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装配式建筑能够在工厂进行流水线式生产。它具备节能、环保的特点，同时工期较短且质量良好。这些优势使其代表了行业发展的重要方向。进一步提高装配式建筑的发展水平，将会对我国建筑行业在提升质量和增加效益方面发挥积极的作用。该文回顾了国内装配式建筑的发展历程，分析了装配式结构在电力工程附属构筑物及主体结构中的应用现状，探讨了装配式结构在电力工程中的发展前景，能为装配式结构在行业内的理论研究和工程应用实践提供一定参考。

关键词：装配式结构；电力工程；发电厂；主厂房；电缆沟

0引言

土建工程领域在传统的粗放型发展模式下，存在着一些问题，比如建设周期较长，现场污染较大，质量控制较为困难。为了让行业能够健康可持续发展，近些年来，国家积极地倡导土建工程建设朝着绿色节能的方向进行转型，并且大力地支持装配式建筑的研究与应用。装配式建筑指的是其结构系统、围护系统、设备与管线系统、内装系统的主要部分是采用预制品部件集成而成的建筑。具有良好的经济效益和生态环境效益。电力工程包括发电厂、变电站、换流站等，它作为重要的基础设施建设项目，具有工程投资高、工作量大、工序复杂以及参建队伍多的特点，所以需要综合考量建筑施工对环境的影响。工程建设节能环保标准不断提高，现浇混凝土建筑在电力工程领域的缺点日益显著。其主要表现在，主厂房及电缆沟等的土建施工处于整个工程建设的关键路径。并且，现浇混凝土建筑施工工期较长，受外部环境条件影响较大，现场对劳动力的需求也很大，模板用材和用水量都较多，施工产生的废料和废水也较多，不符合节能和环保的理念[2]。装配式结构自身具有优势特点，它能够克服现浇混凝土建筑的那些不足。所以，装配式结构在电力工程中有着良好的发展前景。本文通过研究和调查以及行业综述，回顾了国内装配式建筑的发展历程。对装配式结构在电力工程附属构筑物及主体结构中的应用现状进行了分析。并且进一步探讨了装配式结构在电力工程中的发展前景。相关研究结论能够为装配式结构的研究与应用提供参考，从而促进电力工程建设的绿色低碳化发展。

1发展历程及现状

我国装配式建筑的发展历程包含三个阶段。其一，在 20 世纪 50 至 80 年代，处于创建期和起步期。此阶段主要参照苏联的建造模式，有装配式多层框架结构以及大板建筑等具有代表性的建筑形式。并且，当时的发电厂等工业厂房大多采用预制混凝土框、排架结构。20 世纪 80 年代至 2000 年是探索期。在此期间，商品混凝土出现了。新建建筑逐渐开始采用现浇式结构。在电力工业领域，单机容量不断增加，厂房的高度和跨度变得越来越大，预制构件的单件重量也越来越重。装配式建筑在设计能力方面存在缺点，构件制备的质量控制存在问题，装配施工技术也有不足，这些缺点愈加突出，导致其发展突然停滞，相关研究也随之越来越少。2000 年至今是快速发展期。我国经济社会在发展，基建规模不断扩大。国家和地方政府接连出台多项政策，大力支持装配式建筑发展。“发展智能建造，推广绿色建材、装配式建筑和钢结构住宅，建设低碳城市”被写入国家“十四五”规划纲要。我国建筑工业化进入新一轮的高速发展期[3-5]。国家电网公司从 2007 年起大力倡导建设“两型一化”变电站和换流站。其中一个重要体现为装配式变电站。并且推动开展了变电站装配式建筑物以及变电站钢结构建筑的设计技术研究。进入“十四五”后，各发电企业为达成“碳达峰”“碳中和”目标，积极对建筑结构方案进行探索，以实现节能、高效且环保的效果。可以预见，发电企业关于装配式建筑的各项推广应用措施将会陆续开始实施。其二，装配整体式结构以钢结构作为主体结构，利用轻质墙板作为围护结构，将砖砌或粉刷予以取消，但装配整体式混凝土结构目前尚未实现。

