徐劍佩，許 慧，張冰淇

(浙江省送變電工程有限公司，浙江 杭州 310016)

0 引言

近年來，在“寧讓電等發(fā)展，不讓發(fā)展等電”的要求下，浙江電網(wǎng)一直以年均新擴建百座110 kV 及以上變電站的規(guī)模進行建設(shè)。如何高質(zhì)高效建成一座變電站，一直是電力人努力探索的方向。傳統(tǒng)的變電工程施工模式面臨著時間緊張、成本控制、工程質(zhì)量管理、環(huán)境保護、產(chǎn)業(yè)工人減少等一系列挑戰(zhàn)。因此，尋求一種能夠提高施工效率、降低成本并確保工程質(zhì)量的新模式顯得尤為重要[1]。模塊化建設(shè)(包括模塊化設(shè)計、制造、運輸、安裝、維護等)作為一種新型工程建設(shè)模式，已在其他行業(yè)取得一定成效。通過將復(fù)雜項目劃分為相對獨立的模塊，可以將設(shè)計、制造、裝配等環(huán)節(jié)進行分離，實現(xiàn)并行作業(yè)和快速安裝，不僅可以提高施工效率，還能減少人力資源浪費，降低材料損耗，提升工程質(zhì)量。

1 實施背景

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，變電工程建設(shè)面臨著工程規(guī)模大、建設(shè)周期短、質(zhì)量要求高、成本管控高等要求，傳統(tǒng)的建設(shè)模式已難以滿足市場和社會需求。為提高變電工程建設(shè)的質(zhì)量和效率，實現(xiàn)變電工程的綠色發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級，借鑒其他行業(yè)的成熟經(jīng)驗并采用社會現(xiàn)有的建筑制成品，結(jié)合變電工程特點及地域特色，逐步采用模塊化建設(shè)將成為一種新趨勢。

2022 年，國家電網(wǎng)公司提出“六精四化”基建工作要求，在工程建設(shè)上實施“四化”建設(shè)，以標準化為基礎(chǔ)、綠色化為方向、模塊化為方式、智能化為內(nèi)涵，全面推進“價值追求更高、方式手段更新、質(zhì)量效率更優(yōu)”的高質(zhì)量建設(shè)。其中，模塊化建設(shè)是變電工程中最具創(chuàng)新性和前瞻性的一種基建形式，是實現(xiàn)變電工程智能化和綠色化的重要途徑。變電站模塊化建設(shè)是指將變電站中各個功能部件按照一定規(guī)格和標準在工廠內(nèi)預(yù)制成標準化或定制化的模塊單元，并在現(xiàn)場進行組裝、安裝和調(diào)試的一種建設(shè)形式，其具有施工周期短、占地面積小、環(huán)境適應(yīng)性強、運行維護方便等特點，是適應(yīng)時代發(fā)展的一種高效節(jié)能的變電站建設(shè)解決方案。

2 變電工程模塊化建設(shè)相關(guān)概念

2.1 模塊化系列概念

模塊化觀點最早應(yīng)用于計算機軟件開發(fā)，每個模塊完成一個特定的子功能，所有的模塊按某種方法組裝起成為整體，完成系統(tǒng)所要求的功能。

相應(yīng)的，對工程建設(shè)模塊化應(yīng)用而言，相關(guān)概念可作如下闡述。

1) 模塊。在工程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，模塊是可組合、分解和更換的單元。其可以是一個部件、一個設(shè)備、一個系統(tǒng)或一個子系統(tǒng)，具有相對獨立的功能和結(jié)構(gòu)，且可與其他模塊通過標準化接口進行連接和交換[2]。

2) 模塊化。模塊化是將復(fù)雜工程建設(shè)系統(tǒng)分解為更好的可組裝模塊的一種方式。模塊化可通過對系統(tǒng)的功能分析和結(jié)構(gòu)分解，設(shè)計出一系列功能模塊，通過模塊的選擇和組合構(gòu)成不同的工程構(gòu)造，以滿足工程的不同功能需求和應(yīng)用條件。

