基于WBS的配网变电工程造价数据结构分解与分类

冯开健，王丙乾，袁祖伟，关前锋，陈积芳

（1.海南电网有限责任公司，海南 海口 570203；2.中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司，广东 广州 510663）

0 引言

近年来，我国配电网建设投入不断加大，配电网发展取得显著成效。然而，中低压配网规模的快速发展，为配网工程标准化的建设方案和规范化的造价管理带来了挑战。配网工程在实际管理过程中存在建设项目数量多、建设地点分散、标准各不相同、项目划分不清、造价管理简单粗放、数据结构层次不明等特点，成本和标准的不匹配、不统一，这些都制约着配网工程管理工作的规范化、标准化实现[1]。

针对配网变电工程造价管理粗放、各阶段造价管理数据不延续、数据积累滞后等问题，本文根据配网变电工程造价数据特点，运用WBS技术手段，规范配网变电工程造价数据结构和造价费用标准，同时为配网定额和清单的进一步研究打下理论基础。

本文从工程本身的固有属性、物理结构、技术特性等方面对配网变电工程项目进行分解；对分解后的项目层级和数据单元进行项目编码设定，加入时间和空间维度，以保持数据的通用性、规范性和延续性。这既是大数据平台和信息共享的基本需求，也是企业通过层层管控实现成本控制的重要途径。

1 研究思路

配网工程WBS分解指的是借助BIM思维，遵循工程的客观规律，以电气设备或建筑物的物理实体量为基本单元，以工程的专业系统为基础构架，反映工程物理层面设备及建筑物实体的数据结构。分类指的是在每一类电气设备或建筑物的物理实体里面再进行选择，最后组成完整系统。

比如，一个配网变电工程里面一般既有变压器，也有配电装置，变压器和配电装置属于必选项，缺一不可，就把变压器和配电装置看作是WBS分解；而在变压器里面，如果选择了终端型、315 kVA、油浸式的欧式箱变，那么一般不会再有其他类型的变压器，即不同类型的变压器一般是多选一的关系，属于选填项，那么就把不同类型的变压器看作分类。再比如，配网架空线路中，杆塔和基础可看作是WBS分解，因为一个架空线路工程如果有杆塔，一般情况下就必然会有基础，杆塔和基础属于必填项；而杆塔中的铁塔（角钢塔）或水泥杆一般情况下只选择一种，属于选填项，因此，铁塔和水泥杆可看作分类。

为了便于基础造价数据的采集和优化，首先需将配网项目按层级化思路进行分解。WBS分解的核心是把项目整体任务分解成较小的、易于管理和控制的若干子任务或工作单元，其表达的是一种树状结构的逻辑示意图，最底层的可交付成果称为工作包。按照合理性、全面性、重点性、可操作性和可比性的原则，将配网新建工程分为变电工程、架空线路工程和电缆线路工程三大部分。由于篇幅所限，本文仅讨论配网工程中的变电部分，架空线路工程和电缆线路工程可参照变电部分的研究思路。

2 配网变电工程造价数据结构分解

建筑工程指的是各类建筑物、构筑物等设施工程；安装工程指的是生产工艺系统的各类设备、管道及辅助装置的组合、装配和调试。对于配网变电工程，建筑部分主要涉及基础、场坪地基、消防等；安装部分主要涉及各类设备安装和系统调试等。可见，两者的属性类别、特点和参数相差较大，因此，在进行配网变电工程的WBS分解时，应首先分解为变电建筑模块与变电安装模块两大模块。

配网变电工程的WBS结构分解如图1所示。

图1 配网变电工程的WBS结构分解

本文针对配网变电工程的WBS项目结构分解，与国家能源局发布的《20 kV及以下配电网工程建设预算编制与计算规定（2016年版）》[2]相比，本文的结构分解融合了配电站、开关站、充换电站的公共部分和主要部分，从多个角度进行划分，更加注重层级之间物理逻辑性，侧重于技术数据和造价数据的融合，提供了另外一种数据流转和利用的思路。通过本文的分解思路，可以层层分解到最小层级，并通过设定编码来进行识别和组合，使得这一方案合理、可行，为配网工程数据库和信息化平台建设提供了基础。

