變電站建筑裝配式建設方案探討

黃振喜，徐光彬，周秋鵬

（1.國網湖北省電力公司，湖北 武漢 430077；2.湖北省電力勘測設計院，湖北 武漢 430040；3.國網湖北省電力公司經濟技術研究院，湖北 武漢 430077）

0 引言

隨著建筑技術發展以及工程建設安全、環保、節能要求不斷提高，建筑物采用裝配式建設已成趨勢。國務院2016年提出力爭用10年左右的時間，使裝配式建筑占新建建筑面積的比例達到30%。國家電網公司也在積極創新工程建設模式，提出“標準化設計、工廠化加工、模塊化建設”，全面提高建設質量和效率。國網湖北省電力公司依托新技術課題進行了多年的變電站建構筑物裝配式建設研究，在110 kV王河變、110 kV永和坪變、220 kV仙東變、500 kV臥龍變整站裝配式建設成功試點后，在2015年農網升級改造的32個新建站以及后續變電站中全面應用裝配式建筑技術，效果良好。

本文結合近幾年探索實踐，比較變電站建筑物裝配式建設的幾種可行技術方案，并進行經濟性分析，提出變電站建筑裝配式建設建議性技術方案。

1 主體結構形式

結合《國家電網公司輸變電工程通用設計》，變電站建筑體量普遍較小，除戶內站外，常規戶外變電站建筑物均為單層建筑，建筑荷載較小，跨度一般也不大，主體結構選型比較簡單。常規站建筑物一般可采用普通鋼框架結構或門式剛架結構。

鋼結構構件在工廠內加工完成，現場采用螺栓連接方式組裝拼接，避免現場焊接。

2 屋面形式

變電站建筑屋面防水等級為Ⅰ級。裝配式建筑屋面形式主要有：金屬屋面、壓型鋼板底模現澆板屋面、鋼筋桁架樓承板屋面等。

2.1 金屬板屋面

金屬板屋面是以金屬板為屋蓋材料，將結構層和防水層合二為一的屋蓋形式。為防止金屬板接縫處滲漏，屋面應采用坡屋面形式。金屬板屋面具有現場組裝快，重量輕等特點，可大幅度減輕屋面荷載和主體結構的梁柱用鋼量。

不同金屬板的材料決定了其價格、耐久性、抗腐蝕性等性能指標。金屬板表面一般要做涂裝防腐處理。由于材質和涂層質量不同，使用壽命相差很大。屋面按金屬材料性能由優到劣有：鈦合金、銅板、鈦鋅板、鋁鎂錳合金板、鍍鋁鋅板、鍍鋅鋼板。鈦合金、銅板、鈦鋅板防腐性能好，使用壽命可達100年，價格昂貴，主要用于特殊、高檔及標志性建筑物。鍍鋅鋼板夾芯板為雙層彩鋼板與絕熱芯材復合而成，常用于普通鋼結構工業廠房，正常使用壽命為15年。鋁鎂錳合金板、鍍鋁鋅板性能及價格居中，正常使用壽命分別為50年和25年，在公共建筑及檔次較高的廠房多有應用。

變電站建筑不宜采用鈦鋅板等價格高昂的高檔屋面形式，鋁鎂錳合金板、鍍鋁鋅板價格適中，但對施工工藝要求較高，接縫處理不好容易滲漏，連接件、緊固件、螺栓、連接部位容易出現銹蝕。普通鍍鋅鋼板價格較低，但一般使用壽命為15年，不宜在變電站建筑物中使用。

2.2 壓型鋼板底模現澆板屋面

以壓型鋼板為底模，現場綁扎鋼筋，澆筑混凝土作為屋面結構層，結構層之上為常規保溫及柔性卷材防水層構造做法。優點：壓型板易于搬運和架設，不需要另外架設模板及腳手架；屋面仍可采用常規防水構造形式、施工技術成熟。缺點：現場有濕作業，現場敷設屋面上部和下部鋼筋，鋼筋工程工作量較大，存在混凝土工程與鋼結構工程交叉作業問題。

2.3 鋼筋桁架樓承板屋面

屋面結構層以上保溫、防水構造做法與普通現澆混凝土屋面一致。鋼筋桁架樓承板鋼筋在工廠加工成鋼筋桁架，與鍍鋅鋼板在工廠焊接成一體，組成一個在施工階段能夠承受混凝土自重及施工荷載的承重構件。在施工現場，鋼筋桁架樓承板直接鋪設在鋼梁上，通過簡單鋼筋綁扎固定，便可澆筑混凝土，形成屋面結構層。

