基于技术经济性优化的高压变配电系统造价控制研究

1 引言

1.1 研究背景与问题提出

工业建筑随着规模的增大以及智能化的发展，高压变配电系统作为电力供应的核心枢纽，其技术复杂性与建设成本占比显著提升。以云南白药上海国际中心项目为例，项目总建筑面积达 14.24 万 m²，需配置 35kV 主变电所及2 座10kV 分变电所，供电容量达16000kVA。施工安装工程技术文件中明确要求35kV 气体绝缘开关柜（WSG-40.5）的分断能力要达到 31.5kA，同时变压器能效等级不应低于 2 级，因此系统设计需同时兼顾供电稳定可靠性与绿色低碳目标。但是往往此类高规格的技术需求都伴随着高昂的成本，且施工、沟通界面协调复杂非常容易导致施工返工率上升，易形成“技术指标严苛”与“成本控制失效”的矛盾。如何通过技术经济性优化手段实现性能与建设成本的动态平衡，已成为工业电力建设工程领域亟待解决的难题。

1.2 研究目标与意义

本研究旨在构建高压变配电系统造价控制的技术经济性优化模型，以云南白药项目为实证对象，解决以下核心问题：

①设备选型冲突：进口设备与国产替代方案的全生命周期成本差异量化；

②技术冗余风险：能效2 级变压器的初始投资溢价与电费节约周期的经济性匹配；

③施工协同瓶颈：基于BIM 的标准化桥架设计对材料损耗率的优化潜力。

研究意义体现在两方面：

①理论层面：进一步健全和完善“技术 - 经济”双导向造价控制的方法体系，打破传统成本管理只局限在事前做静态预算这一误区。

②实践层面：给大型公建项目找到可复制的优化之路，比如用好电力监控系统集成来节约人工运维成本；推动工业建筑绿色化低碳化发展。

2 高压变配电系统技术经济性优化理论框架

2.1 技术经济性优化的内涵

技术经济性优化的前提是技术可行性，而基于全生命周期成本和价值工程理论，兼顾性能指标和经济效益平衡的状态下展开优化管理。打破以“技术优先”或“成本至上”的一维思维模式，在此基础上设立以“技术-经济”为目标函数的优化机制。

技术约束：满足安全规范（如35kV 系统接地电阻 ⩽1Ω ）、能效等级（如 SCZB11-8000kVA 能效 2 级）及可靠性要求（一级负荷双电源冗余）；

经济目标：寻找所有设备采购费用、建设损耗与运维开支的最优方式。

就以云南白药项目为例，从技术经济性的角度出发，确定最优化选型设计方案。将 35kV 气体绝缘开关柜选型中比较进口 WSG-40.5 型 （ 行内均价约为 55 万元 / 台 ），及国产 GIS 设备的故障率、运维成本，基于 20年LCC 模型比选最经济的方案。

2.2 关键优化维度

基于高压变配电系统特点，优化聚焦三大维度

（1）设备选型：能效与成本的博弈平衡

能效等级优化：选用能效等级为二级的变压器，虽然比三级初投资成本要高出 15%～20%，但是由于其空载损耗较三级低（SCB11 型空载损耗较 SCB13 型下降 30%），按上海工业电价计算 0.8 元 /kWh 考虑，使用年限 10年的话可以节约电费约48 万元。

国产化替代路径：采用国产高压开关柜能满足分断要求时可节省约 30% 的设备购置费，但需要增加 5% 左右的综合继保装置购置费来保证综合继保装置的可靠性与进口设备相当。

（2）施工工艺：标准化与损耗控制

模块化桥架设计：采用预制式桥架，按技术规程中电缆截面 185mm² 推算，通过模块化桥架设计优化电缆

敷设路径，可使铜芯电缆损耗率降低12.6%。

界面协同管理：通过 BIM 技术优化机电管线综合排布，减少与暖通、消防管线的交叉施工冲突，避免因返工导致的吊装费用超支。

（3）运维协同：智能化与人力成本削减

电力监控系统集成：由于配置能耗、故障预警等功能的监测系统投入使用后能将人工巡检次数降低 50%，按人均月薪8000 元计算，每年可节省人力成本约28.8 万元左右。

预防性维护策略：根据变压器的温控情况，动态调整强制风冷系统的运行时间，可以使设备寿命延长15%～20%，同时还可以减轻备品备件采购的资金压力。

理论框架验证：根据“设备选型 - 施工损耗 - 运维成本”的联动模型计算得到的云南白药项目技术经济性优化对总造价的影响结果如图2-1 所示，经统计可知：全寿命周期内可以节约的成本为21.3%。

图 2.1 “设备选型- 施工损耗- 运维成本”联动模型

3 云南白药项目案例技术经济性分析

3.1 项目概况

本工程为云南白药上海国际中心项目，建设地点：闵行区华漕镇，南至规划 - 雅乐路，北至朱建路，东临金光路，西至张申浦路。建设用地面积：30738.9m2，总建筑面积约 14.24 万 m²，其中地上面积约 9.16 万 m²，地下面积约5.08 万m²。高度：地上2 栋11 层、2 栋13 层，地下2 层，最大高度小于60m，容积率：2.98。1#楼为上海管理中心、2# 楼为国际运营中心、3# 楼为研发创新平台以及 4# 楼为综合服务中心。在地下一层共设置 1 座 35kV 主变电所，负责整个工程的供电，下设 2 座 10kV 变电所，分别负责 1#～4# 及地下室的用电。内设35kV 气体绝缘柜、35kV/10kV 干式变压器、10kV 金属封闭铠装移开式开关柜、10kV/0.4kV 干式变压器、低压抽出式开关柜等。

