项目背景
内河船舶停靠码头时不再允许用柴油发电机，必须接岸电。船上的用电需求很大而且波动剧烈，峰值可以到 3×250A；但码头这边的并网容量只有 3×80A，两者差了三倍多。
这是来自 Hogeschool Rotterdam 学校的项目，合作方是 Endenburg 公司。团队一共 5 个人：我和搭档负责工业设计，另外三位电气工程组员负责电气技术验证和交付物。我和搭档之前在 ZOEM Bike 实习时就一起做过一台完整的货运自行车货箱，分工方式直接沿用下来。我负责调研、材料分析、把研究结论写成设计决策，以及文档、视觉呈现和最终答辩；搭档主要负责 3D 建模、渲染和绘制工程图。
设计目标
主要问题：在 3×80A 的并网容量下，做一台能应付 3×250A 峰值、并且能跟着用电需求一起长的模组化柜体。
项目还定了五个关键成功因素，后面每一步设计决策都要能对上它们：
| 关键成功因素 | 具体要求 |
|---|---|
| 安全与合规 | 满足相关的电气与海事规范 |
| 电气容量 | 在有限的输入下可靠输出 |
| 耐候性 | 抗腐蚀、满足 IP 等级，紧固件适合港口环境 |
| 易用与易维护 | 元件容易接近、模块可更换、故障诊断清晰 |
| 模组化 | 能应对后续的改动和扩展 |
调研与构思
文档与规范
根据相关技术文件提取出条件约束和判断。防护等级、涂层体系、接地电阻、安装高度、器件配置这些硬约束都是从这一步来的。
已有的岸电柜方案
先把市面上已经在用的岸电柜产品摊开看了一遍，看它们怎么布置接口、怎么处理防护和操作界面。这一步决定了后面哪些做法是行业里已经验证过的，哪些要自己试。
柜体构造调研
柜体从里到外分成四层：
- 外壳：框架、型材、加强筋、密封、门、三点锁、铰链、电源插座
- 防护：腐蚀、机械碰撞、IP 等级、接地、通风
- 电子部分：变压器、变换器、控制器、传感器、BMS、电池、RFID、LED
- 扩展位：为模组化预留
可行方案调研
把可能的技术和结构路线列出来逐条过：哪些能在这个尺寸和环境下实现，哪些成本或工期上不成立。
可扩展性调研
调研的是这台柜子以后能往哪几个方向长：容量、造型、附加功能。
我们先翻规范文档，再分析现有的岸电产品，然后把可能的用户场景和里面的变量理清楚。
变量主要是四类：
- 功率：需要的 kVA 不同，配置就不同。
- 接入方式：直接接变压器，还是直接接电网。
- 船型：小型和大型货船的用电需求不一样。
- 接口：柜上的接口类型和安培数，跟着上面几种场景变。
材料与组装方式研究
框架方案
| 方案 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|
| 冲孔型材 / Strut Channel （25mm 孔距） | +元件位置灵活 +模块可扩展 +标准件好买 | −密封处理麻烦 |
| 型材系统 | +刚度和机械强度高 +标准件好买 +模块可扩展 | −密封能力有限 |
| 玻璃纤维增强塑料型材 | — | −寿命短 −在使用环境里可靠性不够 |
| 企口夹芯板 | — | −扩展性受限 −密封不足 |
| 模块化管轨 | — | −连接点太多 −密封不足 |
| 最终选择：25mm 孔距的冲孔型材，配侧面密封条加顶盖来处理密封。 | ||
连接方式
模块之间最终采用上下夹层固定的方式，每个柜子模块可以左右连接。这意味着假设加入新的模块，就需要为它配新的上下夹层：下层需要承载足够的重量，上层（也就是屋顶）需要足够的防水性能。
最终选择：上下夹层固定、模块左右相连。整壳连续的结构比全模块化拼板防水更好。
可扩展性方案
电池：内部电池组用来吸收电流峰值和大功率需求；另设外部电源接口，接外部应急电源或发电机输入。
造型：城市里用自然化的处理（种植槽、低调配色）融进周边环境；港口环境则保留功能性的工业气质。
模组化：预留 5G 基站，为将来港区的无人机和自动驾驶设备增强信号；预留应急供电点，给手机这类小设备充电。