澆筑屋面混凝土不需要架設模板及腳手架，底部鍍鋅壓型鋼板作模板使用，鋼筋桁架為結構受力鋼筋，故結構面層不必考慮防火噴涂及防腐維護等問題。現場鋼筋工程工作量很小，但仍然存在混凝土工程與鋼結構工程交叉作業問題。

3 外墻面形式

裝配式變電站外墻面形式常用的有金屬面夾芯板、AS裝配式墻板。

3.1 金屬面夾芯板

金屬面夾芯板是內外兩層金屬板材與巖棉或聚氨酯等絕熱芯材粘接復合的自支撐復合板材，俗稱“三明治板”。金屬面夾芯板按金屬板材料和夾芯保溫材料分類，品種多樣，如鋁鎂錳巖棉板就是以鋁鎂錳板為面板、以巖棉為絕熱芯材粘接復合而成的夾芯板。

金屬板材質常用有：鋁鎂錳板、鍍鋁鋅板、普通彩鋼板，對應正常使用年限分別為50、25和15年。

夾芯絕熱材料目前常見有兩類，一類是泡沫塑料類材料，如硬質聚氨酯泡沫（PU）、模塑聚苯乙烯泡沫（EPS）、擠塑聚苯乙烯泡沫（XPS）等，另一類是無機纖維類材料，如巖棉（RW）、礦棉(SW)、玻璃棉(GW)等。

耐火性能上，無機纖維類材料夾芯板耐火性能好于泡沫塑料類夾芯板，如50 mm厚的巖棉板夾芯板耐火極限可以到61 min，而100 mm厚的模塑聚苯乙烯泡沫板耐火時間只有38 min，硬質聚氨酯泡沫板比模塑聚苯乙烯泡沫板略好為44 min[1]。

保溫性能上，泡沫塑料類材料性能好于無機巖棉類材料，以50 mm厚度為例，規范要求幾種夾芯板傳熱系數不大于如下數值[2]：硬質聚氨酯泡沫0.45 W/(m2·K)、模塑聚苯乙烯泡沫 0.68 W/(m2·K)、擠塑聚苯乙烯泡沫 0.63 W/(m2·K)，巖棉 085 W/(m2·K)、礦棉 0.85 W/(m2·K)、玻璃棉 0.9 W/(m2·K)。

總體而言，金屬夾芯復合板保溫性能好，重量輕，安裝簡便，可以根據不同使用需求選用各等級產品，是理想的裝配式建筑維護材料。

3.2 AS墻板

AS裝配式墻板也稱纖維混凝土輕型高強方孔建筑墻板，是水泥、無機質纖維等混合料經擠壓、蒸壓養護而成。板材防火性能好，耐久性較好，但自身保溫性能較差，當作外墻材料時，需將保溫材料現場進行復合，構件自重也大。綜合來看，裝配建設程度比金屬復合板低。

4 內墻面形式

內墻板面常見做法有：“三層石膏板+乳膠漆”“三層石膏板+金屬波紋板”“輕質實心條板+乳膠漆”和“金屬面絕熱夾芯板”等形式。

4.1 三層石膏板+乳膠漆

這種為常規內墻面做法，以三層12 mm厚的防火石膏板為基層，刮膩子，刷乳膠漆。優點是價格便宜，工藝成熟，滿足防火要求，后期擴建或改造墻面開槽布線簡單。缺點是需現場刮膩子、刷乳膠漆等工藝，存在濕作業等不利影響，并易產生粉塵，施工進度慢。

4.2 三層石膏板+金屬波紋板

這種做法是在三層12 mm厚石膏板外貼鍍鋁鋅波紋板，可滿足防火要求，并避免現場粉刷濕作業。內飾金屬波紋板可選取豎向或橫向布置方式。缺點是是造價略高，內飾金屬板因其波紋的特點，存在與墻面開關面板貼合度不高、電氣開孔處封堵不嚴密等問題。后期變電站改造擴建時，墻面開槽、開孔布線的處理比較困難。

4.3 輕質實心條板+乳膠漆

輕質實心條板是以水泥、EPS聚苯乙烯泡沫顆粒、粉煤灰等輕質材料一次成型的一種輕質節能板材，經濟實用，施工工藝成熟，優點明顯。缺點是墻面需刮膩子、刷乳膠漆，條板接縫處后期易出現裂紋。

4.4 金屬面絕熱夾芯板

金屬面絕熱夾芯板作為內墻材料，具有同外墻面一樣安裝方便快捷、無濕作業等優點。根據面板材料不同，常見的有兩種類型：一種是普通彩鋼夾芯板，價格適中，但防腐性能較差，螺栓連接處易銹蝕；另一種是鍍鋁鋅夾芯板，防腐性能較好，但價格偏高。

