基于BIM 技术的装配式变电站工程造价影响因素敏感性分析——以某220kV 变电站为例

李丽萍LI Li-ping；李萍萍LI Ping-ping；赵国磊ZHAO Guo-lei

0 引言

随着绿色建筑的不断推广与应用，以装配式设计为主要构成的变电站模块化建设已经广泛实践于电网企业的绝大部分新建站中，近年来变电站的模块化设计经历了从试点到全面覆盖，从普通二维设计到应用BIM 技术的三维设计，模块化变电站的工程实践已然比比皆是，但其成本居高不下成为了电网企业推进模块化变电站的阻碍和痛点，显而易见，装配式设计是其成本高企的主要原因。

张波[1]等分析了装配式变电站的技术优势，并以实例进行了价值分析，对比传统现浇和装配式的价值系数，得出装配式变电站价值系数大于传统现浇变电站，因此装配式变电站方案更优，并未指出装配式变电站造价的影响因素；王晶[2]等选取通用设计方案的模块化部分，进行灰色关联度分析，得出外墙费用、预制电缆费用、钢结构工程量是影响装配式变电站建安费的主要影响因素的结论，但并未对其影响的敏感性做量化分析；孙永彦[3]等建立了装配式变电站施工过程成本的层次评价模型，分析出施工阶段过程成本的影响因素，未就变电站费用构成部分展开讨论。文章基于BIM 技术，从模块化变电站装配式设计方案的角度分析装配式变电站工程造价的主要影响因素，对主要影响因素展开成本敏感性分析，对装配式变电站的成本进行优化。

1 概述

1.1 装配式变电站的发展现状

自2007 年以来，国家电网公司就大力提倡建设“资源节约型、环境友好型、工业化”变电站，亦推动开展装配式建、构筑物的设计技术研究。2013 年，国家电网公司开始推行变电站模块化建设，2016 年，35kV～110kV 电压等级全面实施，220kV 电压等级开展示范建设，变电站逐步改为装配式，主要为钢结构、外墙板、内墙板采用石膏板隔墙；2018 年国网继续推进深化模块化建设，全面开展220kV 变电站模块化建设，220kV 及以下变电站全面改为装配式；2021 年国网响应并贯彻落实国家“碳达峰、碳中和”指导精神，开展输变电工程绿色建造试点工作，要求参与试点工程必须采用三维设计并在设计中积极采用新技术、新材料等，建筑物、防火墙、围墙等推荐采用装配式，构筑物推荐采用预制构件等，提升装配率；同年，国网发布“模块化建设2.0 版技术导则”，贯彻“标准化设计、工厂化加工、装配式建设、机械化施工”，实现主要设备更集成、二次系统更智能、预制装配更高效。目前除用户变电站工程仍较多采用传统现浇方案，国家电网公司的变电站已全面设计为装配式变电站。

1.2 装配式变电站的BIM 应用

变电站三维设计开展以来，三维建模逐步应用于初步设计及施工图设计阶段，进行全专业的协同设计。初设阶段由于设备未定标，三维设计中电气部分均按通用设备进行设计，建筑部分梁柱、外墙等暂按常规截面及做法设计，建筑物水暖部分不进行深化设计，因此初设阶段更多的是建筑物三维模型的良好呈现；施工图设计阶段，根据各专业设计图纸进行建模，通过水、电、暖、风管的布置，一次设备、二次设备、通信设备的布置，以及建筑结构的布置，能够有效实现管线、设备基础钢筋等的碰撞检测，将碰撞问题反馈二维设计，对施工图设计进行优化和调整。目前BIM 常用的软件有Revit、Bentley、博超等，适应变电站工程的主要是博超软件。

2 装配式变电站方案设计及实践应用

2.1 装配式设计方案

目前模块化变电站的装配式设计主要有：建筑部分，主体采用钢框架结构，外围护结构采用彩钢夹芯板或纤维水泥复合板等，楼板、屋面板采用钢筋桁架楼承板，防火墙、围墙采用装配式墙板，单元式小型建筑，标准化小型预制构件等；安装部分，光缆采用预制光缆，电缆采用预制电缆等。主要选材及应用范围见表1。

表1 装配式技术主要选材及应用范围

2.2 实践应用

变电站模块化建设过程中，装配式设计也是循序渐进地开展应用和不断地进行优化。目前并不是全部变电站均复制采用通用设计，山东区域应用实践最多的“主流”设计如下：

①建筑物框架采用钢结构框架。钢柱采用H 型钢和箱型，钢梁采用H 型钢，较传统钢筋混凝土框架大大减少了现场湿作业以及施工周期，但是相对而言造价偏高。

②外墙由镀铝锌压型钢板保温墙体改为铝镁锰彩钢加芯板。由于镀铝锌板和铝镁锰板自身不满足3h 耐火极限，需要涂刷防火涂料，优化为主变防火墙为纤维水泥复合板、其他墙体为铝镁锰彩钢夹芯板，最后考虑纤维水泥复合板不需要二次装饰抹灰且造价不算太高，全部外墙改为纤维水泥复合板，外墙由铝镁锰板改为纤维水泥复合板后，提高了造价但是取消了墙梁墙架工程量，因此造价提高并不明显；内墙由于纤维水泥复合板保温隔声效果较差且易开裂，选择造价较低的轻钢龙骨石膏板。

