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        基于BIM 技術(shù)的裝配式變電站工程造價(jià)影響因素敏感性分析
        ——以某220kV 變電站為例

        2023-10-14 08:31:00李麗萍LILiping李萍萍LIPingping趙國(guó)磊ZHAOGuolei
        價(jià)值工程 2023年27期
        關(guān)鍵詞:模塊化鋼結(jié)構(gòu)變電站

        李麗萍LI Li-ping;李萍萍LI Ping-ping;趙國(guó)磊ZHAO Guo-lei

        0 引言

        隨著綠色建筑的不斷推廣與應(yīng)用,以裝配式設(shè)計(jì)為主要構(gòu)成的變電站模塊化建設(shè)已經(jīng)廣泛實(shí)踐于電網(wǎng)企業(yè)的絕大部分新建站中,近年來(lái)變電站的模塊化設(shè)計(jì)經(jīng)歷了從試點(diǎn)到全面覆蓋,從普通二維設(shè)計(jì)到應(yīng)用BIM 技術(shù)的三維設(shè)計(jì),模塊化變電站的工程實(shí)踐已然比比皆是,但其成本居高不下成為了電網(wǎng)企業(yè)推進(jìn)模塊化變電站的阻礙和痛點(diǎn),顯而易見(jiàn),裝配式設(shè)計(jì)是其成本高企的主要原因。

        張波[1]等分析了裝配式變電站的技術(shù)優(yōu)勢(shì),并以實(shí)例進(jìn)行了價(jià)值分析,對(duì)比傳統(tǒng)現(xiàn)澆和裝配式的價(jià)值系數(shù),得出裝配式變電站價(jià)值系數(shù)大于傳統(tǒng)現(xiàn)澆變電站,因此裝配式變電站方案更優(yōu),并未指出裝配式變電站造價(jià)的影響因素;王晶[2]等選取通用設(shè)計(jì)方案的模塊化部分,進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析,得出外墻費(fèi)用、預(yù)制電纜費(fèi)用、鋼結(jié)構(gòu)工程量是影響裝配式變電站建安費(fèi)的主要影響因素的結(jié)論,但并未對(duì)其影響的敏感性做量化分析;孫永彥[3]等建立了裝配式變電站施工過(guò)程成本的層次評(píng)價(jià)模型,分析出施工階段過(guò)程成本的影響因素,未就變電站費(fèi)用構(gòu)成部分展開(kāi)討論。文章基于BIM 技術(shù),從模塊化變電站裝配式設(shè)計(jì)方案的角度分析裝配式變電站工程造價(jià)的主要影響因素,對(duì)主要影響因素展開(kāi)成本敏感性分析,對(duì)裝配式變電站的成本進(jìn)行優(yōu)化。

        1 概述

        1.1 裝配式變電站的發(fā)展現(xiàn)狀

        自2007 年以來(lái),國(guó)家電網(wǎng)公司就大力提倡建設(shè)“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型、工業(yè)化”變電站,亦推動(dòng)開(kāi)展裝配式建、構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)技術(shù)研究。2013 年,國(guó)家電網(wǎng)公司開(kāi)始推行變電站模塊化建設(shè),2016 年,35kV~110kV 電壓等級(jí)全面實(shí)施,220kV 電壓等級(jí)開(kāi)展示范建設(shè),變電站逐步改為裝配式,主要為鋼結(jié)構(gòu)、外墻板、內(nèi)墻板采用石膏板隔墻;2018 年國(guó)網(wǎng)繼續(xù)推進(jìn)深化模塊化建設(shè),全面開(kāi)展220kV 變電站模塊化建設(shè),220kV 及以下變電站全面改為裝配式;2021 年國(guó)網(wǎng)響應(yīng)并貫徹落實(shí)國(guó)家“碳達(dá)峰、碳中和”指導(dǎo)精神,開(kāi)展輸變電工程綠色建造試點(diǎn)工作,要求參與試點(diǎn)工程必須采用三維設(shè)計(jì)并在設(shè)計(jì)中積極采用新技術(shù)、新材料等,建筑物、防火墻、圍墻等推薦采用裝配式,構(gòu)筑物推薦采用預(yù)制構(gòu)件等,提升裝配率;同年,國(guó)網(wǎng)發(fā)布“模塊化建設(shè)2.0 版技術(shù)導(dǎo)則”,貫徹“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化加工、裝配式建設(shè)、機(jī)械化施工”,實(shí)現(xiàn)主要設(shè)備更集成、二次系統(tǒng)更智能、預(yù)制裝配更高效。目前除用戶變電站工程仍較多采用傳統(tǒng)現(xiàn)澆方案,國(guó)家電網(wǎng)公司的變電站已全面設(shè)計(jì)為裝配式變電站。

