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摘要：裝配式建筑可進行工廠化流水線生產，具有節(jié)能、環(huán)保、工期短、質量好等優(yōu)勢，代表了行業(yè)發(fā)展的重要方向，進一步提升裝配式建筑的發(fā)展水平將對我國建筑行業(yè)的提質增效發(fā)揮積極作用。該文對國內裝配式建筑的發(fā)展歷程進行了回顧，并對裝配式結構在電力工程附屬構筑物及主體結構中的應用現狀進行了分析，同時對裝配式結構在電力工程中的發(fā)展前景進行了探討，可為裝配式結構在行業(yè)內的理論研究和工程應用實踐提供一定參考。

關鍵詞：裝配式結構；電力工程；發(fā)電廠；主廠房；電纜溝

0引言

土建工程領域在傳統(tǒng)的粗放型發(fā)展模式下，存在建設周期長、現場污染大、質量控制難等問題。為實現行業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展，近年來，國家積極倡導土建工程建設向綠色節(jié)能方向轉型，大力支持裝配式建筑的研究與應用。裝配式建筑是指結構系統(tǒng)、圍護系統(tǒng)、設備與管線系統(tǒng)、內裝系統(tǒng)的主要部分采用預制品部件集成的建筑。裝配式建筑的各構件、部件在工廠中預制批量生產，在現場進行裝配安裝，大大縮短了施工工期，減少了環(huán)境污染，有利于實現建筑標準化設計、工業(yè)化生產，具有良好的經濟效益和生態(tài)環(huán)境效益[1]。電力工程（如發(fā)電廠、變電站、換流站等）作為重要的基礎設施建設項目，工程投資高、工作量大、工序復雜、參建隊伍多，需綜合考量建筑施工對環(huán)境的影響。隨著工程建設節(jié)能環(huán)保標準的不斷提高，現澆混凝土建筑在電力工程領域的缺點越來越明顯，主要體現在主廠房及電纜溝等的土建施工處于整個工程建設的關鍵路徑上，而現澆混凝土建筑施工工期長、受外部環(huán)境條件影響大，現場勞動力需求大，模板用材和用水量大，施工廢料、廢水多，不符合節(jié)能和環(huán)保理念[2]。裝配式結構卻能夠憑借自身的優(yōu)勢特點克服現澆混凝土建筑的這些不足，因此裝配式結構在電力工程中具有良好的發(fā)展前景。本文通過研究調查與行業(yè)綜述，對國內裝配式建筑的發(fā)展歷程進行了回顧，分析了裝配式結構在電力工程附屬構筑物及主體結構中的應用現狀，并進一步對裝配式結構在電力工程中的發(fā)展前景進行了探討，相關研究結論可為裝配式結構的研究與應用提供參考，以促進電力工程建設的綠色低碳化發(fā)展。

1發(fā)展歷程及現狀

我國裝配式建筑的發(fā)展歷程可分為三個階段。第一階段是20世紀50～80年代的創(chuàng)建期和起步期，主要是參照蘇聯(lián)的建造模式，具有代表性的有裝配式多層框架結構、大板建筑等，同時當時的發(fā)電廠等工業(yè)廠房大都采用預制混凝土框、排架結構。第二階段是20世紀80年代至2000年的探索期，期間隨著商品混凝土的出現，新建建筑逐漸采用現澆式結構。而在電力工業(yè)領域，隨著單機容量的增加，廠房高度、跨度越來越大，預制構件的單件重量越來越重，裝配式建筑在設計能力、構件制備的質量控制和裝配施工技術等方面的缺點愈加突出，因此其發(fā)展突然陷入停滯，相關研究也越來越少。第三階段是2000年至今的快速發(fā)展期，隨著我國經濟社會的發(fā)展，基建規(guī)模的擴大，國家和地方政府接連出臺多項政策大力支持裝配式建筑發(fā)展，“發(fā)展智能建造，推廣綠色建材、裝配式建筑和鋼結構住宅，建設低碳城市”被寫入國家“十四五”規(guī)劃綱要，我國建筑工業(yè)化進入新一輪的高速發(fā)展期[3-5]。國家電網公司自2007年以來就開始大力提倡建設“兩型一化”變電站、換流站，重要體現之一就是裝配式變電站，同時還推動開展了變電站裝配式建筑物、變電站鋼結構建筑的設計技術研究。進入“十四五”以來，為實現“碳達峰”“碳中和”目標，各發(fā)電企業(yè)也積極探索節(jié)能、高效、環(huán)保的建筑結構方案，可以預見，發(fā)電企業(yè)針對裝配式建筑的各項推廣應用措施將陸續(xù)出臺。目前，電力工程中裝配式結構的應用主要呈現以下特點：一是電纜溝、圍墻、防火墻等附屬構筑物具有明顯模數特征，采用工廠預制裝配式混凝土結構，不用磚砌體或現澆混凝土結構。二是裝配整體式結構以鋼結構為主體結構，采用輕質墻板作為圍護結構，取消磚砌或粉刷，但裝配整體式混凝土結構尚未實現。

