電氣設計中電纜綠色橋架的選型分析

邵 頲，徐滬安，何佩旖（.上海華健工程建設咨詢有限公司， 上海 0004；.上海申捷管業(yè)科技有限公司，上海 070）

電纜橋架，屬于在電氣工程中應用普遍且用量大的一類產品。經過了數十年的發(fā)展，電纜橋架已經從傳統(tǒng)的平板型，經過了高強度節(jié)能橋架的升級改型后，現在已經發(fā)展到了新一代的綠色橋架。從生產制造、工藝處理、長壽命運行和節(jié)能環(huán)保等方面，性能優(yōu)勢明顯，對綠色建筑性能的體現發(fā)揮了更大作用。本文擬結合新編制的上海市綠色建筑協(xié)會團體標準《民用建筑電氣綠色設計應用規(guī)范》（送審稿），對相關的性能參數和設計要求做一些分析，供設計同行們參考。

1 電氣綠色設計及綠色橋架

在《民用建筑電氣綠色設計應用規(guī)范》（送審稿）術語章節(jié)中，提出了電氣綠色設計、電氣綠色設計產品和綠色橋架的概念。限于篇幅，摘錄后兩個術語的含義如下。

電氣綠色設計產品（electric green design products），按照全壽命期理念，在設計開發(fā)階段系統(tǒng)考慮原材料獲取、生產制造、包裝運輸、使用維護和回收處理等各個環(huán)節(jié)對資源環(huán)境造成的影響，力求產品在全壽命期中最大限度降低資源消耗、盡可能少用或不用含有有害物質的原材料，減少污染物產生和排放，從而實現達到環(huán)境保護目的的電氣產品。

綠色橋架（green cable tray），生產過程及工藝處理低碳環(huán)保，部件結構優(yōu)化，材料節(jié)省顯著的同時能滿足電纜敷設的機械強度和荷載能力，散熱條件良好、電纜傳輸能耗降低和使用壽命長的鋼制橋架。（從嚴格意義上，綠色橋架也應該包括非鋼制的滿足綠色性能的橋架，但基于上海民用建筑市場鋼制橋架占絕大多數，故僅討論鋼制橋架范疇。）

綠色設計產品的理念，來源于 GB/T 23686-2018《電子電氣產品的環(huán)境意識設計》、GB/T 24001-2016《環(huán)境管理體系要求及使用指南》、GB/T 32161-2015《生態(tài)設計產品評價通則》等規(guī)范要求，以產品的綠色制造為最終體現，實現供給側結構性改革，側重產品全壽命周期的綠色化。電氣設備類產品，主要可參照 GB/T 34664-2017《電子電氣產品生態(tài)設計評價通則》的具體要求。產品綠色化，是綜合分析產品從原材料選用、生產、銷售、使用、回收和處理等全壽命期的各環(huán)節(jié)對資源環(huán)境造成的影響，做到對能源資源消耗最低、生態(tài)環(huán)境影響最小和可再生率最大。同時，要求生產企業(yè)的污染物排放狀況、產品質量性能、節(jié)能降耗水平和生產工藝先進性等，達到國家及行業(yè)標準要求。為貫徹落實綠色發(fā)展方針，國家工業(yè)和信息化部等有關部委在綠色機電產品的設計、制造和檢驗測試等方面，不斷加強政策引導，開展綠色制造體系建設，在電子電氣產品領域，頒布了一些綠色設計產品的評價技術規(guī)范，推動綠色設計產品評價工作，每年在工信部網站都會及時公布更新擴容的綠色設計產品標準清單。

2 綠色橋架主要性能

電纜橋架的發(fā)展歷程，可以理解為經過了 3 個階段。從早先的 20 世紀傳統(tǒng)平板型電纜橋架開始，經過 21 世紀后高強節(jié)能型電纜橋架，橋架的節(jié)能節(jié)材等方面技術性能有了較大的提升，到現在綠色橋架的新產品問世，使橋架產品有了質的飛躍。綠色橋架不僅節(jié)能節(jié)材、剛度強度高，而且生產制造工藝環(huán)保、可持續(xù)回收無污染，使用壽命長久，更精準地符合目前綠色建筑各性能指標的含義。

