500kV智能变电站常规式与装配式建筑方案比较

唐 亮，杨 牧

(1.中南电力设计院有限公司，湖北 武汉 430061；2.长江勘测规划设计研究院，湖北 武汉 430010)

500kV智能变电站常规式与装配式建筑方案比较

唐 亮1，杨 牧2

(1.中南电力设计院有限公司，湖北 武汉 430061；2.长江勘测规划设计研究院，湖北 武汉 430010)

装配式变电站作为变电站建设的一种新模式已开始迅速发展，本文基于湖北省内首座500 kV智能变电站——卧龙500 kV变电站为例，通过对其常规式与装配式建筑方案进行介绍、对比与分析，总结出装配式建筑方案的一系列长处及短板，并探讨了随着工业化程度的提升及人力成本的增加这些短板终将被补齐。本文所涉及的装配式建筑方案相关做法及经验，对国内部分变电站工程的设计也有一定的借鉴作用。

装配式；常规式；建筑方案；对比。

随着全国各行业工业化水平的整体提升，电力行业内部也愈发重视相关领域的研究与应用。近年来，为贯彻国家电网公司推进电网建设创新变化的需求，为推进基建标准工艺实现“两型一化”(环境友好型、资源节约型、工业化)的新尝试，多个省份已在实际项目中开启了变电站装配式建筑建设的探索之旅。卧龙500 kV变电站是湖北省内首座500 kV装配式智能变电站，我院有幸参与设计并有此机会根据所积累的资料做一定的分析与总结。

1 工程概况及设计历程

1.1 工程概况

卧龙500 kV变电站坐落于湖北省襄阳市襄州区古驿镇赵营村，南距襄阳市区约25 km，站址海拔97.5 m。本期规模1000 MVA主变压器2组，500 kV出线4回，分别至南阳南2回、樊城2回，220 kV出线6回，每组主变低压侧安装2组60 Mvar低压并联电容器和2组60 Mvar低压并联电抗器。

变电站的建筑物共包含主控通信楼、站用电室主变及220 kV继电器和消防泡沫间小室、500 kV第一继电器小室、500 kV第二继电器小室等4栋建筑物，总建筑面积为1063.2 m2。其中主控通信楼与站用电室主变及220 kV继电器和消防泡沫间小室均为包含有多个房间的组合式建筑，两座继电器小室均为单个房间独立式建筑，因此特于每种类型中挑选一栋典型建筑进行分析，本文的研究对象遂选取主控通信楼与500 kV第一继电器小室。

1.2 设计历程

本工程首轮方案中建筑物依照惯例选用了已趋成熟的常规式做法。后期，湖北省电力公司经多番考量及商榷，为配合全省范围内推广装配式变电站的战略目标，遂决定将卧龙500 kV变电站按照全预制装配式变电站进行设计，让其成为拉开湖北省装配式变电站标准化建设革命的序幕。因此机缘，我院得以就同一工程分别做了两套详细的方案，掌握大量的设计资料，亦为本文将两种方案进行比较性的分析提供了前提条件。

2 建筑方案简介

2.1 方案总体介绍

主控通信楼为整座智能变电站内最为主要的生产建筑，其平面呈“一”字型布局，选址位于站内辅助生产区内，采用单层布置，平面轴线尺寸为24.7m×14.1 m(长×宽),建筑面积约为365 m2，层高为4.2 m。因卧龙变电站属于智能变电站，无需大量人员于站内值守运行，故主控通信楼内功能房间的组成较为简单，包含有通信及二次设备室、主控制室、蓄电池室、工具间、值班室、会议室、卫生间等房间。

500 kV第一继电器小室，平面呈“一”型布局，选址于500 kV配电装置区域内，单层布置，平面轴线尺寸为17.4 m×7.4 m(长×宽), 层高为4.2 m，建筑面积为135.1 m2。

