500kV智能變電站常規式與裝配式建筑方案比較

唐 亮，楊 牧

(1.中南電力設計院有限公司，湖北 武漢 430061；2.長江勘測規劃設計研究院，湖北 武漢 430010)

500kV智能變電站常規式與裝配式建筑方案比較

唐 亮1，楊 牧2

(1.中南電力設計院有限公司，湖北 武漢 430061；2.長江勘測規劃設計研究院，湖北 武漢 430010)

裝配式變電站作為變電站建設的一種新模式已開始迅速發展，本文基于湖北省內首座500 kV智能變電站——臥龍500 kV變電站為例，通過對其常規式與裝配式建筑方案進行介紹、對比與分析，總結出裝配式建筑方案的一系列長處及短板，并探討了隨著工業化程度的提升及人力成本的增加這些短板終將被補齊。本文所涉及的裝配式建筑方案相關做法及經驗，對國內部分變電站工程的設計也有一定的借鑒作用。

裝配式；常規式；建筑方案；對比。

隨著全國各行業工業化水平的整體提升，電力行業內部也愈發重視相關領域的研究與應用。近年來，為貫徹國家電網公司推進電網建設創新變化的需求，為推進基建標準工藝實現“兩型一化”(環境友好型、資源節約型、工業化)的新嘗試，多個省份已在實際項目中開啟了變電站裝配式建筑建設的探索之旅。臥龍500 kV變電站是湖北省內首座500 kV裝配式智能變電站，我院有幸參與設計并有此機會根據所積累的資料做一定的分析與總結。

1 工程概況及設計歷程

1.1 工程概況

臥龍500 kV變電站坐落于湖北省襄陽市襄州區古驛鎮趙營村，南距襄陽市區約25 km，站址海拔97.5 m。本期規模1000 MVA主變壓器2組，500 kV出線4回，分別至南陽南2回、樊城2回，220 kV出線6回，每組主變低壓側安裝2組60 Mvar低壓并聯電容器和2組60 Mvar低壓并聯電抗器。

變電站的建筑物共包含主控通信樓、站用電室主變及220 kV繼電器和消防泡沫間小室、500 kV第一繼電器小室、500 kV第二繼電器小室等4棟建筑物，總建筑面積為1063.2 m2。其中主控通信樓與站用電室主變及220 kV繼電器和消防泡沫間小室均為包含有多個房間的組合式建筑，兩座繼電器小室均為單個房間獨立式建筑，因此特于每種類型中挑選一棟典型建筑進行分析，本文的研究對象遂選取主控通信樓與500 kV第一繼電器小室。

1.2 設計歷程

本工程首輪方案中建筑物依照慣例選用了已趨成熟的常規式做法。后期，湖北省電力公司經多番考量及商榷，為配合全省范圍內推廣裝配式變電站的戰略目標，遂決定將臥龍500 kV變電站按照全預制裝配式變電站進行設計，讓其成為拉開湖北省裝配式變電站標準化建設革命的序幕。因此機緣，我院得以就同一工程分別做了兩套詳細的方案，掌握大量的設計資料，亦為本文將兩種方案進行比較性的分析提供了前提條件。

2 建筑方案簡介

2.1 方案總體介紹

主控通信樓為整座智能變電站內最為主要的生產建筑，其平面呈“一”字型布局，選址位于站內輔助生產區內，采用單層布置，平面軸線尺寸為24.7m×14.1 m(長×寬),建筑面積約為365 m2，層高為4.2 m。因臥龍變電站屬于智能變電站，無需大量人員于站內值守運行，故主控通信樓內功能房間的組成較為簡單，包含有通信及二次設備室、主控制室、蓄電池室、工具間、值班室、會議室、衛生間等房間。

500 kV第一繼電器小室，平面呈“一”型布局，選址于500 kV配電裝置區域內，單層布置，平面軸線尺寸為17.4 m×7.4 m(長×寬), 層高為4.2 m，建筑面積為135.1 m2。

2.2 常規式方案介紹

臥龍變電站常規式方案結構形式為鋼筋混凝土框架結構，基礎、柱、梁、屋面板等主要結構構件選用C30混凝土，其余零星構件選用C25混凝土。各結構構件之間通過現澆形成剛性連接。

