深圳新能电力开发设计院有限公司 518052
摘要：随着中国经济的发展，近年来绿色建筑得到了飞速发展，建筑工业化作为实现绿色建筑的生产方式之一，为实现建筑产品节能、环保、全生命周期价值最大化的可持续发展产生了重要作用。
110kV龙华中心变电站作为南方电网公司在绿色电网建设中的试点项目，从提高建筑质量、加快建设速度、降低工程造价、减少环境污染多个角度出发，采用装配式混凝土结构技术，成为南方电网公司的第一个全预制式变电站。本文结合110kV龙华中心变电站的特点，详细介绍了该变电站绿色设计的要点，新材料及新工艺的运用，及与传统变电站建设模式的比较分析。
关键词：绿色建筑；装配式；绿色变电站；绿色设计
引言
绿色建筑是指在建筑的全寿命周期内，最大限度地节约资源（节能、节地、节水、节材）、保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑[1]。近年来，南方电网公司一直在倡导“智能、高效、可靠、绿色”的电网，在此背景下，绿色设计及新材料的运用已成为工程设计中必须考虑的重要环节。
110kV龙华中心变电站作为南方电网公司在绿色电网建设中的试点项目，从提高建筑质量、加快建设速度、降低工程造价、减少环境污染多个角度出发，采用装配式混凝土结构技术，成为南方电网公司的第一个全预制式变电站。本文结合110kV龙华中心变电站的特点，详细介绍了该变电站绿色设计的要点，新材料及新工艺的运用，及与传统变电站建设模式的比较分析。
一、110kV龙华中心变电站概况
110kV龙华中心站位于深圳市龙华新区龙华街道，梅龙大道和东环二路交汇处，梅龙大道东侧，东环二路北侧，站址东侧为观澜河。进站道路可由站址南侧的东环二路辅道引接，出口设在站址西侧的梅龙大道辅道，交通便利。站址现为龙华街边公园。因站址位于龙华新区中心区域，且站区一部分用地占用观澜河的蓝线，水务局要求蓝线区域不允许布置建构筑物及电缆沟等设施，鉴于该片区选址难度大，且暂无合适地块，项目最终实际用地面积1519m2，建筑面积：2597.74m2，主体建构筑物均采用混凝土组件工厂化，现场装配建设。全站为无人值班变电站，设预制装配式钢筋混凝土配电装置楼1座，按市政部门要求，结合变电站周围环境特点，本变电站总平面按全户内变电站形式布置，主体四层，全地上布置，土建和电气建设一次完成。按3台63 MVA主变设计，无功补偿10kV并联电容器组容量3×（2×6012）kVar。110kV配电装置采用单母线分段接线，最终5回出线间隔；10kV配电装置终期采用单母线2分段4段接线，48回电缆出线。
整个变电站不设围墙，无环形道路。±0.00m层为主变压器室（主变压器室和散热器室）、110kV配电装置室、水泵房和卫生间；8.00m层为电缆夹层；10.70m层为10kV配电装置室和主控通信室；15.70m层为电容器室、接地变室、站用变室、通信电源室、蓄电池室及辅助用房等，形成占地面积670.89m2、总建筑面积2597.74m2、折线型布置的四层配电楼方案。事故油池布置在站区西侧，消防水池布置在站区最北侧角落。
图1 110kV龙华中心变电站景观设计效果图
二、110kV龙华中心变电站的绿色设计亮点
2.1 建筑平面布置与外观设计
变电站配电装置布置在满足安全可靠、技术先进、运行维护方便的前提下紧凑、合理。根据工程经验，传统110kV户内变电站的占地面积为3200m2，本站为了满足规划要求和与周围环境相结合，调整相关电气设备布局及功能房间的布置，极大的压缩了建筑占地面积，本项目建设用地面积1519.2m2，建筑基底面积671.8m2，总建筑面积2597.8m2，容积率为1.71，建筑层数为4层，建筑高度21.70m；大大的节约了土地资源。
为了和公园环境达到有机结合，变电站取消了围墙和消防环形道路，在站外新设置了一条市政道路，既满足了变电站的消防要求，又兼顾了地方交通运输的要求，起到了土地资源的综合利用。
