變電站建筑裝配式建設(shè)方案探討

黃振喜，徐光彬，周秋鵬

（1.國網(wǎng)湖北省電力公司，湖北 武漢 430077；2.湖北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430040；3.國網(wǎng)湖北省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，湖北 武漢 430077）

0 引言

隨著建筑技術(shù)發(fā)展以及工程建設(shè)安全、環(huán)保、節(jié)能要求不斷提高，建筑物采用裝配式建設(shè)已成趨勢(shì)。國務(wù)院2016年提出力爭(zhēng)用10年左右的時(shí)間，使裝配式建筑占新建建筑面積的比例達(dá)到30%。國家電網(wǎng)公司也在積極創(chuàng)新工程建設(shè)模式，提出“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化加工、模塊化建設(shè)”，全面提高建設(shè)質(zhì)量和效率。國網(wǎng)湖北省電力公司依托新技術(shù)課題進(jìn)行了多年的變電站建構(gòu)筑物裝配式建設(shè)研究，在110 kV王河變、110 kV永和坪變、220 kV仙東變、500 kV臥龍變整站裝配式建設(shè)成功試點(diǎn)后，在2015年農(nóng)網(wǎng)升級(jí)改造的32個(gè)新建站以及后續(xù)變電站中全面應(yīng)用裝配式建筑技術(shù)，效果良好。

本文結(jié)合近幾年探索實(shí)踐，比較變電站建筑物裝配式建設(shè)的幾種可行技術(shù)方案，并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，提出變電站建筑裝配式建設(shè)建議性技術(shù)方案。

1 主體結(jié)構(gòu)形式

結(jié)合《國家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設(shè)計(jì)》，變電站建筑體量普遍較小，除戶內(nèi)站外，常規(guī)戶外變電站建筑物均為單層建筑，建筑荷載較小，跨度一般也不大，主體結(jié)構(gòu)選型比較簡(jiǎn)單。常規(guī)站建筑物一般可采用普通鋼框架結(jié)構(gòu)或門式剛架結(jié)構(gòu)。

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在工廠內(nèi)加工完成，現(xiàn)場(chǎng)采用螺栓連接方式組裝拼接，避免現(xiàn)場(chǎng)焊接。

2 屋面形式

變電站建筑屋面防水等級(jí)為Ⅰ級(jí)。裝配式建筑屋面形式主要有：金屬屋面、壓型鋼板底模現(xiàn)澆板屋面、鋼筋桁架樓承板屋面等。

2.1 金屬板屋面

金屬板屋面是以金屬板為屋蓋材料，將結(jié)構(gòu)層和防水層合二為一的屋蓋形式。為防止金屬板接縫處滲漏，屋面應(yīng)采用坡屋面形式。金屬板屋面具有現(xiàn)場(chǎng)組裝快，重量輕等特點(diǎn)，可大幅度減輕屋面荷載和主體結(jié)構(gòu)的梁柱用鋼量。

不同金屬板的材料決定了其價(jià)格、耐久性、抗腐蝕性等性能指標(biāo)。金屬板表面一般要做涂裝防腐處理。由于材質(zhì)和涂層質(zhì)量不同，使用壽命相差很大。屋面按金屬材料性能由優(yōu)到劣有：鈦合金、銅板、鈦鋅板、鋁鎂錳合金板、鍍鋁鋅板、鍍鋅鋼板。鈦合金、銅板、鈦鋅板防腐性能好，使用壽命可達(dá)100年，價(jià)格昂貴，主要用于特殊、高檔及標(biāo)志性建筑物。鍍鋅鋼板夾芯板為雙層彩鋼板與絕熱芯材復(fù)合而成，常用于普通鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房，正常使用壽命為15年。鋁鎂錳合金板、鍍鋁鋅板性能及價(jià)格居中，正常使用壽命分別為50年和25年，在公共建筑及檔次較高的廠房多有應(yīng)用。

變電站建筑不宜采用鈦鋅板等價(jià)格高昂的高檔屋面形式，鋁鎂錳合金板、鍍鋁鋅板價(jià)格適中，但對(duì)施工工藝要求較高，接縫處理不好容易滲漏，連接件、緊固件、螺栓、連接部位容易出現(xiàn)銹蝕。普通鍍鋅鋼板價(jià)格較低，但一般使用壽命為15年，不宜在變電站建筑物中使用。

