陳 瑩

（國(guó)核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，中國(guó) 北京 100095）

0 引言

裝配式變電站是在國(guó)家電網(wǎng)公司“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化加工、裝配式建設(shè)”的理念指導(dǎo)下，借鑒了民用、工業(yè)建筑裝配生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)配送式智能變電站設(shè)計(jì)需求，推動(dòng)設(shè)計(jì)理念創(chuàng)新，突出工業(yè)化設(shè)施定位，實(shí)現(xiàn)變電站設(shè)計(jì)、施工過(guò)程的組織集約化的產(chǎn)物。它通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)拼裝預(yù)制構(gòu)件、電氣設(shè)備即插即用的形式，盡量減少現(xiàn)場(chǎng)澆筑和制作安裝的時(shí)間，從而大幅提高施工效率。

資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)建設(shè)理念的提出，伴隨著電力行業(yè)包括管理、設(shè)備廠家、設(shè)計(jì)、施工等單位的技術(shù)發(fā)展，推動(dòng)了變電站建設(shè)模式的發(fā)展。近幾年，許多裝配式變電站試點(diǎn)工程相繼完工，裝配式變電站建設(shè)模式逐漸成熟，標(biāo)志著國(guó)家電網(wǎng)智能變電站建設(shè)跨入了新階段。

1 裝配式變電站特點(diǎn)

裝配式變電站與傳統(tǒng)變電站相比，具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1.1 工廠化生產(chǎn)、施工周期短

傳統(tǒng)變電站土建施工周期較長(zhǎng)，占整個(gè)變電站施工周期的一半以上。其主要原因是各施工工序無(wú)法同時(shí)進(jìn)行，必須是上一個(gè)施工工序完成后下一個(gè)工序方可開(kāi)始，而且鋼筋混凝土的澆筑和養(yǎng)護(hù)時(shí)間都比較長(zhǎng)，同時(shí)比如基礎(chǔ)開(kāi)挖、土方平整、混凝土養(yǎng)護(hù)等工序又受到天氣等諸多因素影響，由于天氣原因的停工屢見(jiàn)不鮮。

裝配式變電站可通過(guò)各施工工序同時(shí)進(jìn)行大幅提高施工進(jìn)度，比如，現(xiàn)場(chǎng)土方平整的同時(shí)，建筑物構(gòu)件的加工制作可同時(shí)在工廠中展開(kāi)；另外，現(xiàn)場(chǎng)安裝過(guò)程中拼裝、焊接等工藝較簡(jiǎn)單、快捷，從而達(dá)到減少施工時(shí)間的目的。同時(shí)，工廠化生產(chǎn)方式也最大程度地減少了工程的外部制約因素，間接的縮短了工期。

1.2 質(zhì)量可靠、管理成本低

傳統(tǒng)變電站的土建施工過(guò)程中存在原材料多、采購(gòu)渠道多樣；施工工序繁雜、施工隊(duì)伍多；受環(huán)境影響大、現(xiàn)場(chǎng)防護(hù)條件有限的特點(diǎn)。從而導(dǎo)致了土建施工現(xiàn)場(chǎng)，用于施工管理的人力、物力多，增加工程成本的同時(shí)，質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)多樣且難以控制。

裝配式變電站的主要建筑構(gòu)件均采用預(yù)制構(gòu)件，由特定的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)廠家加工，其制作工藝成熟、制作環(huán)境優(yōu)良、成品檢驗(yàn)規(guī)范，從而大大提高了構(gòu)件的成品質(zhì)量，使工程質(zhì)量可控、在控。例如，樓板采用彩鋼板，因?yàn)椴输摪鍖訉泳o扣，其密封性和建筑結(jié)構(gòu)得到了非常好的保障，內(nèi)墻則采用了輕鋼龍骨石膏板取代原有砌筑式墻面，硬度和防火性均有大幅提高。同時(shí)，構(gòu)件預(yù)制廠家流水化生產(chǎn)、成熟的技術(shù)研發(fā)、成品檢驗(yàn)簡(jiǎn)便等因素降低了主要構(gòu)件的生產(chǎn)和檢驗(yàn)成本。現(xiàn)場(chǎng)施工工序簡(jiǎn)潔、原材料采購(gòu)量少也降低了工程的現(xiàn)場(chǎng)管理成本。

1.3 節(jié)能環(huán)保、可持續(xù)

傳統(tǒng)變電站土建施工對(duì)于環(huán)境的破壞較大。其主要原因是施工現(xiàn)場(chǎng)投入的人工、材料和大型施工機(jī)械較多，導(dǎo)致施工臨建和材料加工用地較多，同時(shí)產(chǎn)生較多的生活及建筑垃圾、污水及廢水，不利于環(huán)保和節(jié)能減排。

裝配式變電站采用工廠化生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)施工工序減少，人工、材料、大型機(jī)械的需求量少，從而減少了占地和垃圾、污水的排放量，有利于環(huán)境保護(hù)。另外，建構(gòu)筑物的主體結(jié)構(gòu)體系構(gòu)件使用壽命一般高于變電站使用壽命，可循環(huán)持續(xù)使用，加大了變電站的可持續(xù)性。