2.1 力學性能

相比于傳統(tǒng)的平板型橋架，綠色橋架的強度要高得多，原理在于其產品研發(fā)設計中，大幅提高了橋架矩形截面（橋架底板的截面為矩形）慣性矩。截面慣性矩是衡量截面抗彎能力的一個重要幾何參數，計算公式如（1）所示。

式中：Ix—截面慣性矩，m4；

B—計算截面的寬度，即橋架寬度，mm；

h—計算截面的高度，普通橋架為板材厚度，綠色橋架為底板加強筋高度，mm。

傳統(tǒng)平板型橋架時代，在橋架結構單一的大背景下，增加厚度是提高強度的唯一手段，h≤3 mm。綠色橋架中由于其特殊的模壓結構（部分產品也采用加強筋設計等其他形式），使橋架的強度不再由板材厚度決定，通常h≥6 mm，可以大幅降低橋架的板材厚度。根據理論計算，綠色橋架的慣性矩至少是傳統(tǒng)平板橋架的 8 倍以上。當然，受材料力學性能的制約，實際值可能與理論值存在偏差，但兩者依然存在較大差異。

隨著橋架行業(yè)的高速發(fā)展、生產思路的不斷創(chuàng)新、生產設備的更新迭代，綠色橋架的大規(guī)模低成本生產已成為現實。

2.2 節(jié)材性能和綠色性能

綠色橋架采用了改變底部截面高度的方式或采取加強筋的方式等來提高橋架強度，于是橋架板材的厚度得以大幅度降低。

在 CECS 31-2017《鋼制電纜橋架工程技術規(guī)程》中，對不同型式、不同規(guī)格的橋架厚度進行了規(guī)定，如表 1所示。

表 1 各類托盤板材最小允許厚度 單位：mm

由表 1 可知，對于同一寬度B的橋架，3 種結構（平板型、波紋底、模壓增強底）的橋架，橋架的厚度差異巨大。

尤其對于大規(guī)格產品（橋架寬度≥600 mm），綠色橋架（波紋底、模壓增強底等）能夠極大程度降低用鋼量。使用綠色橋架可以節(jié)約大量鋼材，相當于節(jié)約了制造這些鋼材所使用的鐵礦石、煤炭、電力、生產用水、人力等資源和能源，以及減少了開采鐵礦石和煤炭時對環(huán)境造成的破壞，減少了發(fā)電和生產鋼材各個環(huán)節(jié)所排放的廢氣、廢水和固體廢棄物。用鋼量越多，消耗的能源和資源就越多，排放的三廢也就越多。波紋底橋架和模壓增強底橋架之所以能滿足綠色橋架的要求，主要在于其優(yōu)越的綠色產品性能。

綠色橋架的誕生和推廣應用，符合“雙碳”國策。橋架行業(yè)規(guī)模巨大增速也較快，使用綠色橋架逐步取代傳統(tǒng)橋架和節(jié)能橋架，其所帶來的經濟價值和社會價值，較為可觀。

2.3 綠色橋架的耐腐蝕性能

傳統(tǒng)橋架常見表面處理見表 2。

表 2 傳統(tǒng)橋架常用表面處理方式

工廠化鍍鋅板因鋅層薄，只適用于室內的干燥環(huán)境；粉末噴涂可以適用于室內環(huán)境，但由于塑粉之間通過共價鍵交聯，導致耐候性不足，因此不能用于室外環(huán)境。對于室外環(huán)境或強腐蝕環(huán)境，傳統(tǒng)工藝采用熱浸鍍鋅，但浸鋅工藝有高污染，對環(huán)境非常不友好，不屬于綠色工藝。對于更強腐蝕的鹽堿環(huán)境和超強腐蝕環(huán)境，要用到不銹鋼材料，而傳統(tǒng)型橋架若使用不銹鋼，成本極高。

對于綠色橋架，表面處理上不采用熱浸鍍鋅工藝，但可采用彩鋼板材質或 VCI 雙金屬無極涂層工藝，以及更為昂貴的不銹鋼材料。綠色橋架常用表面處理方式見表 3。

表 3 綠色橋架常用表面處理方式

彩鋼板、粉末噴涂、VCI 雙金屬無極涂層這些表面處理方式，耐鹽霧性能優(yōu)異，生產過程對環(huán)境影響小，符合綠色工藝的制造標準。對于不銹鋼橋架，不同牌號的不銹鋼可以適用不同強度的高腐蝕環(huán)境。綠色橋架的節(jié)材屬性可以較大幅度降低不銹鋼橋架的成本，解決不銹鋼橋架在應用時預算上的超額限制。

