伤人的可能性几乎不存在。
3.4 关于电流噪声风险的安全性分析
高压输电线噪声是由电晕放电引起的，能产生一定的心里紧张感，但不会有实际的危害。110kV及以上输电线路产生电晕放电现象不可避免，但仅在500kV及以上输电线路中较为明显[26]。对于500kV以下的线下空间，只需对杆塔做好绿化隔离防护，保证心理安全即可消除该风险。
3.5 结论
综上所述，可得出如下结论：
第一，500kV及以上线下空间，工频电场强度大大超标，有可能引起潜在的健康危害，并可能引发生暂态电击，造成心理和生理的不适，宜建成防护绿地予以隔离，禁止游人进入。
第二，35kV线下空间在导线断裂触地时存在跨步电压触电风险，也不适宜作为游憩使用。
第三，220kV和110kV线下空间工频电磁场强度符合相关标准，不存在危害健康、造成生理及心理不适的可能，可以保证其安全性。只要通过一定设计手段约束部分游憩活动行为，做好相应宣传引导警示工作，即可发挥一定游憩服务功能。（表5）
表5：不同电压的线下空间的安全性分析汇总表
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安全视角下线下空间作为游憩绿地利用的设计原则和策略
4.1 线下空间作为游憩绿地利用需要遵循的原则
220kV和110kV线下空间作为游憩绿地利用时安全合规，但应遵循以下原则：
第一，严格避免直接或间接触电，保障游人人身安全；
第二，尽可能地减少人体暴露场强强度，降低潜在健康危害；
第三，尽量减轻暂态电击、电晕放电引起噪声等现象，提高游憩舒适度；
第四，加强公众宣传力度，消除心理恐惧等因素。
4.2 线下空间作为游憩绿地利用的设计策略
4.2.1空间布局的策略
根据相关研究，220kV和110kV线下空间电磁场具有如下分布规律(图4)：①线下空间电磁场关于杆塔中心线对称；②电场最大场强位于最外侧导线弧垂外2m左右处，随距中心距离增大向两侧快速衰减，在40m处基本与背景值相等；③磁场最大场强出现在距最外侧导线弧垂5m左右处，随距中心距离增大向两侧快速衰减，在40m处基本与背景值相等。根据这些特点，可对线下空间的布局进行合理安排。
图4 线下空间场强分布特征示意图（根据多项研究数据绘制）
图5 线下空间绿地空间布局示意图（作者自绘）
假设架空线路一档，档距为L，则该线下空间的利用形式如图5所示。其中，杆塔基座边缘外侧10.0m范围内可作为禁入区；L/2处为弧垂处，其地面辐射值最大，以该点在地面投影点为圆心，半径为10.0m的圆形范围内也作为禁入区。最外侧导线向外3.5m（110kV）至4.0m（220kV）范围内（考虑最大风偏和工频电磁场强度）的非禁入区可作为限制区。绿化带内非上述两区的范围可作为非限制区。建议线下空间绿地的空间结构设置为串珠型，即依托道路线性串联多个小广场小空间的形式，以限制放风筝活动引发危险。禁入区内适合灌木植物密植以阻止游人进入，以减少人体暴露电磁场的强度，防止游人攀爬杆塔，同时对杆塔上电晕放电引发噪声起到一定隔离作用；限制区内可适当安排活动场地，但种植高度需满足要求，禁止起伏地形、假山、水体的设置，以减少人体暴露电磁场的强度，防止钓鱼等意外事故；非限制区则可相对自由，但仍需注意地形和植物不宜过高。（表6）
表6：线下空间绿地的空间布局的原则一览表
4.2.2 场地设置和材料应用策略
线下空间单块场地和草坪面积不应过大；限制区的内亭子、廊架等构筑物会增加电击风险，危害游人身体健康和电力设施安全，不应设置。限制区内的场地应避免大量使用金属材质，减少暂态电击引发不适的可能。
4.2.3 植物配置策略
禁入区内应采用地被、灌木密植，以限制游人进入；导线与树木之间的净空距离、在最大计算风偏情况下，不小于表7中数值，其结构如图6所示。非限制区内植物的生长冠幅应不影响最外侧导线。品种的选择上选择耐火不易燃的品种，还应加大色叶品种和观花观果植物数量。
表7：导线与树木之间的净空距离一览表[27]
图6 线下空间植物高度示意图（作者绘）
4.2.4 其他设计策略
设计手法上还可以采取一些措施，转移游人注意力，降低导线和杆塔对人造成的心理压迫感。设计时应减少使用直线元素，多采用曲线元素柔化直线形的导线和杆塔；植物群落在满足安全高度前提下增加丰富度，以吸引人群注意，弱化导线和杆塔存在感。线下空间绿地设计还应通过设置警示标识系统，规范游人活动，避免危险行为，保障游人人身安全和电力设施安全。如杆塔处需设置禁止攀爬标识，广场、草坪处设置禁止放风筝、禁止飞盘和禁止烟花爆竹等标识。
4.2.5 公众宣传策略
线下空间利用的最大障碍是公众对所谓“电磁辐射”的恐惧。需要加大宣传和引导，通过多种渠道，特别是就地利用线下空间展开实地科普教育，澄清相关概念，使公众了解工频电磁场的安全性，和其与高频电磁场的本质差别，消除心理影响。
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结语
由上述分析可见，110kV和220kV线下空间的安全性是完全可以保障的。在其他公园绿地满足人均指标和服务半径覆盖率要求的情况下，可以适当将线下空间作为游憩绿地加以利用，以增加城市建成区绿地休闲游憩供给的规模，提高服务半径覆盖的水平。
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