电气设计中电缆绿色桥架的选型分析

邵 頲，徐沪安，何佩旖（.上海华健工程建设咨询有限公司， 上海 0004；.上海申捷管业科技有限公司，上海 070）

电缆桥架，属于在电气工程中应用普遍且用量大的一类产品。经过了数十年的发展，电缆桥架已经从传统的平板型，经过了高强度节能桥架的升级改型后，现在已经发展到了新一代的绿色桥架。从生产制造、工艺处理、长寿命运行和节能环保等方面，性能优势明显，对绿色建筑性能的体现发挥了更大作用。本文拟结合新编制的上海市绿色建筑协会团体标准《民用建筑电气绿色设计应用规范》（送审稿），对相关的性能参数和设计要求做一些分析，供设计同行们参考。

1 电气绿色设计及绿色桥架

在《民用建筑电气绿色设计应用规范》（送审稿）术语章节中，提出了电气绿色设计、电气绿色设计产品和绿色桥架的概念。限于篇幅，摘录后两个术语的含义如下。

电气绿色设计产品（electric green design products），按照全寿命期理念，在设计开发阶段系统考虑原材料获取、生产制造、包装运输、使用维护和回收处理等各个环节对资源环境造成的影响，力求产品在全寿命期中最大限度降低资源消耗、尽可能少用或不用含有有害物质的原材料，减少污染物产生和排放，从而实现达到环境保护目的的电气产品。

绿色桥架（green cable tray），生产过程及工艺处理低碳环保，部件结构优化，材料节省显著的同时能满足电缆敷设的机械强度和荷载能力，散热条件良好、电缆传输能耗降低和使用寿命长的钢制桥架。（从严格意义上，绿色桥架也应该包括非钢制的满足绿色性能的桥架，但基于上海民用建筑市场钢制桥架占绝大多数，故仅讨论钢制桥架范畴。）

绿色设计产品的理念，来源于 GB/T 23686-2018《电子电气产品的环境意识设计》、GB/T 24001-2016《环境管理体系要求及使用指南》、GB/T 32161-2015《生态设计产品评价通则》等规范要求，以产品的绿色制造为最终体现，实现供给侧结构性改革，侧重产品全寿命周期的绿色化。电气设备类产品，主要可参照 GB/T 34664-2017《电子电气产品生态设计评价通则》的具体要求。产品绿色化，是综合分析产品从原材料选用、生产、销售、使用、回收和处理等全寿命期的各环节对资源环境造成的影响，做到对能源资源消耗最低、生态环境影响最小和可再生率最大。同时，要求生产企业的污染物排放状况、产品质量性能、节能降耗水平和生产工艺先进性等，达到国家及行业标准要求。为贯彻落实绿色发展方针，国家工业和信息化部等有关部委在绿色机电产品的设计、制造和检验测试等方面，不断加强政策引导，开展绿色制造体系建设，在电子电气产品领域，颁布了一些绿色设计产品的评价技术规范，推动绿色设计产品评价工作，每年在工信部网站都会及时公布更新扩容的绿色设计产品标准清单。

2 绿色桥架主要性能

电缆桥架的发展历程，可以理解为经过了 3 个阶段。从早先的 20 世纪传统平板型电缆桥架开始，经过 21 世纪后高强节能型电缆桥架，桥架的节能节材等方面技术性能有了较大的提升，到现在绿色桥架的新产品问世，使桥架产品有了质的飞跃。绿色桥架不仅节能节材、刚度强度高，而且生产制造工艺环保、可持续回收无污染，使用寿命长久，更精准地符合目前绿色建筑各性能指标的含义。

2.1 力学性能

相比于传统的平板型桥架，绿色桥架的强度要高得多，原理在于其产品研发设计中，大幅提高了桥架矩形截面（桥架底板的截面为矩形）惯性矩。截面惯性矩是衡量截面抗弯能力的一个重要几何参数，计算公式如（1）所示。

式中：Ix—截面惯性矩，m4；

B—计算截面的宽度，即桥架宽度，mm；

h—计算截面的高度，普通桥架为板材厚度，绿色桥架为底板加强筋高度，mm。

传统平板型桥架时代，在桥架结构单一的大背景下，增加厚度是提高强度的唯一手段，h≤3 mm。绿色桥架中由于其特殊的模压结构（部分产品也采用加强筋设计等其他形式），使桥架的强度不再由板材厚度决定，通常h≥6 mm，可以大幅降低桥架的板材厚度。根据理论计算，绿色桥架的惯性矩至少是传统平板桥架的 8 倍以上。当然，受材料力学性能的制约，实际值可能与理论值存在偏差，但两者依然存在较大差异。

随着桥架行业的高速发展、生产思路的不断创新、生产设备的更新迭代，绿色桥架的大规模低成本生产已成为现实。

2.2 节材性能和绿色性能

绿色桥架采用了改变底部截面高度的方式或采取加强筋的方式等来提高桥架强度，于是桥架板材的厚度得以大幅度降低。

在 CECS 31-2017《钢制电缆桥架工程技术规程》中，对不同型式、不同规格的桥架厚度进行了规定，如表 1所示。

表 1 各类托盘板材最小允许厚度 单位：mm

由表 1 可知，对于同一宽度B的桥架，3 种结构（平板型、波纹底、模压增强底）的桥架，桥架的厚度差异巨大。

尤其对于大规格产品（桥架宽度≥600 mm），绿色桥架（波纹底、模压增强底等）能够极大程度降低用钢量。使用绿色桥架可以节约大量钢材，相当于节约了制造这些钢材所使用的铁矿石、煤炭、电力、生产用水、人力等资源和能源，以及减少了开采铁矿石和煤炭时对环境造成的破坏，减少了发电和生产钢材各个环节所排放的废气、废水和固体废弃物。用钢量越多，消耗的能源和资源就越多，排放的三废也就越多。波纹底桥架和模压增强底桥架之所以能满足绿色桥架的要求，主要在于其优越的绿色产品性能。

