装配式变电站土建设计

陈 莹

（国核电力规划设计研究院，中国 北京 100095）

0 引言

装配式变电站是在国家电网公司“标准化设计、工厂化加工、装配式建设”的理念指导下，借鉴了民用、工业建筑装配生产的经验，针对标准配送式智能变电站设计需求，推动设计理念创新，突出工业化设施定位，实现变电站设计、施工过程的组织集约化的产物。它通过现场拼装预制构件、电气设备即插即用的形式，尽量减少现场浇筑和制作安装的时间，从而大幅提高施工效率。

资源节约型和环境友好型社会建设理念的提出，伴随着电力行业包括管理、设备厂家、设计、施工等单位的技术发展，推动了变电站建设模式的发展。近几年，许多装配式变电站试点工程相继完工，装配式变电站建设模式逐渐成熟，标志着国家电网智能变电站建设跨入了新阶段。

1 装配式变电站特点

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。

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 装配式变电站土建设计原则

装配式变电站土建设计要针对标准配送式智能变电站设计需求，推动设计理念创新，引领工程技术进步方向，突出工业化设施定位，优化集成。

贯彻节能环保、可持续发展的设计理念，以安全可靠为前提，信息数据为支撑，多方案比选为手段，以变电站全寿命周期成本最优为目标，统筹考虑，精心设计。以工业标准化生产检验代替现场浇筑制作；以各施工工序并联进行代替施工串联流程。

采用标准化设计，联合设备厂家规范统一电气设备安装接口，即在设备未订货前，设备基础、设备穿墙方式、埋管布线方式形成统一接口标准。方便设备招标、设计、运行维护的同时，避免土建施工等待设备招标采购而延长工期的现状，实现土建施工先行的可操作性，缩短工程建设周期。

3 装配式建筑设计

目前装配式变电站内的建筑结构形式一般有钢结构、劲性混凝土结构、预制混凝土结构等。建筑物构配件设计一般分三个层次，分别是主体结构、附属结构和特殊构件。

主体结构起支撑作用，其使用寿命不能低于建筑物的使用寿命，主要包括主板、柱、斜撑等构件。

附属结构的使用寿命可低于主体结构，到达使用寿命时可更换。附属结构应具有装配方便、模数化、标准通用的特点。装配式建筑物附属结构主要包括：围护结构、电气管线、上下水管线和其它部品系统等。围护结构一般是指外墙、屋面、门窗等。内隔墙采用轻钢龙骨石膏板或轻质条板制成，并将电线、插座、挂件或门窗等集中在几个专用墙板内，其它设置成空白墙板，使装修何布线在内隔墙在生产时已经完成。

针对变电站的使用功能，对设备房间的特殊构件进行专门设计，一般有以下几种制作方式：

（1）视建筑物防火重要性，不同位置墙板选用拆卸方案。除主变房间外其他墙体选用可拆卸墙板，墙体拆卸方便，工程扩建和检修，设备进出入不受墙体约束。墙体内预埋管线，管线走向在内墙面示意，解决了墙体预埋线的问题，同时墙面平整美观。

（2）GIS 基础与楼板分离，形成基础模块，楼体建设进度不受设备订货限制。模块尺寸、高度可以根据设备调整，解决了穿墙套管高度处墙体留孔受设备的制约问题。

GIS 基础模块在构件厂预制，现场拼装，形成独特的锚拼节点。

图1 GIS 基础模块示意图

（3）GIS 室次梁二次安装，采用锚拼节点，可以任意调整次梁位置，使GIS 室可以适应不同设备厂家的设备，为变电站扩建提供便利。同时次梁间沟槽可以兼作电缆沟使用，同时解决了设备电缆放置问题。

图2 GIS 室主次梁搭接

4 装配式构筑物设计

4.1 装配式围墙

围墙采用无柱式基础与墙板插接式方案。

围墙基础采用条形混凝土基础，基础顶部设置墙槽，墙槽顶部设一圈预埋件。墙板插入基础墙槽，板底部预埋件与杯口预埋件焊接连接。

图3 墙板与基础连接

在板顶用金属夹具实现板与板之间的连接。

图4 板顶金属夹具

无柱墙质量可靠，施工方便，不用现场为墙体绑扎钢筋、支模板，加快施工速度，节省工期，节约了柱子工程量。

4.2 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。

图5 支墩与底板连接

4.3 装配式防火墙

目前，装配式变电站防火墙主要采用以下几种结构型式：

1）现浇钢筋混凝土柱＋预制墙板方案：

防火墙的基础与墙柱同时浇筑，基础采用独立基础。钢筋混凝土现浇柱根据主变构架钢管根开设置，柱顶预留地脚螺栓，用于固定主变构架。柱两侧设置沟槽，用于固定预制墙板。

该方案混凝土现场浇筑工程量较大，工期较长，“装配式”优势不明显。

2）预制钢筋混凝土柱＋预制墙板方案：

防火墙由基础、预制钢筋混凝土柱、预制墙板和封口梁组成。立柱基础采用现浇杯形基础，立柱采用插入式。柱设有特殊凹槽，安装完柱后卡入预制墙体，上部用预制钢筋混凝土梁进行封口。

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。

3）钢柱＋预制墙板方案：

钢柱采用热轧H 型钢柱或钢管柱，基础采用现浇杯形基础，立柱插入后采用细石混凝土二次灌浆填实，钢柱两侧及顶部预制墙板包裹。

该方案能有效的加快施工进度及减少劳动强度，减少现场的湿作业，缺点是造价偏高，墙板节点安装采用螺栓，破坏镀锌层，对防腐不利，且在风荷载作用下，变形大于钢筋混凝土柱。

5 结束语

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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