一、設(shè)計(jì)背景與防雪必要性
在寒冷多雪地區(qū)，降雪對預(yù)制艙的安全運(yùn)行構(gòu)成顯著威脅：一方面，積雪長期堆積會導(dǎo)致艙體頂部荷載超標(biāo)，可能引發(fā)艙頂變形、結(jié)構(gòu)開裂，甚至出現(xiàn)坍塌風(fēng)險(xiǎn)；另一方面，積雪融化后形成的融水若滲入艙體縫隙，會導(dǎo)致艙內(nèi)濕度升高，引發(fā)設(shè)備凝露、金屬部件腐蝕，影響電力、儲能等核心設(shè)備的絕緣性能與使用壽命。此外，積雪覆蓋艙體通風(fēng)口、檢修門時(shí)，還會阻礙設(shè)備散熱與日常運(yùn)維。因此，針對預(yù)制艙的防雪設(shè)計(jì)需兼顧 “積雪清除” 與 “融水防護(hù)”，從結(jié)構(gòu)、功能、材料等多維度構(gòu)建防護(hù)體系，確保極端降雪天氣下艙體安全與設(shè)備穩(wěn)定。
二、降雪對預(yù)制艙的核心危害分析
（一）結(jié)構(gòu)荷載超限風(fēng)險(xiǎn)
降雪形成的靜荷載會持續(xù)作用于預(yù)制艙頂部：根據(jù)氣象數(shù)據(jù)，干雪密度約為 100-200kg/m2，濕雪密度可達(dá) 300-500kg/m2，若積雪厚度超過 30cm，單平米荷載可突破 150kg。若預(yù)制艙頂部結(jié)構(gòu)未做強(qiáng)化設(shè)計(jì)，長期超載會導(dǎo)致艙頂檁條彎曲、面板凹陷，嚴(yán)重時(shí)破壞艙體整體承重結(jié)構(gòu)，引發(fā)安全事故。
（二）融水滲透與設(shè)備損壞
積雪融化過程中，融水易通過以下路徑侵入艙內(nèi)：一是艙體拼裝縫隙（如頂板拼接處、門窗邊框），若密封措施不到位，融水會直接滲入艙內(nèi)；二是艙頂排水系統(tǒng)堵塞時(shí)，積水會沿艙壁縫隙滲透至保溫層，導(dǎo)致保溫性能下降，同時(shí)引發(fā)艙內(nèi)凝露，造成設(shè)備絕緣電阻降低、線路短路等故障。
（三）運(yùn)維與散熱受阻
積雪覆蓋預(yù)制艙檢修門、爬梯時(shí)，會阻礙運(yùn)維人員進(jìn)出，延誤故障處理；若積雪堵塞艙體通風(fēng)口、散熱百葉窗，會導(dǎo)致艙內(nèi)散熱效率下降，夏季高溫時(shí)可能引發(fā)設(shè)備過熱跳閘，冬季則可能因通風(fēng)不暢加劇凝露問題。
三、防雪措施核心設(shè)計(jì)方案
（一）艙頂結(jié)構(gòu)優(yōu)化：從源頭減少積雪堆積
1. 合理設(shè)計(jì)屋面坡度
根據(jù)當(dāng)?shù)亟笛┝看_定屋面坡度：降雪量較小地區(qū)（年降雪量＜500mm），屋面坡度宜為 15°-20°；降雪量較大地區(qū)（年降雪量≥500mm），坡度需提升至 25°-30°，利用重力作用加速積雪滑落，避免積雪長期滯留。同時(shí)，屋面邊緣需設(shè)置 10-15cm 高的擋雪檐，防止積雪滑落時(shí)砸傷周邊設(shè)備或人員。
2. 強(qiáng)化頂部承重能力
針對積雪荷載，對艙頂結(jié)構(gòu)進(jìn)行專項(xiàng)強(qiáng)化：采用 Q355B 級高強(qiáng)度型鋼作為檁條，間距控制在 600-800mm，確保檁條抗彎強(qiáng)度滿足 2.5kN/m2 以上的荷載要求；艙頂面板選用厚度≥0.8mm 的彩鋼板（覆鋁鋅層，防腐等級≥AZ150），并在面板下方鋪設(shè) 1.2mm 厚鍍鋅鋼板作為支撐，提升整體抗變形能力。
3. 增設(shè)主動除雪裝置
- 電加熱融雪系統(tǒng)：在艙頂面板下方敷設(shè)自限溫電加熱帶（功率密度 20-30W/m2），加熱帶沿屋面坡度方向布置，間距 500-600mm，配備溫控器（設(shè)定溫度 0℃啟動、5℃停止），降雪時(shí)自動啟動，融化積雪并防止結(jié)冰。