3) 模塊化施工。通過對不同組件設(shè)定不同功能，把一個工程問題分解成多個小的獨立的互相作用的組件，通過機械化施工、模塊化安裝來完成復(fù)雜的大型的工程建設(shè)。模塊化建設(shè)可實現(xiàn)工程各個模塊的標準化、批量化、工廠化制造和裝配式、機械化安裝，提高施工效率和質(zhì)量，縮短施工周期。

4) 模塊化設(shè)計。模塊化設(shè)計是指基于對工程一定范圍內(nèi)的不同功能或相同功能不同性能、不同規(guī)格產(chǎn)品功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計出一系列功能模塊，通過模塊的選擇和組合構(gòu)成不同產(chǎn)品，以滿足現(xiàn)場不同施工需求的設(shè)計方法。模塊化設(shè)計可實現(xiàn)工程各個模塊的相對獨立性、互換性、通用性等特征，提高設(shè)計質(zhì)量和效率，縮短設(shè)計周期[3]。

2.2 模塊化建設(shè)的規(guī)律

2.2.1 模塊化建設(shè)原則及其特征

通過近五年的實踐、研究，逐步梳理并總結(jié)了模塊化建設(shè)的五大特征。

1) 特征一：“少量化”，即盡量以最少量的標準模塊組成盡可能多的產(chǎn)品形態(tài)，同時保證產(chǎn)品精度高、性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，模塊間的聯(lián)系盡可能簡單。

2) 特征二：“系列化”，即以有限的產(chǎn)品品種和規(guī)格，最大限度但又經(jīng)濟合理地滿足工程建設(shè)的需求。

3) 特征三：“獨立性”，即允許對模塊進行獨立的設(shè)計、制造、調(diào)試、修改和調(diào)整，方便不同的專業(yè)化企業(yè)進行生產(chǎn)。

4) 特征四：“互換性”，即統(tǒng)一標準化模塊接口的結(jié)構(gòu)、尺寸和參數(shù)，使得模塊之間可以輕松互換，以滿足更多不同產(chǎn)品的功能需求。

5) 特征五：“通用性”，即有助于實現(xiàn)橫向和縱向產(chǎn)品系列之間模塊的通用性以及跨系列產(chǎn)品之間模塊的通用性。

2.2.2 模塊化與“四化”的聯(lián)系

新調(diào)整的“四化”(標準化、機械化、綠色化、智能化)，與模塊化有著密切的聯(lián)系，即模塊化是“四化”的載體與表象，而“四化”是模塊化的起點與落腳點。推動變電站模塊化建設(shè)的本質(zhì)就是推動電網(wǎng)工程領(lǐng)域的“四化”建設(shè)。

1) 標準化是模塊化的前提。只有產(chǎn)品規(guī)格、接口形式、節(jié)點構(gòu)造等完成標準化的設(shè)計，才能實現(xiàn)模塊化構(gòu)配件的自由組合，從而形成滿足功能需求的產(chǎn)品。

2) 機械化是模塊化的延展。模塊化的特點在于標準化預(yù)制、裝配式安裝，模塊化產(chǎn)品的生產(chǎn)與安裝都依賴機械化實現(xiàn)，同時還能達到機械化減員的效果。

3) 綠色化是模塊化的內(nèi)核。模塊化的最終目的在于減少工程現(xiàn)場濕作業(yè)，通過提升施工效率，大幅度降低資源損耗、減少水土污染。

4) 智能化是模塊化的途徑。模塊化制作與安裝過程均需要智能化輔助，模塊化建設(shè)模式也為變電站智能化發(fā)展創(chuàng)造了條件。

2.3 變電站模塊化建設(shè)的內(nèi)涵與外延

根據(jù)上述模塊化的分析，可以推導(dǎo)出變電站模塊化建設(shè)的內(nèi)涵：一切有利于減少濕作業(yè)或現(xiàn)場加工，有利于提升機械化施工水平，有利于增進現(xiàn)場安全文明施工水平的作業(yè)方式，就是變電站模塊化建設(shè)的本質(zhì)內(nèi)涵。

同樣，也可以將變電站模塊化外延作進一步的延展：所有變電站現(xiàn)場濕作業(yè)或現(xiàn)場加工的工序，都是未來模塊化優(yōu)化發(fā)展的方向；所有現(xiàn)有市場的成熟產(chǎn)品，都是可借鑒并用于變電站模塊化建設(shè)[4]。

