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。