变电站建筑装配式建设方案探讨

黄振喜，徐光彬，周秋鹏

（1.国网湖北省电力公司，湖北 武汉 430077；2.湖北省电力勘测设计院，湖北 武汉 430040；3.国网湖北省电力公司经济技术研究院，湖北 武汉 430077）

0 引言

随着建筑技术发展以及工程建设安全、环保、节能要求不断提高，建筑物采用装配式建设已成趋势。国务院2016年提出力争用10年左右的时间，使装配式建筑占新建建筑面积的比例达到30%。国家电网公司也在积极创新工程建设模式，提出“标准化设计、工厂化加工、模块化建设”，全面提高建设质量和效率。国网湖北省电力公司依托新技术课题进行了多年的变电站建构筑物装配式建设研究，在110 kV王河变、110 kV永和坪变、220 kV仙东变、500 kV卧龙变整站装配式建设成功试点后，在2015年农网升级改造的32个新建站以及后续变电站中全面应用装配式建筑技术，效果良好。

本文结合近几年探索实践，比较变电站建筑物装配式建设的几种可行技术方案，并进行经济性分析，提出变电站建筑装配式建设建议性技术方案。

1 主体结构形式

结合《国家电网公司输变电工程通用设计》，变电站建筑体量普遍较小，除户内站外，常规户外变电站建筑物均为单层建筑，建筑荷载较小，跨度一般也不大，主体结构选型比较简单。常规站建筑物一般可采用普通钢框架结构或门式刚架结构。

钢结构构件在工厂内加工完成，现场采用螺栓连接方式组装拼接，避免现场焊接。

2 屋面形式

变电站建筑屋面防水等级为Ⅰ级。装配式建筑屋面形式主要有：金属屋面、压型钢板底模现浇板屋面、钢筋桁架楼承板屋面等。

2.1 金属板屋面

金属板屋面是以金属板为屋盖材料，将结构层和防水层合二为一的屋盖形式。为防止金属板接缝处渗漏，屋面应采用坡屋面形式。金属板屋面具有现场组装快，重量轻等特点，可大幅度减轻屋面荷载和主体结构的梁柱用钢量。

不同金属板的材料决定了其价格、耐久性、抗腐蚀性等性能指标。金属板表面一般要做涂装防腐处理。由于材质和涂层质量不同，使用寿命相差很大。屋面按金属材料性能由优到劣有：钛合金、铜板、钛锌板、铝镁锰合金板、镀铝锌板、镀锌钢板。钛合金、铜板、钛锌板防腐性能好，使用寿命可达100年，价格昂贵，主要用于特殊、高档及标志性建筑物。镀锌钢板夹芯板为双层彩钢板与绝热芯材复合而成，常用于普通钢结构工业厂房，正常使用寿命为15年。铝镁锰合金板、镀铝锌板性能及价格居中，正常使用寿命分别为50年和25年，在公共建筑及档次较高的厂房多有应用。

变电站建筑不宜采用钛锌板等价格高昂的高档屋面形式，铝镁锰合金板、镀铝锌板价格适中，但对施工工艺要求较高，接缝处理不好容易渗漏，连接件、紧固件、螺栓、连接部位容易出现锈蚀。普通镀锌钢板价格较低，但一般使用寿命为15年，不宜在变电站建筑物中使用。

2.2 压型钢板底模现浇板屋面

以压型钢板为底模，现场绑扎钢筋，浇筑混凝土作为屋面结构层，结构层之上为常规保温及柔性卷材防水层构造做法。优点：压型板易于搬运和架设，不需要另外架设模板及脚手架；屋面仍可采用常规防水构造形式、施工技术成熟。缺点：现场有湿作业，现场敷设屋面上部和下部钢筋，钢筋工程工作量较大，存在混凝土工程与钢结构工程交叉作业问题。

2.3 钢筋桁架楼承板屋面

屋面结构层以上保温、防水构造做法与普通现浇混凝土屋面一致。钢筋桁架楼承板钢筋在工厂加工成钢筋桁架，与镀锌钢板在工厂焊接成一体，组成一个在施工阶段能够承受混凝土自重及施工荷载的承重构件。在施工现场，钢筋桁架楼承板直接铺设在钢梁上，通过简单钢筋绑扎固定，便可浇筑混凝土，形成屋面结构层。