建筑其它做法如下：

(1)外墻及內墻填充材料分別選用A7.5、A5.0加氣混凝土砌塊，裝飾材料分別為優質面磚及內墻乳膠漆，墻體保溫層為30 mm厚硬質巖棉板保溫層；

(2)屋面做法為50 mm厚鋼筋混凝土保護層+雙層1.5 mm厚三元乙丙卷材防水層+30 mm厚硬質巖棉板作為保溫層+現澆鋼筋混凝土屋面板，通過材料找3%坡；

(3)頂棚則有暗架式鋁合金穿孔板吊頂、輕鋼龍骨紙面石膏板吊頂、鋁合金方形扣板吊頂、內墻乳膠漆等多種做法；

(4)電磁屏蔽措施為墻體內側襯Φ4 mm@50 mm×50 mm鍍鋅焊接鋼絲網屏蔽層，屋面采用現澆鋼筋混凝土屋面板底襯Φ4 mm@50 mm×50 mm鍍鋅焊接鋼絲網屏蔽層，地面采用現澆鋼筋混凝土內夾Φ4 mm @50 mm×50 mm鍍鋅焊接鋼絲網屏蔽層，所有屏蔽網之間相互焊接形成封閉六面屏蔽體，門采用復合鋼板屏蔽門。

2.3 裝配式方案介紹

臥龍變電站裝配式方案結構形式采用單層鋼框架結構，其框架梁柱及次梁均采用Q345－B號鋼材。框架梁與框架柱之間的連接采用剛性連接，而次梁與主梁則采用鉸接的形式進行連接。建筑的其它做法如下：

(1)±0.000 m以下的墻體采用240 mm厚蒸壓灰砂磚，±0.000 m以上的外墻采用復合裝配式夾芯板。此種復合墻體靠室外一側為50 mm厚巖棉夾芯板(單層XRW板與單層AURORA板內夾巖棉組合而成)，中間層為50 mm厚巖棉卷氈，靠室內一側為特級耐火紙面石膏板。墻板為水平橫置式條形板，板寬模數為1 m，長度可按需進行任意裁切，其通過自攻螺釘與豎向墻體檁條進行連接。±0.000 m以上的內墻采用100 m厚輕鋼龍骨特級耐火紙面石膏板。(雙面耐火紙面石膏板內填100 mm厚防火巖棉組合而成)。

(2)屋面為倒置式防水隔熱屋面，從上至下次為50 mm厚鋼筋混凝土保護層、25 mm厚擠塑聚苯乙烯保溫隔熱板，1.5 mm厚自粘高聚物改性瀝青防水卷材+1.5 mm厚合成高分子防水涂膜、壓型鋼板底模現澆鋼筋混凝土屋面板，通過鋼屋架結構找3%坡。

(3)全站建筑物頂棚均采用暗架式鋁合金穿孔板吊頂，并保證與燈具與通風口等協調布置。

(4)裝配式建筑物的屏蔽方案直接利用外墻已有的波紋金屬板作為電磁屏蔽層，地面墊層內附加電磁屏蔽網并于端部處上翻，通過墻根處的Z型角鋼與墻面的波紋金屬板連接成整體。屋面同樣利用已有的壓型鋼板底模作為電磁屏蔽層，并在梁頂處通過L型包邊與墻面的波紋金屬板進行連接，以此將整座建筑連接成為一個閉合的六面屏蔽立方體。

3 兩種方案比較

因兩種方案建筑平面布局完全一致，此部分內容不再贅述。下文將從功能性的滿足、造型處理、節能環保、經濟性、建設工期五個方面進行比較研究。

3.1 功能性的滿足

工業建筑設計的首要原則是滿足上游專業所提的工藝需求，主控樓及繼電器小室每個房間的面積均已有所規定，建筑專業按功能要求將上述房間進行排列組合以整理出合理的布局方式。下面將對兩種不同類型方案如何滿足功能性的需求加以比較。

3.1.1 空間劃分的靈活度

鋼筋混凝土框架結構的施工方式為現場全現澆模式，所以其在空間分隔時受到制約較小，開間和跨度在合理范圍內均可以按需設置，結構布局可輕松滿足主控通信樓及繼電器小室的房間布置需求。此外，作為飾面層涂料以及面磚的施工均不受結構框架布局的影響，整個方案的空間劃分靈活度極高。