2.2 常规式方案介绍

卧龙变电站常规式方案结构形式为钢筋混凝土框架结构，基础、柱、梁、屋面板等主要结构构件选用C30混凝土，其余零星构件选用C25混凝土。各结构构件之间通过现浇形成刚性连接。

建筑其它做法如下：

(1)外墙及内墙填充材料分别选用A7.5、A5.0加气混凝土砌块，装饰材料分别为优质面砖及内墙乳胶漆，墙体保温层为30 mm厚硬质岩棉板保温层；

(2)屋面做法为50 mm厚钢筋混凝土保护层+双层1.5 mm厚三元乙丙卷材防水层+30 mm厚硬质岩棉板作为保温层+现浇钢筋混凝土屋面板，通过材料找3%坡；

(3)顶棚则有暗架式铝合金穿孔板吊顶、轻钢龙骨纸面石膏板吊顶、铝合金方形扣板吊顶、内墙乳胶漆等多种做法；

(4)电磁屏蔽措施为墙体内侧衬Φ4 mm@50 mm×50 mm镀锌焊接钢丝网屏蔽层，屋面采用现浇钢筋混凝土屋面板底衬Φ4 mm@50 mm×50 mm镀锌焊接钢丝网屏蔽层，地面采用现浇钢筋混凝土内夹Φ4 mm @50 mm×50 mm镀锌焊接钢丝网屏蔽层，所有屏蔽网之间相互焊接形成封闭六面屏蔽体，门采用复合钢板屏蔽门。

2.3 装配式方案介绍

卧龙变电站装配式方案结构形式采用单层钢框架结构，其框架梁柱及次梁均采用Q345－B号钢材。框架梁与框架柱之间的连接采用刚性连接，而次梁与主梁则采用铰接的形式进行连接。建筑的其它做法如下：

(1)±0.000 m以下的墙体采用240 mm厚蒸压灰砂砖，±0.000 m以上的外墙采用复合装配式夹芯板。此种复合墙体靠室外一侧为50 mm厚岩棉夹芯板(单层XRW板与单层AURORA板内夹岩棉组合而成)，中间层为50 mm厚岩棉卷毡，靠室内一侧为特级耐火纸面石膏板。墙板为水平横置式条形板，板宽模数为1 m，长度可按需进行任意裁切，其通过自攻螺钉与竖向墙体檩条进行连接。±0.000 m以上的内墙采用100 m厚轻钢龙骨特级耐火纸面石膏板。(双面耐火纸面石膏板内填100 mm厚防火岩棉组合而成)。

(2)屋面为倒置式防水隔热屋面，从上至下次为50 mm厚钢筋混凝土保护层、25 mm厚挤塑聚苯乙烯保温隔热板，1.5 mm厚自粘高聚物改性沥青防水卷材+1.5 mm厚合成高分子防水涂膜、压型钢板底模现浇钢筋混凝土屋面板，通过钢屋架结构找3%坡。

(3)全站建筑物顶棚均采用暗架式铝合金穿孔板吊顶，并保证与灯具与通风口等协调布置。

(4)装配式建筑物的屏蔽方案直接利用外墙已有的波纹金属板作为电磁屏蔽层，地面垫层内附加电磁屏蔽网并于端部处上翻，通过墙根处的Z型角钢与墙面的波纹金属板连接成整体。屋面同样利用已有的压型钢板底模作为电磁屏蔽层，并在梁顶处通过L型包边与墙面的波纹金属板进行连接，以此将整座建筑连接成为一个闭合的六面屏蔽立方体。

3 两种方案比较

因两种方案建筑平面布局完全一致，此部分内容不再赘述。下文将从功能性的满足、造型处理、节能环保、经济性、建设工期五个方面进行比较研究。

3.1 功能性的满足

工业建筑设计的首要原则是满足上游专业所提的工艺需求，主控楼及继电器小室每个房间的面积均已有所规定，建筑专业按功能要求将上述房间进行排列组合以整理出合理的布局方式。下面将对两种不同类型方案如何满足功能性的需求加以比较。

