模塊化變電站的工程造價(jià)研究

楊麗萍,逄 健,李紫薇

(1.國網(wǎng)天津市電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院,天津 300171;2.國網(wǎng)天津市電力公司建設(shè)分公司,天津 300143)

0 引言

模塊化變電站是一種全新的變電站建設(shè)方式。模塊化變電站按功能進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì),工廠化生產(chǎn),然后把工廠化生產(chǎn)的模塊運(yùn)抵現(xiàn)場,現(xiàn)場進(jìn)行安裝和調(diào)試。與傳統(tǒng)變電站建設(shè)方式相比,模塊化變電站具有占地面積小,建造和安裝周期短,利于環(huán)境保護(hù)和資源節(jié)省等優(yōu)點(diǎn)。模塊化變電站包括設(shè)備模塊和建筑模塊,其中,設(shè)備模塊主要包括進(jìn)線模塊、主變壓器模塊、出線模塊、自動(dòng)化模塊、無功補(bǔ)償和消弧線圈模塊等5個(gè)部分[12];建筑模塊包括主控樓、配電樓、圍墻和電纜溝等。

現(xiàn)有研究主要集中于模塊化變電站的技術(shù)層面,對(duì)于模塊化變電站的經(jīng)濟(jì)效益很少涉及。童學(xué)勝等[3]通過對(duì)模塊化變電站和常規(guī)智能變電站的經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性對(duì)比,指出模塊化變電站的靜態(tài)投資要低于常規(guī)智能變電站,無論建筑工程費(fèi)、安裝工程費(fèi)還是其他費(fèi)用都比常規(guī)智能變電站低,但是設(shè)備購置費(fèi)比常規(guī)智能變電站要高;而王少暉等[2]得到的結(jié)果恰恰相反,模塊化變電站的靜態(tài)投資比選擇的室外變電站要高,但低于選擇的室內(nèi)變電站。經(jīng)過對(duì)比發(fā)現(xiàn),造成上述區(qū)別的重要原因是設(shè)計(jì)方案差異較大,不具備較強(qiáng)的可比性,原則上2個(gè)變電站布置型式需相同,例如都是室內(nèi)站,或者各項(xiàng)分部工程基本一致,模塊化和非模塊化工程造價(jià)才具有一定的可比性。馬樹堂[4]對(duì)220 k V變電站工程造價(jià)進(jìn)行了系統(tǒng)分析,劉午陽等[5]對(duì)變電站鋼接地網(wǎng)和銅接地網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了對(duì)比分析,說明設(shè)備材質(zhì)的不同也會(huì)導(dǎo)致工程成本存在差異。本文在假設(shè)2個(gè)方案具備可比性的基礎(chǔ)上,建立了模塊化和非模塊化2個(gè)方案的投資確定模型,從而給出模塊化降低變電站工程造價(jià)的條件,并用變電站圍墻進(jìn)行案例分析。

1 模塊化與非模塊化施工流程的對(duì)比分析

為了簡化模塊化和非模塊化的對(duì)比,在理論分析中只截取一個(gè)可以進(jìn)行模塊化或非模塊化比較的施工模塊,比如某設(shè)備模塊或者建筑模塊,相應(yīng)流程統(tǒng)稱為施工流程。

傳統(tǒng)的非模塊化施工流程見圖1。對(duì)于界定的施工模塊,根據(jù)施工圖設(shè)計(jì),確定進(jìn)行該模塊施工所需要的材料種類及數(shù)量、配件種類及數(shù)量、設(shè)備種類及數(shù)量;確定完成該施工模塊需要哪些工種的工人,每個(gè)工種需要的人數(shù);確定需要哪些施工機(jī)械,每臺(tái)機(jī)械的數(shù)量。對(duì)材料、配件、設(shè)備進(jìn)行招標(biāo)采購,進(jìn)行施工人員招聘或調(diào)配,進(jìn)行施工機(jī)械租賃或調(diào)配。合理調(diào)配資源、組織施工,完成施工模塊的施工。對(duì)施工模塊進(jìn)行驗(yàn)收。確定施工模塊造價(jià)及各項(xiàng)費(fèi)用組成。