浇筑屋面混凝土不需要架设模板及脚手架，底部镀锌压型钢板作模板使用，钢筋桁架为结构受力钢筋，故结构面层不必考虑防火喷涂及防腐维护等问题。现场钢筋工程工作量很小，但仍然存在混凝土工程与钢结构工程交叉作业问题。

3 外墙面形式

装配式变电站外墙面形式常用的有金属面夹芯板、AS装配式墙板。

3.1 金属面夹芯板

金属面夹芯板是内外两层金属板材与岩棉或聚氨酯等绝热芯材粘接复合的自支撑复合板材，俗称“三明治板”。金属面夹芯板按金属板材料和夹芯保温材料分类，品种多样，如铝镁锰岩棉板就是以铝镁锰板为面板、以岩棉为绝热芯材粘接复合而成的夹芯板。

金属板材质常用有：铝镁锰板、镀铝锌板、普通彩钢板，对应正常使用年限分别为50、25和15年。

夹芯绝热材料目前常见有两类，一类是泡沫塑料类材料，如硬质聚氨酯泡沫（PU）、模塑聚苯乙烯泡沫（EPS）、挤塑聚苯乙烯泡沫（XPS）等，另一类是无机纤维类材料，如岩棉（RW）、矿棉(SW)、玻璃棉(GW)等。

耐火性能上，无机纤维类材料夹芯板耐火性能好于泡沫塑料类夹芯板，如50 mm厚的岩棉板夹芯板耐火极限可以到61 min，而100 mm厚的模塑聚苯乙烯泡沫板耐火时间只有38 min，硬质聚氨酯泡沫板比模塑聚苯乙烯泡沫板略好为44 min[1]。

保温性能上，泡沫塑料类材料性能好于无机岩棉类材料，以50 mm厚度为例，规范要求几种夹芯板传热系数不大于如下数值[2]：硬质聚氨酯泡沫0.45 W/(m2·K)、模塑聚苯乙烯泡沫 0.68 W/(m2·K)、挤塑聚苯乙烯泡沫 0.63 W/(m2·K)，岩棉 085 W/(m2·K)、矿棉 0.85 W/(m2·K)、玻璃棉 0.9 W/(m2·K)。

总体而言，金属夹芯复合板保温性能好，重量轻，安装简便，可以根据不同使用需求选用各等级产品，是理想的装配式建筑维护材料。

3.2 AS墙板

AS装配式墙板也称纤维混凝土轻型高强方孔建筑墙板，是水泥、无机质纤维等混合料经挤压、蒸压养护而成。板材防火性能好，耐久性较好，但自身保温性能较差，当作外墙材料时，需将保温材料现场进行复合，构件自重也大。综合来看，装配建设程度比金属复合板低。

4 内墙面形式

内墙板面常见做法有：“三层石膏板+乳胶漆”“三层石膏板+金属波纹板”“轻质实心条板+乳胶漆”和“金属面绝热夹芯板”等形式。

4.1 三层石膏板+乳胶漆

这种为常规内墙面做法，以三层12 mm厚的防火石膏板为基层，刮腻子，刷乳胶漆。优点是价格便宜，工艺成熟，满足防火要求，后期扩建或改造墙面开槽布线简单。缺点是需现场刮腻子、刷乳胶漆等工艺，存在湿作业等不利影响，并易产生粉尘，施工进度慢。

4.2 三层石膏板+金属波纹板

这种做法是在三层12 mm厚石膏板外贴镀铝锌波纹板，可满足防火要求，并避免现场粉刷湿作业。内饰金属波纹板可选取竖向或横向布置方式。缺点是是造价略高，内饰金属板因其波纹的特点，存在与墙面开关面板贴合度不高、电气开孔处封堵不严密等问题。后期变电站改造扩建时，墙面开槽、开孔布线的处理比较困难。

4.3 轻质实心条板+乳胶漆

轻质实心条板是以水泥、EPS聚苯乙烯泡沫颗粒、粉煤灰等轻质材料一次成型的一种轻质节能板材，经济实用，施工工艺成熟，优点明显。缺点是墙面需刮腻子、刷乳胶漆，条板接缝处后期易出现裂纹。

