張 振，聶建春，薩仁高娃，王 安，宋瑞軍

（內(nèi)蒙古電力經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，呼和浩特 010010）

0 引言

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展以及技術(shù)的快速進(jìn)步，國內(nèi)各行業(yè)的工業(yè)化水平得到全面提升，國家對(duì)電網(wǎng)工程建設(shè)在節(jié)能、環(huán)保、高效方面的要求也越來越高[1]。作為一種新模式，智能變電站模塊化建設(shè)從設(shè)計(jì)、加工、施工等方面體現(xiàn)了“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化加工、裝配式建設(shè)”的先進(jìn)理念，滿足了當(dāng)前電網(wǎng)建設(shè)新需求[2-6]。近年來，內(nèi)蒙古電力（集團(tuán)）有限責(zé)任公司為進(jìn)一步推廣國內(nèi)智能變電站模塊化建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，推進(jìn)基建工程標(biāo)準(zhǔn)工藝實(shí)現(xiàn)“兩型一化”(環(huán)境友好型、資源節(jié)約型、工業(yè)化)，逐步試點(diǎn)開展了變電站裝配式建設(shè)模式[7]，泰安110 kV變電站即為內(nèi)蒙古電網(wǎng)首批110 kV裝配式智能變電站試點(diǎn)工程之一。

1 工程概況

泰安110 kV變電站位于內(nèi)蒙古呼和浩特市內(nèi)，3臺(tái)主變壓器容量均為63 MVA；110 kV出線5回，采用雙母線接線方式，10 kV出線36回，采用單母線三分段接線方式。每臺(tái)主變壓器配置1組10 kV電容器，容量分別為4 Mvar和6 Mvar。主變壓器、電容器均戶內(nèi)布置，110 kV系統(tǒng)采用戶內(nèi)GIS布置，10 kV系統(tǒng)采用戶內(nèi)開關(guān)柜雙列布置[8]。

本站為全戶內(nèi)站，總建筑面積為1206.8 m2，包括配電裝置樓、消防泵房、消防水池等建筑物。消防泵房、消防水池布置在站區(qū)的北側(cè)，事故油池布置在北側(cè)外，所有電氣設(shè)備均布置在配電裝置樓內(nèi)。本文基于配電裝置樓建設(shè)要點(diǎn)進(jìn)行分析。

2 建設(shè)方案分析

2.1 方案簡介

配電裝置為本座裝配式變電站中最重要的主體建筑，其平面呈一字形布置。樓體為單層建筑，平面軸線尺寸為60 m×19 m（長×寬），層高為10.5 m，建筑面積為1145.9 m2。樓內(nèi)東側(cè)布置變壓器室，西側(cè)布置10 kV配電裝置室及二次設(shè)備室，北側(cè)布置電容器室，南側(cè)布置110 kV GIS室及附屬房間（衛(wèi)生間等）。

配電裝置樓主體結(jié)構(gòu)均采用鋼框架結(jié)構(gòu)，主體框架采用鋼梁、鋼柱，其中鋼梁采用H型鋼，鋼柱采用箱形截面鋼，鋼材型號(hào)均為Q345B。基礎(chǔ)采用現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，梁與柱的連接節(jié)點(diǎn)采用翼緣梁與柱焊接方式，梁腹板與柱采用高強(qiáng)螺栓連接，鋼結(jié)構(gòu)防火涂料設(shè)計(jì)采用厚型防火涂料（該變電站為全戶內(nèi)變電站，耐火等級(jí)為一級(jí)，鋼柱耐火極限不小于2.5 h，梁耐火極限不小于2.0 h）；外墻采用60 mm厚纖維水泥加壓板，內(nèi)墻采用兩層12 m厚的防火石膏板，隔墻大量采用砌體結(jié)構(gòu)，外墻掛板接縫及鋁單板接縫全部采用硅酮密封膠處理。屋面結(jié)構(gòu)為桁架樓承板及現(xiàn)澆鋼筋混凝土屋面板結(jié)構(gòu)，女兒墻為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

2.2 方案特點(diǎn)