        1.2 裝配式變電站的BIM 應(yīng)用

        變電站三維設(shè)計(jì)開(kāi)展以來(lái),三維建模逐步應(yīng)用于初步設(shè)計(jì)及施工圖設(shè)計(jì)階段,進(jìn)行全專(zhuān)業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)。初設(shè)階段由于設(shè)備未定標(biāo),三維設(shè)計(jì)中電氣部分均按通用設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì),建筑部分梁柱、外墻等暫按常規(guī)截面及做法設(shè)計(jì),建筑物水暖部分不進(jìn)行深化設(shè)計(jì),因此初設(shè)階段更多的是建筑物三維模型的良好呈現(xiàn);施工圖設(shè)計(jì)階段,根據(jù)各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行建模,通過(guò)水、電、暖、風(fēng)管的布置,一次設(shè)備、二次設(shè)備、通信設(shè)備的布置,以及建筑結(jié)構(gòu)的布置,能夠有效實(shí)現(xiàn)管線、設(shè)備基礎(chǔ)鋼筋等的碰撞檢測(cè),將碰撞問(wèn)題反饋二維設(shè)計(jì),對(duì)施工圖設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整。目前BIM 常用的軟件有Revit、Bentley、博超等,適應(yīng)變電站工程的主要是博超軟件。

        2 裝配式變電站方案設(shè)計(jì)及實(shí)踐應(yīng)用

        2.1 裝配式設(shè)計(jì)方案

        目前模塊化變電站的裝配式設(shè)計(jì)主要有:建筑部分,主體采用鋼框架結(jié)構(gòu),外圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用彩鋼夾芯板或纖維水泥復(fù)合板等,樓板、屋面板采用鋼筋桁架樓承板,防火墻、圍墻采用裝配式墻板,單元式小型建筑,標(biāo)準(zhǔn)化小型預(yù)制構(gòu)件等;安裝部分,光纜采用預(yù)制光纜,電纜采用預(yù)制電纜等。主要選材及應(yīng)用范圍見(jiàn)表1。

        表1 裝配式技術(shù)主要選材及應(yīng)用范圍

        2.2 實(shí)踐應(yīng)用

        變電站模塊化建設(shè)過(guò)程中,裝配式設(shè)計(jì)也是循序漸進(jìn)地開(kāi)展應(yīng)用和不斷地進(jìn)行優(yōu)化。目前并不是全部變電站均復(fù)制采用通用設(shè)計(jì),山東區(qū)域應(yīng)用實(shí)踐最多的“主流”設(shè)計(jì)如下:

        ①建筑物框架采用鋼結(jié)構(gòu)框架。鋼柱采用H 型鋼和箱型,鋼梁采用H 型鋼,較傳統(tǒng)鋼筋混凝土框架大大減少了現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)以及施工周期,但是相對(duì)而言造價(jià)偏高。

        ②外墻由鍍鋁鋅壓型鋼板保溫墻體改為鋁鎂錳彩鋼加芯板。由于鍍鋁鋅板和鋁鎂錳板自身不滿足3h 耐火極限,需要涂刷防火涂料,優(yōu)化為主變防火墻為纖維水泥復(fù)合板、其他墻體為鋁鎂錳彩鋼夾芯板,最后考慮纖維水泥復(fù)合板不需要二次裝飾抹灰且造價(jià)不算太高,全部外墻改為纖維水泥復(fù)合板,外墻由鋁鎂錳板改為纖維水泥復(fù)合板后,提高了造價(jià)但是取消了墻梁墻架工程量,因此造價(jià)提高并不明顯;內(nèi)墻由于纖維水泥復(fù)合板保溫隔聲效果較差且易開(kāi)裂,選擇造價(jià)較低的輕鋼龍骨石膏板。