模塊化施工流程見圖2。對(duì)于界定的施工模塊,確定哪些部件可以進(jìn)行工廠化模塊制造,給出每個(gè)部件的模塊設(shè)計(jì),委托企業(yè)進(jìn)行批量化生產(chǎn),對(duì)生產(chǎn)出來的模塊化產(chǎn)品進(jìn)行采購,組織運(yùn)力在計(jì)劃時(shí)間把產(chǎn)品運(yùn)往施工現(xiàn)場。根據(jù)模塊化設(shè)計(jì)的要求確定,確定完成該施工模塊需要哪些工種的工人,每個(gè)工種需要的人數(shù);確定需要哪些施工機(jī)械,每臺(tái)機(jī)械的數(shù)量。進(jìn)行施工人員招聘或調(diào)配,進(jìn)行施工機(jī)械租賃或調(diào)配。合理調(diào)配資源、組織施工,完成施工模塊的施工。對(duì)施工模塊進(jìn)行驗(yàn)收。確定施工模塊造價(jià)及各項(xiàng)費(fèi)用組成。

如果模塊化產(chǎn)品是通用的,即可以省略定制環(huán)節(jié),直接采購即可。

由上述2個(gè)流程的對(duì)比分析可知,模塊化施工流程不僅改變了施工組織、施工質(zhì)量,也會(huì)對(duì)總體工程造價(jià)及費(fèi)用構(gòu)成產(chǎn)生影響。模塊化施工的優(yōu)點(diǎn)有以下幾個(gè)方面。

(1)模塊化產(chǎn)品在工廠進(jìn)行生產(chǎn),高度機(jī)械化、標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)方式,熟練地人工投入和高質(zhì)量的保障體系,使得生產(chǎn)方式由粗獷生產(chǎn)轉(zhuǎn)為精益生產(chǎn),提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和精度,不僅提高了施工質(zhì)量,也對(duì)施工模塊的驗(yàn)收提供了便利條件。

(2)模塊化施工改變了傳統(tǒng)的現(xiàn)場作業(yè)方式,減少了施工現(xiàn)場的揚(yáng)塵與噪聲污染,改善了工人的施工環(huán)境,其特有的生產(chǎn)方式有利于采用各種新型環(huán)保的材料和節(jié)能設(shè)備等。

(3)有利于縮短施工工期。工廠化生產(chǎn)模式減少了模塊化產(chǎn)品生產(chǎn)對(duì)天氣與氣候情況的依賴程度,模塊化產(chǎn)品進(jìn)入施工現(xiàn)場后,只需對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行現(xiàn)場安裝、整體聯(lián)調(diào),可以大大降低勞動(dòng)成本的投入,縮短施工工期。

2 模塊化與非模塊化施工工程造價(jià)差異分析

首先從交易成本、人工費(fèi)、材料設(shè)備費(fèi)、運(yùn)輸費(fèi)和機(jī)械費(fèi)五方面對(duì)模塊化施工和非模塊化施工的費(fèi)用差異進(jìn)行比較。

非模塊化施工由于進(jìn)行多次材料、配件和設(shè)備的采購,交易成本比較大。交易成本是指達(dá)成一筆交易所要花費(fèi)的成本,也指買賣過程中所花費(fèi)的全部時(shí)間和貨幣成本,包括傳播信息、廣告、運(yùn)輸以及談判、協(xié)商、簽約、合約執(zhí)行的監(jiān)督等活動(dòng)所花費(fèi)的成本。由于電力工程設(shè)備、材料采購主要采用招投標(biāo)形式,交易次數(shù)越多,交易成本則越高。模塊化施工雖然也有少量的材料和配件采購,但總體來說由于交易次數(shù)少,所以交易成本較低。

非模塊化施工由于施工的起點(diǎn)是基本材料、配件和設(shè)備,不僅施工工序復(fù)雜,對(duì)工人的技術(shù)水平要求也高,還有可能由于施工工序和產(chǎn)品特質(zhì)等問題耽誤工期,因此,不僅需要工人的人數(shù)比較多,素質(zhì)也比較高,因此非模塊化施工的人工費(fèi)用比較高。而模塊化施工由于施工起點(diǎn)為模塊化產(chǎn)品,現(xiàn)場只需把模塊化產(chǎn)品根據(jù)圖紙組合、安裝成最終產(chǎn)品,由于安裝工藝簡單、工作量小,因此不僅需要的工人數(shù)目少,技術(shù)要求也不會(huì)太高,再加上施工周期短,因此人工費(fèi)用相對(duì)較少。

