裝配式變電站土建設計

陳 瑩

（國核電力規劃設計研究院，中國 北京 100095）

0 引言

裝配式變電站是在國家電網公司“標準化設計、工廠化加工、裝配式建設”的理念指導下，借鑒了民用、工業建筑裝配生產的經驗，針對標準配送式智能變電站設計需求，推動設計理念創新，突出工業化設施定位，實現變電站設計、施工過程的組織集約化的產物。它通過現場拼裝預制構件、電氣設備即插即用的形式，盡量減少現場澆筑和制作安裝的時間，從而大幅提高施工效率。

資源節約型和環境友好型社會建設理念的提出，伴隨著電力行業包括管理、設備廠家、設計、施工等單位的技術發展，推動了變電站建設模式的發展。近幾年，許多裝配式變電站試點工程相繼完工，裝配式變電站建設模式逐漸成熟，標志著國家電網智能變電站建設跨入了新階段。

1 裝配式變電站特點

裝配式變電站與傳統變電站相比，具有以下幾個特點：

1.1 工廠化生產、施工周期短

傳統變電站土建施工周期較長，占整個變電站施工周期的一半以上。其主要原因是各施工工序無法同時進行，必須是上一個施工工序完成后下一個工序方可開始，而且鋼筋混凝土的澆筑和養護時間都比較長，同時比如基礎開挖、土方平整、混凝土養護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不鮮。

裝配式變電站可通過各施工工序同時進行大幅提高施工進度，比如，現場土方平整的同時，建筑物構件的加工制作可同時在工廠中展開；另外，現場安裝過程中拼裝、焊接等工藝較簡單、快捷，從而達到減少施工時間的目的。同時，工廠化生產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 質量可靠、管理成本低

傳統變電站的土建施工過程中存在原材料多、采購渠道多樣；施工工序繁雜、施工隊伍多；受環境影響大、現場防護條件有限的特點。從而導致了土建施工現場，用于施工管理的人力、物力多，增加工程成本的同時，質量風險點多樣且難以控制。

裝配式變電站的主要建筑構件均采用預制構件，由特定的標準化生產廠家加工，其制作工藝成熟、制作環境優良、成品檢驗規范，從而大大提高了構件的成品質量，使工程質量可控、在控。例如，樓板采用彩鋼板，因為彩鋼板層層緊扣，其密封性和建筑結構得到了非常好的保障，內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，構件預制廠家流水化生產、成熟的技術研發、成品檢驗簡便等因素降低了主要構件的生產和檢驗成本。現場施工工序簡潔、原材料采購量少也降低了工程的現場管理成本。

1.3 節能環保、可持續

傳統變電站土建施工對于環境的破壞較大。其主要原因是施工現場投入的人工、材料和大型施工機械較多，導致施工臨建和材料加工用地較多，同時產生較多的生活及建筑垃圾、污水及廢水，不利于環保和節能減排。

裝配式變電站采用工廠化生產，現場施工工序減少，人工、材料、大型機械的需求量少，從而減少了占地和垃圾、污水的排放量，有利于環境保護。另外，建構筑物的主體結構體系構件使用壽命一般高于變電站使用壽命，可循環持續使用，加大了變電站的可持續性。

綜上所述，裝配式變電站是“資源節約型、環境友好型、工業化”（即“兩型一化”）理念的完美體現，有著傳統變電站無法比擬的優勢，是變電站建設領域的必然趨勢。

2 裝配式變電站土建設計原則

裝配式變電站土建設計要針對標準配送式智能變電站設計需求，推動設計理念創新，引領工程技術進步方向，突出工業化設施定位，優化集成。

貫徹節能環保、可持續發展的設計理念，以安全可靠為前提，信息數據為支撐，多方案比選為手段，以變電站全壽命周期成本最優為目標，統籌考慮，精心設計。以工業標準化生產檢驗代替現場澆筑制作；以各施工工序并聯進行代替施工串聯流程。

采用標準化設計，聯合設備廠家規范統一電氣設備安裝接口，即在設備未訂貨前，設備基礎、設備穿墻方式、埋管布線方式形成統一接口標準。方便設備招標、設計、運行維護的同時，避免土建施工等待設備招標采購而延長工期的現狀，實現土建施工先行的可操作性，縮短工程建設周期。

