基于层次分析法的变电站工程造价关键指标分析

刘士李，朱晓虎，陈付雷，李建青

（国网安徽省电力公司经济技术研究院，安徽 合肥 230009，E-mail：yujingyu@foxmail.com）

基于层次分析法的变电站工程造价关键指标分析

刘士李，朱晓虎，陈付雷，李建青

（国网安徽省电力公司经济技术研究院，安徽 合肥 230009，E-mail：yujingyu@foxmail.com）

变电站工程造价影响因素众多，造价管控的难度较大，出现了变电站工程概算结余过多的现象，占用了过多的资金，造成了资金的浪费。为了有效地控制变电站工程概算，有必要研究影响工程概算的关键指标。基于安徽电网变电站工程2010～2015年的历史造价数据，用于主成分分析对指标属性进行优化精简，应用相关分析确定了指标属性与变电站工程概算的相互关系，从而构建了变电站工程的关键指标体系。同时，在56位专家问卷调查的基础上，应用层次分析法对变电站工程关键指标的重要性权重进行技术分析，为下一步构建变电站工程投资预测模型奠定了基础，有效地控制变电站工程概算。

变电站工程；造价管理；主成分分析；层次分析法

随着国民经济的快速发展，电力需求量在不断增加，因此，国家不断加大对电源和电力工程建设的投资力度。“十二五”期间，国家电网公司对变电站工程建设投资将超过1万亿元，巨大的资金投资对变电站工程造价管理提出了更高的要求。近年来，国家电网公司“依法治企”、“依法建设”理念的深入，对电网工程造价专业化、精益化、规范化管理的要求越来越高。2016年，国家电网公司提出“依法依规做好造价管理工作，服务电网建设，提高造价管理效率和效益”的要求。

近年来，安徽电网工程建设进入高速发展时期，淮南—南京—上海1000千伏工程、平圩电厂三期1000千伏送出工程、宁东-浙江±800千伏直流输电工程、肥南500千伏变电站工程、孔店500千伏变电站工程等全面开展建设，农网升级改造工程投资和工程数量大幅增加，安徽公司基建工程管理面临时间紧、任务重的严峻形势。然而，电力系统造价根据概算定额、限额设计等行业标准和规范进行项目投资的估算，项目投资估算与实际的工程造价有较大差别，统计结果显示，以变电工程为例：2014年500kV、220kV、110kV工程结余率分别为22.35%、26.53%和26.32%。因此，工程造价管理作为工程建设管理的重要环节，必须要适应新的形势变化，找出变电站工程造价的影响因素，探索一种科学、合理的变电站工程估算方法，对有效控制工程造价非常重要。

鉴于工程造价的重要性，近年来研究造价估算方法的文献有逐渐增多的趋势，然而造价估算方法的研究多集中在铁路[1]、公路[2]、建筑工程[3，4]方面，针对电力工程造价的方法较少[5]。变电站工程地区差异大，可参考的历史数据少，因此目前电力工程造价估算误差较大[6，7]。研究思路主要是基于模糊数学和神经网络理论对历史工程数据进行学习，估算项目造价，由于样本数量过少，容易导致神经网络学习时出现无法收敛或局部最优的情况，导致造价估算误差较大。因此，要有效地估算变电站工程造价，首先要对影响变电站工程造价的关键指标进行分析，分析关键指标对变电站工程造价的影响程度，为构建科学合理的工程造价估算模型奠定基础。因此，本文旨在利用主成分分析法和相关分析方法，分析安徽电网2010～2015年的历史数据，建立变电站工程造价估算的技术指标集。邀请工程造价专家对变电站工程造价的关键指标的重要性进行评分，应用层次分析法，借助于电力工程造价专家的经验，有效地发现关键指标对变电站工程造价的影响程度。

1 变电站工程造价的关键指标研究

变电站工程造价由建筑费用、安装费用、设备费用和其他费用组成。现有研究提出变电工程造价的影响因素包括相关专业技术指标（包括输送容量、电压等级、回路数、变电站类型、地形情况等）以及项目所在地社会因素（包括市场条件、政策支持、征地拆迁难度等）[8，9]。总的来说，变电站工程造价的关键指标包括以下四类：

（1）外部环境。外部环境主要指项目所在地的社会因素对于变电站工程造价的影响。由于变电工程建设属于资金密集型工程，且工程对当地经济生活都有密切联系。因此，变电工程受项目所在地政策影响很大，同时变电工程的相关土地费用也受到征地拆迁政策的影响。