- 機(jī)械除雪機(jī)構(gòu)：對于大型預(yù)制艙（艙頂面積＞20m2），可在艙頂兩側(cè)安裝導(dǎo)軌式除雪刮板，通過電機(jī)驅(qū)動刮板沿屋面滑動，清除厚度＞10cm 的積雪，刮板邊緣采用橡膠材質(zhì)，避免劃傷艙頂面板。
（二）排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)：高效疏導(dǎo)融水與積雪
1. 屋面排水路徑規(guī)劃
采用 “天溝 + 落水管” 組合排水方式：在艙頂兩側(cè)設(shè)置內(nèi)天溝（寬度≥200mm，深度≥150mm），天溝坡度控制在 3‰-5‰，確保融水快速流向落水管；落水管選用 Φ110mm 的 UPVC 管（壁厚≥3.2mm），每 3-4m 設(shè)置一根，落水管底部延伸至艙體外側(cè) 1.5m 處，避免融水在艙體基礎(chǔ)周邊堆積結(jié)冰。
2. 防堵塞與防凍保護(hù)
- 天溝防堵塞：在天溝內(nèi)鋪設(shè)不銹鋼濾網(wǎng)（孔徑 5mm），阻擋樹枝、落葉等雜物進(jìn)入；天溝末端設(shè)置可拆卸的清淤口，便于定期清理淤積物。
- 落水管防凍：在落水管外側(cè)包裹 30mm 厚的聚氨酯保溫層（導(dǎo)熱系數(shù)≤0.024W/(m?K)），并在保溫層內(nèi)敷設(shè)伴熱帶（功率 15W/m），低溫時(shí)啟動伴熱，防止管內(nèi)融水結(jié)冰堵塞。
（三）艙體密封與防護(hù)：阻斷融水滲透路徑
1. 拼裝縫隙密封處理
預(yù)制艙拼裝時(shí)，針對不同部位采用專項(xiàng)密封措施：
- 頂板拼接處：采用 “雙道密封”，內(nèi)側(cè)敷設(shè)丁基橡膠防水膠帶（寬度 50mm），外側(cè)打耐候硅酮密封膠（抗紫外線等級≥UV8，耐溫范圍 - 40℃-80℃），確保縫隙無滲水風(fēng)險(xiǎn)。
- 門窗邊框：安裝三元乙丙密封條（截面尺寸 10mm×20mm），密封條與邊框貼合面需涂抹密封膠，同時(shí)在門窗外側(cè)設(shè)置擋水沿（高度≥10mm），防止融水沿邊框滲入。
2. 基礎(chǔ)與艙壁防護(hù)
- 預(yù)制艙基礎(chǔ)采用高出地面 300mm 的混凝土臺，基礎(chǔ)周邊設(shè)置寬 200mm、深 150mm 的排水明溝，溝內(nèi)鋪設(shè)卵石（粒徑 50-80mm），加速融水排放。
- 艙壁底部（距地面 500mm 高度內(nèi)）采用厚度≥1.5mm 的鍍鋅鋼板包裹，鋼板表面涂刷防腐涂料（耐鹽霧等級≥1000h），防止融水浸泡導(dǎo)致艙壁腐蝕。
（四）材料選擇：提升防雪與耐候性能
1. 艙頂面板材料
優(yōu)先選用 “彩鋼板 + 保溫層 + 背板” 復(fù)合面板，其中：
- 外層彩鋼板：選用氟碳涂層彩鋼板（涂層厚度≥25μm），具有優(yōu)異的抗紫外線、抗積雪沖刷性能，表面光滑度高（光澤度≤30°），減少積雪附著力。
- 保溫層：采用 50mm 厚擠塑聚苯板（XPS，導(dǎo)熱系數(shù)≤0.030W/(m?K)），兼具保溫與防水性能，避免積雪融化導(dǎo)致保溫層受潮失效。
2. 除雪輔助材料
- 電加熱帶：選用自限溫 PTC 加熱帶（耐溫范圍 - 60℃-120℃），具有過載保護(hù)功能，避免局部過熱損壞艙頂結(jié)構(gòu)。
- 密封材料：優(yōu)先選用符合 GB/T 14683 標(biāo)準(zhǔn)的硅酮密封膠，確保在低溫環(huán)境下（-40℃）仍能保持彈性，避免密封失效。
四、實(shí)際案例：高降雪地區(qū)預(yù)制艙防雪設(shè)計(jì)應(yīng)用