3.1.1 空间划分的灵活度

钢筋混凝土框架结构的施工方式为现场全现浇模式，所以其在空间分隔时受到制约较小，开间和跨度在合理范围内均可以按需设置，结构布局可轻松满足主控通信楼及继电器小室的房间布置需求。此外，作为饰面层涂料以及面砖的施工均不受结构框架布局的影响，整个方案的空间划分灵活度极高。

单层钢框架结构需在工厂按照设计尺寸进行预制，再运至现场进行安装。由于尺寸在合理范围内的钢构件预制技术已很成熟，所以结构本身对空间划分的限制作用并不明显。在进行外立面板材选择时有横板与竖版两个待选项，板材宽度均以1 m为模数定制，如若采用竖板则板材尺寸无法配合门窗位置调整成压型钢板型材模数尺寸，因此只能选用横板的模式。由此可见，装配式方案如若要优先满足空间划分的需求，建筑本身则需要在多样性上做出相应舍弃。

3.1.2 空间利用率

在建筑平面布局和轴网尺寸一致的前提下，笔者将两种方案空间利用率的统计数据进行了比较，参见表1。

表1 面积利用率统计

从表1中可以看出，主控通信楼及继电器小室在空间利用率上装配式方案分别优出3%及1%。装配式方案采用的轻型钢结构不仅较钢筋混凝土结构梁柱截面更小、其围护墙体也比一般砖墙更为轻薄，因此可以节省出更多的空间以供使用。

3.2 造型处理

3.2.1 外立面造型

装配式方案外墙面采用复合夹芯板，颜色为浅灰色，板材间横向拼接。窗户设计为茶色玻璃竖条形落地窗，等距离间隔排列。建筑整体配色典雅大方，墙板与窗户之间形成强烈的横竖对比，条板与条窗间隔布置形成富有韵律的虚实对比，视觉效果突出。

常规式方案外墙面采用白色小尺寸面砖贴面，窗户为单个方形小窗均匀分布，整体造型延续工业建筑一贯简洁、克制的风格，视觉效果较为平淡。

可以看出装配式方案在采用新材料新工艺的契机上，对建筑立面造型的处理也做了一些新的尝试，通过一些简单而有效的对比手法创造出一种更具现代建筑气息的立面风格，对工业美学也做出了更好的阐释。

3.2.2 室内装修效果

装配式方案室内墙面采用的为纸面石膏板，顶棚为铝合金穿孔吊顶板。常规式方案室内墙面采用的为内墙乳胶漆，顶棚为铝合金穿孔吊顶板。两种方案在室内装修效果上基本一致。

3.3 节能环保

通常来说建筑物的节能环保主要体现在对建材资源的耗费程度、保温隔热效果、对环境的影响程度等方面。

3.3.1 主要建材的耗费量

装配式方案所涉及的建筑材料主要有钢柱、钢梁、檩条、外墙板、内墙板、屋地板等，各部分用量详见表2。

表2 装配式方案主要建材统计

常规式方案所涉及的建筑材料主要有钢筋混凝土框架、钢筋混凝土零星构件、钢筋、外墙板、内墙板、屋地板等，各部分用量详见表3。

表3 常规式方案主要建材统计

依据以上数据计算得出装配式方案中两栋建筑总共耗费钢材40.45 t，墙板按厚度100 mm折算之后总体积为81.64 m³，混凝土体积为999.44 m³。常规式方案中两栋建筑总共耗费钢筋42.29 t，砌体墙191.40 m³，混凝土约为1110.01 m³。通过图1的对比可明显看出，装配式方案的主要材料耗费量均略低于或明显低于常规式方案，由此可以说明装配式方案在减少建筑材料等资源的消耗方面具有更大的优势。

图1 主要建材耗费量对比图

3.3.2 保温隔热效果

装配式方案墙面起保温作用的主要材料为50 mm厚岩棉板+50 mm厚岩棉卷毡，屋面保温材料为25 mm厚挤塑聚苯乙烯保温隔热板。常规式方案墙面起保温作用的主要材料为30 mm厚岩棉板+250 mm厚加气混凝土砌块，屋面保温材料为30 mm厚岩棉板。窗户均采用的断桥铝合金双层玻璃窗。