绿色桥架的诞生和推广应用，符合“双碳”国策。桥架行业规模巨大增速也较快，使用绿色桥架逐步取代传统桥架和节能桥架，其所带来的经济价值和社会价值，较为可观。

2.3 绿色桥架的耐腐蚀性能

传统桥架常见表面处理见表 2。

表 2 传统桥架常用表面处理方式

工厂化镀锌板因锌层薄，只适用于室内的干燥环境；粉末喷涂可以适用于室内环境，但由于塑粉之间通过共价键交联，导致耐候性不足，因此不能用于室外环境。对于室外环境或强腐蚀环境，传统工艺采用热浸镀锌，但浸锌工艺有高污染，对环境非常不友好，不属于绿色工艺。对于更强腐蚀的盐碱环境和超强腐蚀环境，要用到不锈钢材料，而传统型桥架若使用不锈钢，成本极高。

对于绿色桥架，表面处理上不采用热浸镀锌工艺，但可采用彩钢板材质或 VCI 双金属无极涂层工艺，以及更为昂贵的不锈钢材料。绿色桥架常用表面处理方式见表 3。

表 3 绿色桥架常用表面处理方式

彩钢板、粉末喷涂、VCI 双金属无极涂层这些表面处理方式，耐盐雾性能优异，生产过程对环境影响小，符合绿色工艺的制造标准。对于不锈钢桥架，不同牌号的不锈钢可以适用不同强度的高腐蚀环境。绿色桥架的节材属性可以较大幅度降低不锈钢桥架的成本，解决不锈钢桥架在应用时预算上的超额限制。

3 绿色桥架制造工艺及特点

3.1 结构生产工艺

绿色桥架的制造工艺主要体现在对桥架底板和侧板的结构加工，底板采用模压或辊压的方式提高其截面高度，侧板的加工也采用辊压成型机压出 Ω 型槽，提高侧板的抗弯性能，使桥架在施加荷载后不易失稳。模压和辊压工艺均采用流水线生产，质量稳定产能提高。

绿色桥架的模压和辊压工艺均采用工厂化连续生产，可以降低生产强度，提高生产效率。此外，材料板卷可以提前根据需要的桥架规格决定宽度，减少了传统桥架因剪板工序而造成的材料浪费。

3.2 预处理和后处理工艺

常见的预处理板材是热镀锌板和彩钢板。热镀锌板是指表面镀有一层锌的钢板，锌比铁活泼，可以通过牺牲阳极来保护铁免受腐蚀。彩钢板是以镀锌板为基板，经过表面预处理（脱脂和化学处理）后，用辊涂的方法，涂上一层或多层液态涂料，经过烘烤和冷却所得的板材。涂层本身可以隔绝水汽和腐蚀性气体，可以有效保护镀锌板。

后处理是指将桥架加工成型后，再用后处理的方式提高桥架的耐腐能力，从而提高桥架的使用寿命。常见的绿色后处理工艺有：静电粉末喷涂、VCI 双金属涂层。后处理之前的桥架通常为镀锌板、彩钢、不锈钢。不同的后处理适应于不同的使用条件，有各自的优劣势，如喷涂耐湿热而不耐紫外线；VCI 双金属涂层抵挡盐雾的能力强，但不耐磕碰。

4 不同桥架产品的性能指标对比分析和选型

3 种桥架产品的性能指标对比见表 4。

表 4 三种不同桥架产品性能指标对比情况

鉴于上述分析，笔者认为，在电气绿色设计中，绿色桥架的选型应用，应从全寿命周期角度，贯彻安全可靠、经济、低碳低耗、健康舒适的理念，重视可回收可持续的发展理念。具体有以下几个注意要点。

（1）桥架选择应按照荷载要求，结合强度、刚度、稳定性等条件，满足安全原则前提下节约材料。

（2）绿色桥架的选用，应考虑全寿命周期内电缆的安全运行及美观因素；绿色桥架及其支架，在规定的使用环境和负荷条件下，宜与承载的电线电缆同寿命。

（3）绿色桥架表面处理方式的选择，应根据工程环境条件、重要性和技术经济比较等因素，并考虑产品的使用寿命等特性。

（4）绿色桥架的节材率，应符合现行 GB/T 23639-2017《节能耐腐蚀钢制电缆桥架》的规定，一星级绿色建筑应为 20 %，二星级应不低于 25%，三星级宜为 30%。

（5）民用建筑各场所中不同用途的桥架，宜通过标识来区分。

5 结 语

电缆桥架产品，看似平常普通，实则蕴含技术要求高，含金量不少。要制造出符合绿色性能要求的高质量产品，需要注重选材、工艺、安装、运维等各方面的细节，精益求精，不断研究提高。可喜的是，已有一些企业走在了行业的前列，开发生产出了绿色桥架产品；可幸的是，设计师及建设各方，在项目实施中，也有了选型的方向。绿色发展的理念，需要我们一起，一步步通过实践落实贯彻好，为高品质的绿色建筑，提供更美好的工作、学习和生活环境。