（2）市场环境。在变电工程中，设备购置费、装置性材料费在工程造价和工程投资中占比较大，一般达50%以上。因此市场环境和价格的变化对变电工程造价的影响也较大，包括设备价格、主要材料价格、消耗性材料价格、原材料价格等[10]。

（3）工程建设规模。工程建设规模是技术变电站工程造价的主要参考指标，直接影响着工程概算估计的准确性。如，建筑面积对变电工程的建筑费用有着直接的影响。主变容量、输送容量等对变电工程的建筑费用、安装费用和设备费用都有较大影响[9]。

（4）工程技术条件。工程技术条件是决定变电站工程造价的一个重要条件[10]。变电站建筑形式（户内站、户外站）直接影响变电站工程的建筑费用，而配电装置布置形式、配电装置基础、地基处理方式等不同程度的影响着工程造价的大小。

在对变电工程关键指标的研究中，华生萍[11]应用WSR理论对变电工程造价的关键指标进行归纳总结。高云[12]定性总结了35kV变电工程的关键影响因素。周小军等[13]提出模糊数学在水利水电工程投标中的应用。颜广安[14]应用层次分析法提出农村变电工程的综合效益评价。彭光金等[7]应用层次分析法和粒子群算法对小样本情况下，输变电工程的关键指标进行了数据挖掘。本文在前人研究的基础上，利用主成分分析法和相关分析方法，分析安徽电网2010～2015的历史数据，建立变电站工程造价估算的技术指标集，并通过层次分析法来确定技术指标的权重，从而建立系统的变电工程造价估算的关键指标体系。

2 变电站工程造价关键指标分析

运用主成分分析的方法，借助数理统计软件SPSS20.0对安徽电网变电站工程历史工程资料进行分析，找出对工程造价影响最大的部分技术指标，通过相关分析确定技术指标和变电站工程造价的线性关系，并开展专家讨论，构建变电站工程造价关键指标集。

2.1 主成分分析法

变电站工程的影响因素众多，在进行分析和评价时，影响因素之间的相关性难以直观确定，需要对影响因素进行降维处理。主成分分析法是在保证数据信息尽可能少损失的原则下，对高维变量空间进行降维处理的有效方法。因此，本文采用主成分分析法对变电站工程的影响因素进行降维处理。在对安徽电网变电站工程数据进行主成分分析之前，首先对历史工程数据进行预处理，包括属性过滤，定性属性的定量化，以及数据的标准化处理。在完成变电站工程历史数据的预处理之后，通过数理统计软件进行主成分分析，从而找出对工程造价影响最大的关键指标。

（1）属性过滤。属性过滤就是将不相关的属性剔除，从而选取较为准确的属性来建立模型，从而提高计算的可靠性并减少数据的存取时间。安徽电网变电站工程的原始数据中有近百个属性，然而相当一部分属性与造价工作不相关，如工程名称，工程所属地区等。通过对历史工程数据的梳理，将不相关的属性删除。

（2）定性属性的定量化处理。在原始数据中包括如线路导线型号、电压等级、地形、土质情况等定性属性，需要对定性属性进一步进行量化处理，如线路导线型号属性以导线截面积大小计算；而电压等级的标准也相应地量化，如35kV设定为1,110kV则设定为2,220kV则设定为3,500kV设定为4。

（3）数据的标准化处理。由于变电站属性的量纲和数量级不尽相同（如，km，万元，m2等），而在进行主成分分析时，协方差矩阵易受指标的量纲和数量级的影响，因此有必要对原始数据进行标准化处理。本文采用均值标准差方法，利用属性的原始数据减去各属性的均值，再除以其标准差作为新的样本数据。

（4）主成分分析。在SPSS20.0软件中进行主成分分析，最大迭代次数设定为25，结果显示前10个主成分的累积贡献率超过85%，通过10个主成分的正交旋转变换后，初步得出以下12个属性的组合能够基本反映原始数据的基本结构：地质条件、设备价格、设备数量、接线型式、建筑面积、主变容量、线路长度、出线规模、配电装置构支架型式、配电装置基础构筑物、材料用量、材料类型。

