小水電機(jī)電設(shè)備成本估算模型比較

劉俊浩

(梅州市威華水利水電建設(shè)工程有限公司，廣東 梅州 514299)

正確評(píng)估投資成本對(duì)小型水電站建設(shè)項(xiàng)目至關(guān)重要[1-3]。一般來(lái)說(shuō)，項(xiàng)目建設(shè)成本可以分成兩部分。其一是土木工程(土地采購(gòu)、基礎(chǔ)設(shè)施、勞動(dòng)力等)費(fèi)用，費(fèi)用高度依賴項(xiàng)目所在地條件(例如當(dāng)?shù)匚镔Y和勞動(dòng)力費(fèi)用等)，因此該部分在不同項(xiàng)目之間差別較大，且較難估算[4]。其二是機(jī)電設(shè)備成本，如文獻(xiàn)研究所示，可更精確地估算機(jī)電設(shè)備的成本。

成本估算方法始終是國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者的研究熱點(diǎn)。王敦敏[5]將Vague熵方法與熵權(quán)法結(jié)合來(lái)確定屬性權(quán)重認(rèn)為該方法能有效降低軟件成本估算誤差,提高估算準(zhǔn)確度。侯金惠[6]運(yùn)用層次分析法來(lái)選取工程特征向量,對(duì)所選取的36組相似已建綠色建筑工程樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練與仿真,證實(shí)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法在綠色建筑工程造價(jià)成本估算中的應(yīng)用前景。王楠[7]采用基于皮爾遜相關(guān)系數(shù)的相似度量方法,結(jié)合TOPSIS方法軟件成本進(jìn)行類比估算。周舟等[8]最后通過(guò)逐步回歸法篩選出最能體現(xiàn)制造復(fù)雜度特性的說(shuō)明性變量,構(gòu)建出針對(duì)于美軍戰(zhàn)斗機(jī)/攻擊機(jī)的制造復(fù)雜度模型。呂倩[9]建立基于最大Lyapunov指數(shù)的預(yù)測(cè)模型，該模型對(duì)短期內(nèi)高速鐵路環(huán)境成本預(yù)測(cè)具有準(zhǔn)確性和適應(yīng)性,可以顯著提高估算的精確性。李素芳[10]建立了兩種基于灰色系統(tǒng)理論的成本估算模型:GM(1,1)模型和波形預(yù)測(cè)模型;并通過(guò)實(shí)際的案例,將這兩種模型的結(jié)果進(jìn)行比較。呂毅[11]提出了一種以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重量為主要驅(qū)動(dòng)因素的制造成本估算模型，估算成本與實(shí)際制造成本的偏差為10.8%。孫勝祥等[12]推導(dǎo)得出基于可維護(hù)性的裝備軟件成本估算模型,并通過(guò)對(duì)某裝備軟件項(xiàng)目的成本進(jìn)行實(shí)證分析，模型操作簡(jiǎn)便,適用性較好。田鈺等[13]基于CBR技術(shù)建立了一個(gè)工程施工成本估算模型,能夠快速生成待估工程的施工成本。楊抒等[14]非參數(shù)自助法對(duì)優(yōu)化的S-PSO加權(quán)類比估算模型穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估。研究結(jié)果表明,該模型具有較好的穩(wěn)定性。趙倩純等[15]研究了BIM中基于蒙特卡羅模擬的成本估算模型，蒙特卡羅模擬使得龐大的計(jì)算量可通過(guò)處理機(jī)核的數(shù)量的增加而化解。

小型水力發(fā)電廠的機(jī)電設(shè)備費(fèi)用通常占總預(yù)算的30%～40%。在現(xiàn)有小型水電裝置的條件下，機(jī)電設(shè)備成本是項(xiàng)目建設(shè)的主要費(fèi)用[16]。因此，本文通過(guò)分析比較不同成本估算模型，為小型水電站機(jī)電設(shè)備的投資成本評(píng)估提供參考。