3 變電站模塊化建設(shè)體系

變電站模塊化建設(shè)作為變電站建設(shè)的新模式，需要構(gòu)建比較完備的體系，才能實現(xiàn)有效地推廣應(yīng)用[5]。下面就變電站模塊化建設(shè)體系的構(gòu)建原則進行探討。

3.1 供應(yīng)鏈體系構(gòu)建原則

1) 建立變電站模塊化建設(shè)全品類產(chǎn)品體系，以千種產(chǎn)品、千家廠家的量級，構(gòu)建變電站標準化建設(shè)供應(yīng)鏈體系。

2) 以量大為基準，構(gòu)建平臺公司自有購銷-配送體系，如裝配式圍墻、鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)外墻板、預(yù)應(yīng)力管樁、螺旋錨等。

3) 以尺寸、顏色、外觀等為基準，構(gòu)建各電壓等級變電站模塊化產(chǎn)品系列，由業(yè)主方采購或廠家配送，如變電站電氣設(shè)備、衛(wèi)生潔具等。

4) 異形產(chǎn)品現(xiàn)場預(yù)制及機械化安裝，逐步實現(xiàn)變電站標準化的施工能力，如圍墻基礎(chǔ)、預(yù)制箱涵等。

5) 以專利為支撐創(chuàng)新產(chǎn)品，支持變電站標準化建設(shè)并持續(xù)迭代升級，如單元式輔助用房、一體化事故油池、單元式消防砂箱等。

3.2 服務(wù)體系構(gòu)建原則

1) 建立變電站標準化建設(shè)的全系列模塊化產(chǎn)品目錄，不斷豐富生產(chǎn)與持續(xù)迭代產(chǎn)品類目。

2) 固化變電站建設(shè)標準化圖集并持續(xù)迭代。

3) 提供變電站建設(shè)非標產(chǎn)品個性化解決方案。

4) 提供變電站建設(shè)難點與痛點的系統(tǒng)性解決方案。

3.3 產(chǎn)品檢測體系構(gòu)建原則

針對市場上模塊化產(chǎn)品良莠不齊且沒有專門提供模塊化產(chǎn)品檢測的單位的現(xiàn)狀，可建立一套檢測制度規(guī)范、檢測種類齊全、檢測設(shè)備先進的專門針對變電站模塊化材料的檢測中心，為全省模塊化變電站提供檢測服務(wù)[6]。

3.4 專用機具研究

工廠化加工、模塊化安裝均依托于機械設(shè)備，研發(fā)應(yīng)用能體現(xiàn)地區(qū)模塊化特色的產(chǎn)品加工機械、器具，推廣適用于鋼結(jié)構(gòu)吊裝、墻板安裝的專用工器具和建筑機器人等器械。

3.5 綠色建材研究

對傳統(tǒng)混凝土預(yù)制構(gòu)配件進行綠色化替代，在保障結(jié)構(gòu)安全的前提下，應(yīng)用可再生混凝土進行模塊化產(chǎn)品制造，既可減少對天然石材的依賴程度，也可解決廢舊混凝土對生態(tài)環(huán)境造成的破壞，提高混凝土材料的循環(huán)利用率[7]。

3.6 綠色施工方法研究

運用螺旋錨基礎(chǔ)方案、預(yù)制臨建道路等綠色施工技術(shù)，減少對臨建土地的占用與破壞，縮短臨建施工周期，提高資源循環(huán)利用率。

3.7 全壽命周期服務(wù)體系構(gòu)建

建立從模塊化產(chǎn)品生產(chǎn)配送、結(jié)構(gòu)深化、安裝技術(shù)指導(dǎo)、后期維護的全壽命周期服務(wù)體系，為需求單位提供全方位技術(shù)支持與質(zhì)量保障服務(wù)[8]。

4 變電站模塊化建設(shè)發(fā)展路徑研究

4.1 模塊化平臺公司的目標定位

模塊化平臺公司旨在打造成為浙江電網(wǎng)工程標準化建設(shè)綜合服務(wù)商，通過梳理社會現(xiàn)有建材品類、結(jié)合電網(wǎng)工程特點與浙江省地域特色，進行全電壓等級變電站部品部件標準化設(shè)計，整合內(nèi)外部資源，持續(xù)創(chuàng)新、迭代，構(gòu)建支撐浙江省電網(wǎng)工程“六精四化”的標準化建設(shè)服務(wù)體系，推動電網(wǎng)建設(shè)高質(zhì)量發(fā)展。

