新型磷酸鐵鋰電池在建筑施工的應用

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施工現場的安全一直是我們國家建筑現場管理的重中之重，特別是在機電安裝工程領域，由于機電安裝工程的特點，安裝專業多，安裝部位多，末端設備多，持續周期長，重復性工作多等重要特點，再結合施工場地中的三級臨電設計體系，導致對安裝工程末端工作安全影響非常大。近年來，由于電池技術突飛猛進的發展，電池的應用領域越來越多，應用規模越來越大，在此種情況下，鐵鋰電池的無線化應用在很多建筑領域都有應用，但充電時間長，有效使用時間短。本文從項目實際情況和需求出發，通過項目的使用回溯，得出應用角度的經濟分析。

一、建筑施工場地的觸電事故成因

建筑施工現場的安全管理是一項非常重要的管理工作，從設備安全到施工安全都是項目管理工作中的剛性工作任務，具有非常重要的管理意義。而對于建筑施工過程中的安全事故來看，觸電事故是其中非常重要且占比非常大的部分，在多年的項目工作中總結，觸電事故的特點如下：（1）臨電環境事故率高于高壓環境，接電的生產工具事故多于固定的電氣設備。（2）高溫，潮濕環境事故高發，金屬物品較多存放不合理引發的事故也較多。（3）二三季度因氣候原因，也導致觸電事故容易高發。觸電事故的高發，除了環境因素以外，更多的有管理上的疏漏和操作習慣的影響，雖然整體在我國降低，但依然有一些原因是可以控制的，比如：（1）施工現場三級臨電設置點位較多，且使用過程缺少監管，基本處于自由使用狀態。（2）操作不正規或用電設備接地不當。（3）設備或線纜材料因使用不當導致的裸露長期存在。（4）電氣操作人員未經專業的電氣專業知識培訓。

二、采用新型應用技術的項目背景

項目為某地鐵施工項目，新型應用技術主要在項目機電安裝、消防工程，電氣工程部分，主要內容包括：1.通風空調系統通風空調系統設備安裝，含隧道通風系統包括風井、車站公區通風空調系統、設備管理用房通風系統、空調水系統。2.給排水及消防系統給排水及消防系統設備安裝，含地鐵站內（含便民服務區）的給排水及消防系統，給排水及有關消防設施。給水系統包含生產用水和生活用水系統、消防給水系統組成；排水系統包括：污水、廢水和雨水排水系統。3.低壓配電與照明系統低壓配電與照明設備及其配電管線的安裝，含車站和區間的電纜及橋架和電線，風機設備控制箱、組合風閥控制箱、冷卻塔負荷開關箱，動力配電箱、照明配電箱、安全照明配電箱、區間配電箱（雙電源）、公區智能照明系統，插座、開關面板、照明燈具（含應急）、疏散標志燈、出口標志燈；站廳和站臺層公區、區間照明燈具的安裝。從地面總配電柜至站廳層配電柜采用YJV-3×70+2×35mm2電纜從通風口引至站內。站廳層內從分配電柜用YJV-3×50+2×25mm2電纜分別引一路電源至其他系統總配電箱，從分配電柜用YJV-3×35+2×16mm2電纜引一路電源至照明配電箱。站臺層內從站廳層配電柜用YJV-1KV-3×70+2×35mm2電纜分別引一路電源至其他系統總配電箱。現場臨時用電設施，需要操作人員接受過正規的電氣操作規程培訓，并建立完善的檢查制度。施工流程分解圖：

三、電動工具在建筑施工過程的應用趨勢

無線手持電動工具，即為將傳統的接電電動工具，指將電池組供電的工具替代接電工具，從而降低或者減少接電的末端電線。本文中涉及到的主要為建筑工程中涉及到的無線手持電動工具，比如手持鋸、手電鉆等，主要應用在安裝工程中。建筑施工中三級臨電配置與作業現場工區多、專業多、交叉作業多的復雜環境影響下，導致電器設備的工作條件存在多并發、散在、隨機的特點，工作環境又帶來線纜的折損消耗比較大，從而更容易導致事故的發生。傳統插電式手持電動工具存在距離有限、使用頻繁、接電臨時且隨意、容易磨損外露導致安全隱患等局限性，帶來較大的觸電危險，以及因觸電造成的墜落等次生傷害、將手持電動工具無線化的思路，如果能夠有效減少或去除電纜線的使用，降低對配電系統中各部件的操作概率，用電池作為電動工具的動力源，能夠避免大部分觸電事故的發生。無線手持電動工具其生產占比正在逐年增加，在建筑工地推廣使用無線手持電動工具無疑對施工現場臨電安全管理起到很大作用，大量降低線纜的使用，節省成本，規避了電纜線浸水、破損、漏電而發生安全事故。施工人員攜帶方便，操作靈活。無線工具移動性好，觸電風險低，而有線工具雖然可以連續使用，但其可能存在反復接線、拖曳破損等，以及在使用過程中存在的違章操作、監管不力、不利環境條件等因素，導致觸電風險居高不下。綜合安全角度考慮，在工程標準層施工階段、不需要連續性長時間使用以及觸電風險較大的施工區域可以應用無線手持電動工具。