由于模塊化產(chǎn)品的價(jià)格不僅包含了初始材料、部件和設(shè)備等費(fèi)用,還包含生產(chǎn)該產(chǎn)品的勞動(dòng)投入、設(shè)備損耗、技術(shù)投入、管理費(fèi)用、企業(yè)利潤和產(chǎn)品稅收等多項(xiàng)費(fèi)用,模塊化產(chǎn)品的價(jià)格比較高,因此模塊化施工的材料設(shè)備費(fèi)用很高,而非模塊化的材料設(shè)備費(fèi)用只包含材料、部件和設(shè)備的費(fèi)用,因此材料設(shè)備費(fèi)用較低。

由于模塊化產(chǎn)品體積比較大,生產(chǎn)工廠距離施工現(xiàn)場相對(duì)較遠(yuǎn),因此可能產(chǎn)生較高的運(yùn)輸成本,現(xiàn)場安裝主要采用機(jī)械吊裝加拼裝,機(jī)械化程度顯著提高,因此模塊化施工機(jī)械費(fèi)用也比較高,非模塊化產(chǎn)品的材料和配件可以就地采購,安裝時(shí)也不需要大型的吊裝設(shè)備,因此機(jī)械費(fèi)比較低。

其次從變電站工程的四項(xiàng)組成費(fèi)用,即建筑工程費(fèi)、設(shè)備購置費(fèi)、安裝工程費(fèi)和其他費(fèi)用來進(jìn)行對(duì)比分析。因?yàn)榘巡糠謱儆诎惭b工程費(fèi)的材料、配件等固化到模塊化產(chǎn)品中,會(huì)造成模塊化施工安裝工程費(fèi)的降低,再加上模塊化施工人工費(fèi)用大幅度降低,雖然設(shè)備費(fèi)用有一定幅度提高,總的來說會(huì)造成模塊化施工安裝工程費(fèi)降低;但由于模塊化產(chǎn)品的費(fèi)用一般比非模塊產(chǎn)品的費(fèi)用高,因此模塊化產(chǎn)品的建筑工程費(fèi)比較高;通常來說非模塊化施工其他費(fèi)用比模塊化施工其他費(fèi)用要高[3]。模塊化施工和非模塊化施工工程造價(jià)構(gòu)成對(duì)比,見表1。

表1 模塊化施工與非模塊化施工造價(jià)構(gòu)成項(xiàng)費(fèi)用比較

基于上述分析,建立判斷模塊化施工和非模塊化施工工程造價(jià)決定的數(shù)學(xué)模型,并給出模塊化施工工程造價(jià)低于非模塊化施工的條件。基本假設(shè)如下:界定的施工模塊可以進(jìn)行模塊化施工或非模塊化施工;模塊化施工對(duì)應(yīng)的人工費(fèi)、材料設(shè)備費(fèi)、機(jī)械費(fèi)和其他費(fèi)用分別為PC1、MEC1、MC1和OC1;非模塊化施工對(duì)應(yīng)的人工費(fèi)、材料和設(shè)備費(fèi)、機(jī)械費(fèi)分別為PC2、MEC2、MC2和OC2;模塊化施工和非模塊化施工規(guī)模相同。那么模塊化施工的工程總造價(jià)

非施工模塊總的工程造價(jià)

則模塊化施工工程造價(jià)和非模塊施工工程造價(jià)的差:

要使ΔC＜0,應(yīng)有

即模塊化施工帶來的材料設(shè)備費(fèi)用的增加值與機(jī)械費(fèi)用的增加值之和,要小于人工費(fèi)減小值和其他費(fèi)的減小值之和。下面來判斷這個(gè)條件是否能夠得到滿足。