2.1 变电建筑模块

变电建筑模块的WBS分解主要为建筑物、构筑物、场地、给排水及消防。分解原则主要是考虑各建（构）筑物的功能属性、物理结构、技术特性和施工工艺等因素。

1）建筑物

建筑物是变电建筑模块的最主要结构，配网变电工程的主要建筑物是配电室，配电室是指带有低压负荷的室内配电场所，安装有分配多路低压负荷开关的房间，主要为低压用户或用电设施配送电能。建筑物主要包括一般土建、照明、采暖、通风及空调。这里的建筑物包含建筑物相关的装修装饰等。

2）构筑物

构筑物指的是不直接在内进行生产和生活的建筑物，但对主体建筑有辅助作用、有一定功能性的结构建筑。相对于建筑物，构筑物的基础要求及等级不是很高，但其为工程核心提供了必备的场所和保障，相当于“后勤中心”。按照各构筑物的功能属性，构筑物主要分为基础、围墙及大门、护坡挡墙排水沟。

3）场地

场地主要指站区道路及地坪、地基处理或场地平整。与建筑物、构筑物相比，场地部分属于辅助生产建筑模块的一部分，功能是为主要生产工程服务的。因此，场地部分也应该与主要生产工程建筑分开，作为变电建筑模块WBS分解的一个单元。

4）给排水及消防

给排水及消防与场地部分类似，主要内容较建筑物和构筑物少，但其功能或承担任务与主要（辅助）生产工程相关，是不能忽视的一部分，因此单独作为变电建筑模块WBS分解的一个单元。

2.2 变电安装模块

变电安装工程的WBS分解主要为变压器安装、配电装置安装、站用电缆、充电设备、通信与自动化。分解原则主要是考虑各设备功能属性、承担作用等因素。其中，配电站、开关站及充（换）电站的安装模块包含在变电安装模块中。

1）变压器安装

变压器是变电工程最主要的设备之一，因此变压器安装是变电安装工程最重要的一个环节。由之前的分析可知，不同变压器的规格、型号造价差异较大，其对工程造价的影响也比较大。因此，变压器安装工程应该作为变电安装模块WBS分解的一个单元。

2）配电装置安装

与变压器类似，配电装置也是配网变电工程主要的设备安装部分，变压器指的是各类型、各规模的干变、油变，配电装置指的是各类型、各规模的环网柜、开关柜等，两者之间因设备不同，技术参数、造价水平等有较大差异，因此将配电装置作为划分的一个子项。配电装置主要分为开关电器类、无功补偿装置、测控保护电器类。开关电器可进一步分解为断路器、负荷开关、隔离开关、开关柜；无功补偿装置分解为电容器和电抗器；测控保护电器分解为避雷器、电压互感器、电流互感器。

对于开关电器，其主要作用是在系统发生故障时准确动作、可靠工作，在规定条件下具有相应的动稳定性与热稳定性，使电器不会被损坏。常用的配网开关电器有断路器、负荷开关、隔离开关、开关柜。断路器一般作为电气回路的总开关使用，在系统发生故障时能与保护装置和自动装置相配合，迅速切断故障电流，防止事故扩大，从而保证系统安全运行；负荷开关具有简单的灭弧装置，能切断额定负荷电流和一定的过载电流，但其构造比较简单；隔离开关俗称“刀闸”，其本身工作原理及结构比较简单，主要特点是无灭弧能力，只能在没有负荷电流的情况下分、合电路；开关柜是由多种其他开关电器组成的整套电气设备，其物理结构要复杂很多，承担作用也较大，设备造价相对也较高。因此，基于不同开关电器的物理结构，开关电器主要分为断路器、负荷开关、隔离开关、开关柜。

对于无功补偿，电容器承担充放电的基本功能；电抗器主要用来限制短路电流，抑制畸变谐波。可见，电容器和电抗器的主要功能或作用不同，其物理结构差异也不同，有必要作为无功补偿的WBS分解项。

