模塊化變電站是通過將電氣設(shè)備和輔助設(shè)施在工廠內(nèi)完成安裝、調(diào)試并集成到可移動、高密封、防潮防銹的預(yù)制式艙體內(nèi)，整體運輸至現(xiàn)場安裝而成。這種建造方式大大縮短了建設(shè)周期，降低了建設(shè)成本，解決了占地面積大、安裝工藝標準不統(tǒng)一等問題，因而在國家電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)得到了快速的試點應(yīng)用推廣。模塊化變電站預(yù)制艙是一種箱式結(jié)構(gòu)，由底座或一體框架與外墻組成，因此預(yù)制艙的吊裝與集裝箱吊裝相似。然而，相較于普通集裝箱，預(yù)制艙通常只在單側(cè)布置電氣設(shè)備，導(dǎo)致艙體質(zhì)量分布不均勻，質(zhì)量偏心現(xiàn)象較集裝箱更常見，這使得吊裝過程中艙體難以保持平衡，容易出現(xiàn)傾斜，傾斜瞬間難以確保設(shè)備瞬時加速度滿足GB50260—2013《電力設(shè)施抗震設(shè)計規(guī)范》對于水平加速度放大系數(shù)的要求。此外，設(shè)備和艙的連接節(jié)點也需要確保不受損壞，一旦設(shè)備或連接處受損，則可能導(dǎo)致設(shè)備無法正常使用。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，多艙結(jié)構(gòu)形式的預(yù)制式變電站也得到廣泛應(yīng)用。相比單艙結(jié)構(gòu)，操作人員需要更精準地將上層艙體落到下層艙頂，吊裝難度更大。此外，由于預(yù)制艙內(nèi)的設(shè)備成本高昂，吊裝過程中對艙體姿態(tài)和吊裝速度的要求比集裝箱更高。因此，研究合適的吊裝形式、吊具和吊裝設(shè)備來保障吊裝的安全性變得尤為重要。鑒于此，本文介紹了目前常見的吊裝技術(shù)形式，并進行了對比，歸納總結(jié)了不同吊裝形式的優(yōu)缺點及適用范圍；同時，綜述了吊具、吊繩以及吊裝姿態(tài)等的現(xiàn)有研究成果，指出了當(dāng)前吊裝中存在的主要問題，并提出了未來的研究方向。1、目前預(yù)制艙吊裝技術(shù)形式概述根據(jù)JGJ276—2012《建筑施工起重吊裝工程安全技術(shù)規(guī)范》，在進行起重吊裝作業(yè)前，必須編制專項施工方案，并確保構(gòu)件的吊點符合設(shè)計規(guī)定。因此，針對不同場景選擇合適的吊裝形式至關(guān)重要。目前，根據(jù)預(yù)制艙的結(jié)構(gòu)形式和場地條件，吊裝形式可分為頂部起吊、底部起吊和千斤頂卸載三種，其各自的特點如表1所示。1.1

頂部起吊頂部起吊廣泛應(yīng)用于標準化集裝箱形預(yù)制艙的吊裝，具有高效、節(jié)省空間等優(yōu)勢。頂部起吊可分為專用吊具起吊和簡易吊具起吊兩種形式，如圖1所示。專用吊具起吊指的是配置專用的吊具來輔助吊裝，往往采用框架式結(jié)構(gòu)專用吊具，與預(yù)制艙頂部四角通過旋鎖機構(gòu)固定，通過吊繩連接起重設(shè)備完成起吊[4]。這種起吊形式標準化程度高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全性好，能降低吊裝過程中的事故風(fēng)險，適用于需要快速高效吊裝的標準化場所；但其設(shè)備成本較高，重量大，操作復(fù)雜，需具備專業(yè)的操作人員。而簡易吊具起吊僅需使用吊繩及卸扣將預(yù)制艙頂部四角旋鎖固定，連接起重設(shè)備。該形式具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、靈活適用的優(yōu)點，適合輕小型或臨時性吊裝作業(yè)；然而，其穩(wěn)定性和安全性較專用吊具低，長時間或重負荷使用時可能出現(xiàn)松動或受力不均的情況。1.2