2電力工程附屬構筑物中裝配式結構的應用

2.1裝配式電纜溝

作為敷設電纜的地下通道，電纜溝是電力土建工程的重要組成部分。電纜溝施工無論是磚砌還是現澆，其現場的施工工期都較長，在一些擴建工程中或低溫陰雨、工期短等特殊條件下施工更是受到諸多制約。而裝配式電纜溝具有施工工期短、質量可靠、現場安全好控制等優(yōu)點[6-8]。裝配式電纜溝采用混凝土和鋼模板施工技術，先在工廠對電纜溝結構進行分段預制，然后運抵現場拼裝完成[7]。在確定裝配式電纜溝的結構方案設計階段，既要系統(tǒng)考慮混凝土電纜溝的安全性、功能適用性要求，又要結合裝配式結構的特點，綜合考慮基本段溝身及蓋板的結構選型、交叉連接，以及轉彎段溝身及蓋板的結構選型與處理方式、預制段之間的拼裝連接構造與防滲水措施、溝底排水溝坡度設置等各個方面的技術問題。按照預制構件的類型，裝配式電纜溝可分為L型、U型（圖1）和板式電纜溝[6]。電纜溝側壁、底板均采用混凝土預制，每段長1.2～2m，每段自重控制在1500kg以內，以便于運輸及安裝。根據具體工程需要及施工策劃，由生產廠家預制不同電纜溝交叉處的“T”“L”及“+”型交叉預制件。電纜溝每段之間采用M20螺桿連接，標準段之間采用防水密封膠；預制電纜溝中下部預留吊裝孔，方便吊裝（圖2）。與磚砌或現澆電纜溝不同，預制裝配式電纜溝在分段拼接處存在縫隙滲水問題，通常采用以下三種接縫防滲措施：（1）填充發(fā)泡劑+硅酮耐候膠勾縫止水，在每段預制混凝土電纜溝的兩端沿斷面內外壁邊緣（底板下部除外）預留20mm×3mm槽口，拼縫寬度取5mm，預制電纜溝拼接就位后，在預留槽口內填充發(fā)泡劑，后用硅酮耐候膠勾縫形成止水縫。該方法施工簡單，沒有濕作業(yè)，施工速度快，而且經濟適用。（2）止水橡膠條止水，在預制電纜溝斷面中心位置均預設梯形或半弧形公槽或母槽，安裝前將6mm厚的通長橡膠條固定在每段電纜溝端部的母槽內，構件就位后擰緊外側對拉螺栓擠壓橡膠條形成止水縫。該方法止水效果可靠，缺點是成本較高。（3）微膨脹漿料灌縫止水，預制電纜溝溝壁端面及底板端面中心位置均預設1/2圓弧凹槽，直徑40mm，構件就位后從頂部澆灌微膨脹漿料形成止水縫。該方法施工較為簡單，成本不高，缺點是存在濕作業(yè)，電纜溝底部存在漏漿的可能。