四、磷酸鐵鋰電池的優勢

1.鋰電池鋰電池大家都很熟悉了，它的顯著優勢是比鉛酸電池具備更高的能量儲存密度；同樣的規格，是常規鉛酸電池的六到七倍左右，充放電次數耐久性長，使用壽命超過鉛酸電池三倍左右；高功率承受力強，輕便，同體積狀態下，與鉛酸電池相比只有四到五分之一；可耐高低溫，理論工作溫度從零下20度到60度，綠色健康，環境污染小，在生產、使用、報廢的生命周期中，都不會產生重金屬相關的有毒有害元素和物質。但鋰電池也有其特定的不太有利的部分，比如：有可能存在一定安全隱患，可能引致火災或者爆炸，所以鋰離子電池均需設置防護線路，防止電池因充電放電過程缺少控制和保護導致安全事故。同時，生產要求相對條件較高，生產成本略高。2.磷酸鐵鋰電池磷酸鐵鋰電池是采用磷酸鐵鋰（LiFePO4）作為電池陽極，以碳作為陰極的新型鋰離子電池。其工作原理為在充電過程時，磷酸鐵鋰的鋰離子脫出，經電解質傳遞到陰極，被陰極材料接受并結合；與此同時，電子從陽極被釋放，從外電路到達陰極，以保持反應的平衡。在放電過程則完全相反，在陰極結合的電子脫出，經電解質回到陽極，電子從陰極被釋放，自外電路回到陽極，從而提供能量。新型磷酸鐵鋰電池具有工作電壓跨度很大、能量儲存密度很大、反復循環使用次數多，壽命長、低電壓場景下安全性能好、不受記憶效應影響的優點。磷酸鐵鋰電池已經具備在局部垂直領域市場，特別是低電壓應用場景中，替換常規鋰電池產品，升級應用效率的生產能力，使用專用充電器還可以更快、耐高溫、容量大、沒有記憶效應。使用過程綠色環保、無毒、無污染，原材料來源更為廣泛，應用成本更低，安全性更好。

五、本項目中的應用經濟效益分析

在安裝工程中，特別是地鐵項目的機電安裝工程中，電動工具的作用非常大，在電氣施工、風水電的施工中，支架及托架安裝過程中，電動工具能大幅提高工人的施工效率，與常規的有線工具相比，電池型的電動工具不再需要臨時配電的支持，在手持重量、操作靈活度上均有很大的提升。一般的鐵鋰電池能夠為電動工具提供較好的動力，但受電池容量的影響，通常情況下需要6個小時充滿，現場工人在使用工具的時間大概能維持2個小時左右，以正常8個小時的工時計算，則至少需要4塊滿電電池才能夠滿足，并且在高強度充放電的情況下，電池的壽命大概在3～4個月需要更換一次，對項目生產中的成本又帶來了較大壓力。本項目所采用的磷酸鐵鋰（LiFePO4）電池比一般的鋰離子電池更安全，具有可提供5～100AH容量的一系列大電芯尺寸，相比鉛酸電池，循環充電的次數和反復充電的耐用性要明顯強上很多。并且圓柱形磷酸鐵鋰電池具備廣泛的適應性，是目前所有系列中最熱門的產品，在本項目中應用的產品特點為：高密度產品，270～340Wh/L，工作時間長，放電電壓穩定。作為常規三級臨電設置的替代方案，在采用以下分析方法：l.三級電對比分析法，是實踐中應用最廣的一種分析方法之一，即在同樣的條件下，對同樣指標的實際數據，通過數據比對得出相關的對比結果，從數據對比的過程和結果中確定差異的一種方法。2.相關因素分析法，即根據所需要的數據分析指標與影響分析指標的前置考慮因素之間的關系，按照項目實際情況的受影響因素，從應用過程的實際影響因素計算出對有關參數指標差異，從而得到哪些因素具體影響哪些指標，比如在本項目中，通過充電時間和工作時間的對比，通過因素分析法，可以得到衡量電池優劣的具體數據情況。3.相關分析法，即根據指標之間既有直接聯系而又不構成相互變量影響的一種關系研究分析方法，且應用廣泛而又很有指導意義。在本項目中得到的應用實際結果情況如下：（1）減少臨電敷設人工費5萬元/站*2站=10萬元。（縮短臨電施工周期10天）（2）減少臨電材料費15萬元/站*2站=30萬元。（3）減少專職電工1人。工資為9000元/月*20月=18萬元（4）增加設備采購費用0.8萬元/套*10套=8萬元。（5）項目上用時間繼電器控制充電，充電時間為0時至8時，用電單價在最低值。常規地鐵站每月用電費用約為1萬元/站月*20月*2站=40萬元，采用磷酸鐵鋰電池應用的無線電動工具后，總電費為25萬元節約至電費15萬元。綜合經濟效益合計為：10萬元+30萬元+18萬元+15-8萬元=65萬元。

六、分析總結

從該項目的經濟效益分析來看，可以總結以上幾點，在有效減少末端安全隱患的情況下，常規的電動工具對增加工人的生產效率有十分積極的意義和作用，無線電動工具充電時間長，連續使用時間短，新型電池的使用既改善了原有工具的成本和使用時間的弊端，更在復用率上有較好的經濟收益和作用，在多個工地推進的意義上有非常好的價值和作用。本項目從人工和支出的角度做的經濟收益測算也具備一定的參考價值。

作者：黃啟威 陳效明 李偉祥