2.2.1 基礎(chǔ)及節(jié)點(diǎn)連接

當(dāng)前裝配式變電站主要結(jié)構(gòu)有鋼框架結(jié)構(gòu)和輕型門式鋼架結(jié)構(gòu)，具體形式的選擇需結(jié)合工程實(shí)際確定。裝配式建筑物基礎(chǔ)目前均采用現(xiàn)澆混凝土基礎(chǔ)，鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)通常采用焊接或螺栓連接[9]?？紤]到蒙西地區(qū)冬季氣溫低、持續(xù)時(shí)間長的特點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)連接構(gòu)造應(yīng)盡量簡捷、方便安裝，尤其需避免因焊接工藝不良造成低溫冷脆安全隱患，鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接方式宜采用螺栓連接，并優(yōu)先采用高強(qiáng)螺栓連接。

2.2.2 防火材料

鋼結(jié)構(gòu)防火包括屏蔽型防火（將金屬構(gòu)件用耐火材料與火源隔斷）或噴涂型防火（涂料通過吸熱后內(nèi)部釋放水蒸氣或其他不燃?xì)怏w，延緩熱量傳遞并降低表面火焰溫度，最后由自身多孔輕質(zhì)的材料有效隔絕外部熱量，推遲鋼材強(qiáng)度的降低）[10]，其中噴涂型防火涂料可選用厚、薄型涂料。防火措施可結(jié)合工程具體特點(diǎn)在滿足相關(guān)規(guī)程規(guī)范的要求前提下確定，目前噴涂型防火是我國鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)最常用的方法。

2.2.3 外墻

裝配式建筑物外墻主要采用壓型鋼板復(fù)合板，城市中心地區(qū)可采用鋁鎂錳板，我國西北、東北等寒冷地區(qū)可采用纖維復(fù)合板。內(nèi)墻板采用防火石膏板或輕質(zhì)復(fù)合墻板，建筑物防火墻宜采用纖維水泥復(fù)合墻體。考慮到采購運(yùn)輸、二次設(shè)計(jì)及后期維護(hù)環(huán)節(jié)的要求，裝配式內(nèi)外墻材料宜選用生產(chǎn)廠商多且技術(shù)成熟的材料并加強(qiáng)廠家二次設(shè)計(jì)，真正做到現(xiàn)場裝配，也便于后期維護(hù)；另外在二次設(shè)計(jì)中需提前考慮開關(guān)、插座及燈具等設(shè)備位置預(yù)留。

2.2.4 屋面

鋼框架結(jié)構(gòu)屋面主要采用鋼筋桁架樓承板，輕型門式鋼架結(jié)構(gòu)屋面板采用壓型鋼板復(fù)合板。本工程女兒墻均為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，需要綁扎鋼筋，模板支設(shè)。模板安裝時(shí)需搭設(shè)腳手架，建議修改女兒墻結(jié)構(gòu)形式，改進(jìn)屋面墻身節(jié)點(diǎn)做法，真正做到現(xiàn)場裝配；外墻掛板接縫采用硅酮密封膠處理，由于硅酮膠壽命一般在10～25年，在后期使用過程中需定期進(jìn)行檢修維護(hù)。

3 裝配式變電站與常規(guī)變電站建設(shè)方案對(duì)比

裝配式變電站在方案制訂、工程設(shè)計(jì)、施工建設(shè)及運(yùn)行維護(hù)等方面均與常規(guī)變電站明顯不同，本文主要從技術(shù)方案、工程進(jìn)度、工程造價(jià)、環(huán)境評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行對(duì)比分析。

3.1 技術(shù)方案

3.1.1 外墻

常規(guī)變電站主體一般為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，外墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)為砌體砌筑，材料成本低，維護(hù)方便，且費(fèi)用低、受氣溫影響較小。本工程變電站生產(chǎn)綜合樓外墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用纖維水泥加壓板，承插式安裝，如圖1所示。該材料成本相對(duì)較高，在后期的運(yùn)維中發(fā)現(xiàn)，該材料維護(hù)不便利，且維護(hù)費(fèi)用高，受氣溫影響較大。因此，裝配式變電站在選擇外墻圍護(hù)材料時(shí)，需結(jié)合區(qū)域環(huán)境特點(diǎn)，充分考慮外墻掛板的后續(xù)維護(hù)措施；大面積使用鋼結(jié)構(gòu)及水泥復(fù)合材料時(shí)，應(yīng)注意各材料的熱脹冷縮變形程度，變形不一致時(shí)需考慮材料破壞的控制措施。