2电力工程附属构筑物中装配式结构的应用

2.1装配式电缆沟

电缆沟是敷设电缆的地下通道，它是电力土建工程的重要组成部分。无论是砖砌还是现浇的电缆沟施工，其现场施工工期都比较长。在一些扩建工程中，以及在低温阴雨、工期短等特殊条件下进行施工时，更是会受到诸多制约。而装配式电缆沟具备施工工期短、质量可靠、现场安全易于控制等优点[6-8]。装配式电缆沟运用混凝土和钢模板的施工技术。首先在工厂里对电缆沟结构进行分段预制，接着将预制好的部分运送到现场，最后在现场进行拼装从而完成。在确定装配式电缆沟的结构方案设计阶段，要系统考虑混凝土电缆沟的安全性和功能适用性要求。同时，要结合装配式结构的特点，综合考虑基本段沟身及盖板的结构选型，还有交叉连接。也要考虑转弯段沟身及盖板的结构选型与处理方式，以及预制段之间的拼装连接构造与防渗水措施、沟底排水沟坡度设置等各个方面的技术问题。装配式电缆沟依据预制构件的类型，可分成 L 型和 U 型（图 1）以及板式电缆沟[6]。电缆沟的侧壁和底板都采用混凝土预制。每段的长度在 1.2 至 2 米之间，每段的自重被控制在 1500 千克以内，这样便于运输和安装。根据具体工程的需求以及施工策划，由生产厂家预制出不同电缆沟交叉处的“T”型、“L”型及“+”型交叉预制件。电缆沟的每段之间通过 M20 螺杆进行连接，而标准段之间则使用防水密封胶。在预制的电缆沟中，其下部预留了吊装孔，这样做是为了方便进行吊装（如图 2 所示）。预制装配式电缆沟与砖砌或现浇电缆沟不同，它在分段拼接处会有缝隙渗水的情况。通常会采用以下三种接缝防渗措施：其一，填充发泡剂并加上硅酮耐候胶勾缝来止水。在每段预制混凝土电缆沟的两端，沿着断面的内外壁边缘（底板下部除外）预留出 20mm×3mm 的槽口，拼缝宽度设定为 5mm。当预制电缆沟拼接到位后，在预留的槽口内填充发泡剂，接着用硅酮耐候胶勾缝，从而形成止水缝。其二，……（如果还有其他两种措施可继续按照此方式续写）该方法施工较为简便，无需进行湿作业，施工速度较快。同时，它还经济适用。在预制电缆沟断面的中心位置，均预先设置了梯形或半弧形的公槽或母槽。安装之前，将 6mm 厚的通长橡胶条固定在每段电缆沟端部的母槽内。构件就位之后，拧紧外侧的对拉螺栓，从而挤压橡胶条钢结构厂房防火墙，形成止水缝。这种方法的止水效果较为可靠，然而其缺点在于成本较高。微膨胀浆料用于灌缝止水。预制电缆沟的沟壁端面以及底板端面的中心位置，都预先设置了直径 40mm 的 1/2 圆弧凹槽。在构件就位之后，从顶部浇灌微膨胀浆料，从而形成止水缝。这种方法施工较为简便，成本也不高，然而其缺点是存在湿作业，电缆沟底部有漏浆的可能性。

