新型磷酸铁锂电池在建筑施工的应用

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施工现场的安全一直是我们国家建筑现场管理的重中之重，特别是在机电安装工程领域，由于机电安装工程的特点，安装专业多，安装部位多，末端设备多，持续周期长，重复性工作多等重要特点，再结合施工场地中的三级临电设计体系，导致对安装工程末端工作安全影响非常大。近年来，由于电池技术突飞猛进的发展，电池的应用领域越来越多，应用规模越来越大，在此种情况下，铁锂电池的无线化应用在很多建筑领域都有应用，但充电时间长，有效使用时间短。本文从项目实际情况和需求出发，通过项目的使用回溯，得出应用角度的经济分析。

一、建筑施工场地的触电事故成因

建筑施工现场的安全管理是一项非常重要的管理工作，从设备安全到施工安全都是项目管理工作中的刚性工作任务，具有非常重要的管理意义。而对于建筑施工过程中的安全事故来看，触电事故是其中非常重要且占比非常大的部分，在多年的项目工作中总结，触电事故的特点如下：（1）临电环境事故率高于高压环境，接电的生产工具事故多于固定的电气设备。（2）高温，潮湿环境事故高发，金属物品较多存放不合理引发的事故也较多。（3）二三季度因气候原因，也导致触电事故容易高发。触电事故的高发，除了环境因素以外，更多的有管理上的疏漏和操作习惯的影响，虽然整体在我国降低，但依然有一些原因是可以控制的，比如：（1）施工现场三级临电设置点位较多，且使用过程缺少监管，基本处于自由使用状态。（2）操作不正规或用电设备接地不当。（3）设备或线缆材料因使用不当导致的裸露长期存在。（4）电气操作人员未经专业的电气专业知识培训。

二、采用新型应用技术的项目背景

项目为某地铁施工项目，新型应用技术主要在项目机电安装、消防工程，电气工程部分，主要内容包括：1.通风空调系统通风空调系统设备安装，含隧道通风系统包括风井、车站公区通风空调系统、设备管理用房通风系统、空调水系统。2.给排水及消防系统给排水及消防系统设备安装，含地铁站内（含便民服务区）的给排水及消防系统，给排水及有关消防设施。给水系统包含生产用水和生活用水系统、消防给水系统组成；排水系统包括：污水、废水和雨水排水系统。3.低压配电与照明系统低压配电与照明设备及其配电管线的安装，含车站和区间的电缆及桥架和电线，风机设备控制箱、组合风阀控制箱、冷却塔负荷开关箱，动力配电箱、照明配电箱、安全照明配电箱、区间配电箱（双电源）、公区智能照明系统，插座、开关面板、照明灯具（含应急）、疏散标志灯、出口标志灯；站厅和站台层公区、区间照明灯具的安装。从地面总配电柜至站厅层配电柜采用YJV-3×70+2×35mm²电缆从通风口引至站内。站厅层内从分配电柜用YJV-3×50+2×25mm²电缆分别引一路电源至其他系统总配电箱，从分配电柜用YJV-3×35+2×16mm²电缆引一路电源至照明配电箱。站台层内从站厅层配电柜用YJV-1KV-3×70+2×35mm²电缆分别引一路电源至其他系统总配电箱。现场临时用电设施，需要操作人员接受过正规的电气操作规程培训，并建立完善的检查制度。施工流程分解图：

三、电动工具在建筑施工过程的应用趋势

无线手持电动工具，即为将传统的接电电动工具，指将电池组供电的工具替代接电工具，从而降低或者减少接电的末端电线。本文中涉及到的主要为建筑工程中涉及到的无线手持电动工具，比如手持锯、手电钻等，主要应用在安装工程中。建筑施工中三级临电配置与作业现场工区多、专业多、交叉作业多的复杂环境影响下，导致电器设备的工作条件存在多并发、散在、随机的特点，工作环境又带来线缆的折损消耗比较大，从而更容易导致事故的发生。传统插电式手持电动工具存在距离有限、使用频繁、接电临时且随意、容易磨损外露导致安全隐患等局限性，带来较大的触电危险，以及因触电造成的坠落等次生伤害、将手持电动工具无线化的思路，如果能够有效减少或去除电缆线的使用，降低对配电系统中各部件的操作概率，用电池作为电动工具的动力源，能够避免大部分触电事故的发生。无线手持电动工具其生产占比正在逐年增加，在建筑工地推广使用无线手持电动工具无疑对施工现场临电安全管理起到很大作用，大量降低线缆的使用，节省成本，规避了电缆线浸水、破损、漏电而发生安全事故。施工人员携带方便，操作灵活。无线工具移动性好，触电风险低，而有线工具虽然可以连续使用，但其可能存在反复接线、拖曳破损等，以及在使用过程中存在的违章操作、监管不力、不利环境条件等因素，导致触电风险居高不下。综合安全角度考虑，在工程标准层施工阶段、不需要连续性长时间使用以及触电风险较大的施工区域可以应用无线手持电动工具。

