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

李麗萍LI Li-ping；李萍萍LI Ping-ping；趙國磊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)計為主要構(gòu)成的變電站模塊化建設(shè)已經(jīng)廣泛實踐于電網(wǎng)企業(yè)的絕大部分新建站中，近年來變電站的模塊化設(shè)計經(jīng)歷了從試點到全面覆蓋，從普通二維設(shè)計到應(yīng)用BIM 技術(shù)的三維設(shè)計，模塊化變電站的工程實踐已然比比皆是，但其成本居高不下成為了電網(wǎng)企業(yè)推進模塊化變電站的阻礙和痛點，顯而易見，裝配式設(shè)計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，并以實例進行了價值分析，對比傳統(tǒng)現(xiàn)澆和裝配式的價值系數(shù)，得出裝配式變電站價值系數(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的影響因素；王晶[2]等選取通用設(shè)計方案的模塊化部分，進行灰色關(guān)聯(lián)度分析，得出外墻費用、預(yù)制電纜費用、鋼結(jié)構(gòu)工程量是影響裝配式變電站建安費的主要影響因素的結(jié)論，但并未對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程成本的層次評價模型，分析出施工階段過程成本的影響因素，未就變電站費用構(gòu)成部分展開討論。文章基于BIM 技術(shù)，從模塊化變電站裝配式設(shè)計方案的角度分析裝配式變電站工程造價的主要影響因素，對主要影響因素展開成本敏感性分析，對裝配式變電站的成本進行優(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，國家電網(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，亦推動開展裝配式建、構(gòu)筑物的設(shè)計技術(shù)研究。2013 年，國家電網(wǎng)公司開始推行變電站模塊化建設(shè)，2016 年，35kV～110kV 電壓等級全面實施，220kV 電壓等級開展示范建設(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 年國網(wǎng)繼續(xù)推進深化模塊化建設(shè)，全面開展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 年國網(wǎng)響應(yīng)并貫徹落實國家“碳達峰、碳中和”指導(dǎo)精神，開展輸變電工程綠色建造試點工作，要求參與試點工程必須采用三維設(shè)計并在設(shè)計中積極采用新技術(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，國網(wǎng)發(fā)布“模塊化建設(shè)2.0 版技術(shù)導(dǎo)則”，貫徹“標準化設(shè)計、工廠化加工、裝配式建設(shè)、機械化施工”，實現(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，國家電網(wǎng)公司的變電站已全面設(shè)計為裝配式變電站。

1.2 裝配式變電站的BIM 應(yīng)用

變電站三維設(shè)計開展以來，三維建模逐步應(yīng)用于初步設(shè)計及施工圖設(shè)計階段，進行全專業(yè)的協(xié)同設(shè)計。初設(shè)階段由于設(shè)備未定標，三維設(shè)計中電氣部分均按通用設(shè)備進行設(shè)計，建筑部分梁柱、外墻等暫按常規(guī)截面及做法設(shè)計，建筑物水暖部分不進行深化設(shè)計，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)計階段，根據(jù)各專業(yè)設(shè)計圖紙進行建模，通過水、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，能夠有效實現(xiàn)管線、設(shè)備基礎(chǔ)鋼筋等的碰撞檢測，將碰撞問題反饋二維設(shè)計，對施工圖設(shè)計進行優(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)計及實踐應(yīng)用

2.1 裝配式設(shè)計方案

目前模塊化變電站的裝配式設(shè)計主要有：建筑部分，主體采用鋼框架結(jié)構(gòu)，外圍護結(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，標準化小型預(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)用范圍見表1。

表1 裝配式技術(shù)主要選材及應(yīng)用范圍

2.2 實踐應(yīng)用

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

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)場濕作業(yè)以及施工周期，但是相對而言造價偏高。

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，提高了造價但是取消了墻梁墻架工程量，因此造價提高并不明顯；內(nèi)墻由于纖維水泥復(fù)合板保溫隔聲效果較差且易開裂，選擇造價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。由于材料價格昂貴，實際應(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，實際施工中較難實現(xiàn)，且預(yù)制電纜溝價格較高，實際應(yīng)用較少采用。

⑥預(yù)制光纜。自模塊化開始即開始應(yīng)用。

⑦預(yù)制電纜。目前國網(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行三維設(shè)計。電氣設(shè)備較多是“構(gòu)件標準化”，例如主變、GIS、開關(guān)柜等設(shè)備均為模塊化的“構(gòu)件”，同時室內(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）等需與土建專業(yè)協(xié)同設(shè)計，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)計建模實際應(yīng)用情況，三維設(shè)計均較好地實現(xiàn)了碰撞檢測的效果，能夠進一步優(yōu)化設(shè)計。

3 裝配式變電站費用構(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、安裝工程費、設(shè)備購置費和其他費用構(gòu)成，與傳統(tǒng)現(xiàn)澆變電站不同的是，裝配式變電站費用構(gòu)成比例差別較大，應(yīng)用廣聯(lián)達BIM 土建計量及廣聯(lián)達BIM 鋼結(jié)構(gòu)計量，選用博微計價軟件進行造價計算，統(tǒng)計近4 年裝配式變電站的造價數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，裝配式變電站土建費用占比較高，引起的設(shè)備購置費占比較低，安裝工程費、其他費用相差不大，對比見表2。

表2 裝配式變電站與傳統(tǒng)變電站費用構(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

進一步分析裝配式變電站建筑工程各構(gòu)件的費用占比，見表3。

表3 裝配式變電站建筑構(gòu)件費用構(gòu)成比例

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

表4 裝配式變電站安裝部分費用構(gòu)成比例

因此，裝配式變電站造價主要影響因素是建筑工程費、設(shè)備購置費。根據(jù)裝配式設(shè)計技術(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)備購置費部分受國際國內(nèi)經(jīng)濟形式、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，無論是對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 月某市信息價進行調(diào)整，建筑人機和安裝人材機按電力工程造價與定額管理總站“定額〔2023〕1 號”調(diào)整，裝置性材料價格及設(shè)備購置價格按國家電網(wǎng)2023 年第二季度信息價調(diào)整，力纜控纜價格按近期工程中標價調(diào)整。該工程應(yīng)用BIM 三維建模優(yōu)化設(shè)計，應(yīng)用廣聯(lián)達相關(guān)BIM 計量軟件和博微計價軟件，計算得出工程靜態(tài)總投資為15232 萬元，建筑工程費5297 萬元，安裝工程費1852 萬元，設(shè)備購置費6024 萬元，其他費用2059 萬元。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格對總投資做敏感性分析。研究結(jié)果見圖3、圖4、圖5。

圖3 各影響因素工程量變化對投資的敏感性分析

圖4 各影響因素價格變化對投資的敏感性分析

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

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主要影響因素為鋼結(jié)構(gòu)、墻板，同時工程量變化引起的投資變化高于價格變化引起的投資變化。

5 結(jié)語

根據(jù)以上討論，裝配式變電站造價影響因素與設(shè)計方案緊密相關(guān)，為保證裝配式變電站投資合理，應(yīng)在項目設(shè)計階段即展開裝配式變電站的方案優(yōu)化，選擇影響造價的敏感性因素作為主要關(guān)注點，或優(yōu)化設(shè)計工程量，或改變選材，以便能快速高效的實現(xiàn)方案最優(yōu)，投資最低。在項目實施招采階段，應(yīng)對敏感性因素重點關(guān)注，與入圍供應(yīng)商進行價格談判，以期實現(xiàn)中標價最低。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，就必須對裝配式變電站的造價重點關(guān)注并嚴格控制，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。