煙臺東方威思頓電氣有限公司 徐富強

隨著國內電力產業(yè)的快速發(fā)展，變電站工程逐步深入到偏遠地區(qū)作業(yè)，其質量受到施工人員、施工技術、作業(yè)環(huán)境等諸多因素制約，項目施工過程越來越復雜。以西藏“三區(qū)三州”電網建設工程為例，其可消除影響地區(qū)跨越式發(fā)展的缺電瓶頸，促進當地經濟社會發(fā)展，是民生工程、國家重點工程，然而西藏地區(qū)常年凍土、高寒缺氧、生態(tài)脆弱是變電站建設無法回避的三大難題。西藏地區(qū)海拔高，人口分布不均，施工過程沒有穩(wěn)定的施工環(huán)境，使工程項目建設成本幾何增長，工程質量驗收波動性較大，工程安全隱患也大大增加。針對電網建設難度加大、設備運輸周期長、等一系列問題，提出運用BIM技術工廠生產制造預制艙是解決傳統(tǒng)土建模式建設變電站的關鍵。

變電站預制艙在國家電網中的應用不斷增加，運用BIM技術在工廠里三維設計、模塊化生產、整體調試、現場拼裝的方案日趨成熟。BIM技術貫徹變電站“標準化設計、工廠化加工、模塊化建設、機械化施工”的設計理念，利用三維圖形直觀的呈現設計內容，可以快速為項目制定方案，減少設計周期。工廠模塊化生產、整體調試方式摒棄了傳統(tǒng)鋼筋混凝土結構的建筑方式，采用由多個預制艙快速拼接、組裝成形的模式，加快建設節(jié)奏、降低建設費用。將運輸車與艙體匹配運輸，整體吊裝和現場拼接，加快變電站建設速度，縮短建設工期，節(jié)約建設成本，降低環(huán)境污染。

BIM技術主要是通過信息進行整合，構建預制艙模型，這樣可對實際的預制艙進行有效建模和生產管理。BIM技術主要包括以下特點：利用數據庫進行建模，數據庫中有大量預制艙模塊，能夠自下而上進行設計。通過確定子系統(tǒng)和組合接口，實現完整的數據庫建模；可在一個系統(tǒng)中進行設計，而在另一個系統(tǒng)中對該設計進行分析和糾偏，客戶可進行優(yōu)化分析，及時確認最終方案；在預制艙從初步設計到交付完成的全生命生產周期中，為廠家對預制艙的生產成本、進度、質量的目標控制提供可靠依據。

BIM技術是一種應用于工程設計、建造、管理的數據化工具，設計人員可建立一個虛擬的預制艙模型，它擁有直觀的三維界面，所有的信息都集合在一個三維圖形的數據庫。預制艙模型整體結構在工程設計階段為業(yè)主方、施工方、監(jiān)理方提供很重要的參考數據，確認的預制艙圖形在工廠里進行加工、生產、調試，最終交付到用戶現場進行拼接。運用BIM技術可減少修改，提高效率，能夠提供模塊化的解決方案和較為專業(yè)化的服務，克服了西藏“三區(qū)三州”電網建設工程難題，滿足電力施工進度管理和成本節(jié)約的要求。BIM技術在預制艙制造領域得到了廣泛的運用。

變電站預制艙是和疫情期間雷神山和火神山醫(yī)院應用工廠化生產、現場拼裝建設方艙的方案類似，簡單、方便、快捷。預制艙由預制艙艙體、一次開關柜和二次設備屏和智能輔助設備等組成。預制艙尺寸符合現場平面布置及運輸要求，車間內最大化完成艙體焊接、設備安裝、屏間接線、整體調試等工作，并作為一個整體運輸至變電站工程現場，施工現場開展預制艙與外部設備的接線工作。預制艙總體結構設計符合國家電網公司企業(yè)標準、規(guī)范要求，根據工程實際需要選用材料、結構方案滿足相關規(guī)程規(guī)范要求，艙體在運輸安裝過程中滿足強度和剛度及防火、防腐、防水、耐候性等相關要求。

1 預制艙

變電站中使用的預制艙型式有兩種，一種為單艙型式，由一個預制艙制作而成；另一種為拼艙型式，由兩個或兩個以上預制艙工廠制作后現場拼接而成。分割艙體時，拼艙縫宜與開關柜排列方向平行且遠離開關柜。當開關柜單列布置時，柜后維修通道不小于600mm、柜前維修通道不小于900mm，檢修口尺寸宜為700mm。若采用靠墻布置方式，開關柜后側宜開設置檢修門，檢修門滿足設備搬運和檢修的要求。預制艙的高度宜為3300mm,此高度既可滿足絕大部分電氣設備在艙內安裝的要求,又可兼顧預制艙運輸道路限高的要求，若高度大于3300mm可考慮艙頂拆卸式或上下拼接式。