3 綠色橋架制造工藝及特點

3.1 結構生產工藝

綠色橋架的制造工藝主要體現在對橋架底板和側板的結構加工，底板采用模壓或輥壓的方式提高其截面高度，側板的加工也采用輥壓成型機壓出 Ω 型槽，提高側板的抗彎性能，使橋架在施加荷載后不易失穩(wěn)。模壓和輥壓工藝均采用流水線生產，質量穩(wěn)定產能提高。

綠色橋架的模壓和輥壓工藝均采用工廠化連續(xù)生產，可以降低生產強度，提高生產效率。此外，材料板卷可以提前根據需要的橋架規(guī)格決定寬度，減少了傳統(tǒng)橋架因剪板工序而造成的材料浪費。

3.2 預處理和后處理工藝

常見的預處理板材是熱鍍鋅板和彩鋼板。熱鍍鋅板是指表面鍍有一層鋅的鋼板，鋅比鐵活潑，可以通過犧牲陽極來保護鐵免受腐蝕。彩鋼板是以鍍鋅板為基板，經過表面預處理（脫脂和化學處理）后，用輥涂的方法，涂上一層或多層液態(tài)涂料，經過烘烤和冷卻所得的板材。涂層本身可以隔絕水汽和腐蝕性氣體，可以有效保護鍍鋅板。

后處理是指將橋架加工成型后，再用后處理的方式提高橋架的耐腐能力，從而提高橋架的使用壽命。常見的綠色后處理工藝有：靜電粉末噴涂、VCI 雙金屬涂層。后處理之前的橋架通常為鍍鋅板、彩鋼、不銹鋼。不同的后處理適應于不同的使用條件，有各自的優(yōu)劣勢，如噴涂耐濕熱而不耐紫外線；VCI 雙金屬涂層抵擋鹽霧的能力強，但不耐磕碰。

4 不同橋架產品的性能指標對比分析和選型

3 種橋架產品的性能指標對比見表 4。

表 4 三種不同橋架產品性能指標對比情況

鑒于上述分析，筆者認為，在電氣綠色設計中，綠色橋架的選型應用，應從全壽命周期角度，貫徹安全可靠、經濟、低碳低耗、健康舒適的理念，重視可回收可持續(xù)的發(fā)展理念。具體有以下幾個注意要點。

（1）橋架選擇應按照荷載要求，結合強度、剛度、穩(wěn)定性等條件，滿足安全原則前提下節(jié)約材料。

（2）綠色橋架的選用，應考慮全壽命周期內電纜的安全運行及美觀因素；綠色橋架及其支架，在規(guī)定的使用環(huán)境和負荷條件下，宜與承載的電線電纜同壽命。

（3）綠色橋架表面處理方式的選擇，應根據工程環(huán)境條件、重要性和技術經濟比較等因素，并考慮產品的使用壽命等特性。

（4）綠色橋架的節(jié)材率，應符合現行 GB/T 23639-2017《節(jié)能耐腐蝕鋼制電纜橋架》的規(guī)定，一星級綠色建筑應為 20 %，二星級應不低于 25%，三星級宜為 30%。

（5）民用建筑各場所中不同用途的橋架，宜通過標識來區(qū)分。

5 結 語

電纜橋架產品，看似平常普通，實則蘊含技術要求高，含金量不少。要制造出符合綠色性能要求的高質量產品，需要注重選材、工藝、安裝、運維等各方面的細節(jié)，精益求精，不斷研究提高。可喜的是，已有一些企業(yè)走在了行業(yè)的前列，開發(fā)生產出了綠色橋架產品；可幸的是，設計師及建設各方，在項目實施中，也有了選型的方向。綠色發(fā)展的理念，需要我們一起，一步步通過實踐落實貫徹好，為高品質的綠色建筑，提供更美好的工作、學習和生活環(huán)境。