基于BIM 技術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用，以裝配式設計為主要構成的變電站模塊化建設已經廣泛實踐于電網企業的絕大部分新建站中，近年來變電站的模塊化設計經歷了從試點到全面覆蓋，從普通二維設計到應用BIM 技術的三維設計，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企業推進模塊化變電站的阻礙和痛點，顯而易見，裝配式設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優勢，并以實例進行了價值分析，對比傳統現澆和裝配式的價值系數，得出裝配式變電站價值系數大于傳統現澆變電站，因此裝配式變電站方案更優，并未指出裝配式變電站造價的影響因素；王晶[2]等選取通用設計方案的模塊化部分，進行灰色關聯度分析，得出外墻費用、預制電纜費用、鋼結構工程量是影響裝配式變電站建安費的主要影響因素的結論，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，未就變電站費用構成部分展開討論。文章基于BIM 技術，從模塊化變電站裝配式設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化。

1 概述

1.1 裝配式變電站的發展現狀

自2007 年以來，國家電網公司就大力提倡建設“資源節約型、環境友好型、工業化”變電站，亦推動開展裝配式建、構筑物的設計技術研究。2013 年，國家電網公司開始推行變電站模塊化建設，2016 年，35kV～110kV 電壓等級全面實施，220kV 電壓等級開展示范建設，變電站逐步改為裝配式，主要為鋼結構、外墻板、內墻板采用石膏板隔墻；2018 年國網繼續推進深化模塊化建設，全面開展220kV 變電站模塊化建設，220kV 及以下變電站全面改為裝配式；2021 年國網響應并貫徹落實國家“碳達峰、碳中和”指導精神，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計并在設計中積極采用新技術、新材料等，建筑物、防火墻、圍墻等推薦采用裝配式，構筑物推薦采用預制構件等，提升裝配率；同年，國網發布“模塊化建設2.0 版技術導則”，貫徹“標準化設計、工廠化加工、裝配式建設、機械化施工”，實現主要設備更集成、二次系統更智能、預制裝配更高效。目前除用戶變電站工程仍較多采用傳統現澆方案，國家電網公司的變電站已全面設計為裝配式變電站。

1.2 裝配式變電站的BIM 應用

變電站三維設計開展以來，三維建模逐步應用于初步設計及施工圖設計階段，進行全專業的協同設計。初設階段由于設備未定標，三維設計中電氣部分均按通用設備進行設計，建筑部分梁柱、外墻等暫按常規截面及做法設計，建筑物水暖部分不進行深化設計，因此初設階段更多的是建筑物三維模型的良好呈現；施工圖設計階段，根據各專業設計圖紙進行建模，通過水、電、暖、風管的布置，一次設備、二次設備、通信設備的布置，以及建筑結構的布置，能夠有效實現管線、設備基礎鋼筋等的碰撞檢測，將碰撞問題反饋二維設計，對施工圖設計進行優化和調整。目前BIM 常用的軟件有Revit、Bentley、博超等，適應變電站工程的主要是博超軟件。

2 裝配式變電站方案設計及實踐應用

2.1 裝配式設計方案

目前模塊化變電站的裝配式設計主要有：建筑部分，主體采用鋼框架結構，外圍護結構采用彩鋼夾芯板或纖維水泥復合板等，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，標準化小型預制構件等；安裝部分，光纜采用預制光纜，電纜采用預制電纜等。主要選材及應用范圍見表1。

表1 裝配式技術主要選材及應用范圍

2.2 實踐應用

變電站模塊化建設過程中，裝配式設計也是循序漸進地開展應用和不斷地進行優化。目前并不是全部變電站均復制采用通用設計，山東區域應用實踐最多的“主流”設計如下：

①建筑物框架采用鋼結構框架。鋼柱采用H 型鋼和箱型，鋼梁采用H 型鋼，較傳統鋼筋混凝土框架大大減少了現場濕作業以及施工周期，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，優化為主變防火墻為纖維水泥復合板、其他墻體為鋁鎂錳彩鋼夾芯板，最后考慮纖維水泥復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合板，外墻由鋁鎂錳板改為纖維水泥復合板后，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；內墻由于纖維水泥復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，實際應用中極少采用。

⑤預制裝配式電纜溝。由于需要考慮電纜溝縱向排水，實際施工中較難實現，且預制電纜溝價格較高，實際應用較少采用。

⑥預制光纜。自模塊化開始即開始應用。

⑦預制電纜。目前國網模塊化要求的電纜均為設備內部電纜，由設備廠家完成。

2.3 BIM 技術三維建模

裝配式變電站較多采用博超軟件進行三維設計。電氣設備較多是“構件標準化”，例如主變、GIS、開關柜等設備均為模塊化的“構件”，同時室內GIS 等設備、室內給排水管道、風管（變電站一般采用空調、電暖氣等取暖，不采用集中供暖）等需與土建專業協同設計，以免出現設備與管線、管線與結構梁柱等碰撞。根據目前三維設計建模實際應用情況，三維設計均較好地實現了碰撞檢測的效果，能夠進一步優化設計。

3 裝配式變電站費用構成及其影響因素

根據2018 年版“電網預規”[4]，電力建設工程總投資由建筑工程費、安裝工程費、設備購置費和其他費用構成，與傳統現澆變電站不同的是，裝配式變電站費用構成比例差別較大，應用廣聯達BIM 土建計量及廣聯達BIM 鋼結構計量，選用博微計價軟件進行造價計算，統計近4 年裝配式變電站的造價數據分析發現，裝配式變電站土建費用占比較高，引起的設備購置費占比較低，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變電站費用構成比例

圖1 220kV 主變壓器

圖2 220kV 配電裝置樓內給水管道

進一步分析裝配式變電站建筑工程各構件的費用占比，見表3。

表3 裝配式變電站建筑構件費用構成比例

裝配式變電站安裝部分預制光纜、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、設備購置費。根據裝配式設計技術，可以看出，建筑工程部分主要影響因素有鋼結構框架、外墻板及內墻板、樓面板及屋面板；設備購置費部分受國際國內經濟形式、招采管理等影響較大，安裝工程部分主要影響因素有預制光纜，特別的，無論是對于裝配式變電站還是傳統變電站，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構建筑物，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構建筑物，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。該工程鋼結構選用H 型鋼和箱型鋼，外墻板選用纖維水泥復合板，內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”調整，裝置性材料價格及設備購置價格按國家電網2023 年第二季度信息價調整，力纜控纜價格按近期工程中標價調整。該工程應用BIM 三維建模優化設計，應用廣聯達相關BIM 計量軟件和博微計價軟件，計算得出工程靜態總投資為15232 萬元，建筑工程費5297 萬元，安裝工程費1852 萬元，設備購置費6024 萬元，其他費用2059 萬元。選取鋼結構、外墻及內墻板、樓面板及屋面板、預制光纜、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計）

根據研究發現，鋼結構工程量每增加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%；鋼結構價格變化每增加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構、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 結語

根據以上討論，裝配式變電站造價影響因素與設計方案緊密相關，為保證裝配式變電站投資合理，應在項目設計階段即展開裝配式變電站的方案優化，選擇影響造價的敏感性因素作為主要關注點，或優化設計工程量，或改變選材，以便能快速高效的實現方案最優，投資最低。在項目實施招采階段，應對敏感性因素重點關注，與入圍供應商進行價格談判，以期實現中標價最低。裝配式變電站已在電網企業中不斷推廣深化，電網企業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注并嚴格控制，只有這樣，電網企業才能繼續維持較高的效益不斷發展。