5 裝配式建筑應用情況

已建成的裝配式變電站建筑，主體結構采用了鋼框架或門式剛架兩種形式，兩者在投資、施工進度方面相差不大，綜合單價較傳統現澆鋼筋混凝土框架結構高約30%。

屋面形式以壓型鋼板底模現澆鋼筋混凝土板為主，少量工程采用鋼筋桁架樓承板、鍍鋁鋅復合巖棉板形式。壓型鋼板底模現澆板、鋼筋桁架樓承板屋面存在濕作業，但施工工藝成熟，滲漏風險較小。鍍鋁鋅復合巖棉板屋面安裝都是由外省專業廠家完成，成本較高，若大面積推廣應用，普通建安隊伍的安裝質量參差不齊，裝配式建設質量不易把控。

外墻面形式以鋁鎂錳板（外板為0.8 mm厚鋁鎂錳板、內板0.5 mm厚鍍鋁鋅板，中間夾50 mm厚巖棉或聚氨酯）、鍍鋁鋅彩鋼板（雙層0.6 mm厚鍍鋁鋅板，中間50 mm厚夾巖棉聚氨酯）為主，個別工程采用AS板。外墻面材料價格差別較大，對建筑物總體投資影響也較大。鍍鋁鋅板防腐性能不如鋁鎂錳合金板，價格也低。根據2016年建成的農網變電站調研結果，同是采用110 kV C-8方案的變電站，按建筑面積折算，鍍鋁鋅巖棉夾芯板、鋁鎂錳巖棉夾芯板平均單價分別為737元/㎡、1 023元/㎡，但相比鍍鋁鋅巖棉夾芯板25年的正常使用壽命，鋁鎂錳夾芯板可達50年，考慮全壽命周期費用，鋁鎂錳巖棉夾芯板仍有優勢。AS水泥纖維板單價最高，單價1 250元/㎡，安裝也較鋁鎂錳夾芯板復雜，不具優勢。

內墻面四種方案都有應用，根據建筑面積折算單價如下：“輕質實心條板+乳膠漆”方案為220元/㎡，彩鋼巖棉夾芯板方案為354元/㎡，“三層石膏板+乳膠漆”方案為350元/㎡,“三層石膏板+金屬波紋板”方案為517元/㎡。“輕質實心條板+乳膠漆”內墻面做法成本優勢明顯，但有個別工程中因接縫處理不到位引起后期墻面開裂的情況。

整體來看，裝配式建設方案相比于常規鋼筋混凝土框架結構現澆方案，一次性投資高25%～40%，但建設周期可縮短約30%，現場作業尤其是濕作業大幅度減少，安全文明施工水平大幅度提升，質量通病問題明顯減少，且建筑材料可回收利用，體現環保節能理念，綜合效益好。隨著變電站裝配式建設規模性推廣應用，適用于裝配式建筑的復合板材價格進一步降低，施工現場人工成本進一步減少，裝配式建筑的成本優勢將越來越明顯。

6 結語

裝配式建筑技術日漸成熟，但變電站建筑工程由于單體工程量很小，工程建設地點往往較為偏遠，裝配式建設技術方案選擇必須綜合考慮現階段的建筑材料情況、當地施工技術水平等因素。建議現階段湖北地區裝配式變電站建筑物主體結構采用普通鋼框架結構，屋面可采用壓型鋼板底模現澆板或鋼筋桁架樓承板形式，外墻面采用鋁鎂錳板巖棉板，內墻面采用“水泥纖維板刮膩子+乳膠漆”方案。后續可持續關注建筑材料發展和區域內裝配式施工技術提升情況，進一步改進屋面、內墻面做法，以降低工程投資，真正實現變電站建筑全裝配式建設的理念。

[參考文獻]（References）

[1]何國山，潘永紅，李曉增，等.幾種金屬面夾芯板的耐火測試[J].消防科學與技術，2013,32(8):771-773.HE Guoshan，PAN Yonghong，LI Xiaozeng，et al.Test on fire resistance performance of several metal sur?face sandwich panels[J].Fire Science and Technol?ogy,2013,32(8):771-773.

[2]GB/T 23932－2009建筑用金屬面絕熱夾芯板[S].北京：中國標準出版社，2009:3-4.GB/T 23932－ 2009 Double skin metal faced insu?lating panels for building[S].Beijing：Standards P ress of China，2009:3-4.