單層鋼框架結構需在工廠按照設計尺寸進行預制，再運至現場進行安裝。由于尺寸在合理范圍內的鋼構件預制技術已很成熟，所以結構本身對空間劃分的限制作用并不明顯。在進行外立面板材選擇時有橫板與豎版兩個待選項，板材寬度均以1 m為模數定制，如若采用豎板則板材尺寸無法配合門窗位置調整成壓型鋼板型材模數尺寸，因此只能選用橫板的模式。由此可見，裝配式方案如若要優先滿足空間劃分的需求，建筑本身則需要在多樣性上做出相應舍棄。

3.1.2 空間利用率

在建筑平面布局和軸網尺寸一致的前提下，筆者將兩種方案空間利用率的統計數據進行了比較，參見表1。

表1 面積利用率統計

從表1中可以看出，主控通信樓及繼電器小室在空間利用率上裝配式方案分別優出3%及1%。裝配式方案采用的輕型鋼結構不僅較鋼筋混凝土結構梁柱截面更小、其圍護墻體也比一般磚墻更為輕薄，因此可以節省出更多的空間以供使用。

3.2 造型處理

3.2.1 外立面造型

裝配式方案外墻面采用復合夾芯板，顏色為淺灰色，板材間橫向拼接。窗戶設計為茶色玻璃豎條形落地窗，等距離間隔排列。建筑整體配色典雅大方，墻板與窗戶之間形成強烈的橫豎對比，條板與條窗間隔布置形成富有韻律的虛實對比，視覺效果突出。

常規式方案外墻面采用白色小尺寸面磚貼面，窗戶為單個方形小窗均勻分布，整體造型延續工業建筑一貫簡潔、克制的風格，視覺效果較為平淡。

可以看出裝配式方案在采用新材料新工藝的契機上，對建筑立面造型的處理也做了一些新的嘗試，通過一些簡單而有效的對比手法創造出一種更具現代建筑氣息的立面風格，對工業美學也做出了更好的闡釋。

3.2.2 室內裝修效果

裝配式方案室內墻面采用的為紙面石膏板，頂棚為鋁合金穿孔吊頂板。常規式方案室內墻面采用的為內墻乳膠漆，頂棚為鋁合金穿孔吊頂板。兩種方案在室內裝修效果上基本一致。

3.3 節能環保

通常來說建筑物的節能環保主要體現在對建材資源的耗費程度、保溫隔熱效果、對環境的影響程度等方面。

3.3.1 主要建材的耗費量

裝配式方案所涉及的建筑材料主要有鋼柱、鋼梁、檁條、外墻板、內墻板、屋地板等，各部分用量詳見表2。

表2 裝配式方案主要建材統計

常規式方案所涉及的建筑材料主要有鋼筋混凝土框架、鋼筋混凝土零星構件、鋼筋、外墻板、內墻板、屋地板等，各部分用量詳見表3。

表3 常規式方案主要建材統計

依據以上數據計算得出裝配式方案中兩棟建筑總共耗費鋼材40.45 t，墻板按厚度100 mm折算之后總體積為81.64 m3，混凝土體積為999.44 m3。常規式方案中兩棟建筑總共耗費鋼筋42.29 t，砌體墻191.40 m3，混凝土約為1110.01 m3。通過圖1的對比可明顯看出，裝配式方案的主要材料耗費量均略低于或明顯低于常規式方案，由此可以說明裝配式方案在減少建筑材料等資源的消耗方面具有更大的優勢。

圖1 主要建材耗費量對比圖

3.3.2 保溫隔熱效果

裝配式方案墻面起保溫作用的主要材料為50 mm厚巖棉板+50 mm厚巖棉卷氈，屋面保溫材料為25 mm厚擠塑聚苯乙烯保溫隔熱板。常規式方案墻面起保溫作用的主要材料為30 mm厚巖棉板+250 mm厚加氣混凝土砌塊，屋面保溫材料為30 mm厚巖棉板。窗戶均采用的斷橋鋁合金雙層玻璃窗。

從構造做法上可以看出兩種方案的保溫隔熱性能差異主要體現在墻體上。巖棉的導熱系數約為0.04 W/(m·K)，加氣混凝土砌塊的導熱系數約為0.09 W/(m·K)，結合材料厚度計算得出常規式方案的墻體熱阻要明顯大于裝配式墻體，在保溫隔熱性能上常規式方案具有更大的優勢。