2.2装配式围墙、防火墙

装配式围墙（图 3）是由基础、围墙柱、预制墙板和压顶梁装配而成的。目前在变电站、发电厂等电力工程中，根据材料类型的不同，已经得到应用的装配式围墙形式有以下几种：一是预制混凝土柱加预制墙板构成的实体围墙；二是预制型钢柱加预制墙板构成的实体围墙；三是预制混凝土柱加挤压水泥纤维板构成的围墙；四是预制混凝土柱加玻璃纤维增强水泥板构成的围墙。围墙主要是依靠预制围墙柱来受力的。柱上设有凹槽，安装完毕后能卡入预制墙板。在围墙柱的上部，会采用压顶梁进行封口。围墙柱在基础中的常见安装方式包含焊接、螺栓连接以及杯口插入式连接这三种。焊接连接是把围墙柱底部的预置钢板和基础的预埋钢板焊接固定起来，在这个过程中，需要特别注意对现场施焊的部分做好防腐处理[9-11]。装配式防火墙（图 4）的构造原理和装配式围墙基本一样。防火墙通常高度较大，所以装配式防火墙需采用框架结构，在墙顶设置框架梁把框架柱连成整体。墙板需要梁来支撑，因此在地面处设置一道基础梁，作为预制墙板的基础。考虑到减少施工工序和节约工期的需求，装配式防火墙能根据实际情况取消中间标高处的框架梁，只在墙顶和墙底设置框架梁，这样能减少构件数量和节点数量。相关文献对某换流站阀厅的预制钢筋混凝土装配式防火墙开展了整体受力方面的分析，进行了抗震性能方面的试验，还进行了理论分析，同时对防火墙的抗震性能进行了计算，其结果显示，装配式防火墙需要采取合适的构造措施，以此来满足受力方面的要求[12]。

3电力工程主体结构中装配式结构的应用

3.1装配式钢结构主厂房

钢结构天生具备装配式的属性。因为它具有轻量级、高强度、抗震性能好以及可快速施工等优点，所以实际上已经在国内外地震高烈度区的主厂房结构中逐渐得到应用。某发电厂项目位于棉兰老岛，是由国内某工程公司进行总承包建设的。棉兰老岛当地的地震设防烈度能够达到 8 度。项目坐落于海滨，所以风荷载比较大。并且要考虑到当地建筑工业水平较为落后，还缺乏专业且成熟的现浇混凝土结构施工技术人员以及材料供应保障体系。基于这些情况，EPC 团队决定将主厂房采用钢结构形式，如图 5 所示。主厂房的楼板是由压型钢板底模和现浇混凝土结构组成的。外墙板使用的是压型钢板。内墙板则是用多孔砖砌筑而成的。除了内墙板之外，其他的钢结构建材都是在国内生产制造出来，然后通过海运运输进来的。设计团队在设计过程中运用 STAAD 软件进行建模计算，挑选出经济且合理的钢梁、钢柱以及支撑截面，将梁柱连接、主次梁连接等各类节点设计成全螺栓拼接的形式，这样就减少了现场的焊接工作量。钢结构工厂利用 Takela 对图纸进行放样以及节点的深化设计，节点开孔和钢结构涂装等工作都在工厂内完成，从而有效提升了安装效率。民用钢结构建筑与之相比，火电厂主厂房由于工艺的专业布置需求，时常会有一些楼板开孔以及楼板不连续等平面不规则的状况出现。这样就会致使纵横向框架的刚度分布不均衡。并且，像粉斗、煤斗、高低压加热器、除氧器等这类重型设备，其质量分布相对较为集中，而且常常处在结构的高层位置。因此，容易让主厂房形成抗震薄弱层。为了提升钢结构厂房的抗侧刚度，需要运用一些必要的抗震举措。目前，较为常用的抗震措施有框架-支撑体系，还有防屈曲耗能支撑（BRB）以及钢板剪力墙体系等[13]。地震高烈度地区采用钢结构主厂房设计存在以下难点：其一，要合理选取抗震措施，这需要综合考量地震烈度的大小、机组容量的大小以及结构工程造价等因素；其二，支撑体系的布置较为复杂，因为主厂房设备和管道众多，在布设支撑时必须避免与它们发生干涉。

