變電工程模塊化建設的研究與探討

徐劍佩，許 慧，張冰淇

(浙江省送變電工程有限公司，浙江 杭州 310016)

0 引言

近年來，在“寧讓電等發展，不讓發展等電”的要求下，浙江電網一直以年均新擴建百座110 kV 及以上變電站的規模進行建設。如何高質高效建成一座變電站，一直是電力人努力探索的方向。傳統的變電工程施工模式面臨著時間緊張、成本控制、工程質量管理、環境保護、產業工人減少等一系列挑戰。因此，尋求一種能夠提高施工效率、降低成本并確保工程質量的新模式顯得尤為重要[1]。模塊化建設(包括模塊化設計、制造、運輸、安裝、維護等)作為一種新型工程建設模式，已在其他行業取得一定成效。通過將復雜項目劃分為相對獨立的模塊，可以將設計、制造、裝配等環節進行分離，實現并行作業和快速安裝，不僅可以提高施工效率，還能減少人力資源浪費，降低材料損耗，提升工程質量。

1 實施背景

隨著社會經濟的快速發展，變電工程建設面臨著工程規模大、建設周期短、質量要求高、成本管控高等要求，傳統的建設模式已難以滿足市場和社會需求。為提高變電工程建設的質量和效率，實現變電工程的綠色發展和轉型升級，借鑒其他行業的成熟經驗并采用社會現有的建筑制成品，結合變電工程特點及地域特色，逐步采用模塊化建設將成為一種新趨勢。

2022 年，國家電網公司提出“六精四化”基建工作要求，在工程建設上實施“四化”建設，以標準化為基礎、綠色化為方向、模塊化為方式、智能化為內涵，全面推進“價值追求更高、方式手段更新、質量效率更優”的高質量建設。其中，模塊化建設是變電工程中最具創新性和前瞻性的一種基建形式，是實現變電工程智能化和綠色化的重要途徑。變電站模塊化建設是指將變電站中各個功能部件按照一定規格和標準在工廠內預制成標準化或定制化的模塊單元，并在現場進行組裝、安裝和調試的一種建設形式，其具有施工周期短、占地面積小、環境適應性強、運行維護方便等特點，是適應時代發展的一種高效節能的變電站建設解決方案。

2 變電工程模塊化建設相關概念

2.1 模塊化系列概念

模塊化觀點最早應用于計算機軟件開發，每個模塊完成一個特定的子功能，所有的模塊按某種方法組裝起成為整體，完成系統所要求的功能。

相應的，對工程建設模塊化應用而言，相關概念可作如下闡述。

1) 模塊。在工程系統結構中，模塊是可組合、分解和更換的單元。其可以是一個部件、一個設備、一個系統或一個子系統，具有相對獨立的功能和結構，且可與其他模塊通過標準化接口進行連接和交換[2]。

2) 模塊化。模塊化是將復雜工程建設系統分解為更好的可組裝模塊的一種方式。模塊化可通過對系統的功能分析和結構分解，設計出一系列功能模塊，通過模塊的選擇和組合構成不同的工程構造，以滿足工程的不同功能需求和應用條件。

3) 模塊化施工。通過對不同組件設定不同功能，把一個工程問題分解成多個小的獨立的互相作用的組件，通過機械化施工、模塊化安裝來完成復雜的大型的工程建設。模塊化建設可實現工程各個模塊的標準化、批量化、工廠化制造和裝配式、機械化安裝，提高施工效率和質量，縮短施工周期。

4) 模塊化設計。模塊化設計是指基于對工程一定范圍內的不同功能或相同功能不同性能、不同規格產品功能分析的基礎上，劃分并設計出一系列功能模塊，通過模塊的選擇和組合構成不同產品，以滿足現場不同施工需求的設計方法。模塊化設計可實現工程各個模塊的相對獨立性、互換性、通用性等特征，提高設計質量和效率，縮短設計周期[3]。