从构造做法上可以看出两种方案的保温隔热性能差异主要体现在墙体上。岩棉的导热系数约为0.04 W/(m·K)，加气混凝土砌块的导热系数约为0.09 W/(m·K)，结合材料厚度计算得出常规式方案的墙体热阻要明显大于装配式墙体，在保温隔热性能上常规式方案具有更大的优势。

3.3.3 对环境的影响程度

常规式建筑方案现场施工涉及到混凝土现场浇筑、墙体现场砌筑、面砖镶贴等大量的湿作业环节，不仅产生了废水、固体废物等垃圾，还会出现大量的粉尘污染空气。而装配式方案因构件多数已在工厂组装好，现场只需进行简单的拼接及安装，故而施工方便、湿作业的工作量少，对环境造成的负面影响较小。此外，装配式方案所采用的钢材等建筑材料可以实现全寿命周期的回收利用，也符合当下环境友好的理念。

3.4 经济性

实际工程中，方案的经济性是需要纳入重点考虑范畴的指标之一。建筑工程费、设备购置费及人工费是工程建设费用的主要组成部分，本文将就这三项费用进行对比与分析。

表4 建筑工程概算统计表 (单位:万元)

通过表4中经济性的比较，可明显看出装配式方案比常规方案建筑工程费高出约24%左右，主要是由于装配式方案所需的梁柱、墙板等都是需在工厂进行过预制及初步组装的半成品，费用相对较高，其次建筑材料和使用的机械费用也相对高昂。设备购置费为给排水、通风、照明等设备购置的费用，两种方案对设备的需求一致所以该费用持平。人工费上常规式方案较装配式方案高出约15%左右，装配式方案因施工现场只需完成预制构件的组装及少量混凝土浇筑的工作，现场施工的作业量较常规式方案大为减少，与此同时现场的机械化施工手段也有助于缩短施工周期，以上因素联合作用共同缩减了装配式方案中人工费用的支出。

3.5 施工周期

卧龙变电站装配式主控通信楼及继电器小室的土建施工分别历时46天和33天，而一般相同规模的常规式传统施工方案耗时则分别约需70天和60天。实践验证，装配式方案确实在压缩施工周期方面具有更为明显的优势。

4 结论

通过此次工程设计过程中所积累的经验及教训，现总结出装配式建筑方案的设计要点，分列如下：

(1)优先满足工艺专业的相关需求；

(2)结合平面布置方案合理制定预制构件的模数，确保提供最大的空间利用率；

(3)尽量规避造型设计时因模数化所带来的限制，通过巧妙的处理手法创造出更为美观现代的外立面造型；

(4)关注围护结构的保温隔热性能，进一步探索如何降低建筑能耗。

基于此次卧龙500 kV变电站工程对于装配式方案的尝试，并通过与常规式方案进行一系列比较，可以总结出装配式方案的优缺点。装配式方案建筑用材较省，各构件尺寸较小，在一定程度上节约了使用空间，其采用预制半成品现场组装的施工模式不仅使得工程质量更易于掌控，也节省了现场施工时间和人力资源的耗费，施工现场对环境的污染也有所减轻。但目前仍存在一些问题，例如造价相对偏高、空间划分及造型灵活度有所欠缺等等。相信随着工业化水平的进一步提升，预制构件可以更为多样化以灵活地满足设计需求，与此同时，随着人力成本的逐步抬高，耗费较少人力的装配式方案造价偏高的弱势将会越来越小，最终趋于平衡。

[1] 肖向东，等．预制装配式变电站设计和建造技术研究[J]．建筑技术，2008，39(12)．

[2] 史继宁．变电站土建设计要点及优化策略研究[J]．科学之友，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，硕士，工程师，从事变电工程设计和研究。