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摘要：变电站建筑物的传统建设模式存在着施工周期长、资源浪费严重、环保性差和对气候的依赖性强等很多亟待解决的问题。装配式建筑物具有标准化设计、工厂化生产和装配式建设等特征，符合“资源节约型、环境友好型、工业化”的设计、建设要求。目前装配式围墙在国网公司工程中大规模开始应用，而装配式构筑物是智能变电站的重要环节之一。本文通过对装配式建筑物的研究，分析了装配式建筑的建设特点，并指出了其推广应用的价值。
关键词：装配式；变电站；特点；应用
0前言
变电站建筑物的传统建设模式具有工作量大、施工周期长和湿作业多等特点，受气温和降雨降雪等的影响非常大，容易产生噪音污染、水污染、粉尘污染和固体废弃物污染等。
家电网公司自2013年起开展了标准配送式变电站和装配式变电站的试点项目建设，配送式、装配式的建设理念逐渐被大家接受，越来越多的变电站采用配送式和装配式的建设模式。变电站通过“标准化设计、工厂化加工、装配式建设”，实现了节能环保、安全快捷和优质高效。
1 装配式变电站特点
装配式建筑物采用钢结构和轻质、高强、保温、节能、耐火、环保、施工便捷的围护结构。钢结构延性非常好、塑性变形能力强，具有优良的抗震和抗风性能。它的强度、弹性模量等是砖石或砼的许多倍，在荷载相同的条件下质量更轻，可以明显减少基础的造价。钢结构采用标准的定型构件，施工效率高，对周围环境影响小，可回收率高，是名副其实的绿色建材。比较成熟的围护结构主要有 ALC板、漆面FC板（FC板即复合纤维水泥加压板）和钢制岩棉夹芯板等。建筑物使用的电源线和通讯线等通过线槽明布于墙体上，既施工方便，又非常美观。装配式建筑物能够完全代替传统的变电站建筑物，并且性能更加优越。
装配式变电站与传统变电站相比，具有以下几个特点：
1.1 工厂化生产、施工周期短
传统变电站土建施工周期较长，占整个变电站施工周期的一半以上。其主要原因是各施工工序无法同时进行，必须是上一个施工工序完成后下一个工序方可开始，而且钢筋混凝土的浇筑和养护时间都比较长，同时比如基础开挖、土方平整、混凝土养护等工序又受到天气等诸多因素影响，由于天气原因的停工屡见不鲜。
装配式变电站可通过各施工工序同时进行大幅提高施工进度，比如，现场土方平整的同时，建筑物构件的加工制作可同时在工厂中展开；另外，现场安装过程中拼装、焊接等工艺较简单、快捷，从而达到减少施工时间的目的。同时，工厂化生产方式也最大程度地减少了工程的外部制约因素，间接的缩短了工期。
1.2 质量可靠、管理成本低
传统变电站的土建施工过程中存在原材料多、采购渠道多样；施工工序繁杂、施工队伍多；受环境影响大、现场防护条件有限的特点。从而导致了土建施工现场，用于施工管理的人力、物力多，增加工程成本的同时，质量风险点多样且难以控制。
装配式变电站的主要建筑构件均采用预制构件，由特定的标准化生产厂家加工，其制作工艺成熟、制作环境优良、成品检验规范，从而大大提高了构件的成品质量，使工程质量可控、在控。例如，楼板采用彩钢板，因为彩钢板层层紧扣，其密封性和建筑结构得到了非常好的保障，内墙则采用了轻钢龙骨石膏板取代原有砌筑式墙面，硬度和防火性均有大幅提高。同时，构件预制厂家流水化生产、成熟的技术研发、成品检验简便等因素降低了主要构件的生产和检验成本。现场施工工序简洁、原材料采购量少也降低了工程的现场管理成本。
1.3 节能环保、可持续
传统变电站土建施工对于环境的破坏较大。其主要原因是施工现场投入的人工、材料和大型施工机械较多，导致施工临建和材料加工用地较多，同时产生较多的生活及建筑垃圾、污水及废水，不利于环保和节能减排。
装配式变电站采用工厂化生产，现场施工工序减少，人工、材料、大型机械的需求量少，从而减少了占地和垃圾、污水的排放量，有利于环境保护。另外，建构筑物的主体结构体系构件使用寿命一般高于变电站使用寿命，可循环持续使用，加大了变电站的可持续性。
1.4 文明施工、安全管理
对电网内建筑工地，对文明和安全特别注重。装配式建筑就能很好解决传统建筑的问题，把传统作业现场有大量的工人，现在把大量工地作业移到工厂，现场只需留小部分工人就行啦，大大减少了现场安全事故发生率，同时不会现在有大量堆放材料产生文明施工问题。