1 方 法

為了方便比較，備選成本函數(shù)模型變形為統(tǒng)一的指數(shù)形式，即成本(C，k＄)是指數(shù)函數(shù)的乘積，其機(jī)電設(shè)備功率(P,kW)和凈水頭(H,m)是估算基礎(chǔ)，而根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)得到的不同常數(shù)系數(shù)是其兩個(gè)變量的指數(shù)[17]，如式(1)所示：

C=a·Pb·Hc

(1)

式中：a、b、c是常數(shù)系數(shù)。文獻(xiàn)[18-19]將成本以指數(shù)形式給出，使用美元(＄)作為成本結(jié)算貨幣(年份匯率需換算)。

國(guó)外科學(xué)家于20世紀(jì)70年代末首次提出了用于估算機(jī)電設(shè)備成本的模型[20]。迄今為止，為節(jié)省成本開(kāi)發(fā)了許多計(jì)算模型。各類計(jì)算模型基本是以水利水電工程價(jià)值和凈水頭兩方面為出發(fā)點(diǎn)[21],根據(jù)查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，找到了其中5種成本估算模型，編號(hào)I～V，見(jiàn)表1。

表1 文獻(xiàn)小水電機(jī)電設(shè)備成本估算模型比較

2 結(jié)果與討論

根據(jù)表1中的模型，模擬了機(jī)電設(shè)備功率和凈水頭成本。獲得的結(jié)果如圖1和圖2所示。圖1顯示了3個(gè)凈水頭(5 m、25 m和100 m)機(jī)電設(shè)備功率的成本。圖2顯示了4個(gè)輸出功率(5 kW、100 kW、500 kW、2000 kW)的凈水頭成本。

圖1 不同凈水頭小型水利水電設(shè)備成本模型

圖1表明，使用模型I～V獲得的結(jié)果可能存在很大差異。特別是模型IV突出了每一個(gè)凈水頭值，由此估計(jì)的機(jī)電設(shè)備的成本要比其他模型高得多。僅針對(duì)小水頭值，模型II給出了類似的結(jié)果。此外，模型II也較其他模型具有優(yōu)勢(shì)，估計(jì)值雖然不及模型IV，但仍明顯高于剩余3種模型。模型III、模型I以及模型V得出的結(jié)果彼此更接近，但仍有相當(dāng)大的差異。

圖2證實(shí)了基于圖1得出的結(jié)論，即使用各種模型獲得的估計(jì)值存在顯著差異。排除機(jī)電設(shè)備功率和凈水頭非常小的情況，模型IV給出了最高的預(yù)測(cè)值。根據(jù)不同預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)成本的下降速率隨凈水頭的增加而減少。例如，對(duì)于初始成本不同，相同功率(500 kW)條件下，將凈水頭從5 m增加到100 m，理論上模型I，模型III，模型V可使成本降低約65%，模型II可使成本降低約50%，模型IV可使成本降低27%。由圖1 也可分析得出的關(guān)于成本波動(dòng)的相同結(jié)論。由于機(jī)電設(shè)備功率的增加而導(dǎo)致的成本增加，不同的計(jì)算模型可能得到的差距較大的結(jié)果。文獻(xiàn)研究表明[15-17]，用不同的方法得到的理論值與實(shí)際的小水電機(jī)電設(shè)備成本也有明顯的差異：與實(shí)際成本的比較顯示，成本經(jīng)常被低估或高估了。因此，在可研階段，應(yīng)當(dāng)使用適合于小型水電站機(jī)電設(shè)備投資成本估算模型；同時(shí)，還應(yīng)該進(jìn)行更多關(guān)于此類問(wèn)題的個(gè)案研究。

圖2 不同機(jī)電設(shè)備功率凈水頭成本模型

3 結(jié) 論

基于本文所做的研究可知:使用不同的模型可以估算小型水電站機(jī)電設(shè)備的投資成本，得到的結(jié)果存在顯著差異。建議謹(jǐn)慎使用分析過(guò)的模型，在計(jì)劃投資建設(shè)過(guò)程中，宜盡可能將適當(dāng)?shù)膫€(gè)案設(shè)計(jì)對(duì)比研究。有必要在對(duì)小型水電站投資的基礎(chǔ)上進(jìn)行廣泛研究，建立相應(yīng)研究數(shù)據(jù)庫(kù)。