2.2 壓型鋼板底模現(xiàn)澆板屋面

以壓型鋼板為底模，現(xiàn)場(chǎng)綁扎鋼筋，澆筑混凝土作為屋面結(jié)構(gòu)層，結(jié)構(gòu)層之上為常規(guī)保溫及柔性卷材防水層構(gòu)造做法。優(yōu)點(diǎn)：壓型板易于搬運(yùn)和架設(shè)，不需要另外架設(shè)模板及腳手架；屋面仍可采用常規(guī)防水構(gòu)造形式、施工技術(shù)成熟。缺點(diǎn)：現(xiàn)場(chǎng)有濕作業(yè)，現(xiàn)場(chǎng)敷設(shè)屋面上部和下部鋼筋，鋼筋工程工作量較大，存在混凝土工程與鋼結(jié)構(gòu)工程交叉作業(yè)問題。

2.3 鋼筋桁架樓承板屋面

屋面結(jié)構(gòu)層以上保溫、防水構(gòu)造做法與普通現(xiàn)澆混凝土屋面一致。鋼筋桁架樓承板鋼筋在工廠加工成鋼筋桁架，與鍍鋅鋼板在工廠焊接成一體，組成一個(gè)在施工階段能夠承受混凝土自重及施工荷載的承重構(gòu)件。在施工現(xiàn)場(chǎng)，鋼筋桁架樓承板直接鋪設(shè)在鋼梁上，通過簡(jiǎn)單鋼筋綁扎固定，便可澆筑混凝土，形成屋面結(jié)構(gòu)層。

澆筑屋面混凝土不需要架設(shè)模板及腳手架，底部鍍鋅壓型鋼板作模板使用，鋼筋桁架為結(jié)構(gòu)受力鋼筋，故結(jié)構(gòu)面層不必考慮防火噴涂及防腐維護(hù)等問題。現(xiàn)場(chǎng)鋼筋工程工作量很小，但仍然存在混凝土工程與鋼結(jié)構(gòu)工程交叉作業(yè)問題。

3 外墻面形式

裝配式變電站外墻面形式常用的有金屬面夾芯板、AS裝配式墻板。

3.1 金屬面夾芯板

金屬面夾芯板是內(nèi)外兩層金屬板材與巖棉或聚氨酯等絕熱芯材粘接復(fù)合的自支撐復(fù)合板材，俗稱“三明治板”。金屬面夾芯板按金屬板材料和夾芯保溫材料分類，品種多樣，如鋁鎂錳巖棉板就是以鋁鎂錳板為面板、以巖棉為絕熱芯材粘接復(fù)合而成的夾芯板。

金屬板材質(zhì)常用有：鋁鎂錳板、鍍鋁鋅板、普通彩鋼板，對(duì)應(yīng)正常使用年限分別為50、25和15年。

夾芯絕熱材料目前常見有兩類，一類是泡沫塑料類材料，如硬質(zhì)聚氨酯泡沫（PU）、模塑聚苯乙烯泡沫（EPS）、擠塑聚苯乙烯泡沫（XPS）等，另一類是無機(jī)纖維類材料，如巖棉（RW）、礦棉(SW)、玻璃棉(GW)等。

耐火性能上，無機(jī)纖維類材料夾芯板耐火性能好于泡沫塑料類夾芯板，如50 mm厚的巖棉板夾芯板耐火極限可以到61 min，而100 mm厚的模塑聚苯乙烯泡沫板耐火時(shí)間只有38 min，硬質(zhì)聚氨酯泡沫板比模塑聚苯乙烯泡沫板略好為44 min[1]。

保溫性能上，泡沫塑料類材料性能好于無機(jī)巖棉類材料，以50 mm厚度為例，規(guī)范要求幾種夾芯板傳熱系數(shù)不大于如下數(shù)值[2]：硬質(zhì)聚氨酯泡沫0.45 W/(m2·K)、模塑聚苯乙烯泡沫 0.68 W/(m2·K)、擠塑聚苯乙烯泡沫 0.63 W/(m2·K)，巖棉 085 W/(m2·K)、礦棉 0.85 W/(m2·K)、玻璃棉 0.9 W/(m2·K)。