2.2 Pearson相关分析

Pearson相关分析被用来验证主成分分析法得到的12个关键指标属性与变电站工程概算的线性关系。结果显示，在变电站工程中，12个指标属性中除了线路长度之外，其他11个属性（地质条件、设备价格、设备数量、接线型式、建筑面积、主变容量、出线规模、配电装置构支架型式、配电装置基础构筑物、材料用量、材料类型）都与变电站工程概算中四大费用（即建筑费用，安装费用，设备费用和其他费用）有显著的正相关关系（见表1）。其中设备价格，设备数量，主变容量，配电装置构支架型式、配电装置基础构筑物、材料用量和材料类型与变电站工程概算的相关系数都在0.5以上，呈现出强相关的线性关系。

表1 变电站工程关键指标属性与变电站工程概算的相关分析

2.3 变电站工程造价关键指标体系

根据数据分析结果，邀请若干工程造价专家进行讨论，剔除了一些不可控制变量（如接线型式）和工程造价不相关的指标（如线路长度），增加了一些历史数据中没有但是在实际工作中影响较大的变量（如征地拆迁难度），最终构建了变电站工程造价关键指标体系，如图1所示。变电站工程造价关键指标包括4个一类指标，分别是外部环境、市场环境，工程建设规模以及工程技术条件。

图1 安徽省变电站工程造价关键指标体系

（1）外部环境中包含4个二类指标：政策环境、征地拆迁难度、地形条件和社会风俗。电网工程造价专家认为外部环境中除了地形条件之外，变电站工程项目所在地的征地拆迁难度、政策环境和社会风俗对变电站工程的场地平整费、征地拆迁费等有很大影响，造成了变电站工程概算与工程结算的差距，增加了工程概算的难度。

（2）包含6个二级指标归类在市场环境。其中设备价格是通过主成分分析法以及相关分析确定的关键指标。设备价格对于变电站工程的设备费用概算编制有重要作用，其他价格的波动包括材料价格、人工价格、机械价格也对建筑费用、安装费用和设备费用的概算编制有重要影响。而经济形势和招标方式也被工程造价专家提出对工程概算的精度影响较大。

（3）工程建筑规模。包括建筑面积、主变容量和出线规模包含3个二类指标。这3个指标是编制变电站工程概算的主要参考指标，直接影响着变电站工程的建筑费用和设备费用。变电站工程概算与建筑面积、主变容量和出线规模呈现正相关关系，即变电站工程概算随着建筑面积、主变容量和出线规模的增大而增加。

（4）工程技术条件。包括变电站建筑形式、配电装置布置方式、配电装置构支架、配电装置基础和地基处理方式5个二类指标。变电站工程造价与变电站建筑形式（户外站、户内站），配电装置（AIS、GIS）以及配电装置布置方式（室外构架、室内开关柜、箱式等）、基础和支架都有直接联系。而变电站的地基处理方式也直接影响了变电站工程的建筑费用。

3 变电站工程造价关键指标的层次分析

基于上述指标体系，邀请56位专家对安徽省变电站工程造价关键指标的重要性进行评分。受邀的专家均具备至少1年的变电站工程造价工作经验，熟悉造价管理和变电站工程特点。同时，受邀专家的岗位、工作年限、教育背景等方面都不尽相同，增加了样本的多样性，有效地避免了专家主观经验的影响。56位专家中男性40位，女性16位，分别为样本总数的71.4%和28.6%。93%以上的专家都有大专以上的教育经历。56个样本数据中，有35.7%的专家有1～3年的工作经验，32.1%的专家有3～5年的工作经验，25.0%的专家有5～8年工作经验，7.1%的专家参加工作8年以上。从专家的背景资料中推断，参与调查的专家均掌握了工程概算和造价的知识，同时熟悉变电站工程以及变电站工程造价管理。

专家对变电站工程造价的4个一类指标和20个二类指标的重要性进行了评分，问卷得到的定量数据将进行标准化处理，标准化之后的评分再根据层次分析法对不同指标的重要性进行分析。层次分析的结果如表2和表3所示。表2中市场环境对于变电站工程造价的影响最小（权重仅为0.1409）。这主要是由于在项目立项之后，变电站工程的站址和走线基本确定，外部环境中的指标变化较少，对变电站工程造价的影响较小。而工程技术条件决定了工程的难度和设备的技术指标，对变电站工程造价管理的重要性最大。

表2 变电站工程一类指标对工程造价的重要性权重

表3 变电站工程二类指标对工程造价的重要性权重

对表3给出的变电站工程造价的二类指标的重要性权重讨论如下：

（1）外部环境中，政策影响和征地拆迁难度的重要性权重较高，说明政府政策变化、社会事件、征地拆迁赔偿政策变化以及宗教信仰的影响而带来的工程造价的变化较大。事实上征地费用在变电站工程概算估计中难度较大，不同的变电站工程对于征地面积和取费基数的确定影响了工程概算的估计精度。因此，在变电站工程造价关键指标中，政策影响和征地拆迁难度的重要性权重较高。