（一）項(xiàng)目背景
某北方地區(qū) 35kV 預(yù)制艙變電站，當(dāng)?shù)啬杲笛┝考s 800mm，極端積雪厚度可達(dá) 50cm，冬季最低溫度 - 30℃，需針對強(qiáng)降雪天氣設(shè)計(jì)專項(xiàng)防雪方案。
（二）實(shí)施方案
- 艙頂結(jié)構(gòu)：采用 30° 屋面坡度，檁條選用 Q355B 型鋼（間距 600mm），艙頂面板為 “0.8mm 氟碳彩鋼板 + 50mm XPS 保溫層 + 1.2mm 鍍鋅背板” 復(fù)合結(jié)構(gòu)。
- 除雪系統(tǒng)：敷設(shè)自限溫電加熱帶（功率 25W/m2），配備溫控器與遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊，可通過后臺系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測加熱狀態(tài)；艙頂兩側(cè)安裝導(dǎo)軌式除雪刮板，手動 / 自動雙模式控制。
- 排水系統(tǒng)：設(shè)置內(nèi)天溝（寬度 250mm，坡度 5‰），落水管選用 Φ110mm UPVC 管（包裹 30mm 聚氨酯保溫層 + 伴熱帶），基礎(chǔ)周邊設(shè)排水明溝。
- 密封處理：頂板拼接處采用 “丁基膠帶 + 硅酮密封膠” 雙道密封，門窗邊框安裝三元乙丙密封條，艙壁底部包裹鍍鋅鋼板并涂刷防腐涂料。
（三）實(shí)施效果
冬季降雪期內(nèi)，艙頂積雪 2 小時(shí)內(nèi)可通過坡度自然滑落，剩余薄雪由電加熱帶融化，無積雪堆積現(xiàn)象；排水系統(tǒng)無堵塞、結(jié)冰情況，艙內(nèi)濕度始終控制在 60% 以下，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，未出現(xiàn)因降雪導(dǎo)致的故障。
五、日常維護(hù)與巡檢建議
- 降雪前檢查：每年 10 月（降雪季來臨前），檢查電加熱帶通斷狀態(tài)、除雪刮板運(yùn)行靈活性、密封膠是否開裂、排水系統(tǒng)是否通暢，確保防雪裝置處于正常工作狀態(tài)。
- 降雪中監(jiān)測：通過遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)觀察艙頂積雪厚度（可安裝雪深傳感器），當(dāng)積雪厚度超過 15cm 時(shí)，啟動除雪刮板或電加熱帶；每 2 小時(shí)檢查一次落水管排水情況，防止結(jié)冰堵塞。
- 降雪后維護(hù)：積雪融化后，清理天溝內(nèi)的雜物與殘留積雪，檢查艙頂面板是否有變形、劃痕，密封膠是否因凍融出現(xiàn)開裂，若發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)修補(bǔ)。
六、總結(jié)與展望
預(yù)制艙的防雪設(shè)計(jì)需結(jié)合當(dāng)?shù)亟笛┝?、溫度等氣象條件，從 “結(jié)構(gòu)抗雪、主動除雪、排水防融、密封防滲” 四個(gè)維度構(gòu)建綜合防護(hù)體系，同時(shí)注重材料耐候性與設(shè)備可靠性。未來，隨著智能化技術(shù)的發(fā)展，可進(jìn)一步引入 “雪深自動監(jiān)測 + 除雪系統(tǒng)聯(lián)動控制” 的智慧防雪方案，通過物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)防雪措施的自動化、精準(zhǔn)化運(yùn)行，為預(yù)制艙在極端降雪天氣下的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供更有力的保障。