底部起吊與頂部吊裝相比，底部起吊能夠更均勻地分散和承受重載，適用于較重的預(yù)制艙或頂部無法承受吊裝力的情況。底部起吊通常采用一至兩根橫梁，橫梁兩端上下設(shè)有吊耳，下吊耳連接預(yù)制艙底部的吊點，上吊耳與起重設(shè)備的吊鉤連接。根據(jù)吊點的數(shù)量，底部起吊方式可分為四點起吊和八點起吊，如圖2所示。四點起吊通常適用于長度小于10m、重量小于20t的預(yù)制艙，適用范圍廣。但對于重型預(yù)制艙，四個吊點可能導(dǎo)致吊點局部應(yīng)力過大，容易損壞艙體底部結(jié)構(gòu)。因此，四點起吊更適用于輕小型預(yù)制艙的裝卸場合，如國網(wǎng)Ⅰ型、Ⅱ型預(yù)制艙。八點起吊適用于長度超過10m、重量超過20t的重型預(yù)制艙，相比四點起吊，八點起吊能提供更均勻的受力分布，穩(wěn)定性更好，能有效避免底部結(jié)構(gòu)變形。不過，這種形式需要更多的配件，并且對操作精度要求更高。這種形式常用于大型變電站中的SVG、SFC等裝卸場合?？偟膩碚f，在選擇頂部吊裝或底部吊裝時，需考慮以下幾個方面：首先，預(yù)制艙是否配備標準頂部吊耳及其頂部結(jié)構(gòu)是否適合吊裝，若答案為否則底部吊裝更為合適；其次，頂部吊裝占用的吊裝空間更小，更適合高度受限的場景；最后，保障電氣設(shè)備與艙體連接設(shè)備一般都是在工廠內(nèi)部就安裝在艙體中，因此在現(xiàn)場安裝時，為了施工方便，考慮到艙內(nèi)已安裝的設(shè)備，通常采用底部起吊，而頂部起吊主要用于空箱轉(zhuǎn)運?？傊?，兩種起吊形式各有適用場景，具體選擇取決于作業(yè)環(huán)境、吊裝設(shè)備條件及預(yù)制艙結(jié)構(gòu)特點。1.3

千斤頂卸載千斤頂卸載是一種專為高度受限的特殊工程設(shè)計的預(yù)制艙安裝方式，如圖3所示。在山洞或地下工程等特殊環(huán)境中，由于吊車無法使用，千斤頂卸載成為解決高度限制問題的有效方法[6]。該方式具有高度的操作靈活性和可控性，能夠精確控制每一步操作，確保卸載過程的安全性。然而，千斤頂卸載操作復(fù)雜，效率較低，需要熟練的操作人員和專用設(shè)備。2、目前預(yù)制艙吊裝研究內(nèi)容2.1

吊具設(shè)計吊具是吊裝過程中的關(guān)鍵組件，其結(jié)構(gòu)形式的強度對整個操作的安全性和效率至關(guān)重要。GB/T16762—2020《一般用途鋼絲繩吊索特性和技術(shù)條件》中規(guī)定了吊具的額定工作載荷，即吊具在一般使用條件下，由特定吊掛方式允許承受的最大載荷。選用合適的吊具不僅能有效分散負載，避免過載和不均勻受力，還能確保吊裝作業(yè)的安全，并在各種工況下提供可靠的支撐。燕飛飛等人[8]對槽鋼背靠背形式的單橫梁吊具的設(shè)計與穩(wěn)定性展開了研究，如圖4所示。結(jié)果表明，當(dāng)?shù)趵K夾角為120°時，吊具的軸向壓力顯著增加，可能引發(fā)失穩(wěn)風(fēng)險。為提高抗失穩(wěn)能力，截面改用了方管鋼形式，顯著提升了穩(wěn)定性和強度。因此，合理選擇吊具截面形式對確保穩(wěn)定性十分關(guān)鍵。此外，選取吊具截面時還應(yīng)考慮減輕自重來提升經(jīng)濟性。黃平[9]通過對箱型、型鋼、工字型三種橫截面進行計算分析，最終選擇了工字型結(jié)構(gòu)，減輕了吊具自重，以此充分利用吊車起重量。另外，旋鎖裝置是艙體與吊具之間的關(guān)鍵連接元件，如圖5所示[10]。尹冰等人[10]通過吊具試驗臺開展疲勞試驗，獲得了旋鎖的平均壽命范圍；在此基礎(chǔ)上建立了有限元模型并根據(jù)S-N疲勞曲線估算出旋鎖的理論壽命，進一步優(yōu)化了旋鎖結(jié)構(gòu)，不僅提升了旋鎖裝置的耐用性，降低了維護和更換頻率，還有效避免了松動問題，增強了吊裝過程穩(wěn)定性。2.2