4.4 金属面绝热夹芯板

金属面绝热夹芯板作为内墙材料，具有同外墙面一样安装方便快捷、无湿作业等优点。根据面板材料不同，常见的有两种类型：一种是普通彩钢夹芯板，价格适中，但防腐性能较差，螺栓连接处易锈蚀；另一种是镀铝锌夹芯板，防腐性能较好，但价格偏高。

5 装配式建筑应用情况

已建成的装配式变电站建筑，主体结构采用了钢框架或门式刚架两种形式，两者在投资、施工进度方面相差不大，综合单价较传统现浇钢筋混凝土框架结构高约30%。

屋面形式以压型钢板底模现浇钢筋混凝土板为主，少量工程采用钢筋桁架楼承板、镀铝锌复合岩棉板形式。压型钢板底模现浇板、钢筋桁架楼承板屋面存在湿作业，但施工工艺成熟，渗漏风险较小。镀铝锌复合岩棉板屋面安装都是由外省专业厂家完成，成本较高，若大面积推广应用，普通建安队伍的安装质量参差不齐，装配式建设质量不易把控。

外墙面形式以铝镁锰板（外板为0.8 mm厚铝镁锰板、内板0.5 mm厚镀铝锌板，中间夹50 mm厚岩棉或聚氨酯）、镀铝锌彩钢板（双层0.6 mm厚镀铝锌板，中间50 mm厚夹岩棉聚氨酯）为主，个别工程采用AS板。外墙面材料价格差别较大，对建筑物总体投资影响也较大。镀铝锌板防腐性能不如铝镁锰合金板，价格也低。根据2016年建成的农网变电站调研结果，同是采用110 kV C-8方案的变电站，按建筑面积折算，镀铝锌岩棉夹芯板、铝镁锰岩棉夹芯板平均单价分别为737元/㎡、1 023元/㎡，但相比镀铝锌岩棉夹芯板25年的正常使用寿命，铝镁锰夹芯板可达50年，考虑全寿命周期费用，铝镁锰岩棉夹芯板仍有优势。AS水泥纤维板单价最高，单价1 250元/㎡，安装也较铝镁锰夹芯板复杂，不具优势。

内墙面四种方案都有应用，根据建筑面积折算单价如下：“轻质实心条板+乳胶漆”方案为220元/㎡，彩钢岩棉夹芯板方案为354元/㎡，“三层石膏板+乳胶漆”方案为350元/㎡,“三层石膏板+金属波纹板”方案为517元/㎡。“轻质实心条板+乳胶漆”内墙面做法成本优势明显，但有个别工程中因接缝处理不到位引起后期墙面开裂的情况。

整体来看，装配式建设方案相比于常规钢筋混凝土框架结构现浇方案，一次性投资高25%～40%，但建设周期可缩短约30%，现场作业尤其是湿作业大幅度减少，安全文明施工水平大幅度提升，质量通病问题明显减少，且建筑材料可回收利用，体现环保节能理念，综合效益好。随着变电站装配式建设规模性推广应用，适用于装配式建筑的复合板材价格进一步降低，施工现场人工成本进一步减少，装配式建筑的成本优势将越来越明显。

6 结语

装配式建筑技术日渐成熟，但变电站建筑工程由于单体工程量很小，工程建设地点往往较为偏远，装配式建设技术方案选择必须综合考虑现阶段的建筑材料情况、当地施工技术水平等因素。建议现阶段湖北地区装配式变电站建筑物主体结构采用普通钢框架结构，屋面可采用压型钢板底模现浇板或钢筋桁架楼承板形式，外墙面采用铝镁锰板岩棉板，内墙面采用“水泥纤维板刮腻子+乳胶漆”方案。后续可持续关注建筑材料发展和区域内装配式施工技术提升情况，进一步改进屋面、内墙面做法，以降低工程投资，真正实现变电站建筑全装配式建设的理念。

[参考文献]（References）

[1]何国山，潘永红，李晓增，等.几种金属面夹芯板的耐火测试[J].消防科学与技术，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建筑用金属面绝热夹芯板[S].北京：中国标准出版社，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.