3.3.3 對環境的影響程度

常規式建筑方案現場施工涉及到混凝土現場澆筑、墻體現場砌筑、面磚鑲貼等大量的濕作業環節，不僅產生了廢水、固體廢物等垃圾，還會出現大量的粉塵污染空氣。而裝配式方案因構件多數已在工廠組裝好，現場只需進行簡單的拼接及安裝，故而施工方便、濕作業的工作量少，對環境造成的負面影響較小。此外，裝配式方案所采用的鋼材等建筑材料可以實現全壽命周期的回收利用，也符合當下環境友好的理念。

3.4 經濟性

實際工程中，方案的經濟性是需要納入重點考慮范疇的指標之一。建筑工程費、設備購置費及人工費是工程建設費用的主要組成部分，本文將就這三項費用進行對比與分析。

表4 建筑工程概算統計表 (單位:萬元)

通過表4中經濟性的比較，可明顯看出裝配式方案比常規方案建筑工程費高出約24%左右，主要是由于裝配式方案所需的梁柱、墻板等都是需在工廠進行過預制及初步組裝的半成品，費用相對較高，其次建筑材料和使用的機械費用也相對高昂。設備購置費為給排水、通風、照明等設備購置的費用，兩種方案對設備的需求一致所以該費用持平。人工費上常規式方案較裝配式方案高出約15%左右，裝配式方案因施工現場只需完成預制構件的組裝及少量混凝土澆筑的工作，現場施工的作業量較常規式方案大為減少，與此同時現場的機械化施工手段也有助于縮短施工周期，以上因素聯合作用共同縮減了裝配式方案中人工費用的支出。

3.5 施工周期

臥龍變電站裝配式主控通信樓及繼電器小室的土建施工分別歷時46天和33天，而一般相同規模的常規式傳統施工方案耗時則分別約需70天和60天。實踐驗證，裝配式方案確實在壓縮施工周期方面具有更為明顯的優勢。

4 結論

通過此次工程設計過程中所積累的經驗及教訓，現總結出裝配式建筑方案的設計要點，分列如下：

(1)優先滿足工藝專業的相關需求；

(2)結合平面布置方案合理制定預制構件的模數，確保提供最大的空間利用率；

(3)盡量規避造型設計時因模數化所帶來的限制，通過巧妙的處理手法創造出更為美觀現代的外立面造型；

(4)關注圍護結構的保溫隔熱性能，進一步探索如何降低建筑能耗。

基于此次臥龍500 kV變電站工程對于裝配式方案的嘗試，并通過與常規式方案進行一系列比較，可以總結出裝配式方案的優缺點。裝配式方案建筑用材較省，各構件尺寸較小，在一定程度上節約了使用空間，其采用預制半成品現場組裝的施工模式不僅使得工程質量更易于掌控，也節省了現場施工時間和人力資源的耗費，施工現場對環境的污染也有所減輕。但目前仍存在一些問題，例如造價相對偏高、空間劃分及造型靈活度有所欠缺等等。相信隨著工業化水平的進一步提升，預制構件可以更為多樣化以靈活地滿足設計需求，與此同時，隨著人力成本的逐步抬高，耗費較少人力的裝配式方案造價偏高的弱勢將會越來越小，最終趨于平衡。

[1] 肖向東，等．預制裝配式變電站設計和建造技術研究[J]．建筑技術，2008，39(12)．

[2] 史繼寧．變電站土建設計要點及優化策略研究[J]．科學之友，2011，(209)．

Comparison Conventional and Fabricated Architecture Scheme in 500 kV Intelligent Substation

TANG Liang1, YANG Mu2
(1.Central Southern China Electric Power Design Institute Limited Company, Wuhan 430072, China; 2.CHANGJIANG Institute of survey, planning, design and research, Wuhan 430010, China)

Fabricated substation has as seen a massive growth spurt as a new pattern. Taking the first 500 kV intelligent substation in Hubei province——Wolong 500 kV substation as an example, this article has offered introduction、comparison and analysis of Conventional and Fabricated Architecture Design. With summarizing advantages and disadvantages of fabricated design, it discussed that all those disadvantages would be resolved. The practices and experiences mentioned in this article can also be used for reference to design part of the domestic substations.

fabricated; conventional; architecture design; comparison.

TM63

B

1671-9913(2017)02-0051-05

2016-02-01

唐亮(1987- )，女，湖北恩施人，碩士，工程師，從事變電工程設計和研究。