總體而言，金屬夾芯復(fù)合板保溫性能好，重量輕，安裝簡(jiǎn)便，可以根據(jù)不同使用需求選用各等級(jí)產(chǎn)品，是理想的裝配式建筑維護(hù)材料。

3.2 AS墻板

AS裝配式墻板也稱纖維混凝土輕型高強(qiáng)方孔建筑墻板，是水泥、無機(jī)質(zhì)纖維等混合料經(jīng)擠壓、蒸壓養(yǎng)護(hù)而成。板材防火性能好，耐久性較好，但自身保溫性能較差，當(dāng)作外墻材料時(shí)，需將保溫材料現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行復(fù)合，構(gòu)件自重也大。綜合來看，裝配建設(shè)程度比金屬復(fù)合板低。

4 內(nèi)墻面形式

內(nèi)墻板面常見做法有：“三層石膏板+乳膠漆”“三層石膏板+金屬波紋板”“輕質(zhì)實(shí)心條板+乳膠漆”和“金屬面絕熱夾芯板”等形式。

4.1 三層石膏板+乳膠漆

這種為常規(guī)內(nèi)墻面做法，以三層12 mm厚的防火石膏板為基層，刮膩?zhàn)樱⑷槟z漆。優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，工藝成熟，滿足防火要求，后期擴(kuò)建或改造墻面開槽布線簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是需現(xiàn)場(chǎng)刮膩?zhàn)印⑺⑷槟z漆等工藝，存在濕作業(yè)等不利影響，并易產(chǎn)生粉塵，施工進(jìn)度慢。

4.2 三層石膏板+金屬波紋板

這種做法是在三層12 mm厚石膏板外貼鍍鋁鋅波紋板，可滿足防火要求，并避免現(xiàn)場(chǎng)粉刷濕作業(yè)。內(nèi)飾金屬波紋板可選取豎向或橫向布置方式。缺點(diǎn)是是造價(jià)略高，內(nèi)飾金屬板因其波紋的特點(diǎn)，存在與墻面開關(guān)面板貼合度不高、電氣開孔處封堵不嚴(yán)密等問題。后期變電站改造擴(kuò)建時(shí)，墻面開槽、開孔布線的處理比較困難。

4.3 輕質(zhì)實(shí)心條板+乳膠漆

輕質(zhì)實(shí)心條板是以水泥、EPS聚苯乙烯泡沫顆粒、粉煤灰等輕質(zhì)材料一次成型的一種輕質(zhì)節(jié)能板材，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，施工工藝成熟，優(yōu)點(diǎn)明顯。缺點(diǎn)是墻面需刮膩?zhàn)印⑺⑷槟z漆，條板接縫處后期易出現(xiàn)裂紋。

4.4 金屬面絕熱夾芯板

金屬面絕熱夾芯板作為內(nèi)墻材料，具有同外墻面一樣安裝方便快捷、無濕作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)面板材料不同，常見的有兩種類型：一種是普通彩鋼夾芯板，價(jià)格適中，但防腐性能較差，螺栓連接處易銹蝕；另一種是鍍鋁鋅夾芯板，防腐性能較好，但價(jià)格偏高。

5 裝配式建筑應(yīng)用情況

已建成的裝配式變電站建筑，主體結(jié)構(gòu)采用了鋼框架或門式剛架兩種形式，兩者在投資、施工進(jìn)度方面相差不大，綜合單價(jià)較傳統(tǒng)現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)高約30%。

屋面形式以壓型鋼板底?，F(xiàn)澆鋼筋混凝土板為主，少量工程采用鋼筋桁架樓承板、鍍鋁鋅復(fù)合巖棉板形式。壓型鋼板底?，F(xiàn)澆板、鋼筋桁架樓承板屋面存在濕作業(yè)，但施工工藝成熟，滲漏風(fēng)險(xiǎn)較小。鍍鋁鋅復(fù)合巖棉板屋面安裝都是由外省專業(yè)廠家完成，成本較高，若大面積推廣應(yīng)用，普通建安隊(duì)伍的安裝質(zhì)量參差不齊，裝配式建設(shè)質(zhì)量不易把控。