圖1 外墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)龍骨及承插安裝方式

3.1.2 結(jié)構(gòu)防火

常規(guī)變電站建筑物通常為混凝土框架結(jié)構(gòu)及砌體結(jié)構(gòu)，其耐火等級(jí)高，且能滿足不同火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)的消防安全要求。本工程生產(chǎn)綜合樓采用鋼結(jié)構(gòu)，考慮到鋼結(jié)構(gòu)自身的材料特性，需采取相應(yīng)的防火措施[11]。該工程采用了厚涂型防火涂料，在現(xiàn)場施工中發(fā)現(xiàn)其對(duì)環(huán)境溫度及風(fēng)速要求高，同時(shí)受現(xiàn)場環(huán)境、施工人員技術(shù)水平等因素的影響，噴涂質(zhì)量難以有效控制，且現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)厚涂型防火涂料顏色單一、觀感質(zhì)量差，見圖2。

圖2 厚涂型防火涂料外觀

建議鋼結(jié)構(gòu)梁、柱等構(gòu)件防火涂層選用薄涂型防火涂料（薄型防火涂料顏色多、選擇性強(qiáng)），可直接在鋼結(jié)構(gòu)廠家進(jìn)行噴涂；同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)也可全部在廠家完成螺栓連接，在施工現(xiàn)場只進(jìn)行拼裝，方便快捷，施工進(jìn)度可以得到有效提高，由于對(duì)施工現(xiàn)場的環(huán)境要求降低，便于進(jìn)行質(zhì)量控制。

3.1.3 隔墻

常規(guī)變電站主建筑隔墻一般采用輕型砌塊砌筑，墻壓筋及構(gòu)造柱鋼筋直接預(yù)埋或采用后錨固鋼筋，保證結(jié)構(gòu)的整體性且質(zhì)量可控。

本工程生產(chǎn)綜合樓隔墻采用砌塊砌筑，由于主體框架部分為鋼結(jié)構(gòu)，為保證墻體的整體穩(wěn)定性，砌塊砌筑時(shí)墻壓筋、構(gòu)造柱鋼筋需與鋼柱及梁進(jìn)行焊接，施工中對(duì)焊接質(zhì)量要求高，易影響施工整體進(jìn)度。

建議在裝配式變電站建設(shè)過程中，建筑物隔墻在考慮建筑防火要求的基礎(chǔ)上，全部采用預(yù)裝式墻體。

3.1.4 窗戶

常規(guī)變電站建筑物窗戶在安裝完畢后抹灰收口，窗臺(tái)可根據(jù)《國家電網(wǎng)公司輸變電工程標(biāo)準(zhǔn)工藝》[7]建成里高外低形式，防止雨水倒流；同時(shí)，窗口頂部設(shè)置滴水線，將雨水向兩側(cè)導(dǎo)流，避免雨水順窗口流向窗戶。本工程生產(chǎn)綜合樓外墻鋁單板包邊收口后，在二次設(shè)計(jì)中未說明窗戶、窗臺(tái)的施工方法及尺寸要求，使得窗戶無法做到窗臺(tái)里高外低，只使用硅酮密封膠進(jìn)行打縫；窗戶頂部也未設(shè)置滴水線或滴水槽，無法將雨水向兩側(cè)導(dǎo)流，容易使雨水順窗口流向窗戶，造成積水。

結(jié)合本工程施工經(jīng)驗(yàn)，建議裝配式建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)在二次設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮窗戶、窗臺(tái)的施工方案及窗戶上口滴水線的設(shè)置方法。

3.1.5 室內(nèi)燈具及監(jiān)控設(shè)備

常規(guī)變電站監(jiān)控設(shè)備、開關(guān)及插座底盒鑲嵌在砌體墻內(nèi)，安裝洞口在施工過程中已提前進(jìn)行預(yù)留，在后期安裝中只需使用螺絲安裝，固定可靠且安裝方便。本工程中因生產(chǎn)綜合樓外墻內(nèi)側(cè)為石膏板，承重能力差，另外未提前考慮相關(guān)洞口的預(yù)留，使得監(jiān)控設(shè)備、燈具開關(guān)及插座底盒螺栓無法可靠固定；為保證設(shè)備安裝的牢固性，在加設(shè)附加龍骨后進(jìn)行燈具安裝。開關(guān)及插座底盒采用角鋼焊接在鋼龍骨上，安裝質(zhì)量不好控制。

建議對(duì)于裝配式建筑外墻內(nèi)側(cè)的設(shè)計(jì)必須在二次設(shè)計(jì)時(shí)考慮開關(guān)、插座、燈具等設(shè)備的位置，并提供詳細(xì)的施工方法。