吊繩選擇吊繩作為重要的受力元件，其選型直接關(guān)系到吊裝作業(yè)的經(jīng)濟性和安全性。選擇直徑過大的吊繩會造成不必要的經(jīng)濟浪費，而直徑過小則可能加劇磨損，縮短壽命，甚至導(dǎo)致斷裂，引發(fā)嚴重事故。GB/T16762—2020《一般用途鋼絲繩吊索特性和技術(shù)條件》中給出了由對稱分布的與垂直方向具有相同角度的單肢吊索組成的多肢組裝吊索的工作載荷計算公式：式中：WLL表示吊索額定工作荷載（t）；F0表示鋼絲繩最小破斷拉力（kN）；Ke表示接頭形式效能近似系數(shù)，壓制接頭取0.9，插編接頭取0.75；K表示肢的數(shù)量與垂直方向角度的相關(guān)系數(shù)（即額定工作載荷計算系數(shù)），如表2所示；Km是噸與千牛的換算系數(shù)，取值為9.80665；Ku表示安全系數(shù)，一般取5。然而，規(guī)范公式中采用的計算系數(shù)較為保守，導(dǎo)致吊繩受力計算數(shù)值偏低，這雖然提高了安全性，但公式計算提供的吊裝形式單一，無法完全覆蓋實際工程中的多樣化工況，從而影響了計算的準確性和經(jīng)濟性。因此，研究更為準確、靈活的計算方法具有重要意義，可為工程設(shè)計提供可靠的理論支持。袁元等人基于力的合成與分解的理論，建立了吊繩的數(shù)學(xué)受力模型，充分考慮了吊點角度、質(zhì)量偏心等因素，給出了常見吊裝形式中吊繩的受力計算公式，并創(chuàng)造性地提出了橢圓與圓相切的作圖法以簡化計算過程，如圖6所示，有效提升了吊繩選型的準確性和安全性。李記忠的研究進一步通過理論公式計算了吊繩受力，并驗證了在考慮偏心作用下理論公式的可行性。相比于常規(guī)計算方法，這種方法在保證精度的前提下能夠更快計算出吊繩受力。此外，吊繩與平衡梁之間的摩擦力是一個不可忽略的因素。鄺小娟等人的研究表明，若不考慮摩擦力，計算得到的吊繩受力不滿足安全要求。因此，在理論計算中應(yīng)正確考慮摩擦力，使結(jié)果更加精準。同時，摩擦力也會加劇吊繩磨損，長期忽略可能造成安全隱患，例如吊繩在薄弱處斷裂。在吊裝系統(tǒng)中，吊繩與吊耳的節(jié)點連接十分重要，吊耳承受了主要荷載。由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳統(tǒng)理論計算往往難以準確評估吊耳處的應(yīng)力是否滿足安全要求。為解決這一問題，可利用有限元軟件進行應(yīng)力應(yīng)變分析，揭示吊耳處的應(yīng)力分布，找到應(yīng)力集中區(qū)域。但準確模擬連接區(qū)域的受力是關(guān)鍵難題，這不僅涉及復(fù)雜的接觸力學(xué)問題，還受到如材料的非線性行為、摩擦力等多種因素的影響。景磊改進了吊繩吊耳處連接方式的模擬方法，建立了新的有限元模型，并通過實例計算驗證了該方法的高效性、合理性。這為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了可靠的數(shù)據(jù)支持，有助于評估和改進吊耳設(shè)計。2.3