2.2裝配式圍墻、防火墻

裝配式圍墻（圖3）主要由基礎、圍墻柱、預制墻板和壓頂梁裝配而成。根據材料類型的不同，目前在變電站、發(fā)電廠等電力工程中已經得到應用的裝配式圍墻形式主要有以下幾種：預制混凝土柱加預制墻板實體圍墻、預制型鋼柱加預制墻板實體圍墻、預制混凝土柱加擠壓水泥纖維板圍墻、預制混凝土柱加玻璃纖維增強水泥板圍墻等。圍墻主要依靠預制圍墻柱受力，柱設有凹槽，安裝完成后卡入預制墻板，上部再采用壓頂梁進行封口。圍墻柱在基礎中的常見安裝方式有焊接、螺栓連接、杯口插入式連接三種。其中，杯口插入式最為可靠，需現場澆筑杯口基礎和基礎梁，插入圍墻柱后二次澆灌強度等級高一級的細石混凝土；螺栓連接裝配化程度最高，但對基礎預留螺栓的精度要求也較高；焊接連接是將圍墻柱底部的預置鋼板和基礎的預埋鋼板焊接固定，需特別注意對現場施焊的部分做好防腐處理[9-11]。裝配式防火墻（圖4）與裝配式圍墻的構造原理基本相同，但由于防火墻通常高度較大，因此裝配式防火墻需要采用框架結構，在墻頂處設置框架梁將框架柱連成一個整體；墻板需要梁作為支撐，故在地面處設置一道基礎梁，作為預制墻板的基礎；考慮到減少施工工序、節(jié)約工期的需求，裝配式防火墻可以根據實際情況取消中間標高處的框架梁，僅在墻頂和墻底設置框架梁，以減少構件數量和節(jié)點數量。相關文獻對某換流站閥廳的預制鋼筋混凝土裝配式防火墻進行了整體受力分析、抗震性能試驗和理論分析，并對防火墻抗震性能進行了計算，結果表明裝配式防火墻需采取適當構造措施以滿足受力要求[12]。

3電力工程主體結構中裝配式結構的應用

3.1裝配式鋼結構主廠房

鋼結構具有天生的裝配式屬性，由于其輕量級、高強度、抗震性能好、可快速施工等優(yōu)點，實際上已經逐漸應用于國內外地震高烈度區(qū)主廠房結構。某發(fā)電廠項目位于棉蘭老島，由國內某工程公司總承包建設。棉蘭老島當地地震設防烈度可達8度，且由于項目坐落在海濱，風荷載較大，同時考慮到當地落后的建筑工業(yè)水平，以及缺乏專業(yè)和成熟的現澆混凝土結構施工技術人員及材料供應保障體系，EPC團隊決定對主廠房采用鋼結構形式（圖5）。主廠房樓板采用壓型鋼板底模+現澆混凝土結構，外墻板采用壓型鋼板，內墻板采用多孔磚砌筑，除內墻板外，其余鋼結構建材均為國內生產制造后通過海運輸入。在設計過程中，設計團隊采用STAAD軟件建模計算，選取經濟合理的鋼梁、鋼柱及支撐截面，梁柱連接、主次梁連接等各類型節(jié)點設計為全螺栓拼接，減少了現場焊接工作量。鋼結構工廠采用Takela對圖紙進行放樣和節(jié)點深化設計，節(jié)點開孔、鋼結構涂裝等均在工廠內完成，有效提高了安裝效率。與民用鋼結構建筑相比，火電廠主廠房因工藝的專業(yè)布置需求，常會出現一些樓板開孔、樓板不連續(xù)等平面不規(guī)則的情況，導致縱橫向框架剛度分布不均勻。同時，重型設備如粉斗、煤斗、高低壓加熱器、除氧器等的質量分布相對集中且常位于結構高層，進而容易使主廠房產生抗震薄弱層。為增加鋼結構廠房的抗側剛度，需采用必要的抗震措施，目前常用的有框架-支撐體系、防屈曲耗能支撐（BRB）、鋼板剪力墻體系等[13]。地震高烈度地區(qū)采用鋼結構主廠房設計的難點主要體現在：（1）合理選取抗震措施，需綜合考慮地震烈度大小、機組容量大小、結構工程造價等因素；（2）支撐體系的布置較為復雜，主廠房設備、管道眾多，布設支撐時需避免與其干涉。