最终选择：三个方向都采用，电池、造型和模组化。
概念方案
概念探索
这一轮铺开做了 12 个不同的概念设计，横跨柜体轮廓、模组划分、接口布置和造型语言几个方向，用来把可能性摊平了看。
设计概念
柜顶做成种植槽（sedumdak），把柜体的视觉性格压下去，让它在城市公共空间里不那么突兀。
结构：只做在柜顶，不向两侧扩展，做成矩形种植槽。模块本身要可识别、可更换、好维护。
植物要求：耐晒、抗风、耐旱、根系浅、维护量低。
植物给设计带进一点自然感，缓和工业外观，让岸电柜在城市的公共环境里更容易被接受。
素材来源：这张图由 AI 生成，仅作概念示意，不是实物效果。
定稿概念
把前面收敛下来的方向画成完整的柜体：四列模组，顶部控制、电源、计量和 AC/DC 变换，往下是安全器件、控制面板和 DC/AC 逆变部分。
方案
电流缓冲
市电从有限的并网接入进来，先整流成直流给电池组充电；船上的峰值需求由电池补上，再把直流逆变成船舶要的交流输出。中间配上电流计量、保护和监控，认证与计费相关的部分按港口的实际规范走。
模组化结构
一柜分四列，每列一个模组。顶部是控制、电源、计量和 AC/DC 变换，往下依次是安全器件、控制面板和 DC/AC 逆变部分。
模块 A
缩比模型；整体
模块 B
缩比模型按真实布局搭：全部电子元件装在 3D 打印的框架里，模块 A 是硬件和控制器件所在的上段，模块 B 是留给后续扩展的下段，用来说明整柜的分区和结构逻辑。
柜顶做成种植槽，目的是把工业柜体的观感压一压，让它在城市公共空间里不那么突兀。模块本身可拆换、好维护，不向两侧扩展。选的是耐晒、抗风、耐旱、根系浅、好打理的植物。
材料与防护
| 项 | 选择 |
|---|---|
| 柜体 | 不锈钢 AISI 316L 钣金，板厚 ≥ 2mm，焊接成型 |
| 防护等级 | 外部 IP54，内部 IP20；抗冲击 IK10 |
| 涂层 | 内外各至少 2 层，干膜厚度 ≥ 120 µm，适用 C5 腐蚀环境，寿命 > 15 年 |
| 锁定 | 三点锁 |
| 接地 | 接地电阻 ≤ 1 Ω，柜门与金属件用软接地线连到柜体 |
| 环境温度 | −25 °C 到 +40 °C |
| 安装位置 | 必须高于当地最高水位；装在浮桥或栈桥上时要垫高底座，所有电缆入口做防水封堵 |
材料是分两块比的：柜体钣金的牌号，和结构型材的材质。
柜体钣金
| 牌号 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|
| 316 （钣金 + 焊接） | +含钼，抗氯化物环境不错 | −加工难 −焊接、清洗或钝化质量不到位仍会局部腐蚀 −抗氯化物能力不如 316L |
| 316L （钣金 + 焊接） | +碳含量比 316 更低，耐腐蚀更好 +焊接相对容易 +抗氯化物环境好 | −加工难 −焊接和清洗质量不到位仍会局部腐蚀 −价格高于 316 |
| 2205 双相不锈钢 （钣金 + 焊接） | +强度高于 316L +抗氯化物环境优秀 +适用于氯离子浓度超过 1000 ppm 或温度高于 60 °C 的场合 +铁素体与奥氏体比例均衡 | −比 316 这类奥氏体不锈钢更难加工 |
| 最终选择：316L。港口环境氯化物含量高，2205 的性能余量用不上但价格和加工难度都上去了。 | ||
结构型材
| 材料 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|
| HDPE （加 UV 稳定剂；挤出／注塑） | +耐腐蚀好 +抗冲击强 +便宜好生产 +可回收 | −UV 稳定性一般 −刚度低，不适合做结构件 −长期受力会蠕变变形 −热膨胀大 |
| ASA （挤出／注塑） | +耐腐蚀好 +UV 稳定性好 +比 HDPE 更适合长期户外 +形状稳定性和耐热性更好 | −刚度低，不能承力 −比 HDPE 贵 |