3.2 设备选型优化与成本关联性

（1）能效优先与全生命周期成本平衡

云南白药项目主变电所采用两台 SCZB11-8000kVA/35/10 有载调压变压器，能效等级为 2 级，空载损耗相比 3 级产品低了 18%（2 级产品级实际值 12.8kW、3 级产品实际值 15.6kW），但每台的购买成本将比 3 级产品多花24 万元。若按上海工业电价0.8 元/kWh、每年运行8760h 计算，则每台变压器可节约电费19.6 万元/ 年。结合 20 年的运维周期（贴现率为 5%），净现值（NPV）节约金额 24.3 万，超过溢价成本实现盈利。具体如式 。

ΔP=（15.6-12.8）kW×8760h=24528kWh（式 3-1）

ΔCost=24528×0.8=1962 2元/年（式 3-2）

（2）高压开关柜国产化替代路径验证

项目原设计采用施耐德 WSG-40.5 气体绝缘开关柜，分断能力 31.5kA，单价约 55 万元 / 台。经技术经济性分析，如选用国产 GIS 设备单价降至 28 万元 / 台，但需增加综合继保装置投资 8 万元 / 台。国产方案总成本节约：

（55−28−8） ×8 台 =152 万元（式 3-3）

同时，国产设备运维成本（年故障率 0.6 次 / 台）较进口设备（0.4 次 / 台）增加约 2 万元 / 年，20 年周期内仍净节约128 万元，验证国产化替代的经济性优势。

施工工艺优化对成本的影响

（1）模块化桥架设计降低材料损耗

根据安装规范，项目采用预制式彩钢电缆桥架（规格 800×200mm） ，通过BIM 深化设计实现98% 模块化预制。与传统现场切割工艺相比，通过电缆敷设路径优化，可使铜芯电缆损耗率从 15.2% 降至 2.6%，以铜材预算量50 吨推算，可节省的费用为：

ΔLoss=50×（15.2%-2.6%）=6.3H （式 3-4）

（式 3-5）

（2）界面协同管理压缩返工成本

项目通过BIM 模型协调机电管线标高，规避低压柜出线桥架与消防管线的交叉冲突。实施后返工率由9.7%降至 1.2%。

4 造价控制策略与应用效果

4.1 设备选型策略

（1）国产化替代的阶梯式实施路径

基于施耐德设备采购成本过高的问题，项目也可采用“关键设备进口+ 辅助设备国产”的混合策略：核心设备保留进口：35kV 气体绝缘开关柜（WSG-40.5）因分断能力（31.5kA）和可靠性要求采用原设计，但通过批量采购将单价从55 万元/ 台压降至50.5 万元/ 台（降幅8.2%）；

辅助设备国产替代：10kV 中压开关柜（PIX-12）采用国产仿制方案（如KYN28 型），降低总价。

（2）能效优先的LCC 决策模型

为了研究和评估能效等级为二级的变压器（SCZB11-8000kVA）的初始溢价覆盖情况，通过分析建立能效二级变压器全生命周期内的成本，验证其经济性，如式4-1。

式 4-1 中， C_{ij∣∣≪angle∣}⟩ 采购成本， C_i≡t±1，t 为年电费支出，r=5% 为贴现率。通过计算可知，2 级变压器在 10.3年即可收回溢价成本。

4.2 施工协同管理策略（1）BIM 驱动的标准化施工通过BIM 模型实现三项协同优化：

桥架模块化预制：185mm² 高压电缆桥架预制率达95%，减少现场切割损耗12.6% ；

管线零冲突安装：低压柜顶部出线桥架与消防喷淋管线的标高冲突减少87%，避免返工费用设备吊装路径仿真：35kV 变压器（单台重12.5 吨）进场路径优化，吊装费用从28 万元降至19 万元（2）动态预算监控机制

建立“成本- 进度”双控模型，实时追踪成本预算中各分项预算执行情况：

材料损耗预警：铜材实际损耗率2.9%（目标值≤3%），低于行业均值劳务分包调控：通过界面协同将返工率从9.7% 压降至1.2% ；

应急预算池：预留总预算的3%（约150 万元）应对供电局验收不确定性，实际仅动用82 万元。4.3 应用效果分析与验证

（1）成本节约率与工期控制

总造价节约五分之一：其中设备国产化贡献14.2%、施工标准化贡献5.1%、运维智能化贡献2.0% ；

工期缩短10% ：BIM 协同使施工周期从原计划280 天压缩至252 天，项目管理成本降低18%。

（2）技术经济性指标达成

能效达标率100% ：变压器负载损耗较设计值低，年节约电费超200 万元；

运维成本削减23% ：电力监控系统使值班人员从5 人/ 班减至3 人/ 班，年人力成本节约28.8 万元。

5 结论

通过对云南白药 进行分析，以项目为基础，在设备选型上 ，如 35kV 气体绝缘开关柜采 ，核心设备（如35kV 柜）仍采用 工过程中应用 BIM 进行模块化 费用。可见，在工程中利用 BI 系统减少 50% 的人工巡视，每年 到 15%～20%，这样就可以 化贡献了 14.2%，施工优化贡 技术 - 经济”造价控制提供了一种模式范例， 对于同类项目很强

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