        ③樓板及屋面板采用鋼筋桁架樓承板。

        ④裝配式圍墻及防火墻。由于材料價(jià)格昂貴,實(shí)際應(yīng)用中極少采用。

        ⑤預(yù)制裝配式電纜溝。由于需要考慮電纜溝縱向排水,實(shí)際施工中較難實(shí)現(xiàn),且預(yù)制電纜溝價(jià)格較高,實(shí)際應(yīng)用較少采用。

        ⑥預(yù)制光纜。自模塊化開(kāi)始即開(kāi)始應(yīng)用。

        ⑦預(yù)制電纜。目前國(guó)網(wǎng)模塊化要求的電纜均為設(shè)備內(nèi)部電纜,由設(shè)備廠家完成。

        2.3 BIM 技術(shù)三維建模

        裝配式變電站較多采用博超軟件進(jìn)行三維設(shè)計(jì)。電氣設(shè)備較多是“構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化”,例如主變、GIS、開(kāi)關(guān)柜等設(shè)備均為模塊化的“構(gòu)件”,同時(shí)室內(nèi)GIS 等設(shè)備、室內(nèi)給排水管道、風(fēng)管(變電站一般采用空調(diào)、電暖氣等取暖,不采用集中供暖)等需與土建專(zhuān)業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì),以免出現(xiàn)設(shè)備與管線、管線與結(jié)構(gòu)梁柱等碰撞。根據(jù)目前三維設(shè)計(jì)建模實(shí)際應(yīng)用情況,三維設(shè)計(jì)均較好地實(shí)現(xiàn)了碰撞檢測(cè)的效果,能夠進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)。

        3 裝配式變電站費(fèi)用構(gòu)成及其影響因素

        根據(jù)2018 年版“電網(wǎng)預(yù)規(guī)”[4],電力建設(shè)工程總投資由建筑工程費(fèi)、安裝工程費(fèi)、設(shè)備購(gòu)置費(fèi)和其他費(fèi)用構(gòu)成,與傳統(tǒng)現(xiàn)澆變電站不同的是,裝配式變電站費(fèi)用構(gòu)成比例差別較大,應(yīng)用廣聯(lián)達(dá)BIM 土建計(jì)量及廣聯(lián)達(dá)BIM 鋼結(jié)構(gòu)計(jì)量,選用博微計(jì)價(jià)軟件進(jìn)行造價(jià)計(jì)算,統(tǒng)計(jì)近4 年裝配式變電站的造價(jià)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn),裝配式變電站土建費(fèi)用占比較高,引起的設(shè)備購(gòu)置費(fèi)占比較低,安裝工程費(fèi)、其他費(fèi)用相差不大,對(duì)比見(jiàn)表2。

        表2 裝配式變電站與傳統(tǒng)變電站費(fèi)用構(gòu)成比例

        圖1 220kV 主變壓器

        圖2 220kV 配電裝置樓內(nèi)給水管道

        進(jìn)一步分析裝配式變電站建筑工程各構(gòu)件的費(fèi)用占比,見(jiàn)表3。

        表3 裝配式變電站建筑構(gòu)件費(fèi)用構(gòu)成比例

        裝配式變電站安裝部分預(yù)制光纜、全站接地、力纜控纜等費(fèi)用占比,見(jiàn)表4。

        表4 裝配式變電站安裝部分費(fèi)用構(gòu)成比例

        因此,裝配式變電站造價(jià)主要影響因素是建筑工程費(fèi)、設(shè)備購(gòu)置費(fèi)。根據(jù)裝配式設(shè)計(jì)技術(shù),可以看出,建筑工程部分主要影響因素有鋼結(jié)構(gòu)框架、外墻板及內(nèi)墻板、樓面板及屋面板;設(shè)備購(gòu)置費(fèi)部分受?chē)?guó)際國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)形式、招采管理等影響較大,安裝工程部分主要影響因素有預(yù)制光纜,特別的,無(wú)論是對(duì)于裝配式變電站還是傳統(tǒng)變電站,全站接地和力纜控纜也占比較高。