2.2 模塊化建設的規律

2.2.1 模塊化建設原則及其特征

通過近五年的實踐、研究，逐步梳理并總結了模塊化建設的五大特征。

1) 特征一：“少量化”，即盡量以最少量的標準模塊組成盡可能多的產品形態，同時保證產品精度高、性能穩定、結構簡單、成本低廉，模塊間的聯系盡可能簡單。

2) 特征二：“系列化”，即以有限的產品品種和規格，最大限度但又經濟合理地滿足工程建設的需求。

3) 特征三：“獨立性”，即允許對模塊進行獨立的設計、制造、調試、修改和調整，方便不同的專業化企業進行生產。

4) 特征四：“互換性”，即統一標準化模塊接口的結構、尺寸和參數，使得模塊之間可以輕松互換，以滿足更多不同產品的功能需求。

5) 特征五：“通用性”，即有助于實現橫向和縱向產品系列之間模塊的通用性以及跨系列產品之間模塊的通用性。

2.2.2 模塊化與“四化”的聯系

新調整的“四化”(標準化、機械化、綠色化、智能化)，與模塊化有著密切的聯系，即模塊化是“四化”的載體與表象，而“四化”是模塊化的起點與落腳點。推動變電站模塊化建設的本質就是推動電網工程領域的“四化”建設。

1) 標準化是模塊化的前提。只有產品規格、接口形式、節點構造等完成標準化的設計，才能實現模塊化構配件的自由組合，從而形成滿足功能需求的產品。

2) 機械化是模塊化的延展。模塊化的特點在于標準化預制、裝配式安裝，模塊化產品的生產與安裝都依賴機械化實現，同時還能達到機械化減員的效果。

3) 綠色化是模塊化的內核。模塊化的最終目的在于減少工程現場濕作業，通過提升施工效率，大幅度降低資源損耗、減少水土污染。

4) 智能化是模塊化的途徑。模塊化制作與安裝過程均需要智能化輔助，模塊化建設模式也為變電站智能化發展創造了條件。

2.3 變電站模塊化建設的內涵與外延

根據上述模塊化的分析，可以推導出變電站模塊化建設的內涵：一切有利于減少濕作業或現場加工，有利于提升機械化施工水平，有利于增進現場安全文明施工水平的作業方式，就是變電站模塊化建設的本質內涵。

同樣，也可以將變電站模塊化外延作進一步的延展：所有變電站現場濕作業或現場加工的工序，都是未來模塊化優化發展的方向；所有現有市場的成熟產品，都是可借鑒并用于變電站模塊化建設[4]。

3 變電站模塊化建設體系

變電站模塊化建設作為變電站建設的新模式，需要構建比較完備的體系，才能實現有效地推廣應用[5]。下面就變電站模塊化建設體系的構建原則進行探討。

3.1 供應鏈體系構建原則

1) 建立變電站模塊化建設全品類產品體系，以千種產品、千家廠家的量級，構建變電站標準化建設供應鏈體系。

2) 以量大為基準，構建平臺公司自有購銷-配送體系，如裝配式圍墻、鋼結構內外墻板、預應力管樁、螺旋錨等。

3) 以尺寸、顏色、外觀等為基準，構建各電壓等級變電站模塊化產品系列，由業主方采購或廠家配送，如變電站電氣設備、衛生潔具等。

4) 異形產品現場預制及機械化安裝，逐步實現變電站標準化的施工能力，如圍墻基礎、預制箱涵等。

5) 以專利為支撐創新產品，支持變電站標準化建設并持續迭代升級，如單元式輔助用房、一體化事故油池、單元式消防砂箱等。

3.2 服務體系構建原則

1) 建立變電站標準化建設的全系列模塊化產品目錄，不斷豐富生產與持續迭代產品類目。

2) 固化變電站建設標準化圖集并持續迭代。

3) 提供變電站建設非標產品個性化解決方案。

4) 提供變電站建設難點與痛點的系統性解決方案。

3.3 產品檢測體系構建原則

針對市場上模塊化產品良莠不齊且沒有專門提供模塊化產品檢測的單位的現狀，可建立一套檢測制度規范、檢測種類齊全、檢測設備先進的專門針對變電站模塊化材料的檢測中心，為全省模塊化變電站提供檢測服務[6]。