同理，对于测控保护电器，采用同样的分析方法，可以分解为电流互感器和电压互感器。

3）站用电缆

电缆敷设是站内电气安装工程的一个重点工序，影响着整个电气工程的施工进程及二次施工工艺水平，主要的站用电缆有控制电缆、通信电缆、光缆及动力电缆。站内电缆基本原则及敷设规定与电缆线路工程类似，但站内电缆主要供配电站进出线使用，应单独作为变电安装模块WBS分解的单元。

4）充电设备

充电设备功能类似于加油站里面的加油机，可以固定在地面或墙壁，安装于公共建筑和居民小区停车场或充电站内，可以根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电。充电设备的输入端与交流电网直接连接，输出端都装有充电插头用于为电动汽车充电。

充电设备是充（换）电站工程所特有的设备安装部分，是充电桩可以储存电能的核心装置。有了不同类型的充电设备，电动汽车有了常规充电、快速充电、机械充电等多种充电方式，充电设备的快速发展很好地推动了新能源汽车普及和节能减排。因此，充电设备也是变电安装模块需要考虑的一个分项。

5）通信与自动化

配网通信是配电网自动化的重要组成部分，通信系统的安全可靠是实现配网自动化的重要保障。配网通信与自动化是配网智能系统中非常重要的环节，是配网自动化的神经系统，配网运行数据信息的采集传输、运行状态的改变及优化均通过通信与自动化系统，是整个信息化实现的关键。因此通信与自动化一般作为一个单独模块来考虑。

通信自动化工程分为通信工程、配电自动化和营销系统，是由通信自动化工程特点所决定的。配网自动化是运用计算机技术、自动控制技术、电子技术等技术手段，对配网进行离线与在线的智能化监控管理，使配网始终处于安全可靠、经济高效的运行状态；通信网络连接着配电网自动化的主站系统和远方终端，是配网自动化系统的重要组成部分，其性能与可靠性的好坏，对整个系统功能的实现有着决定性的影响；配网营销系统很多是面向用户终端的负荷管理，通过需求侧用能数据的集中采集、实时电量监测和负荷分析，提升电能管理水平。

3 配网变电工程造价数据分类

配网变电工程的分类是在WBS分解结果的基础上，继续在同属性、同功能的“分解池”里进行选择。按照这个原则，对WBS分解后的变压器、配电装置和通信自动化等进行分类。

变压器分为箱式变压器、配电变压器和台架变压器。这三类变压器在一个配网变电工程中，往往属于多选一的情形：选择了箱变，一般不会再选择配电变压器，反之亦然。

3.1 箱变分类依据

对比相关主要设备材料信息价文件中的美式箱变和欧式箱变价格，可知同规模、同型号的美式箱变和欧式箱变设备价差异较大，对比如表1所示。

表1 美式箱变和欧式箱变设备信息价对比表

以315 kVA的终端型油浸式箱变为例，美式箱变价为102 000 元/台，欧式箱变价为145 000 元/台，后者比前者高出43 000 元/台，高出比例为42.2%。事实上，美式箱变和欧式箱变的物理结构、应用场合、可靠性均有较大差异，因此，箱变应先分为美式箱变和欧式箱变。

3.2 配电变及台架变的分类依据

对比相关主要设备材料信息价文件中的干式配变和油浸式配变的设备价格，可以得出类似结论，即：配电变压器中的干式配变和油浸式配变由于绝缘方式、物理结构各不相同，造价差异也较大。因此，干式配变和油浸式配变应首先作为配电变压器下一步细分的依据。

按照同样的分析方法，台架变压器可细分为非晶合金型和无励磁调压型两种。

3.3 配网变电工程数据的逐层细分

进一步通过层层划分，变压器工程最终可细分的最小结构单元是设备层级。例如，根据设备价差异，不同规模的美式箱变或欧式箱式变可以继续往下分：美式箱变分为终端型315 kVA、400 kVA、500 kVA等；欧式箱变分为环网型315 kVA、400 kVA、500 kVA等。表2给出了不同规模箱变设备信息价的对比情况。

表2 不同规模箱变设备信息价对比表

可以看出，同为美式箱变或欧式箱变，因规模容量的不同，其造价水平有所差异。比如，同为美式变，但400 kVA的设备价比315 kVA的高出13 000 元/台，高出比例为12.8%；分析其它规模的箱变也可以得到类似的结论，那么规模容量应该作为美式箱变或欧式箱变下一步细分的考虑因素。