从表中可以看出装配式建筑单位造价比现浇设计建筑高，至造价高是多方面，但综合考虑工期因素，工期短可周转建造更多建筑，社会整体效率明显提高，可创造更多社会价值。
综上所述，装配式变电站是“资源节约型、环境友好型、工业化”（即“两型一化”）理念的完美体现，有着传统变电站无法比拟的优势，是变电站建设领域的必然趋势。
2、装配式建筑在变电站筑物中运用
2.1 变电站围墙
变电站实体围墙，可分为大砌块实体围墙（水泥砂浆抹面）、装配式板墙等类型。
（1）大砌块实体围墙（水泥砂浆抹面）
大砌块实体围墙（水泥砂浆抹面）墙体材料通常选用加气混凝土砌体蒸压粉煤灰多孔砖、加气混凝土砌体蒸压矿渣砖、加气混凝土砌体蒸压煤渣砖等材料砌筑，预制混凝土压顶，水泥砂浆抹面。
大砌块实体围墙（水泥砂浆抹面）特性。大砌块实体围墙（水泥砂浆抹面），采用加气混凝土砌块砌筑，配以预制清水混凝土压顶，减轻了墙体重量，减少了地基压力，减少不均匀沉降，消降龟裂，有效解决墙面开裂质量问题。
大砌块围墙没有摆脱传统墙体施工做法，现场仍存在湿作业，没有完全实现模块化建设的要求。
（2）装配式围墙
装配式围墙与传统围墙比较，装配式围墙比传统围墙施工工期短，湿作业少，表面平整度好，涂料表面不易产生裂纹，建筑生产工厂化等优点。
变电站装配式板墙形式主要有以下几种：预制混凝土柱加预制墙板实体围墙、型钢柱加预制墙板实体围墙。装配式板墙由柱和墙板组成，其中柱有混凝土柱、型钢柱，墙板有预制混凝土实心板、纤维水泥压力板（AS板）等材料。墙柱作为围墙的主要受力构件，与基础的固定主要采用地脚螺栓连接和杯口连接两种做法。
（3）国网公司110（66）kV智能变电站模块化建设通用设计推荐方案
目前装配式围墙单位造价偏高，成为制约装配式围墙全面推广的一个因素。但国网建设部仍期待装配式围墙的发展前景，在110 kV模块化变电站推荐采用大砌块实体围墙的同时，提出如果价格趋同的情况下，110 kV模块化变电站通用设计方案可以采用装配式围墙。
2.2 装配式主变基础
将主变基础底板与支墩分开，底板现场浇注，支墩工厂预制，现场采用独特的锚拼节点安装。使基础的施工不受设备影响，支墩标准化，并以设备部件的形式出现，施工快捷，工期可缩短近一半。装配式主变基础是将底板和支墩分开处理，底板现场浇注，支墩在工厂预制，支墩在现场安装在底板上。
主变基础底板尺寸和重量均很大，且底板受设备安装影响程度小，故底板在现场浇注并预埋埋件。支墩采用预制，支墩设预留孔，方便与基础底板连接。待支墩到货后，先在预留孔位置的筏板钢板上焊接锚筋或预埋件，基础就位后锚筋刚好在预留孔中，再在孔中浇注膨胀混凝土固定。
2.3主变防火墙
（1）框架式填充墙。混凝土框架清水砌体防火墙是先浇筑混凝土独立基础，然后浇筑上部的框架梁和框架柱，最后用节能环保砖填充框架内部。此种做法需混凝土框架达到设计强度后才能拆除模板以及进行填充填的砌筑，再加上对墙体的工艺要求较高，所以其施工工期较长，一般需要1～1.5个月。
（2）现浇混凝土板式防火墙。现浇混凝土板式防火墙的做法通常是先浇筑混凝土条形基础，然后对墙身钢筋混凝土面板一次性浇筑施工。由于墙体较高，混凝土要分层连续浇筑，分层高度小于等于1 m，每小时浇筑高度不得超过2 m。为了保证墙体厚度一致，混凝土模板上还需设置间距小于等于0.5 m的对拉螺栓，待混凝土养护到设计强度的75%以上才能拆除模板。此法的混凝土施工量较大，施工要求较严，施工工期也较长。
装配式防火墙。可分为框架+墙板防火墙、框架+大砌块防火墙、钢结构+墙板防火墙等类型。装配式防火墙，采用层插式安装方式，具有结构简单、安装方便、抗荷载系数高、自洁力强、免维护时间长等优点。柱：可采用钢筋混凝土现浇柱，柱顶预留地脚螺栓。板：可采用清水混凝土预制条板或ALC板。
（4）国网公司110（66）kV智能变电站模块化建设通用设计推荐方案。国网110（66）kV智能变电站模块化建设（2015版）通用设计技术导则中，第七章7.5.4装配式构筑物章节要求“防火墙宜采用框架+大砌块，框架+预制墙板、清水钢筋混凝土等型式。按通用设备防火墙宽10 m、6.5 m，墙体需要满足耐火极限≥3 h要求。”