3.4 專用機具研究

工廠化加工、模塊化安裝均依托于機械設備，研發應用能體現地區模塊化特色的產品加工機械、器具，推廣適用于鋼結構吊裝、墻板安裝的專用工器具和建筑機器人等器械。

3.5 綠色建材研究

對傳統混凝土預制構配件進行綠色化替代，在保障結構安全的前提下，應用可再生混凝土進行模塊化產品制造，既可減少對天然石材的依賴程度，也可解決廢舊混凝土對生態環境造成的破壞，提高混凝土材料的循環利用率[7]。

3.6 綠色施工方法研究

運用螺旋錨基礎方案、預制臨建道路等綠色施工技術，減少對臨建土地的占用與破壞，縮短臨建施工周期，提高資源循環利用率。

3.7 全壽命周期服務體系構建

建立從模塊化產品生產配送、結構深化、安裝技術指導、后期維護的全壽命周期服務體系，為需求單位提供全方位技術支持與質量保障服務[8]。

4 變電站模塊化建設發展路徑研究

4.1 模塊化平臺公司的目標定位

模塊化平臺公司旨在打造成為浙江電網工程標準化建設綜合服務商，通過梳理社會現有建材品類、結合電網工程特點與浙江省地域特色，進行全電壓等級變電站部品部件標準化設計，整合內外部資源，持續創新、迭代，構建支撐浙江省電網工程“六精四化”的標準化建設服務體系，推動電網建設高質量發展。

4.2 變電站模塊化建設的目標定位

1) 減少電網工程現場作業人員。

2) 加快電網工程整體建設速度。

3) 提升電網工程本質安全水平。

4) 提高電網工程施工工藝品質。

5) 推動電網工程建設模式革新。

4.3 變電站模塊化供應范圍

以500 kV 輸變電工程為基準，高標準構建混凝土預制件、成品建(構)筑物、墻板、裝飾裝修等標準化產品設計、制造、配送和相應技術服務體系、標準，并以此為基礎，推動相關體系、標準向110 kV 及以上輸變電工程覆蓋。

4.4 變電站模塊化配送定位

1) 提供110 kV 及以上工程的模塊化設計、施工、驗收等系列服務，通過不斷積累經驗、迭代升級，打造成為浙江省輸變電工程專業的模塊化、標準化配送服務商。

2) 立足構建批量大、體積小、重量輕的標準化產品配送體系，以“平臺配送+市場化服務”或“市場配送+平臺服務”的方式提供專業服務。

3) 根據產品配送距離的邊際成本，合理確定配送輻射范圍，綜合應用工廠加工、現場預制等手段，解決標準化產品生產、運輸、吊裝等問題，降低整體成本。

4) 通過簽訂長期合約等方式，與標準化產品工廠建立長期戰略合作關系，嚴格管控制造工藝和產品質量，持續優化迭代、不斷降低成本，滿足“六精四化”要求。

5) 加強市場調研，及時掌握模塊化市場最新動態；主動服務對接，了解需求單位對標準化配送產品的功能需求，不斷豐富和擴展標準化配送品類和服務范圍，加快建立品類齊全、質優價廉的標準化配送體系[9]。

4.5 關于商業模式閉環思考

1) 從構建模塊化建設標準化體系入手，通過服務體系的標準化，服務全省110 kV 及以上變電站標準化建設需求，形成浙江經驗、浙江標準。

2) 根據現有產品的缺陷或市場空白，通過產品創新實現產品的高附加值，并維持標準化配送體系的運轉。

3) 從細化分析產品成本入手，嘗試多種生產方式，如自行生產、貼牌加工、合資生產等方式把目前提供的產品和服務做精、做透、做深，逐步形成商業閉環。

5 結束語

綜上所述，通過變電站模塊化建設的推進，可以提高變電工程建設效率和質量，降低工程風險，節約工期，降低成本，并減少對環境的影響；模塊化建設標準化，有助于優化和整合供應鏈體系，提高供應的效率，降低成本；模塊化建設體系化，能夠促進技術創新和持續研發迭代，推動綠色建造和可持續發展。隨著技術不斷進步，模塊化建設在變電工程中將發揮越來越重要的作用，也必將成為電網高質量建設的重要抓手。