綜上所述，裝配式變電站是“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型、工業(yè)化”（即“兩型一化”）理念的完美體現(xiàn)，有著傳統(tǒng)變電站無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，是變電站建設(shè)領(lǐng)域的必然趨勢(shì)。

2 裝配式變電站土建設(shè)計(jì)原則

裝配式變電站土建設(shè)計(jì)要針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)配送式智能變電站設(shè)計(jì)需求，推動(dòng)設(shè)計(jì)理念創(chuàng)新，引領(lǐng)工程技術(shù)進(jìn)步方向，突出工業(yè)化設(shè)施定位，優(yōu)化集成。

貫徹節(jié)能環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的設(shè)計(jì)理念，以安全可靠為前提，信息數(shù)據(jù)為支撐，多方案比選為手段，以變電站全壽命周期成本最優(yōu)為目標(biāo)，統(tǒng)籌考慮，精心設(shè)計(jì)。以工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)檢驗(yàn)代替現(xiàn)場(chǎng)澆筑制作；以各施工工序并聯(lián)進(jìn)行代替施工串聯(lián)流程。

采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，聯(lián)合設(shè)備廠家規(guī)范統(tǒng)一電氣設(shè)備安裝接口，即在設(shè)備未訂貨前，設(shè)備基礎(chǔ)、設(shè)備穿墻方式、埋管布線方式形成統(tǒng)一接口標(biāo)準(zhǔn)。方便設(shè)備招標(biāo)、設(shè)計(jì)、運(yùn)行維護(hù)的同時(shí)，避免土建施工等待設(shè)備招標(biāo)采購(gòu)而延長(zhǎng)工期的現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)土建施工先行的可操作性，縮短工程建設(shè)周期。

3 裝配式建筑設(shè)計(jì)

目前裝配式變電站內(nèi)的建筑結(jié)構(gòu)形式一般有鋼結(jié)構(gòu)、勁性混凝土結(jié)構(gòu)、預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)等。建筑物構(gòu)配件設(shè)計(jì)一般分三個(gè)層次，分別是主體結(jié)構(gòu)、附屬結(jié)構(gòu)和特殊構(gòu)件。

主體結(jié)構(gòu)起支撐作用，其使用壽命不能低于建筑物的使用壽命，主要包括主板、柱、斜撐等構(gòu)件。

附屬結(jié)構(gòu)的使用壽命可低于主體結(jié)構(gòu)，到達(dá)使用壽命時(shí)可更換。附屬結(jié)構(gòu)應(yīng)具有裝配方便、模數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)通用的特點(diǎn)。裝配式建筑物附屬結(jié)構(gòu)主要包括：圍護(hù)結(jié)構(gòu)、電氣管線、上下水管線和其它部品系統(tǒng)等。圍護(hù)結(jié)構(gòu)一般是指外墻、屋面、門(mén)窗等。內(nèi)隔墻采用輕鋼龍骨石膏板或輕質(zhì)條板制成，并將電線、插座、掛件或門(mén)窗等集中在幾個(gè)專(zhuān)用墻板內(nèi)，其它設(shè)置成空白墻板，使裝修何布線在內(nèi)隔墻在生產(chǎn)時(shí)已經(jīng)完成。

針對(duì)變電站的使用功能，對(duì)設(shè)備房間的特殊構(gòu)件進(jìn)行專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)，一般有以下幾種制作方式：

（1）視建筑物防火重要性，不同位置墻板選用拆卸方案。除主變房間外其他墻體選用可拆卸墻板，墻體拆卸方便，工程擴(kuò)建和檢修，設(shè)備進(jìn)出入不受墻體約束。墻體內(nèi)預(yù)埋管線，管線走向在內(nèi)墻面示意，解決了墻體預(yù)埋線的問(wèn)題，同時(shí)墻面平整美觀。

（2）GIS 基礎(chǔ)與樓板分離，形成基礎(chǔ)模塊，樓體建設(shè)進(jìn)度不受設(shè)備訂貨限制。模塊尺寸、高度可以根據(jù)設(shè)備調(diào)整，解決了穿墻套管高度處墻體留孔受設(shè)備的制約問(wèn)題。

GIS 基礎(chǔ)模塊在構(gòu)件廠預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)拼裝，形成獨(dú)特的錨拼節(jié)點(diǎn)。

圖1 GIS 基礎(chǔ)模塊示意圖

（3）GIS 室次梁二次安裝，采用錨拼節(jié)點(diǎn)，可以任意調(diào)整次梁位置，使GIS 室可以適應(yīng)不同設(shè)備廠家的設(shè)備，為變電站擴(kuò)建提供便利。同時(shí)次梁間溝槽可以兼作電纜溝使用，同時(shí)解決了設(shè)備電纜放置問(wèn)題。