（2）市场环境中，经济形势和设备价格对于变电站工程造价的影响较大，而招标方式在所有指标中的重要性权重最低。经济形势的变化对市场上设备和材料价格影响较大，因此会影响到变电站工程造价的估计。由于设备、材料费用占工程造价的比重较大，因此经济环境和设备价格的作用已经成为决定电网工程造价水平的重要因素。工程造价管理必须加强市场价格的实时跟踪，建立相应的动态价格信息数据库，以分析预测市场价格的趋势，掌握经济新常态下电网工程造价的规律和特点，从而达到有效控制造价的目的。

（3）工程建设规模中，建筑面积和主变容量的重要性权重较高。建筑面积的大小直接决定了变电站的建筑费用，而主变容量等技术参数也决定了变电站工程的设备费用和安装费用。在工程建设规模中，出线规模主要与变电站工程的安装费用有直接联系，但是出线规模的影响较建筑面积和主变容量较低。

（4）工程技术条件中，配电装置基础构筑物的重要性权重在全部指标中排序第一，另外，配电装置构支架和变电站建筑形式的重要性权重也较高。配电装置基础构筑物直接决定了变电站工程的建筑费用，同时也决定了变电站工程的设备参数，影响着变电站工程的设备费用和安装费用。配电装置构支架和变电站建筑形式对变电站工程的建筑费用、设备费用也有着直接影响，因此重要性权重也较高。

4 结语

在变电站工程的概算方法研究中，由于工程指标繁多，影响因素复杂，使得概算计算难度增加且结余较大。本文通过主成分分析，将原有指标进行合并降维，并结合专家意见形成综合的指标体系。

为了进一步确定变电站工程关键指标的重要性权重，本文邀请56位专家对变电站工程造价指标体系的重要性进行评分，运用层次分析法计算变电站工程造价指标的重要性权重。结果显示，工程技术条件对于变电站工程造价的重要性最高（权重为0.3902），外部环境和工程建设规模对变电站工程造价的重要性权重分别排第二和第三（权重为0.2345和0.2210），工程建设而市场环境对于变电站工程造价的影响最小（权重仅为0.1409）。而在二类指标中，政策影响、征地拆迁难度、经济形势、设备价格、建筑面积、主变容量、变电站建筑形式、配电装置构支架和配电装置基础构筑物的重要性权重较高，说明这些指标对于变电站工程造价的影响较大，是变电站工程造价管理的重点。

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Critical Factors for Cost Management of Power Grid Projects Based on Analytic Hierarchy Process

LIU Shi-li，ZHU Xiao-hu，CHEN Fu-lei，LI Jiang-qing
（Anhui Electric Power Company Research Institute of Economy and Technology，Hefei 230009，China，E-mail：yujingyu@foxmail.com）

Many factors influence the costs of power grid projects，resulting in difficulty for cost estimation and management. The budgetary estimates of power grid projects often exceed actual costs，causing the waste of abundant money. In order to effectively control cost estimation of power grid projects，it is necessary to investigate the critical factors of power grid projects. Therefore，this paper applied principal component analysis on the historical data of Anhui Electric Power Company from 2010 to 2015 to identify critical factors of power grid projects. Pearson correlation analysis was also adopted to investigate linear relationships between critical factors of power grid projects and their budgetary estimates. It also used analytic hierarchy process to calculate the importance weights of critical factors. The practical suggestions were also proposed based on current results to control cost estimation of power grid projects in future.

power grid projects；cost management；principal component analysis；analytic hierarchy process

TU723.3

A

1674-8859（2016）06-129-05

10.13991/j.cnki.jem.2016.06.024

刘士李（1982-），男，硕士，经济师，工程师，研究方向：电力工程造价管理，电力工程造价审核和研究；

朱晓虎（1974-），男，硕士，经济师，工程师，研究方向：电网工程造价管理；

陈付雷（1984-），男，本科，经济师，工程师，研究方向：电网工程造价管理；

李建青（1985-），女，硕士，经济师，工程师，研究方向：电网工程造价管理。

2016-08-09．

国家电网公司科学技术项目；安徽省哲学社会科学规划项目（AHSKQ2015D39）．