3.2装配式钢结构变电站

变电站主体结构比发电厂主厂房更为简单。因为国家电网公司的创新推动举措，装配式钢结构变电站（图 6）的应用范围更广了，其设计和施工技术也更成熟了。在经济合理且处于非强侵蚀介质环境时，能够采用钢框架结构、门式刚架结构、冷弯薄壁型钢结构。应优先选用定型且标准化的节点型式，这样做的目的是尽量减少构件的种类数量，降低现场焊接作业量，提升施工速度。外墙材质适宜选用高密度纤维水泥板，内隔墙材质适宜选用轻钢龙骨石膏板，楼板可以选择钢筋桁架楼承板等结构形式[14]。装配式钢结构建筑的抗火性能不佳。变电站等工业建筑一般要求具备较高的防火等级。为避免和减少钢结构的火灾危害，就必须对钢结构开展科学的抗火设计，并且采取安全可靠、经济合理的防火保护措施。钢结构防腐设计需综合考量环境中介质的腐蚀性。同时，也要考虑周边环境条件、施工和维修条件等因素。要根据不同的地方特点，综合地制定防腐蚀方案并选择防腐蚀材料。BIM 技术在新技术融合方面，现已深入应用于装配式变电站的设计和施工全过程。它在现场精细化管理方面发挥了较大作用，能缩短工期，还能节约成本、保证质量，提升项目管理水平。同时，它能够满足高精度的钢柱定位要求，避免构件干扰碰撞，提高现场装配率[15]。

4装配式结构在电力工程中的发展前景

装配式建筑推广发展的影响因素总体而言可归结为政策、技术、经济和市场等方面。然而，最终其他各类因素都能够转化为经济因素[2]。装配式建筑在发展前期，因为技术标准化还不成熟，所以预制构件的制作成本比较高，市场对它的认知度也较低。在这种情况下，装配式建筑与价格较低的传统现浇模式建筑竞争时，难以凭借自身优势赢得市场。而在这个阶段，它主要是借助政策因素来实现发展的。近年来，我国在装配式建筑方面的政策支持力度持续增强。一方面，持续对装配式建筑的配套技术标准进行完善。另一方面，针对装配式建筑的发展提出了具体的要求。如此一来，装配式建筑展现出了蓬勃发展、欣欣向荣的态势。一方面，建筑劳务用工市场发生了变化，这种变化对装配式建筑的推广是有利的。新生代农民工逐渐走向制造业和服务业去就业，导致建筑行业的劳动力用人成本呈现出上升的趋势，建筑行业的“人口红利”也即将消失。而装配式结构与传统现浇模式相比，能够大幅度减少建筑用工，所以它的推广应用是符合社会用工发展需求的。投资方的投资意愿不够，这是一个原因；工程总承包体制对其有制约，这是另一个原因。这两个原因是现阶段装配式建筑在电力工程中难以推广应用的主要因素。在电力工程尤其是发电厂工程里，建筑结构的尺寸各式各样，没有什么规律可循。构件进行模数化处理的难度比较大，预制构件的单价又比较高，这就使得投资方的投资意愿不够强烈。同时，预制构件的吊装施工以及现场施工管理，无论是要求还是成本都更高一些，工程总承包单位由于受到利润因素的影响，应用的意愿也不足，从而导致装配式结构在电力工程中的发展比较滞后。目前国家电网已决定全面推广预制装配式结构。并且，在国外，海外的发电厂总承包建设工程通常面临工期紧张的情况，而装配式钢结构建筑的应用优势正在逐渐显现出来。

5结论

3. 现阶段，投资方投资意愿不足以及工程总承包体制的制约钢结构厂房防火墙，是装配式建筑在电力工程中难以大规模推广应用的主要原因。目前国家电网有全面推广预制装配式结构的决定，装配式钢结构建筑在海外发电厂总承包建设工程工期紧张时具有应用优势，这些将推动装配式结构在国内外进一步发展。

作者是周承宗，其所在单位为中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司。