底座分析預(yù)制艙主要由底座、側(cè)板和頂蓋等部分構(gòu)成，其中底座作為主要承載部分，直接關(guān)系到整體結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。因此，對艙體底座的力學(xué)性能、結(jié)構(gòu)強度及受力情況進行深入研究十分必要。根據(jù)材料分類，預(yù)制艙可主要分為標準集裝箱艙型、鋼結(jié)構(gòu)艙型和玻纖復(fù)合材料艙型，其中鋼結(jié)構(gòu)艙型因高性價比和40年以上的使用壽命而得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)GB55006—2021《鋼結(jié)構(gòu)通用規(guī)范》的規(guī)定，應(yīng)確保吊裝過程中產(chǎn)生的沖擊等荷載作用不會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生永久變形。郭紅斌等人[17]提出在設(shè)計階段需要同時考慮重力、慣性力與點動沖擊力的共同作用，以計算出預(yù)制艙底座鋼框架的最大撓度和最大應(yīng)力，從而評估底座是否會發(fā)生永久變形，避免潛在的結(jié)構(gòu)損傷。王勇奎等人[18]利用ANSYS軟件研究了不同吊點位置對預(yù)制艙底座的變形影響，研究表明，當(dāng)?shù)觞c位置靠近底座兩端時，底座中間的變形量較大，端部變形量較?。缓侠磉x擇吊點位置能夠最小化整體變形，有效提升底座的抗彎剛度。郭勝軍等人基于有限元分析，提出了調(diào)整槽鋼型號及間距來增強底座剛度的優(yōu)化方案，優(yōu)化設(shè)計后，底座的變形減小19.8%，同時底座剛度提高，成本降低。這種細致的分析和優(yōu)化設(shè)計，不僅保證了吊裝過程的安全性，還降低了預(yù)制艙吊裝的經(jīng)濟成本，為類似工程項目提供了有價值的參考。2.4

吊裝姿態(tài)研究預(yù)制艙內(nèi)設(shè)備通常采用單列或雙列布置，艙體的質(zhì)心與重心往往不重合[20]。因此，在吊裝過程中，采用常規(guī)的吊裝形式會導(dǎo)致艙體傾斜，從而引發(fā)設(shè)備位置偏移、機械損傷（如碰撞或擠壓），并削弱艙體與底座的連接性能。傾斜還會使連接點承受過大的剪切力和拉應(yīng)力，造成連接件的變形、松動甚至斷裂。翟旺等人研究了吊裝過程中因質(zhì)心變化導(dǎo)致的問題，發(fā)現(xiàn)即便是質(zhì)心的微小偏移也會導(dǎo)致較大的傾斜角度，并為此提出了增大吊具有效高度、減小吊裝物質(zhì)心高度、在箱體前端或后端增加配重、設(shè)置可調(diào)節(jié)的吊環(huán)位置以及采用雙鉤起吊等改善措施，以減小傾斜角度。這些措施提供了有效的解決方案，確保了吊裝過程中艙體姿態(tài)的平衡和設(shè)備的安全。3、預(yù)制艙吊裝存在的問題3.1