        4 工程案例

        選取山東區(qū)域某220kV 裝配式變電站,工程概況:110kV 配電裝置樓為三層鋼框架結(jié)構(gòu)建筑物,地下一層地上兩層,建筑面積2521m2;220kV 配電裝置樓為兩層鋼框架結(jié)構(gòu)建筑物,建筑面積2160m2。主變壓器1×240MVA,4回220kV 出線,12 回110kV 出線,13 回10kV 出線,電容器4×8Mvar。該工程鋼結(jié)構(gòu)選用H 型鋼和箱型鋼,外墻板選用纖維水泥復(fù)合板,內(nèi)墻板采用帶保溫的輕鋼龍骨石膏板隔墻,樓面板及屋面板選用鋼筋桁架樓承板。

        該工程建筑地材按2023 年6 月某市信息價(jià)進(jìn)行調(diào)整,建筑人機(jī)和安裝人材機(jī)按電力工程造價(jià)與定額管理總站“定額〔2023〕1 號(hào)”調(diào)整,裝置性材料價(jià)格及設(shè)備購(gòu)置價(jià)格按國(guó)家電網(wǎng)2023 年第二季度信息價(jià)調(diào)整,力纜控纜價(jià)格按近期工程中標(biāo)價(jià)調(diào)整。該工程應(yīng)用BIM 三維建模優(yōu)化設(shè)計(jì),應(yīng)用廣聯(lián)達(dá)相關(guān)BIM 計(jì)量軟件和博微計(jì)價(jià)軟件,計(jì)算得出工程靜態(tài)總投資為15232 萬(wàn)元,建筑工程費(fèi)5297 萬(wàn)元,安裝工程費(fèi)1852 萬(wàn)元,設(shè)備購(gòu)置費(fèi)6024 萬(wàn)元,其他費(fèi)用2059 萬(wàn)元。選取鋼結(jié)構(gòu)、外墻及內(nèi)墻板、樓面板及屋面板、預(yù)制光纜、全站接地、力纜控纜的工程量和價(jià)格對(duì)總投資做敏感性分析。研究結(jié)果見(jiàn)圖3、圖4、圖5。

        圖3 各影響因素工程量變化對(duì)投資的敏感性分析

        圖4 各影響因素價(jià)格變化對(duì)投資的敏感性分析

        圖5 各影響移速工程量和價(jià)格對(duì)投資的敏感性分析(按每變化5%引起的投資變化率統(tǒng)計(jì))

        根據(jù)研究發(fā)現(xiàn),鋼結(jié)構(gòu)工程量每增加5%,裝配式變電站總投資增加約0.49%,墻板工程量每增加5%,總投資增加約0.28%,力纜控纜工程量每增加5%,總投資增加約0.11%,樓面板及屋面板、預(yù)制光纜、全站接地工程量每增加5%,總投資分別增加約0.09%、0.06%、0.06%;鋼結(jié)構(gòu)價(jià)格變化每增加5%,裝配式變電站總投資增加約0.32%,墻板工程量每增加5%,總投資增加約0.24%,力纜控纜工程量每增加5%,總投資增加約0.09%,樓面板及屋面板、預(yù)制光纜、全站接地工程量每增加5%,總投資分別增加約0.06%、0.007%、0.004%。因此裝配式變電站造價(jià)主要影響因素為鋼結(jié)構(gòu)、墻板,同時(shí)工程量變化引起的投資變化高于價(jià)格變化引起的投資變化。

        5 結(jié)語(yǔ)

        根據(jù)以上討論,裝配式變電站造價(jià)影響因素與設(shè)計(jì)方案緊密相關(guān),為保證裝配式變電站投資合理,應(yīng)在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段即展開(kāi)裝配式變電站的方案優(yōu)化,選擇影響造價(jià)的敏感性因素作為主要關(guān)注點(diǎn),或優(yōu)化設(shè)計(jì)工程量,或改變選材,以便能快速高效的實(shí)現(xiàn)方案最優(yōu),投資最低。在項(xiàng)目實(shí)施招采階段,應(yīng)對(duì)敏感性因素重點(diǎn)關(guān)注,與入圍供應(yīng)商進(jìn)行價(jià)格談判,以期實(shí)現(xiàn)中標(biāo)價(jià)最低。裝配式變電站已在電網(wǎng)企業(yè)中不斷推廣深化,電網(wǎng)企業(yè)要想降低成本并取得較高收益,就必須對(duì)裝配式變電站的造價(jià)重點(diǎn)關(guān)注并嚴(yán)格控制,只有這樣,電網(wǎng)企業(yè)才能繼續(xù)維持較高的效益不斷發(fā)展。

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