3.2 施工進(jìn)度

本工程生產(chǎn)綜合樓土建施工歷時(shí)313d，其中基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)56d，主體框架結(jié)構(gòu)147d，內(nèi)外墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)110d，而相同規(guī)模的常規(guī)式傳統(tǒng)施工方案耗時(shí)一般需170d，其中基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)45d，主體框架結(jié)構(gòu)70d，內(nèi)外墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)55d?？梢?，在壓縮施工周期方面，裝配式方案并沒有優(yōu)勢(shì)，原因如下。

3.2.1 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

裝配式結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)與常規(guī)建筑結(jié)構(gòu)形式基本相同，由于裝配式基礎(chǔ)內(nèi)需埋設(shè)地腳螺栓，而地腳螺栓的預(yù)埋對(duì)建筑軸線尺寸、標(biāo)高的精度要求較高；同時(shí)，根據(jù)結(jié)構(gòu)承載力計(jì)算結(jié)果，使得基礎(chǔ)柱內(nèi)鋼筋間距非常小，而地腳螺栓材料規(guī)格較大，需使用吊車進(jìn)行吊裝定位，施工難度大，導(dǎo)致該工序施工周期變長。

建議后續(xù)工程設(shè)計(jì)時(shí)考慮設(shè)置地腳螺栓定位板和卡盤，防止地腳螺栓位移，減小施工難度。

3.2.2 主體結(jié)構(gòu)

本工程主體框架結(jié)構(gòu)施工歷時(shí)147d，其中招標(biāo)采購23d，材料生產(chǎn)運(yùn)輸周期52d，鋼結(jié)構(gòu)的吊裝、節(jié)點(diǎn)焊接及無損探傷試驗(yàn)26d，樓層板安裝及屋面混凝土澆筑18d，防火涂料施工28d。

鋼結(jié)構(gòu)及外墻掛板數(shù)量多，需招標(biāo)擇優(yōu)選擇供應(yīng)商，材料采購時(shí)間長。鋼結(jié)構(gòu)焊接在冬季施工時(shí)需進(jìn)行保溫，相應(yīng)措施的費(fèi)用多，且鋼結(jié)構(gòu)防火涂料對(duì)施工環(huán)境溫度要求為5℃以上，冬季無法進(jìn)行噴涂，使得材料到場后不能及時(shí)施工安裝，造成工期延誤，也增加了材料保管費(fèi)用。另外，由于本站站址位于市區(qū)，受場地條件限制，新建生產(chǎn)綜合樓周邊場地狹小，裝配式主體吊裝施工可實(shí)施作業(yè)面少，不具備多作業(yè)面同時(shí)施工的條件；再者由于裝配式作業(yè)面大，需使用大型吊車進(jìn)行吊裝作業(yè)，而在實(shí)施過程中，吊車只能停靠于站區(qū)外西側(cè)，沒有實(shí)現(xiàn)吊車位置的最有利布置，最大作業(yè)回轉(zhuǎn)半徑僅為40m左右，造成原需12t吊車即可完成的吊裝任務(wù)，實(shí)際需采用80t吊車，在西南角最遠(yuǎn)處則采用了140t吊車。

3.2.3 建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)

生產(chǎn)綜合樓建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工110d，其中外墻掛板龍骨焊接58d，鋁單板材料現(xiàn)場測(cè)量、制作及安裝30d，內(nèi)墻石膏板施工34d。本工程設(shè)計(jì)階段由于二次設(shè)計(jì)細(xì)化程度不足，使得外墻掛板門窗洞口需在現(xiàn)場加工制作，內(nèi)墻上安裝的燈具等設(shè)備需進(jìn)行龍骨加固，鋁單板需在內(nèi)外墻掛板施工完畢后對(duì)洞口進(jìn)行實(shí)測(cè)訂做，造成工期的延誤。

以上分析可以看出，裝配式建筑的施工不同于常規(guī)建筑，其對(duì)于施工精度、施工現(xiàn)場組織方式、材料的運(yùn)輸及到場時(shí)序等方面的要求很高，建議在基礎(chǔ)澆筑過程中注意控制各設(shè)計(jì)參數(shù)，特別是柱腳、螺栓預(yù)埋處、轉(zhuǎn)角等承重部位，需控制好各點(diǎn)坐標(biāo)與標(biāo)高。另外，在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件吊裝拼裝后，對(duì)于尺寸偏差部位的處理，特別是鉆孔或氣割部位的處理，需實(shí)施嚴(yán)格的防銹措施；同時(shí)需根據(jù)裝配式建筑施工特點(diǎn)，從施工現(xiàn)場總平面圖布置、材料的進(jìn)場時(shí)序、作業(yè)面間的組織協(xié)調(diào)等方面，提前完成施工組織設(shè)計(jì)[2]。對(duì)于施工時(shí)間的選擇，結(jié)合內(nèi)蒙古地區(qū)環(huán)境氣候特點(diǎn)，鋼結(jié)構(gòu)施工宜在4月—10月實(shí)施。