外墻面形式以鋁鎂錳板（外板為0.8 mm厚鋁鎂錳板、內(nèi)板0.5 mm厚鍍鋁鋅板，中間夾50 mm厚巖棉或聚氨酯）、鍍鋁鋅彩鋼板（雙層0.6 mm厚鍍鋁鋅板，中間50 mm厚夾巖棉聚氨酯）為主，個(gè)別工程采用AS板。外墻面材料價(jià)格差別較大，對(duì)建筑物總體投資影響也較大。鍍鋁鋅板防腐性能不如鋁鎂錳合金板，價(jià)格也低。根據(jù)2016年建成的農(nóng)網(wǎng)變電站調(diào)研結(jié)果，同是采用110 kV C-8方案的變電站，按建筑面積折算，鍍鋁鋅巖棉夾芯板、鋁鎂錳巖棉夾芯板平均單價(jià)分別為737元/㎡、1 023元/㎡，但相比鍍鋁鋅巖棉夾芯板25年的正常使用壽命，鋁鎂錳夾芯板可達(dá)50年，考慮全壽命周期費(fèi)用，鋁鎂錳巖棉夾芯板仍有優(yōu)勢(shì)。AS水泥纖維板單價(jià)最高，單價(jià)1 250元/㎡，安裝也較鋁鎂錳夾芯板復(fù)雜，不具優(yōu)勢(shì)。

內(nèi)墻面四種方案都有應(yīng)用，根據(jù)建筑面積折算單價(jià)如下：“輕質(zhì)實(shí)心條板+乳膠漆”方案為220元/㎡，彩鋼巖棉夾芯板方案為354元/㎡，“三層石膏板+乳膠漆”方案為350元/㎡,“三層石膏板+金屬波紋板”方案為517元/㎡?！拜p質(zhì)實(shí)心條板+乳膠漆”內(nèi)墻面做法成本優(yōu)勢(shì)明顯，但有個(gè)別工程中因接縫處理不到位引起后期墻面開裂的情況。

整體來看，裝配式建設(shè)方案相比于常規(guī)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆方案，一次性投資高25%～40%，但建設(shè)周期可縮短約30%，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)尤其是濕作業(yè)大幅度減少，安全文明施工水平大幅度提升，質(zhì)量通病問題明顯減少，且建筑材料可回收利用，體現(xiàn)環(huán)保節(jié)能理念，綜合效益好。隨著變電站裝配式建設(shè)規(guī)模性推廣應(yīng)用，適用于裝配式建筑的復(fù)合板材價(jià)格進(jìn)一步降低，施工現(xiàn)場(chǎng)人工成本進(jìn)一步減少，裝配式建筑的成本優(yōu)勢(shì)將越來越明顯。

6 結(jié)語

裝配式建筑技術(shù)日漸成熟，但變電站建筑工程由于單體工程量很小，工程建設(shè)地點(diǎn)往往較為偏遠(yuǎn)，裝配式建設(shè)技術(shù)方案選擇必須綜合考慮現(xiàn)階段的建筑材料情況、當(dāng)?shù)厥┕ぜ夹g(shù)水平等因素。建議現(xiàn)階段湖北地區(qū)裝配式變電站建筑物主體結(jié)構(gòu)采用普通鋼框架結(jié)構(gòu)，屋面可采用壓型鋼板底模現(xiàn)澆板或鋼筋桁架樓承板形式，外墻面采用鋁鎂錳板巖棉板，內(nèi)墻面采用“水泥纖維板刮膩?zhàn)?乳膠漆”方案。后續(xù)可持續(xù)關(guān)注建筑材料發(fā)展和區(qū)域內(nèi)裝配式施工技術(shù)提升情況，進(jìn)一步改進(jìn)屋面、內(nèi)墻面做法，以降低工程投資，真正實(shí)現(xiàn)變電站建筑全裝配式建設(shè)的理念。

[參考文獻(xiàn)]（References）

[1]何國山，潘永紅，李曉增，等.幾種金屬面夾芯板的耐火測(cè)試[J].消防科學(xué)與技術(shù)，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建筑用金屬面絕熱夾芯板[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)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.