3 裝配式建筑設計

目前裝配式變電站內的建筑結構形式一般有鋼結構、勁性混凝土結構、預制混凝土結構等。建筑物構配件設計一般分三個層次，分別是主體結構、附屬結構和特殊構件。

主體結構起支撐作用，其使用壽命不能低于建筑物的使用壽命，主要包括主板、柱、斜撐等構件。

附屬結構的使用壽命可低于主體結構，到達使用壽命時可更換。附屬結構應具有裝配方便、模數化、標準通用的特點。裝配式建筑物附屬結構主要包括：圍護結構、電氣管線、上下水管線和其它部品系統等。圍護結構一般是指外墻、屋面、門窗等。內隔墻采用輕鋼龍骨石膏板或輕質條板制成，并將電線、插座、掛件或門窗等集中在幾個專用墻板內，其它設置成空白墻板，使裝修何布線在內隔墻在生產時已經完成。

針對變電站的使用功能，對設備房間的特殊構件進行專門設計，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，工程擴建和檢修，設備進出入不受墻體約束。墻體內預埋管線，管線走向在內墻面示意，解決了墻體預埋線的問題，同時墻面平整美觀。

（2）GIS 基礎與樓板分離，形成基礎模塊，樓體建設進度不受設備訂貨限制。模塊尺寸、高度可以根據設備調整，解決了穿墻套管高度處墻體留孔受設備的制約問題。

GIS 基礎模塊在構件廠預制，現場拼裝，形成獨特的錨拼節點。

圖1 GIS 基礎模塊示意圖

（3）GIS 室次梁二次安裝，采用錨拼節點，可以任意調整次梁位置，使GIS 室可以適應不同設備廠家的設備，為變電站擴建提供便利。同時次梁間溝槽可以兼作電纜溝使用，同時解決了設備電纜放置問題。

圖2 GIS 室主次梁搭接

4 裝配式構筑物設計

4.1 裝配式圍墻

圍墻采用無柱式基礎與墻板插接式方案。

圍墻基礎采用條形混凝土基礎，基礎頂部設置墻槽，墻槽頂部設一圈預埋件。墻板插入基礎墻槽，板底部預埋件與杯口預埋件焊接連接。

圖3 墻板與基礎連接

在板頂用金屬夾具實現板與板之間的連接。

圖4 板頂金屬夾具

無柱墻質量可靠，施工方便，不用現場為墻體綁扎鋼筋、支模板，加快施工速度，節省工期，節約了柱子工程量。

4.2 裝配式主變基礎

將主變基礎底板與支墩分開，底板現場澆注，支墩工廠預制，現場采用獨特的錨拼節點安裝。使基礎的施工不受設備影響，支墩標準化，并以設備部件的形式出現，施工快捷，工期可縮短近一半。

裝配式主變基礎是將底板和支墩分開處理，底板現場澆注，支墩在工廠預制，支墩在現場安裝在底板上。

主變基礎底板尺寸和重量均很大，且底板受設備安裝影響程度小，故底板在現場澆注并預埋埋件。

支墩采用預制，支墩設預留孔，方便與基礎底板連接。

待支墩到貨后，先在預留孔位置的筏板鋼板上焊接錨筋或預埋件，基礎就位后錨筋剛好在預留孔中，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構型式：

1）現澆鋼筋混凝土柱＋預制墻板方案：

防火墻的基礎與墻柱同時澆筑，基礎采用獨立基礎。鋼筋混凝土現澆柱根據主變構架鋼管根開設置，柱頂預留地腳螺栓，用于固定主變構架。柱兩側設置溝槽，用于固定預制墻板。

該方案混凝土現場澆筑工程量較大，工期較長，“裝配式”優勢不明顯。

2）預制鋼筋混凝土柱＋預制墻板方案：

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

該方案主要受力構件在工廠預先加工完成，現場組裝拼接，能有效的縮短施工工期，節約人力資源。

3）鋼柱＋預制墻板方案：

鋼柱采用熱軋H 型鋼柱或鋼管柱，基礎采用現澆杯形基礎，立柱插入后采用細石混凝土二次灌漿填實，鋼柱兩側及頂部預制墻板包裹。

該方案能有效的加快施工進度及減少勞動強度，減少現場的濕作業，缺點是造價偏高，墻板節點安裝采用螺栓，破壞鍍鋅層，對防腐不利，且在風荷載作用下，變形大于鋼筋混凝土柱。

5 結束語

伴隨著國家電網公司一批試點工程的成功建成并投入運行，裝配式變電站設計技術已逐漸走出初級階段，但仍然存在一些問題亟待解決，如結構體系理論研究，配套構件的兼容性、國內技術規范的缺失、施工人才缺乏等。需要我們電力設計行業技術人員繼續開拓創新，為裝配式變電站設計技術成熟增磚添瓦。

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