变电站因地处公园内，为市民休闲娱乐的公共场所，对周围绿化和景观要求较高，为了达到使用功能和周围环境的和谐统一，楼顶采用生态屋顶，全绿化处理，站周围大面积绿化，即能降低室内温度，又能吸收室内设备工作产生的部分噪音；紧贴配电楼周围设置一道1.5米高0.8米宽荆棘绿篱，保证景观的同时确保市民离建筑物有一定的安全距离；墙体外立面采用清水混凝土预制外墙，表面亚光处理，不贴外墙砖，涂刷环保养护漆，整体层次分明，整齐划一，增加了变电站的外观美感，弱化了工业建筑气息，达到了与周围环境的和谐统一，不影响周围居民的正常生活。
2.2 建筑节能
2.2.1建筑格局设计
常规变电站均采用双跨设计，本变电站采用单跨设计，主要优点是通风效果好，结合建筑朝向及窗的设计，可以大大增强电气设备的散热，降低整体建筑功耗。为了满足建筑物功能要求且减小建筑物荷载，将主变放在第一层，电缆夹层突破常规放在二层，高低压电缆均需穿过主变基础进入电缆竖井，对主变的基础设计造成极大的困难。
根据房间功能及通风要求不同，共设置了三种形式的窗：百叶窗、纯玻璃窗及百叶窗和玻璃窗结合的整体窗，即满足了采光要求，又能通风降温，降低整个建筑的能耗。
2.2.2 主要设备选择
站内主要设备（站用变压器，主变压器和并联电抗器）均考虑低损耗、节能型产品，户内布置的站用变压器采用带金属箱体的干式变压器；主变压器采用三相双卷自冷高阻抗有载调压变压器，散热器与本体分散布置，主变压器位于封闭室内，散热器布置于隔壁房间，房间开设百叶窗，采用自动化控制联动，自然通风状态下能带走更多热量，同时隔绝了主变压器的运行噪音（其为变电站噪音的主要来源）。站内风机选用低噪声轴流风机，配电装置室排风系统设置温度自动控制装置，根据配电装置室温度自动启停风机；站内空调选用风冷柜式空调机，能耗等级为1级，通信室的空调具备停电自动启动的功能。站内照明设备均采用节能灯具，在满足灯具最低允许安装高度及美观要求的前提下，降低灯具安装高度。
配电楼朝向迎向夏季主导风向，偏转角度为68°，增加了通风效率，降低了建筑功耗。
2.3 全预制装配式结构的运用
110kV龙华中心变电站配电装置楼为框架结构，与住宅项目相比较，存在规模小、标准化程度低、楼面荷载大的特点，采用全装配式结构的技术难度远大于一般住宅项目，经过与多位国内装配式结构方面的知名专家沟通咨询，结合项目特点确定了合理的预制装配方案。本变电站采用装配整体式框架结构，除建筑物基础为现浇外，其余柱、梁、板、内墙、外墙均采用预制构件装配成整体的结构。
2.3.1 预制柱
柱采用预制，柱上下层之间采用灌浆套筒进行纵向钢筋连接，底部留有400mm×600mm抗剪槽，1~4层柱顶部预留650mm钢筋满足锚固要求，顶层柱预留1500mm钢筋并端头设置锚固板满足钢筋锚固要求；梁端与柱连接节点为现浇。装配柱钢筋连接采用球墨铸铁灌浆套筒连接，内灌注高强浆料。
2.3.2 预制叠合梁
梁按照预制叠合梁设计，梁下主筋和箍筋在预制厂进行预制，现场吊装；叠合部分现场插入钢筋；结合受力条件及预制模具的要求，梁高均采用600mm，底部345mm采用预制，顶部预留255mm，后期插筋浇筑；梁端钢筋伸入柱筋中，弯曲满足锚固长度，然后节点整体现浇。
2.3.3 PC外墙板及楼梯
PC外墙（含门窗、装饰）采用预制外墙板，厚度为160mm厚度，双层配筋，内隔墙采用150mm厚轻质墙板装配施工，超过4米设圈梁构造柱，楼梯为装配式楼梯，不贴砖，做瓷砖防滑条。
从经济成本及后期运行维护考虑，本工程4.5米以下外墙及部分装饰柱、小屋面采用□80×2方钢龙骨架@500双向，双面安装外挂板（16mm水泥素板EF431）装配，安装需按照国标图集《纤维增强水泥装饰墙板建筑构造》GJCT-092执行。其余外墙板均采用预制混凝土结构，板厚为160mm，墙角边缘设置3道凹槽，室内高度大于室外，可有效防止外部雨水的渗入。每块板设置两个吊装孔，四个安装孔，上下各两个，采用不同的不锈钢金具预埋。
外墙挂板预制体结构之间的连接方式采用点连接方式，每块板上部和下部均设两个点连接点，上部采用螺栓连接固定，下部锚固固定到位后，压力埋弧焊连接。室内室外板缝全部靠耐候密封胶防水，防水效果好，和传统的砖墙相比具备更好的性能，杜绝了由于砖墙与混凝土的热膨胀系数不同而导致相接处开裂渗水的现象[2]。