| GFRP （玻璃纤维增强塑料；拉挤成型） | +UV 稳定性和耐腐蚀都好 +刚度高，可以当结构型材 +寿命长 | −比 HDPE 和 ASA 贵 −生产难度高 |
| 最终选择：GFRP 拉挤型材。HDPE 即使加了 UV 稳定剂，长期紫外和蠕变表现仍不如 GFRP；ASA 耐候好但刚度不足，承担不了结构件。GFRP 的耐候、耐腐蚀、抗拉强度和长期结构稳定性都更合适。 | ||
动手做
步骤 1: RFID 授权打样
步骤 2: 接线与调试
步骤 3: 缩比模型装配步骤 1: RFID 授权打样步骤 2: 接线与调试步骤 3: 缩比模型装配步骤 1: RFID 授权打样步骤 2: 接线与调试步骤 3: 缩比模型装配先在面包板上把 RFID 读卡和授权逻辑跑通；然后进入整柜接线，用万用表逐点核对电压和回路；最后按图纸装出缩比模型，内部按真实柜体分区走线，通电调试后用于答辩演示。
工程图纸
俯视图
总装图
正视图
内部布局渲染
未来可拓展性
模组化是为后面留的口子。中央柜负责控制和接入，需要更多容量时，在旁边挂一个外形相同的电池柜就行。往下还能继续挂：余热回收、5G 基站、无人机降落平台、外部电源输入口。顶上除了标配的绿顶，也可以选装太阳能板，给柜上的显示器和传感器供电。
实物
正视图
侧视图
背视图
开门视图（一）
开门视图（二）正视图侧视图背视图开门视图（一）开门视图（二）正视图侧视图背视图开门视图（一）开门视图（二）交付与协作
交付内容是一台缩比模型（全部电子元件按真实布局装在 3D 打印框架里）、完整的 SolidWorks 模型、技术图纸和文档，用来演示柜体的分区逻辑和结构方案。
这个项目跟委托方的期待一开始没对上。开头有几周卡在等对方补充信息和用户场景上；等我们确认对方实际要的是电气计算、而这类题目本身不属于工业设计的范畴时，两边的方向已经错开了。我们和两位指导老师谈过之后，把项目重构成自己的设计题目：一台模组化可扩展的岸电柜。事后看这个决定是对的，项目从这时候起才真正对上我们的学习目标。
这个项目教会我的
- 材料研究的价值在于能不能落成决定：316、316L、2205 双相不锈钢的对比，HDPE 和 GFRP 的取舍，最后都要能给出一句“所以选这个”。研究本身不难，难的是把结论收成一个可以被追问的选择。
- 电气规范是设计输入，不是背景资料：IP 等级、IK10、C5 涂层、接地电阻 1 Ω、安装高度，这些都是决定柜体长什么样的硬约束。
- 等不到信息就要自己下决定：这个项目最贵的一课。委托方的方向一直不明确，我们等得太久。下次会先给关键信息定一个截止日期，到期没有就换路或自己重写题目。
- 跨专业协作靠问对问题：电气同学讲他们的方案时我能跟上，是因为我自学过电工基础，能问到发热、变压器效率、电源选型这些具体的地方。
- 想成为混合型设计师：这个项目把我从“只管造型和概念”往技术那侧推了一截。我希望接下来在电气安全、嵌入式系统和基础电子上继续补。
来源
材料与结构
柜体钣金
- Identificatie van roestvrij staal 304 versus 316 · Gids (2026)
- AISI 316 vs 316L Stainless Steel, Difference of SS316 & SS316L Properties Composition Yield Strength Density
- Duplex roestvrij staal 2205 - Eigenschappen, Toepassingen & Voordelen - LangHe Industry Co., Ltd.
结构型材
- ABS & ASA Extrusions - Condale Plastics
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- HDPE vs FRP Pipe：Strength, Lifespan, Density Comparative