③楼板及屋面板采用钢筋桁架楼承板。

④装配式围墙及防火墙。由于材料价格昂贵，实际应用中极少采用。

⑤预制装配式电缆沟。由于需要考虑电缆沟纵向排水，实际施工中较难实现，且预制电缆沟价格较高，实际应用较少采用。

⑥预制光缆。自模块化开始即开始应用。

⑦预制电缆。目前国网模块化要求的电缆均为设备内部电缆，由设备厂家完成。

2.3 BIM 技术三维建模

装配式变电站较多采用博超软件进行三维设计。电气设备较多是“构件标准化”，例如主变、GIS、开关柜等设备均为模块化的“构件”，同时室内GIS 等设备、室内给排水管道、风管（变电站一般采用空调、电暖气等取暖，不采用集中供暖）等需与土建专业协同设计，以免出现设备与管线、管线与结构梁柱等碰撞。根据目前三维设计建模实际应用情况，三维设计均较好地实现了碰撞检测的效果，能够进一步优化设计。

3 装配式变电站费用构成及其影响因素

根据2018 年版“电网预规”[4]，电力建设工程总投资由建筑工程费、安装工程费、设备购置费和其他费用构成，与传统现浇变电站不同的是，装配式变电站费用构成比例差别较大，应用广联达BIM 土建计量及广联达BIM 钢结构计量，选用博微计价软件进行造价计算，统计近4 年装配式变电站的造价数据分析发现，装配式变电站土建费用占比较高，引起的设备购置费占比较低，安装工程费、其他费用相差不大，对比见表2。

表2 装配式变电站与传统变电站费用构成比例

图1 220kV 主变压器

图2 220kV 配电装置楼内给水管道

进一步分析装配式变电站建筑工程各构件的费用占比，见表3。

表3 装配式变电站建筑构件费用构成比例

装配式变电站安装部分预制光缆、全站接地、力缆控缆等费用占比，见表4。

表4 装配式变电站安装部分费用构成比例

因此，装配式变电站造价主要影响因素是建筑工程费、设备购置费。根据装配式设计技术，可以看出，建筑工程部分主要影响因素有钢结构框架、外墙板及内墙板、楼面板及屋面板；设备购置费部分受国际国内经济形式、招采管理等影响较大，安装工程部分主要影响因素有预制光缆，特别的，无论是对于装配式变电站还是传统变电站，全站接地和力缆控缆也占比较高。

4 工程案例

选取山东区域某220kV 装配式变电站，工程概况：110kV 配电装置楼为三层钢框架结构建筑物，地下一层地上两层，建筑面积2521m2；220kV 配电装置楼为两层钢框架结构建筑物，建筑面积2160m2。主变压器1×240MVA，4回220kV 出线，12 回110kV 出线，13 回10kV 出线，电容器4×8Mvar。该工程钢结构选用H 型钢和箱型钢，外墙板选用纤维水泥复合板，内墙板采用带保温的轻钢龙骨石膏板隔墙，楼面板及屋面板选用钢筋桁架楼承板。

该工程建筑地材按2023 年6 月某市信息价进行调整，建筑人机和安装人材机按电力工程造价与定额管理总站“定额〔2023〕1 号”调整，装置性材料价格及设备购置价格按国家电网2023 年第二季度信息价调整，力缆控缆价格按近期工程中标价调整。该工程应用BIM 三维建模优化设计，应用广联达相关BIM 计量软件和博微计价软件，计算得出工程静态总投资为15232 万元，建筑工程费5297 万元，安装工程费1852 万元，设备购置费6024 万元，其他费用2059 万元。选取钢结构、外墙及内墙板、楼面板及屋面板、预制光缆、全站接地、力缆控缆的工程量和价格对总投资做敏感性分析。研究结果见图3、图4、图5。

图3 各影响因素工程量变化对投资的敏感性分析

图4 各影响因素价格变化对投资的敏感性分析

图5 各影响移速工程量和价格对投资的敏感性分析（按每变化5%引起的投资变化率统计）

根据研究发现，钢结构工程量每增加5%，装配式变电站总投资增加约0.49%，墙板工程量每增加5%，总投资增加约0.28%，力缆控缆工程量每增加5%，总投资增加约0.11%，楼面板及屋面板、预制光缆、全站接地工程量每增加5%，总投资分别增加约0.09%、0.06%、0.06%；钢结构价格变化每增加5%，装配式变电站总投资增加约0.32%，墙板工程量每增加5%，总投资增加约0.24%，力缆控缆工程量每增加5%，总投资增加约0.09%，楼面板及屋面板、预制光缆、全站接地工程量每增加5%，总投资分别增加约0.06%、0.007%、0.004%。因此装配式变电站造价主要影响因素为钢结构、墙板，同时工程量变化引起的投资变化高于价格变化引起的投资变化。

5 结语

根据以上讨论，装配式变电站造价影响因素与设计方案紧密相关，为保证装配式变电站投资合理，应在项目设计阶段即展开装配式变电站的方案优化，选择影响造价的敏感性因素作为主要关注点，或优化设计工程量，或改变选材，以便能快速高效的实现方案最优，投资最低。在项目实施招采阶段，应对敏感性因素重点关注，与入围供应商进行价格谈判，以期实现中标价最低。装配式变电站已在电网企业中不断推广深化，电网企业要想降低成本并取得较高收益，就必须对装配式变电站的造价重点关注并严格控制，只有这样，电网企业才能继续维持较高的效益不断发展。