由于技術(shù)水平的先進(jìn)性、生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化程度和員工技術(shù)熟練等因素,在同樣的生產(chǎn)要素投入下,工廠化制造的成本更低,如果勞動(dòng)力的工資水平很高,較低的成本加上合理的利潤和物流成本還是有可能使上式得到滿足。但是也有可能上述條件得不到滿足,主要包括2種情況:一是,模塊化施工和非模塊化施工的主要材料、配件和設(shè)備相同,但是模塊化產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模比較小,無法使生產(chǎn)成本較大幅度的降低,再加上企業(yè)布局不合理,模塊化產(chǎn)品生產(chǎn)工廠距離施工現(xiàn)場比較遠(yuǎn),物流費(fèi)用比較高,施工條件惡劣,施工現(xiàn)場機(jī)械費(fèi)用支出比較高,這3個(gè)因素都有可能使模塊化施工的工程造價(jià)高于非模塊化施工。二是,模塊化施工和非模塊化施工投入的除人工以外的生產(chǎn)要素成本有很大的差別,造成模塊化產(chǎn)品價(jià)格高昂。

總之,如果模塊化施工和非模塊化施工投入的材料、配件、設(shè)備等生產(chǎn)要素是相同的,規(guī)模化生產(chǎn)、企業(yè)合理布局帶來的模塊化產(chǎn)品價(jià)格下降和運(yùn)輸成本降低,人工費(fèi)用節(jié)省,會(huì)使模塊化施工比非模塊化施工的工程造價(jià)低。隨著變電站工程模塊化水平的提高,對(duì)模塊化產(chǎn)品的需求會(huì)大幅度增加,會(huì)促進(jìn)模塊化產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)擴(kuò)大規(guī)模,合理布局。長期來看,模塊化施工在一定程度上可以降低工程造價(jià)。但是如果要素投入差異較大,模塊化施工未必一定會(huì)降低工程造價(jià),但可能會(huì)提高質(zhì)量、保護(hù)環(huán)境和縮短工期。下面以變電站的圍墻工程為例,分析模塊化施工的經(jīng)濟(jì)效益。

3 模塊化圍墻的經(jīng)濟(jì)效益分析

模塊化建筑是指在工廠完成單體模塊的生產(chǎn)與拼裝,然后運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場,通過吊裝單體模塊使其與主體結(jié)構(gòu)以及其他單體模塊實(shí)現(xiàn)組合安裝的一種高預(yù)制率、裝配化程度較高的裝配整體式建筑。對(duì)于變電站工程,主控樓、配電樓和圍墻均可以采用模塊化進(jìn)行建造。國內(nèi)有很多學(xué)者對(duì)變電站模塊化建筑的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了研究,例如王偉等[6]對(duì)變電站外墻的分析,蘇杭[7]對(duì)變電站圍墻的分析,董德永[8]對(duì)模塊化變電站的經(jīng)濟(jì)效益分析,主要包括設(shè)備模塊化和建筑模塊化。本文對(duì)模塊化智能變電站進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析,選取2019年竣工的模塊化變電站項(xiàng)目103個(gè),其中含有模塊化圍墻的變電站項(xiàng)目有40項(xiàng),每平米造價(jià)見圖3。

圖3 裝配式圍墻每平米造價(jià)分布

由圖3可知,部分項(xiàng)目單位造價(jià)很低,有8個(gè)項(xiàng)目每平米造價(jià)低于300元,3個(gè)項(xiàng)目每平米造價(jià)高于1 300元,大部分項(xiàng)目每平米造價(jià)在300～1 300元。

通過反事實(shí)分析法,假設(shè)采用非模塊化圍墻建造方式,估算非模塊化圍墻的工程造價(jià),與已建成變電站模塊化圍墻工程造價(jià)進(jìn)行對(duì)比,如果模塊化圍墻工程造價(jià)小于非模塊化圍墻,那么模塊化建設(shè)方式會(huì)帶來直接經(jīng)濟(jì)效益,如果模塊化圍墻工程造價(jià)高于非模塊化圍墻,則需分析具體原因。由于樣本變電站項(xiàng)目位于全國各地,變電站的地形、環(huán)境特點(diǎn)也各有不同,為此采用2種方法進(jìn)行分析:選取1個(gè)典型的非模塊化圍墻項(xiàng)目,與每個(gè)模塊化圍墻項(xiàng)目進(jìn)行比較,如果模塊化圍墻項(xiàng)目造價(jià)低于典型非模塊化圍墻項(xiàng)目,則說明模塊化建造方式節(jié)省了工程成本;從已知文獻(xiàn)記錄中選取傳統(tǒng)非模塊化圍墻的單位造價(jià),作為參照項(xiàng)目,用以判斷模塊化圍墻工程造價(jià)的合理性。