3.2裝配式鋼結構變電站

相對于發(fā)電廠主廠房，變電站主體結構更為簡單。得益于國家電網公司的創(chuàng)新推動舉措，裝配式鋼結構變電站（圖6）的應用更加廣泛，裝配式鋼結構變電站的設計、施工技術也更加成熟。在經濟合理和非強侵蝕介質環(huán)境的情況下，可采用鋼框架結構、門式剛架結構、冷彎薄壁型鋼結構，并優(yōu)先選用定型的和標準化的節(jié)點型式，以盡量減少構件種類數量，減少現場焊接作業(yè)，提高施工速度。外墻材質宜選用高密度纖維水泥板，內隔墻材質宜選用輕鋼龍骨石膏板，樓板可選擇鋼筋桁架樓承板等結構形式[14]。裝配式鋼結構建筑抗火性能較差，而變電站等工業(yè)建筑通常要求具有較高的防火等級，為了防止和減小鋼結構的火災危害，必須對鋼結構進行科學的抗火設計，采取安全可靠、經濟合理的防火保護措施。鋼結構防腐設計應綜合考慮環(huán)境中介質的腐蝕性，以及周邊環(huán)境條件、施工和維修條件等因素，因地制宜，綜合制定防腐蝕方案和選擇防腐蝕材料。在新技術的融合方面，BIM技術現已較深入地應用于裝配式變電站的設計和施工的全過程中，在現場精細化管理、縮短工期、節(jié)約成本、保證質量、提高項目管理水平方面發(fā)揮了較大作用，能夠滿足高精度的鋼柱定位要求、避免構件干擾碰撞及提高現場裝配率[15]。

4裝配式結構在電力工程中的發(fā)展前景

總的來說，裝配式建筑推廣發(fā)展的影響因素可歸結為政策因素、技術因素、經濟因素和市場因素，但最終其他因素都可轉化為經濟因素[2]。在裝配式建筑發(fā)展前期，由于技術標準化不成熟，預制構件的制作成本相對較高，市場認知度較低，裝配式建筑在同價格較低的傳統(tǒng)現澆模式建筑的競爭中難以憑借優(yōu)勢贏得市場，此階段其主要借助政策因素實現發(fā)展。近年來，我國對裝配式建筑的政策支持力度不斷加大，一方面不斷完善裝配式建筑配套技術標準，另一方面對落實裝配式建筑的發(fā)展提出了具體要求，裝配式建筑呈現出欣欣向榮的發(fā)展態(tài)勢。另一方面，建筑勞務用工市場的變化有利于裝配式建筑的推廣，新生代農民工逐步走向制造業(yè)和服務業(yè)就業(yè)，建筑行業(yè)勞動力用人成本呈現上升趨勢，建筑行業(yè)的“人口紅利”即將消失。而裝配式結構相對于傳統(tǒng)現澆模式可大幅減少建筑用工，其推廣應用符合社會用工發(fā)展的需要。投資方的投資意愿不足以及工程總承包體制的制約是現階段裝配式建筑在電力工程中難以推廣應用的主要原因。電力工程，特別是發(fā)電廠工程中，建筑結構尺寸多樣，缺乏規(guī)律，構件模數化處理難度較大，預制構件單價高等，導致投資方投資意愿不足；預制構件的吊裝施工和現場施工管理要求和成本都更高，工程總承包單位受利潤因素影響，應用意愿不足，使得裝配式結構在電力工程中的發(fā)展滯后。但目前國家電網已做出全面推廣預制裝配式結構的決定，同時，在國外，海外發(fā)電廠總承包建設工程通常工期緊張，裝配式鋼結構建筑的應用優(yōu)勢逐漸凸顯。

5結論

本文對國內裝配式建筑的發(fā)展歷程進行了回顧，對裝配式結構在電力工程附屬構筑物及主體結構中的應用現狀進行了分析，并對裝配式結構的應用前景進行了探討，主要得到以下結論：（1）裝配式結構在電力工程中的應用有利于推動電力工程建筑產業(yè)標準化、工業(yè)化以及節(jié)能化轉型；（2）電力工程中裝配式結構的應用主要呈現以下特點：一是電纜溝、圍墻、防火墻等附屬構筑物采用工廠預制裝配式混凝土結構；二是房屋建筑主體結構以鋼結構為主，尚沒有實現裝配式混凝土結構；（3）投資方的投資意愿不足以及工程總承包體制的制約是現階段裝配式建筑在電力工程中難以大規(guī)模推廣應用的主要原因。但目前國家電網有關全面推廣預制裝配式結構的決定，以及裝配式鋼結構建筑在海外發(fā)電廠總承包建設工程工期緊張下的應用優(yōu)勢，將推動裝配式結構在國內外的進一步發(fā)展。

作者:周承宗 單位:中國能源建設集團江蘇省電力設計院有限公司