四、磷酸铁锂电池的优势

1.锂电池锂电池大家都很熟悉了，它的显著优势是比铅酸电池具备更高的能量储存密度；同样的规格，是常规铅酸电池的六到七倍左右，充放电次数耐久性长，使用寿命超过铅酸电池三倍左右；高功率承受力强，轻便，同体积状态下，与铅酸电池相比只有四到五分之一；可耐高低温，理论工作温度从零下20度到60度，绿色健康，环境污染小，在生产、使用、报废的生命周期中，都不会产生重金属相关的有毒有害元素和物质。但锂电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隐患，可能引致火灾或者爆炸，所以锂离子电池均需设置防护线路，防止电池因充电放电过程缺少控制和保护导致安全事故。同时，生产要求相对条件较高，生产成本略高。2.磷酸铁锂电池磷酸铁锂电池是采用磷酸铁锂（LiFePO4）作为电池阳极，以碳作为阴极的新型锂离子电池。其工作原理为在充电过程时，磷酸铁锂的锂离子脱出，经电解质传递到阴极，被阴极材料接受并结合；与此同时，电子从阳极被释放，从外电路到达阴极，以保持反应的平衡。在放电过程则完全相反，在阴极结合的电子脱出，经电解质回到阳极，电子从阴极被释放，自外电路回到阳极，从而提供能量。新型磷酸铁锂电池具有工作电压跨度很大、能量储存密度很大、反复循环使用次数多，寿命长、低电压场景下安全性能好、不受记忆效应影响的优点。磷酸铁锂电池已经具备在局部垂直领域市场，特别是低电压应用场景中，替换常规锂电池产品，升级应用效率的生产能力，使用专用充电器还可以更快、耐高温、容量大、没有记忆效应。使用过程绿色环保、无毒、无污染，原材料来源更为广泛，应用成本更低，安全性更好。

五、本项目中的应用经济效益分析

在安装工程中，特别是地铁项目的机电安装工程中，电动工具的作用非常大，在电气施工、风水电的施工中，支架及托架安装过程中，电动工具能大幅提高工人的施工效率，与常规的有线工具相比，电池型的电动工具不再需要临时配电的支持，在手持重量、操作灵活度上均有很大的提升。一般的铁锂电池能够为电动工具提供较好的动力，但受电池容量的影响，通常情况下需要6个小时充满，现场工人在使用工具的时间大概能维持2个小时左右，以正常8个小时的工时计算，则至少需要4块满电电池才能够满足，并且在高强度充放电的情况下，电池的寿命大概在3～4个月需要更换一次，对项目生产中的成本又带来了较大压力。本项目所采用的磷酸铁锂（LiFePO4）电池比一般的锂离子电池更安全，具有可提供5～100AH容量的一系列大电芯尺寸，相比铅酸电池，循环充电的次数和反复充电的耐用性要明显强上很多。并且圆柱形磷酸铁锂电池具备广泛的适应性，是目前所有系列中最热门的产品，在本项目中应用的产品特点为：高密度产品，270～340Wh/L，工作时间长，放电电压稳定。作为常规三级临电设置的替代方案，在采用以下分析方法：l.三级电对比分析法，是实践中应用最广的一种分析方法之一，即在同样的条件下，对同样指标的实际数据，通过数据比对得出相关的对比结果，从数据对比的过程和结果中确定差异的一种方法。2.相关因素分析法，即根据所需要的数据分析指标与影响分析指标的前置考虑因素之间的关系，按照项目实际情况的受影响因素，从应用过程的实际影响因素计算出对有关参数指标差异，从而得到哪些因素具体影响哪些指标，比如在本项目中，通过充电时间和工作时间的对比，通过因素分析法，可以得到衡量电池优劣的具体数据情况。3.相关分析法，即根据指标之间既有直接联系而又不构成相互变量影响的一种关系研究分析方法，且应用广泛而又很有指导意义。在本项目中得到的应用实际结果情况如下：（1）减少临电敷设人工费5万元/站*2站=10万元。（缩短临电施工周期10天）（2）减少临电材料费15万元/站*2站=30万元。（3）减少专职电工1人。工资为9000元/月*20月=18万元（4）增加设备采购费用0.8万元/套*10套=8万元。（5）项目上用时间继电器控制充电，充电时间为0时至8时，用电单价在最低值。常规地铁站每月用电费用约为1万元/站月*20月*2站=40万元，采用磷酸铁锂电池应用的无线电动工具后，总电费为25万元节约至电费15万元。综合经济效益合计为：10万元+30万元+18万元+15-8万元=65万元。

六、分析总结

从该项目的经济效益分析来看，可以总结以上几点，在有效减少末端安全隐患的情况下，常规的电动工具对增加工人的生产效率有十分积极的意义和作用，无线电动工具充电时间长，连续使用时间短，新型电池的使用既改善了原有工具的成本和使用时间的弊端，更在复用率上有较好的经济收益和作用，在多个工地推进的意义上有非常好的价值和作用。本项目从人工和支出的角度做的经济收益测算也具备一定的参考价值。

作者：黄启威 陈效明 李伟祥