本工程内隔墙采用150厚装配式泡沫混凝土复合墙板，（耐火极限>3h），墙体外侧采用以水泥纤维板作为墙体维护板材，卷边槽钢作为内部支撑，内浇筑泡沫混凝土作为防火保温材料。此种板防火、耐久、隔音性能优异，质量轻便，易于安装。
2.3.4 叠合楼板
叠合板厚度为250mm，底部70mm厚预制，板内预留钢筋桁架，组装好后插值顶部钢筋再现浇。为了减轻楼板重量，采用复合泡沫夹心楼板，泡沫面板布置在纵横桁架筋之间，每块板布置8块，每块尺寸1300mm×400mm×150mm，能够有效减重约1.5吨，不仅降低了材料成本，运输施工成本也得到了降低；采用预制叠合板技术后，能够省去底模板，湿作业减少，施工工程量减少，工期缩短。
三、与传统变电站建设模式的比较分析
3.1 图纸设计深度及工程量对比
电气施工图卷册共计20册，因装配式建筑不能预埋，且所有管线必须提前定位，故电气施工图比常规设计增加了综合布线卷册，电气提资工作量比常规设计增加150%。
因所有上部构建均采用预制构建，且该工程楼层结构不规则，楼层层高不同，导致预制构建类别较多，梁、柱、楼板、外墙挂板等，均按部位进行具体分析和设计计算，以致土建施工图工作量大大增加，共计20册（常规为8～9册），设计图纸约1500张，比常规设计校核审核增加200%的工作量。具体体现在：
1、预留孔洞、预埋件等条件图的汇总；
2、平面、立面图的构件拆分、布置和构件编号；
3、各构件集成（各专业）加工详图，构件用材表；
4、钢筋的规格、几何形状、起点、止位、在构件中空间的具体位置定位；
5、为构件起吊、安装增加构造处理及预留预埋；
6、构件内水、暖、电的各种预埋件及留洞的预设；
7、构件、节点大样图；
8、预制构件的半成品在起模、运输、吊装过程状态下进行二阶段验算等。
3.2 专业配合
装配式建筑的设计不同于传统现浇设计，需要在设计过程综合考虑预制构件的生产工艺、运输条件、安装方法、现场条件等因素，必须结合项目特点和本地资源条件才能确定总体的技术方案，在方案阶段进行综合策划，并需要业主、设计、生产、安装单位的共同参与。最终所采用的技术和方案决定了装配式建筑的工期、质量、经济性，因此设计阶段也成为装配式建筑成败的关键，需要业主、构件厂家、安装单位紧密配合才能完成。
传统的设计方法各专业设计的独立性较强，虽然各专业之间也有相互配合，但各专业的设计文件一般以反映本专业内容为主，特别是结构专业多采用“平法”表示，在平面图中表示梁板墙柱的构件尺寸信息和配筋信息；装配式建筑需要把构件转移到工厂异地生产，因此必须绘制构件详图，在详图中除了反映构件尺寸、配筋信息外，还要反映门窗、水电、预埋件等信息，以及构件的装配构造节点、安装方法等，用于指导构件生产和施工，增加了大量的工作量，以便预制厂将多个专业的工作进行集成化生产。
除了正常的结构计算外，还需要对预制构件的半成品在起模、运输、吊装过程状态下进行二阶段验算，专业性强，过程繁琐。
设计流程一般为：建筑初步方案——多专业专题讨论确定建筑、结构、水电、方案（建筑、结构、水电、工艺设备、构件生产、施工）——初步设计（或扩大初步设计）——初设审查（必要时召开专家论证会）——施工图设计——各专业互提条件——构件详图设计——汇总审查。
设计阶段的要点为：方案合理、构件详图完整表达生产安装细节。难度为：合理拆分构件及构件之间的连接处理。
四、结语
110kV龙华中心变电站作为中国南方电网有限公司投资的第一个全预制式变电站，具有里程碑意义，为今后预制式变电站在全网建设中的推广，具有积极指导意义；在今后的变电站建设过程中，结合BIM技术，能够让设计、施工、项目管理更加精细化，减少错误率，使得建筑更绿色，建设更高效，更环保。
参考文献
[1]GB/T 50378-2006．绿色建筑评价标准[s]．
[2]张博为，杨世鑫，高丽丽，基于PC装配式技术的保障房标准设计研究[J].大连理工大学学报.2013，06（25）：157-160．
论文作者:蒋建军
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年10期
论文发表时间:2019/9/16
标签：变电站论文; 建筑论文; 构件论文; 钢筋论文; 外墙论文; 叠合论文; 变压器论文; 《建筑学研究前沿》2019年10期论文;