吊繩與吊具選型不當(dāng)?shù)蹙吲c吊繩作為吊裝中重要的受力元件，其選型是否正確直接關(guān)系到吊裝的安全性和效率。然而在實際操作中，許多吊具設(shè)計未充分考慮復(fù)雜的實際受力情況，所選用的材料和結(jié)構(gòu)形式無法滿足強度及穩(wěn)定性的要求，導(dǎo)致使用過程中出現(xiàn)失穩(wěn)、變形甚至斷裂，如圖7所示。例如，采用普通槽鋼作為吊具材料時，在高負載情況下可能發(fā)生不可逆的塑性變形甚至斷裂，難以滿足吊裝作業(yè)要求。吊繩既是吊裝系統(tǒng)中的重要組成部分，也是更換頻率最高的易損件[22]。但實際工程中吊繩選型不當(dāng)?shù)那闆r較為普遍，主要表現(xiàn)為以下幾方面：首先，吊繩強度不足，當(dāng)預(yù)制艙重量較大時，容易發(fā)生斷裂事故；其次，吊繩長度不合適，可能會影響吊裝的平衡性，增加預(yù)制艙傾斜風(fēng)險；最后，吊繩老化嚴重，部分工程為節(jié)省成本而重復(fù)使用老舊吊繩，導(dǎo)致斷裂風(fēng)險大幅增加。3.2

吊裝方案設(shè)計不合理吊裝方案的合理性直接影響預(yù)制艙的穩(wěn)定性，而吊點的設(shè)置和加固則是方案中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。若吊點位置選擇不當(dāng)或加固措施不足，吊裝過程中可能導(dǎo)致預(yù)制艙傾斜，甚至引發(fā)預(yù)制艙變形或吊點脫落的危險情況。尤其是在多層預(yù)制艙吊裝時，吊點的布置更加復(fù)雜。吊點數(shù)量設(shè)置不合理會導(dǎo)致單個吊點承受的重力荷載過大，引起應(yīng)力變形過大，削弱吊點處連接性能。若吊繩設(shè)置不合理，起吊時吊繩的長度不一致，也會造成應(yīng)力集中現(xiàn)象。隨著市場需求的增加，預(yù)制艙的尺寸不斷加大。當(dāng)?shù)跹b設(shè)備的高度受到限制時，若吊點仍設(shè)置在艙體的兩端，則吊繩夾角的增加將顯著提高吊具的軸向壓力，加劇吊具的應(yīng)力集中，最終可能導(dǎo)致吊具彎曲、變形等問題。然而，若簡單地將吊點向艙體中部移動，則艙體邊緣與吊點之間的距離可能過大，造成吊點處負彎矩過大[23]。3.3

吊裝荷載分析不充分當(dāng)預(yù)制艙內(nèi)部布局不均勻、質(zhì)心偏移時，吊裝過程中容易出現(xiàn)傾斜和搖擺。李彥國提出，在吊裝時首先應(yīng)考慮起吊狀態(tài)下模塊自重與吊鉤起吊之間的靜力平衡；其次，結(jié)合場地條件和起吊方式計算動力放大系數(shù)；最后，根據(jù)吊具和構(gòu)件的具體位置考慮重要系數(shù)，從而逐一計算各構(gòu)件的荷載。然而，該方法采用的是靜態(tài)荷載分析法，未充分考慮預(yù)制艙在吊裝過程中可能承受的多種復(fù)雜荷載，如自重、風(fēng)荷載等組合的影響。此外，操作過程中必然存在啟動、加減速等情況，由此產(chǎn)生的慣性力可能會導(dǎo)致艙體發(fā)生搖擺，這種動態(tài)過程中的擺動動力效應(yīng)應(yīng)納入荷載分析。4、未來研究展望4.1

新型材料的應(yīng)用現(xiàn)有的吊裝設(shè)備雖然能滿足基本要求，但在面對復(fù)雜的吊裝環(huán)境和特殊要求時，表現(xiàn)出一定的局限性。因此，新材料和新結(jié)構(gòu)應(yīng)用將成為未來的重要研究方向。例如，開發(fā)輕量化、高強度的吊裝工具，并通過有限元分析和試驗測試，對吊具進行系統(tǒng)的力學(xué)性能分析和優(yōu)化設(shè)計，以提高其強度和抗失穩(wěn)能力。同時，研發(fā)強度高、耐久性優(yōu)良的吊繩材料，能延長其在不同使用條件下的壽命，降低吊繩斷裂的風(fēng)險。輕質(zhì)高強材料的應(yīng)用不僅能顯著降低艙體的自重，還可以降低起重設(shè)備的負載要求。此外，由于預(yù)制艙尺寸存在差異，需要頻繁更換吊具，為提高吊具的適用性和經(jīng)濟性，未來有必要設(shè)計出能夠兼容多規(guī)格預(yù)制艙的吊具，以減少吊具拆裝次數(shù)，確保吊裝過程中的穩(wěn)定性和安全性。4.2

