变电站土建模块化设计方案研究

陆峰

中国能源建设集团新疆电力设计院有限公司830006

1、传统变电站建设模式伴随绑扎钢筋、立模、拌制混凝土、浇筑、养护、砌筑等工序，存在着施工现场噪声大、粉尘多、施工周期较长，施工质量受施工队伍水平影响大等问题，愈来愈不适应社会发展的要求。

变电站模块化建设是变电站建设的一场革命,推进现场机械化施工,减少劳动力投入，降低现场安全风险,提高工程质量，使变电站建设走向科技含量高，资源消耗少，环境污染低，精细化建造的道路。

2、模块化建设原则和形式

土建专业模块化建设方案的实施是满足电气专业需求,采用标准化结构型式、模数化结构尺寸、通用化衔接节点，高效稳定地实现工厂化加工及现场装配式建设。

单层建筑可采用轻型门式刚架结构或钢框架结构;多层建筑可采用钢框架结构;围护结构可采用装配式墙体。围墙、防火墙等构筑物可采用装配式组合墙板体系;构支架可采用钢结构，基础采用螺栓连接;设备基础宜采用标准钢模或通用基础。

3、建筑物模块化建设方案

建筑设计按无人值守运行变电站要求，合理配置生产用房，按工业建筑标准设计，统一标准、统一模数，采用钢结构装配式方案。

轻型门式刚架结构主要应用适用于单层工业厂房、变电站的35(10) kV配电装置室、主控通信室等。轻型门式刚架结构由刚架柱、斜梁、支撑、檩条、系杆、山墙骨架组成。它具有受力简单、传力路径明确、构件制作快捷、便于工厂化加工、施工周期短等特点。

钢框架结构主要适用于屋面恒活荷载、风荷载较大，台风、重污染地区单层工业厂房、多层工业厂房、变电站的生产综合楼、配电装置楼等。钢框架结构由H型柱、钢梁、联系梁组成，柱和主梁的连接方式为刚接，次梁和主梁的连接方式为饺接连接。

对于钢结构建筑物外墙维护结构,钢框架结构外墙材料宜采用压型复合钢板或纤维水泥板（FC板）复合墙体;轻型门式刚架结构外墙材料宜选用压型钢板复合板。纤维水泥加压板复合墙体符合国家电网提倡的全寿命周期变电站设计要求，在使用过程中合理维护，整栋建筑设计使用年限可达60年，是较为经济的外墙建材。

4、构筑物模块化建设方案

变电站构筑物的模块化建设范围包括围墙、防火墙、电缆沟、构支架、设备基础。通过统一围墙、防火墙、电缆沟、构支架等构筑物类型、结构形式，形成标准化预制构件，实现工厂规模化生产;通过规范设备基础尺寸模数，达到标准化设计和施工，提高施工工艺;编制标准设计，提高工程建设效率、工艺水平、安全质量。

4.1围墙

装配式围墙有以下几种形式:预制混凝土柱加预制墙板实体围墙、型钢柱加预制墙板实体围墙。

(1）墙柱选择

墙柱分为预制混凝土柱和型钢柱。预制混凝土墙柱其优点是柱与墙材料统一、美观，结构可靠，较钢柱抗腐蚀性好;其缺点是混凝土柱较重，运输吊装较为麻烦。型钢柱其优点是制作简单，重量较轻，便于运输吊装;缺点是钢柱需做好防腐措施，型钢柱与墙体色泽不统一。

(2）墙板选择

常用墙板主要有:预制混凝土实心板、ALC板(蒸压轻质加气混凝土板)、FC板(纤维水泥板)、水泥基墙板。

预制混凝土实心板加工制作简单,但自重较大,运输和安装都比较困难，也不够经济。

ALC板(蒸压轻质加气混凝土板)ALC板是以粉煤灰（或硅砂)、水泥、石灰等为主原料，经过高压蒸汽养护而成的多气孔混凝土成型板材(内含经过处理的钢筋增强)。ALC板作为墙体材料，是一种性能优越的新型环保节能建材。其主要优点有:容重轻、强度高、耐火性优良、抗震性优越、隔音性好、耐久性好、施工方便、绿色环保、抗冻性优良、抗渗性优良、干缩性较小。主要缺点:运输路途需要加强成品保护。

FC板是以纤维、水泥为主要原材料，配以其他辅料，经制浆、抄取、加压、养护等工序生产而成的一种新型环保建筑材料。主要优点:防火性能好、抗震性能、隔声效果好、施工快速、轻质高强、绿色环保。主要缺点:结构成型现场有二次浇注作业，需要进行批涂腻子后喷涂料，有二次外装修工作量。