預制艙材質。預制艙艙體應保證足夠的強度和剛度，在運輸、起吊和安裝時不會變形，不會因起吊或運輸對艙體內設備造成影響，具備良好的抗彎性和抗震性能。艙底采用3mm厚度的冷軋鋼板，二次設備艙地面鋪設陶瓷靜電地板。艙體外側采用瓦楞冷軋鋼板，艙內側墻體采用金邦板或FC板做飾面，預制艙墻體中間采用不易燃燒、密度小、吸水率低導熱系數小，并有一定強度的巖棉或聚氨酯。外部采用特殊防腐油漆處理工藝，設計使用年限按30年考慮。

預制艙結構型式。艙體底架和主架依據安全結構等級設計，并進行有限元分析。艙體底架由型鋼焊接而成，艙體主架采用等截面方鋼結構，柱間間距應依據艙體受力情況、整體結構和安裝條件確定。艙面板采用輕質、高強、耐腐蝕壓型鋼板，保證其本身的機械強度和剛度。艙頂采用人字形坡屋頂形式，坡度不小于5°，高寒地區(qū)可適當增大屋面坡度，預防漏水和積雪。艙檐下方做高密度散熱孔，保證預制艙的散熱功能。艙體內部采用鋼板或阻燃隔板分成幾個隔室，相應安裝一、二次設備、空調、照明、消防、智能輔助系統(tǒng)等設備。艙體內所有設備均在工廠內完成接線及調試工作，并作為一個整體或拆分成幾個單體運輸至現場拼接。

預制艙的防水密封和防腐防銹。為保證艙體內設備運行環(huán)境，艙體整體防護等級達到IP55，預制艙的開門處設有防水密封條，預制艙的拼接處采用耐候膠或發(fā)泡劑密封，等整體干透后再附上裝飾板?？照{內外連接處開孔用發(fā)泡劑封堵，風機外側設有專用的百葉窗或加裝專用防塵網達到防護等級的要求。艙體采用有效的防腐蝕措施，結構上應考慮便于檢查、刷漆及避免積水。防護層采用六道防腐工藝，分別是噴砂、吹塵、電弧熱噴鋅、噴環(huán)氧富鋅底漆、噴環(huán)氧中漆、噴丙烯酸聚氨酯面漆。經過防腐處理的表面最少在中性鹽霧試驗196小時后無金屬腐蝕現象，以便防止現場鹽霧和酸雨的侵蝕。

2 預制艙相關

預制艙內安防和消防。預制艙內外設有視頻監(jiān)控系統(tǒng)，便于主控室了解艙內外實時狀況。預制艙內設置緊急報警系統(tǒng)、電話、聲光報警器，煙感探測器。在人員進出的門口設置了兩個5kg手提干式滅火器，滅火器級別應按照中危險等級配置。預制艙設有工作人員緊急逃生門，工作人員由內出外時推動門內側的推桿鎖即可開門，可在任何情況下內部出現故障時快速逃生。預制艙應保證良好的防火性能，艙體壁板需保證內部或者外部著火時的最低耐火性能為2小時以上,2小時內艙體主架和壁板具有防火性及完整性。

預制艙照明系統(tǒng)。預制艙內照明分為正常照明、事故照明及應急照明，目前LED光源是繼白熾燈、熒光燈和高強度氣體放電燈之后的第四代新型光源，正常照明采用交流220V LED光源，并保證足夠的照度，方便艙體內部的檢修和調試。燈具均勻布置在走廊或屏前頂部，艙內距地0.75米水平面的照度不小于300LX。艙內設有配電箱、插座、燈開關等配電設施，配電箱安裝于門口處，箱體底部距地面高度為1.3m。燈開關采用嵌入式安裝，設置于門口處，方便控制，面板底部距地面1.3m側邊距門框0.2m，面板間距不小于20mm。插座底邊距離地面0.3m，相關走線均采用暗敷設。事故照明由直流屏供電，當正常照明故障時可自動或手動切換至事故照明。應急照明自帶蓄電池，應急時間不小于60分鐘，出口處設帶疏散指示標識的應急照明。

預制艙內通風和加熱系統(tǒng)。艙體一般不設窗戶，應設置中央空調、電暖器、風機等供熱、通風、調溫設備。艙內設置空調設施，滿足一、二次設備運行環(huán)境的需要?？照{采用帶遠程報警功能的壁掛式一體工業(yè)空調，分別布置在艙體短邊中間位置。艙體設置風機通風裝置，風道應有防塵防水擋板，宜采用正壓通風，以防止通風時灰塵進入艙內。預制艙內設置大風量風機用以在空調長時間不運行的情況下實現艙內通風換氣。艙內設置帶風扇的加熱器，風扇可防止因局部位置過熱，從而將熱量擴散到艙體各個角落，為艙內提供適宜的溫度。