本文選取典型非模塊化變電站圍墻,周長212 m,墻高2.3 m,采用傳統(tǒng)砌體圍墻型式,總造價(jià)214 400元,每平米造價(jià)439.7元,伍紹慧等[9]給出的結(jié)果表明粗灰砂飾面磚砌圍墻每平米造價(jià)為400元,說明該非模塊化變電站圍墻項(xiàng)目具有一定典型性。以此項(xiàng)目作為參照項(xiàng)目,可以發(fā)現(xiàn)共計(jì)12項(xiàng)模塊化圍墻項(xiàng)目每平米造價(jià)低于439.7元,說明采用模塊化建設(shè)在一定程度上可以節(jié)省工程成本。

對(duì)于每平米造價(jià)高于439.7元的模塊化圍墻項(xiàng)目,基于定額成本測算分析,表明即使模塊化圍墻和非模塊化圍墻采用同樣的材料,也存在模塊化圍墻每平米造價(jià)高于非模塊化圍墻每平米造價(jià)的情況,主要是因?yàn)槟K化圍墻采用了更高成本的材質(zhì)。模塊化圍墻一般采用以下4種材質(zhì):清水混凝土預(yù)制條板、ALC板(蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土板)、FC板(纖維水泥板)和水泥基擠塑空心板[10]。不同材質(zhì)的模塊化圍墻每平米造價(jià)也有較大的差異,蘇杭[7]文中模塊化圍墻每平米造價(jià)構(gòu)成為:清水混凝土預(yù)制條板,500元;ALC板,400元;FC板,450元;董德永[8]文中2個(gè)模塊化圍墻的每平米造價(jià)分別為:1 203.48元和1 102.68元,其中墻板采用材質(zhì)較好的鋼框輕質(zhì)板,提高了模塊化圍墻每平米造價(jià)。

4 結(jié)論

模塊化變電站是一種比較新型的變電站建設(shè)方式,具有建設(shè)周期短、施工效率高、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn),但其在控制工程成本方面褒貶不一,本文采用數(shù)學(xué)建模和實(shí)例分析的方法,重點(diǎn)分析了模塊化施工和非模塊化施工工程造價(jià)方面的區(qū)別。

通過建立模塊化施工和非模塊化施工工程造價(jià)的數(shù)學(xué)判定模型,得到模塊化施工工程造價(jià)低于非模塊化施工的條件,即模塊化施工帶來的材料設(shè)備費(fèi)用的增加值與機(jī)械費(fèi)用的增加值之和要小于人工費(fèi)減小值和其他費(fèi)的減小值之和。理論分析表明如果模塊化產(chǎn)品和非模塊化產(chǎn)品投入的材料、配件、設(shè)備等生產(chǎn)要素是相同的,使得模塊化施工工程造價(jià)低于非模塊施工。但是如果模塊化的材質(zhì)優(yōu)于非模塊化有較大概率產(chǎn)品,從而帶來材料成本的大幅度上升,則模塊化施工的工程造價(jià)會(huì)高于非模塊化施工?；谀K化圍墻的實(shí)證分析表明,小部分模塊化圍墻的工程造價(jià)低于非模塊化圍墻,反而大部分模塊化圍墻的工程造價(jià)卻高于非模塊化圍墻,其原因主要是模塊化產(chǎn)品采用材質(zhì)提升,導(dǎo)致工程成本增加。本文采用對(duì)比分析的方法,分析了模塊化變電站相對(duì)于非模塊化變電站的經(jīng)濟(jì)效益,對(duì)變電站建設(shè)是否采用模塊化施工,合理科學(xué)控制工程投資具有一定的指導(dǎo)意義。