3.3 工程造價(jià)

常規(guī)方案與裝配式方案生產(chǎn)綜合樓工程造價(jià)對(duì)比見表1。可以看出，本工程生產(chǎn)綜合樓裝配式方案比常規(guī)方案建筑工程費(fèi)高約56%，主要是由于裝配式方案所需的梁柱、墻板等都需在工廠進(jìn)行預(yù)制及初步組裝，且纖維水泥加壓外墻掛板等部分材料生產(chǎn)廠家少且距離施工現(xiàn)場遠(yuǎn)，綜合成本相對(duì)較高，而常規(guī)方案材料采購方便，地材價(jià)格較低。另外,裝配式方案在施工組裝過程中使用的特種機(jī)械費(fèi)也相對(duì)較高。

3.4 環(huán)境影響

常規(guī)方案使用砂、石、水泥等不可再生材料，施工涉及混凝土現(xiàn)場澆筑、墻體現(xiàn)場砌筑、面磚鑲貼等大量的濕作業(yè)環(huán)節(jié)，不僅產(chǎn)生廢水、固體廢物等垃圾，還會(huì)造成大量粉塵污染，不符合“四節(jié)一環(huán)?！币?。

表1 常規(guī)方案與裝配式方案生產(chǎn)綜合樓工程造價(jià)對(duì)比

裝配式方案采用鋼框架結(jié)構(gòu)體系及新型建筑材料，因構(gòu)件多數(shù)已在工廠內(nèi)制作完成，現(xiàn)場只需進(jìn)行簡單的拼接與安裝，施工方便、濕作業(yè)工作量少，也減少了噪聲污染、污水和廢水的排放，節(jié)約了水資源，對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響較小[13-14]。裝配式方案所采用的鋼材等建筑材料還可實(shí)現(xiàn)全壽命周期回收利用，符合目前資源節(jié)約、環(huán)境友好的建設(shè)理念[6]。

4 建議

結(jié)合泰安110 kV裝配式變電站工程實(shí)踐，提出裝配式變電站在設(shè)計(jì)施工過程中的注意事項(xiàng)。

（1）裝配式變電站的建設(shè)程序和思路不同于常規(guī)變電站，應(yīng)合理進(jìn)行工程前期策劃，堅(jiān)持“設(shè)計(jì)、加工、裝配”一體化思路。

（2）在裝配式變電站建設(shè)中各專業(yè)間的溝通協(xié)調(diào)更加密切，需合理制訂施工組織設(shè)計(jì)、設(shè)備材料到場進(jìn)度及施工現(xiàn)場總圖布置。

（3）應(yīng)重視施工圖紙的二次設(shè)計(jì)，對(duì)預(yù)制構(gòu)件中的門窗洞口、管線精確定位預(yù)留。

（4）在滿足工藝要求的基礎(chǔ)上，結(jié)合平面布置方案合理制訂預(yù)制構(gòu)件的模數(shù)，提升裝配式變電站建設(shè)水平，減少現(xiàn)場濕作業(yè)，提高裝配率。

（5）裝配式變電站對(duì)于工程設(shè)計(jì)、施工的精準(zhǔn)度要求更高，可結(jié)合電網(wǎng)發(fā)展需要，有序推進(jìn)三維數(shù)字化設(shè)計(jì)，提升工程建設(shè)信息化水平[12]。

5 結(jié)語

裝配式變電站是基于工業(yè)化背景下的電網(wǎng)工程建設(shè)新模式，其在資源節(jié)約、環(huán)境友好等方面比常規(guī)建設(shè)方案有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，是未來變電站工程建設(shè)的發(fā)展趨勢(shì)。雖然目前在工程進(jìn)度、工程造價(jià)、空間劃分及造型靈活性等方面還有所欠缺，但隨著工業(yè)化水平的不斷提升，裝配式變電站建設(shè)模式的優(yōu)勢(shì)將愈加突出。