預制艙接地設置。預制艙及其內部設備在站內完成保護接地、防雷接地、工作接地、防靜電接地要求。預制艙地板下暗敷設接地干線，按設備布置的方向敷設不小于120mm2的接地銅排，在有鹽霧及含有腐蝕氣體的場所母排應鍍錫處理。每臺預制艙的底架外部應至少設有四個明顯的接地點，該接地點應采用銅板與底架焊接，并配有M12的銅質螺栓，銅板接觸面加工后保持清潔并涂電力復合脂。預制艙在高于地板300mm處設置兩個接地點，接地螺栓受力均勻，并應有明顯的接地標志。

預制艙現場安裝。預制艙到達安裝現場時進行卸貨前檢查，以避免艙體在運輸過程中發(fā)生形變，重點檢查艙體門開關是否順當，將外門打開進行開門操作若發(fā)現門縫錯位、開閉卡澀，可將事先應急處理所提供的墊片對預制艙進行調整，直至預制艙外門開關順暢、門縫密封防撞條緊密結合為止。卸貨前要組織編制專項吊裝方案，主要考慮吊裝半徑、地基堅固度、電線安全距離等現場環(huán)境的影響。設備吊裝后，對于單艙型式的預制艙，艙體骨架整體焊接，直接吊裝在現場的基礎上調正后，與基礎上預設的槽鋼焊接、固定。拼艙型式的預制艙吊裝固定在基礎上后，對所有拐角拼接處進行清潔和防雨處理，使用耐候膠對接縫進行封堵。在設備上方作業(yè)時，操作人員不得蹬踩設備，須帶工具袋作業(yè)，防止工具、材料掉下砸傷設備。假如縫隙達到變形不易調整時可使用發(fā)泡劑對縫隙填堵，等完全成功后再封上一層耐候膠，等整體干透后再附上裝飾條，最后用螺栓固定牢靠。

預制艙模型設計。通過BIM技術建立專業(yè)的三維圖形，通過一個虛擬的三維空間給人以更加直觀的感覺，讓當事人對整體設計有更深刻的理解與認識，更好地表達出結構前后、左右的情況，具有較強的對比度。預制艙設計中電纜橋架和燈具在狹小的環(huán)境中經常與結構物發(fā)生碰撞,導致后期的施工難度和成本增加。通過三維圖形直觀明了各專業(yè)之間交叉碰撞，提前優(yōu)化設計圖紙，避免返工，節(jié)約工期，利用BIM技術可準確控制材料的用量，極大減少了材料浪費和二次搬運等問題，極大降低項目管控的難度，同時可對焊接工人進行可視化三維技術交底，比普通的二維平面圖更清楚，更易施工、降低返工率、節(jié)約成本。變電站預制艙在開工前利用專業(yè)性的BIM軟件支撐起模型建立、碰撞檢查、場地設計等應用來滿足預制艙在建設過程中的實際需求。利用BIM技術可進行前期的施工策劃和場地的三維模擬場地布置，合理的布置現場平面，動態(tài)地部署各種施工資源和施工現場。其位置描述非常準確，使設計人員對所設計的空間位置一目了然。

預制艙工程管理。運用BIM技術可直接用來指導預制艙生產，能提供較為專業(yè)化服務和智能化的解決方案。運用BIM技術可進行生產進度模擬，動態(tài)展示生產階段過程和隱蔽工程生產工藝，將多種生產工藝方案的實施性進行比較，最終選擇一個優(yōu)選方案。利用BIM技術可實現綜合控制，根據進度模擬，可對生產的質量、安全、進度、成本協(xié)同管控，提升生產管理水平，從而提高生產的整體效益。完成一個預制艙所建立的模型數據庫和定制的專業(yè)標準將成為一種數字化資源，為下一個預制艙的三維設計提供參考數據。數據庫隨著設計工作不斷完善，而設計工作也隨著數據庫的完善越來越快速和準確，有效的提高工程設計管理水平。

3 結語

預制艙生產是BIM技術的一個重要應用，預制艙及其內部的所有設備實現由廠家整體集成，實現工廠化設計、生產，減少現場工作量，簡化現場的設計、施工、調試、檢修維護工作。能夠有效的縮短工期，提高工程質量，降低施工周期成本，全面提高電網建設能力。

預制艙變電站是一種新型清潔變電站，有利于節(jié)能環(huán)保、可提高工程安全和工藝質量、降低全壽命周期成本。在預制艙設計時，利用三維模型，實現變電站從“建造”模式提升到“制造”模式的目標，在預裝配與選型上為客戶提供更多方案，降低多次溝通時間變電站預制艙亦能以模塊化方案快速搭建，布置快速、高度整合、彈性靈活，使現場安裝的材料標準實現統(tǒng)一，即保證預制艙結構的準確可靠，又兼顧施工進度，提升智能化、規(guī)范化管理水平，減少污染。預制艙在電網中形成模塊化、集成化和智能化建設水平，運用BIM技術實現“最大化工廠制作，最小化現場施工”的要求，成為變電站建設發(fā)展的趨勢和主要方向。