水泥基墙板，是由水泥及其他填充材料为主要原材料，配以其他辅料，经制浆、抄取、加压、养护等工序生产而成的一种新型环保建筑材料。主要优点:外观好（无需粉刷)、抗震性能、施工快速、轻质高强、绿色环保。

经比较分析，墙板易选择水泥基墙板，其板材为不燃材料，双板复合防火性能>4h;施工速度快，采用工厂预制和现场组装的施工方法，湿作业少，施工工期短;外形美观、表面平整，特有的清水混凝土色简约厚重，无需做二次涂刷，立面稳重、大方、持久;抗老化耐候性好。

4.2 防火墙

目前变电站主变防火墙主要为框架填充墙式、现浇混凝土板式和预制混凝土板装配式。

框架填充墙式即混凝土框架清水砌体防火墙,其做法一般是先浇筑混凝土基础和框架梁柱，再砌筑填充墙体。此种做法需混凝土框架达到设计强度后才能拆除模板以及进行填充墙的砌筑，再加上对墙体的工艺要求较高，所以其施工工期较长，一般需要1~1.5月。现浇混凝土板式防火墙的做法通常是先浇筑混凝土条形基础，然后对墙身钢筋混凝土面板一次性浇筑施工。此法的混凝土施工量较大，施工要求较严，施工工期也较长。

综合比较采用ALC板，耐火时间大于 3h，满足防火墙的防火要求，施工方便，再外加混凝土防护以加强结构耐久性。

4.3电缆沟

电缆沟按照模块化建设原则，由工厂预制加工、现场组装，电缆沟的布置应在满足安全及使用要求下，力求最短线路、最少转弯，可适当集中布置，减少交叉。

无机复合材料电缆槽盒主要由氧化镁粉，玻璃纤维，无机树脂及改性剂经过混料，成型，模压，固化后制成。地面电缆槽盒包括电缆槽盒、盖板及槽盒固定隔板、电缆槽盒固定支架。槽盒采用无机复合材料固化制作能抵各种环境侵蚀。

电缆槽盒设计简单，采用标准模数化尺寸，工厂加工方便快捷。电缆槽盒安装不受气候条件影响，安装周期短，采用人力和机械相结合的方式，槽盒所有的组装均采用螺丝铆连，现场无焊接，无湿作业。

4.4构支架及基础

目前变电站构、支架一般均采用钢结构构架，其受力明确，能够充分发挥钢材的力学性能,且外观较好,拆除时刚才可回收利用,属于绿色可循环材料。构支架各杆段间使用法兰连接，通过螺栓固定，所有焊接部位均在加工厂焊接完成，钢结构施工现场为无焊接工程，施工速度快。

构支架基础采用现浇混凝土基础,基础与构支架采用地脚螺栓采用连接，现场安装无二次湿作业。

4.5设备基础

主变基础、HGIS基础和GIS基础等大型设备基础，对沉降十分敏感，一般采用现浇混凝土筏板基础，上部设置混凝土支墩。施工时可采经久耐用、周转次数高的钢模板，提高施工效率和施工工艺水平。基础设计时应采用常用的模数制,以满足通用钢模板使用要求,基础长度以300mm为一个进位,宽度以50mm为一个进位，在使用钢模板时可以根据需要进行拼装，灵活布置以满足各种工况的要求。

4.6小型基础

端子箱、检修箱、灯具基础等小型基础宜采用预制混凝土壳式基础，各种尺寸可采用工厂预制。采用工厂化预制的小型基础，质量稳定，施工方便，且现场无湿作业。小型设备基础与顶面的连接可以采用预埋钢板或预留地脚螺栓均可实现。

5、结语

模块化建设变电站在土建设计中大量采用预制装配式建筑结构,相比与传统现浇钢筋混凝土结构而言，装配式建筑具有现场湿作业少、建设工期短、工程质量较高等特点，最大程度的实现了具有“标准化设计、工厂化加工、模块化建设”特征的变电站建设模式。目前模块化建筑较传统建筑还存在造价偏高等问题，具体实施时应根据工程实际条件，因地制宜，就地取材，采取区域化集中招标、配送、安装，逐步降低机械和材料费，并总结一批典型设计、典型材料、典型加工工艺的经验，逐步推广，以降低工程造价。

作者简介：陆峰 1976年2月 男 江苏省苏州市 汉 本科 设计师工程师 中国能源建设集团新疆电力设计院有限公司 研究方向：电力设计土建