该方案主要受力构件在工厂预先加工完成，现场组装拼接，能有效的缩短施工工期，节约人力资源。例如广东某变电站常规清水墙，采用的蒸压转抗压强度可靠，但抗拉、抗剪强度偏低，且受温度影响较大，产生大量的垂直裂缝，尽管施工中采取了一些减小伸缩缝间距，配拉结钢筋等措施，但效果并不明显，况且对砖的要求较高，缺角少楞的砖大量弃用，成本随之增高。为此，本站采用钢砼预制装配式围墙，施工简单快捷，造价与清水墙相当，也解决了常规砖围墙取材不环保，施工周期长，围墙易开裂的缺点，效果良好，投资经济。
2.4电缆沟
（1）电缆沟类型
变电站电缆沟主要有现浇混凝土或钢筋混凝土电缆沟、砌体电缆沟、预制钢筋混凝土电缆沟、复合材料预制式电缆沟、钢制电缆槽盒等。预制钢筋混凝土电缆沟，由工厂预制沟体，运到现场再进行组装。施工快捷，沟体平整，工序较少。复合材料预制式电缆沟，采用玻璃纤维及树脂类复合制成，经高压、高温模压工艺一次成型。钢制电缆槽盒，采用槽式加强型专用型材组装而成，包括电缆槽盒、盖板、槽盒固定隔板及支架，整体采用热浸镀锌处理，能够长期防腐防锈、整体美观、材料可回收。由于复合材料预制式电缆沟价格较高，预制钢筋混凝土电缆沟构件较重，因此，变电站电缆沟仍采用砌体电缆沟、现浇混凝土或钢筋混凝土电缆沟。
（2）电缆沟盖板
电缆沟盖板包括细石混凝土成品电缆沟盖板、无机复合电缆沟盖板、有机复合电缆沟盖板。
（3）电缆支架
电缆支架包括角钢电缆支架、玻璃钢电缆支架、复合支架等。角钢支架，机械性能高，成本较低，耐腐蚀性能稍弱，会生成涡流，100元/套；玻璃钢支架，强度高、重量轻、整体绝缘，防止产生涡流，防腐蚀好，成本较高，130元/套；复合支架，强度高，耐腐蚀性强，电绝缘性好，防涡流，成本较高，120元/套。
综合性价比，推荐采用角钢支架。
2.5构支架及基础
构架上部结构采用普通钢管，柱杆段之间采用法兰连接。构架梁采用三角形格构式桁架结构。支架上部结构，在变电站中设备支架采用设备厂家配送支架柱，现场安装的方式，与基础采用地脚螺栓连接。国网110（66）kV智能变电站模块化建设（2015版）通用设计技术导则，第七章7.5.4装配式构筑物章节要求“构、支架统一采用钢结构，钢结构连接方式宜采用螺栓连接。户外GIS变电站宜采用两回一跨构架，构架柱采用钢管A型柱，构架梁采用三角形钢桁架梁；户外AIS变电站宜采用联合构架，构架柱宜采用钢管独立柱和钢管A柱联合结构，构架梁采用独立钢管梁或三角形钢桁架梁。构架柱与基础采用地脚螺栓连接。
2.6设备基础
GIS设备基础宜采用筏板+支墩的基础型式。主变基础宜采用采用筏板+支墩的基础型式。筏板厚度为500 mm，室外主变压器油坑尺寸按通用设备为10 000 mm×8 000 mm。小型设备基础有箱（柜）体基础、投光灯基础、路灯基础等。箱（柜）体基础采用现浇混凝土基础，投光灯基础可采用预制混凝土，路灯基础可采用现浇混凝土形式，基础与设备的连接均采用地脚螺栓的连接形式。
2.7 主要防水节点大样
3、结束语
装配式建筑物符合“资源节约型、环境友好型、工业化”（简称“两型一化”）的建设原则。有利于促进新材料、新设备、新技术和新工艺的应用，体现节地、节能、节水、节材和环境保护等绿色建设理念，提高变电站的可靠性、建设效率和建设效益等。与传统变电站建设模式相较优势明显，具有广泛的推广应用价值。伴随着国家电网公司一批试点工程的成功建成并投入运行，装配式变电站设计技术已逐渐走出初级阶段，但仍然存在一些问题亟待解决，如结构体系理论研究，配套构件的兼容性、国内技术规范的缺失、施工人才缺乏等。需要我们电力设计行业技术人员继续开拓创新，为装配式变电站设计技术成熟增砖添瓦。
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作者简介：李超宇，土建设计主任工程，注册建筑师、注册建造师（市政工程）、主要从事建筑工程设计、电力工程土建设计（包括变电站、线路结构等）
论文作者:李超宇
论文发表刊物:《基层建设》2017年第20期
论文发表时间:2017/11/6
标签：变电站论文; 电缆沟论文; 围墙论文; 混凝土论文; 基础论文; 支架论文; 现场论文; 《基层建设》2017年第20期论文;