4.2 變電站模塊化建設(shè)的目標定位

1) 減少電網(wǎng)工程現(xiàn)場作業(yè)人員。

2) 加快電網(wǎng)工程整體建設(shè)速度。

3) 提升電網(wǎng)工程本質(zhì)安全水平。

4) 提高電網(wǎng)工程施工工藝品質(zhì)。

5) 推動電網(wǎng)工程建設(shè)模式革新。

4.3 變電站模塊化供應(yīng)范圍

以500 kV 輸變電工程為基準，高標準構(gòu)建混凝土預(yù)制件、成品建(構(gòu))筑物、墻板、裝飾裝修等標準化產(chǎn)品設(shè)計、制造、配送和相應(yīng)技術(shù)服務(wù)體系、標準，并以此為基礎(chǔ)，推動相關(guān)體系、標準向110 kV 及以上輸變電工程覆蓋。

4.4 變電站模塊化配送定位

1) 提供110 kV 及以上工程的模塊化設(shè)計、施工、驗收等系列服務(wù)，通過不斷積累經(jīng)驗、迭代升級，打造成為浙江省輸變電工程專業(yè)的模塊化、標準化配送服務(wù)商。

2) 立足構(gòu)建批量大、體積小、重量輕的標準化產(chǎn)品配送體系，以“平臺配送+市場化服務(wù)”或“市場配送+平臺服務(wù)”的方式提供專業(yè)服務(wù)。

3) 根據(jù)產(chǎn)品配送距離的邊際成本，合理確定配送輻射范圍，綜合應(yīng)用工廠加工、現(xiàn)場預(yù)制等手段，解決標準化產(chǎn)品生產(chǎn)、運輸、吊裝等問題，降低整體成本。

4) 通過簽訂長期合約等方式，與標準化產(chǎn)品工廠建立長期戰(zhàn)略合作關(guān)系，嚴格管控制造工藝和產(chǎn)品質(zhì)量，持續(xù)優(yōu)化迭代、不斷降低成本，滿足“六精四化”要求。

5) 加強市場調(diào)研，及時掌握模塊化市場最新動態(tài)；主動服務(wù)對接，了解需求單位對標準化配送產(chǎn)品的功能需求，不斷豐富和擴展標準化配送品類和服務(wù)范圍，加快建立品類齊全、質(zhì)優(yōu)價廉的標準化配送體系[9]。

4.5 關(guān)于商業(yè)模式閉環(huán)思考

1) 從構(gòu)建模塊化建設(shè)標準化體系入手，通過服務(wù)體系的標準化，服務(wù)全省110 kV 及以上變電站標準化建設(shè)需求，形成浙江經(jīng)驗、浙江標準。

2) 根據(jù)現(xiàn)有產(chǎn)品的缺陷或市場空白，通過產(chǎn)品創(chuàng)新實現(xiàn)產(chǎn)品的高附加值，并維持標準化配送體系的運轉(zhuǎn)。

3) 從細化分析產(chǎn)品成本入手，嘗試多種生產(chǎn)方式，如自行生產(chǎn)、貼牌加工、合資生產(chǎn)等方式把目前提供的產(chǎn)品和服務(wù)做精、做透、做深，逐步形成商業(yè)閉環(huán)。

5 結(jié)束語

綜上所述，通過變電站模塊化建設(shè)的推進，可以提高變電工程建設(shè)效率和質(zhì)量，降低工程風(fēng)險，節(jié)約工期，降低成本，并減少對環(huán)境的影響；模塊化建設(shè)標準化，有助于優(yōu)化和整合供應(yīng)鏈體系，提高供應(yīng)的效率，降低成本；模塊化建設(shè)體系化，能夠促進技術(shù)創(chuàng)新和持續(xù)研發(fā)迭代，推動綠色建造和可持續(xù)發(fā)展。隨著技術(shù)不斷進步，模塊化建設(shè)在變電工程中將發(fā)揮越來越重要的作用，也必將成為電網(wǎng)高質(zhì)量建設(shè)的重要抓手。