圖2 GIS 室主次梁搭接

4 裝配式構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

4.1 裝配式圍墻

圍墻采用無(wú)柱式基礎(chǔ)與墻板插接式方案。

圍墻基礎(chǔ)采用條形混凝土基礎(chǔ)，基礎(chǔ)頂部設(shè)置墻槽，墻槽頂部設(shè)一圈預(yù)埋件。墻板插入基礎(chǔ)墻槽，板底部預(yù)埋件與杯口預(yù)埋件焊接連接。

圖3 墻板與基礎(chǔ)連接

在板頂用金屬夾具實(shí)現(xiàn)板與板之間的連接。

圖4 板頂金屬夾具

無(wú)柱墻質(zhì)量可靠，施工方便，不用現(xiàn)場(chǎng)為墻體綁扎鋼筋、支模板，加快施工速度，節(jié)省工期，節(jié)約了柱子工程量。

4.2 裝配式主變基礎(chǔ)

將主變基礎(chǔ)底板與支墩分開(kāi)，底板現(xiàn)場(chǎng)澆注，支墩工廠預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)采用獨(dú)特的錨拼節(jié)點(diǎn)安裝。使基礎(chǔ)的施工不受設(shè)備影響，支墩標(biāo)準(zhǔn)化，并以設(shè)備部件的形式出現(xiàn)，施工快捷，工期可縮短近一半。

裝配式主變基礎(chǔ)是將底板和支墩分開(kāi)處理，底板現(xiàn)場(chǎng)澆注，支墩在工廠預(yù)制，支墩在現(xiàn)場(chǎng)安裝在底板上。

主變基礎(chǔ)底板尺寸和重量均很大，且底板受設(shè)備安裝影響程度小，故底板在現(xiàn)場(chǎng)澆注并預(yù)埋埋件。

支墩采用預(yù)制，支墩設(shè)預(yù)留孔，方便與基礎(chǔ)底板連接。

待支墩到貨后，先在預(yù)留孔位置的筏板鋼板上焊接錨筋或預(yù)埋件，基礎(chǔ)就位后錨筋剛好在預(yù)留孔中，再在孔中澆注膨脹混凝土固定。

圖5 支墩與底板連接

4.3 裝配式防火墻

目前，裝配式變電站防火墻主要采用以下幾種結(jié)構(gòu)型式：

1）現(xiàn)澆鋼筋混凝土柱＋預(yù)制墻板方案：

防火墻的基礎(chǔ)與墻柱同時(shí)澆筑，基礎(chǔ)采用獨(dú)立基礎(chǔ)。鋼筋混凝土現(xiàn)澆柱根據(jù)主變構(gòu)架鋼管根開(kāi)設(shè)置，柱頂預(yù)留地腳螺栓，用于固定主變構(gòu)架。柱兩側(cè)設(shè)置溝槽，用于固定預(yù)制墻板。

該方案混凝土現(xiàn)場(chǎng)澆筑工程量較大，工期較長(zhǎng)，“裝配式”優(yōu)勢(shì)不明顯。

2）預(yù)制鋼筋混凝土柱＋預(yù)制墻板方案：

防火墻由基礎(chǔ)、預(yù)制鋼筋混凝土柱、預(yù)制墻板和封口梁組成。立柱基礎(chǔ)采用現(xiàn)澆杯形基礎(chǔ)，立柱采用插入式。柱設(shè)有特殊凹槽，安裝完柱后卡入預(yù)制墻體，上部用預(yù)制鋼筋混凝土梁進(jìn)行封口。

該方案主要受力構(gòu)件在工廠預(yù)先加工完成，現(xiàn)場(chǎng)組裝拼接，能有效的縮短施工工期，節(jié)約人力資源。

3）鋼柱＋預(yù)制墻板方案：

鋼柱采用熱軋H 型鋼柱或鋼管柱，基礎(chǔ)采用現(xiàn)澆杯形基礎(chǔ)，立柱插入后采用細(xì)石混凝土二次灌漿填實(shí)，鋼柱兩側(cè)及頂部預(yù)制墻板包裹。

該方案能有效的加快施工進(jìn)度及減少勞動(dòng)強(qiáng)度，減少現(xiàn)場(chǎng)的濕作業(yè)，缺點(diǎn)是造價(jià)偏高，墻板節(jié)點(diǎn)安裝采用螺栓，破壞鍍鋅層，對(duì)防腐不利，且在風(fēng)荷載作用下，變形大于鋼筋混凝土柱。

5 結(jié)束語(yǔ)

伴隨著國(guó)家電網(wǎng)公司一批試點(diǎn)工程的成功建成并投入運(yùn)行，裝配式變電站設(shè)計(jì)技術(shù)已逐漸走出初級(jí)階段，但仍然存在一些問(wèn)題亟待解決，如結(jié)構(gòu)體系理論研究，配套構(gòu)件的兼容性、國(guó)內(nèi)技術(shù)規(guī)范的缺失、施工人才缺乏等。需要我們電力設(shè)計(jì)行業(yè)技術(shù)人員繼續(xù)開(kāi)拓創(chuàng)新，為裝配式變電站設(shè)計(jì)技術(shù)成熟增磚添瓦。

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