智能化吊裝技術(shù)的發(fā)展隨著科技的迅速發(fā)展，智能化吊裝技術(shù)已在部分裝配式施工吊裝中得到初步研究與應(yīng)用。別紅亮[26]探索了智能吊裝作業(yè)中全過程環(huán)境感知方法，建立了起吊前待吊裝構(gòu)件智能識別方法，并開發(fā)了智能化吊裝作業(yè)環(huán)境感知系統(tǒng)，智能定位流程圖如圖8所示。在現(xiàn)場測試環(huán)境下，該系統(tǒng)實現(xiàn)了快速且高精度的識別，滿足了實時性和準確性要求，但在更復(fù)雜的施工場景中則效果較不理想，因此智能化吊裝技術(shù)需要進一步研究。未來，智能化吊裝技術(shù)有望在實際應(yīng)用中發(fā)揮更重要作用，例如，通過傳感器和監(jiān)控系統(tǒng)的集成，實時監(jiān)測吊裝過程中的荷載和變形情況，并結(jié)合實時數(shù)據(jù)反饋和機器學(xué)習(xí)算法，實現(xiàn)智能控制與風(fēng)險預(yù)警。此類技術(shù)可嚴格控制吊繩的夾角，確保各受力部件受力均勻。在復(fù)雜且動態(tài)的施工環(huán)境中，智能化技術(shù)將提升自動化水平與決策支持能力，大幅提高吊裝作業(yè)的安全性和效率。4.3

動態(tài)荷載結(jié)合仿真分析的優(yōu)化設(shè)計相比于傳統(tǒng)的靜態(tài)分析，動態(tài)荷載分析能夠更真實地反映吊裝過程中瞬態(tài)荷載的變化和結(jié)構(gòu)的響應(yīng)情況。結(jié)合有限元仿真分析軟件對吊裝方案進行優(yōu)化設(shè)計，在吊裝前模擬不同吊裝點位置和吊裝方法的效果，可以優(yōu)化預(yù)制艙的吊點布置，從而選擇最佳吊裝方案。此外，未來針對預(yù)制艙的減搖、防搖吊具裝置，也可以借助有限元仿真技術(shù)開展進一步研究與改進，提升其性能與實用性。4.4

吊裝作業(yè)標準化與規(guī)范化研究制定和完善預(yù)制艙吊裝的標準和規(guī)范也是未來發(fā)展的重要任務(wù)。通過制定統(tǒng)一的技術(shù)標準和操作規(guī)范，可以規(guī)范吊裝作業(yè)，提高吊裝質(zhì)量和安全性。一是吊裝方案規(guī)范化，包括吊裝前準備、吊裝作業(yè)實施以及檢查與總結(jié)。在吊裝前應(yīng)制定全面的吊裝方案，檢查設(shè)備并對參與人員進行安全培訓(xùn)。吊裝過程中，需要嚴格遵循操作規(guī)程，由專業(yè)人員統(tǒng)一指揮。吊裝完成后，及時檢查設(shè)備并對整個過程進行總結(jié)反饋。通過規(guī)范化的操作流程，可以有效減少安全隱患，提高作業(yè)效率。二是吊具設(shè)計流程規(guī)范化。首先，進行需求分析，明確吊具的使用環(huán)境、承載能力和功能要求。然后，制定設(shè)計方案，選擇適當(dāng)?shù)牟牧?，確保吊具具備足夠的強度和耐久性。在結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，需要充分考慮安全系數(shù)和應(yīng)力分布。制造加工