根据上述原则，开关电器、无功补偿装置、测控保护电器等配电装置，以及通信线路、通信设备、配电自动化工程等也可以通过层层划分，最终细分到最小的结构单元，即设备层级或材料层级。例如，配电自动化最终分解为站所终端、配变终端、馈线终端等设备终端；站用电缆最终分解为高电压和低电压不同截面的电缆材料；不同类型的配变基础按混凝土等级细分为C20混凝土、C25混凝土等。最终细分后的最底层级是WBS最小的结构单元层级，后续的典型模块组价可以根据最小的结构单元层级进行组合。

4 配网工程编码规范

4.1 编码设定的基本原则

配网工程大数据平台的基本功能之一是数据的存储和查询，为了更方便、快捷地找到想要的工程数据，需对配网工程进行编码规范，使其涵盖工程的主要信息和特征。

编码设定遵循的基本原则：①唯一性原则。唯一性原则指的是每一个配网工程有且只能有一个编码。②便利性原则。便利性原则指的是编码要便于查询、检索和汇总。③可扩充性原则。可扩充性原则指的随着工程技术的发展，出现新的工程类别时，编码也能随之增加、删减或调整。

4.2 编码规范的基本思路

配网工程编码主要应包含工程类别、建设地点和建设时间等信息。编码应保证工程的唯一性，同时体现工程主要特征。工程类别包括变电工程、架空线路工程、电缆线路工程和电桩工程等类别。同一工程类别编码中，还要区分出少数关键性特征，以便快速识别或查询数据。工程编码组成为：工程类别编码+建设地区编码+建设时间编码。

4.2.1 工程类别编码

对于变电工程，主要特征包括主变数量和容量；对于架空线路工程，主要特征包括杆塔型式、回路数和线路长度；对于电缆线路工程，主要特征包括电缆截面、回路数和土建通道型式；对于充电桩工程，主要特征包括充电功率和充电方式（交流或直流）。各类工程及其主要特征编码如表3所示。实际工程中，一个配网工程往往包含了几个工程类别，不同工程类别及其对应的主要特征应按顺序进行编码。工程类别的顺序依次为变电工程、架空线路工程、电缆线路工程、充电桩工程。

表3 配网工程编码规范简表

4.2.2 建设地区编码

建设地区编码借用全国电话区号，统一用“Q+四位阿拉伯数字”表示。电话区号不足四位的，前面以数字0补位。例如，建设地点在广州，则建设地区编码为Q0020。

4.2.3 建设时间编码

建设时间编码用六位阿拉伯数字表示，分别表示年月，比如201710，表示2017年10月。

例如，某个配网工程的建设内容包含一台400 kVA变电站，2 km单回水泥杆架空线路，1 km单回路3×240 mm2截面电缆沟电缆线路，建设地点在惠州，建设时间为2019年12月，其编码应为B1×400K1S02D1G3×240Q0752201912。

需要说明的是，按照本文的编码规范，如果同一时间同一地点建设了另外一个同规模的配网工程，那么工程编码将完全一样。针对这种情况，不同建设单位（如供电局、配电所等）的管理系统一般各不相同，可以有效进行区分；若是同一建设单位，可以要求在填报系统中备注设计单位、施工单位等信息，或者先根据投资额划分不同区间，然后在不同投资范围内进行设定，也可以根据供电范围、服务群体等将工程重要程度划分为一般、较重要、重要、特别重要等级别，总之，可以增加不同的属性予以区分。

本文针对配网工程管理过程中的一些问题，提供了一个可以通过设定编码来快速识别、查询工程，并在不同管理者之间保持数据通用性和延续性的思路。后续将根据实际运用过程中可能出现的问题，有针对性地做进一步的研究和改进。

5 结语

本文根据配网工程数据特点定义配网工程数据类别，运用WBS方法对配网变电工程进行造价数据结构分解和分类，形成各层级的规范数据结构，同时对分解后的项目类别及主要特征进行编码设定。研究表明，本文所提出的思路和方法可以在一定程度上避免配网变电工程造价数据结构层次不明晰、项目划分不清的问题，使得配网工程大量数据的流转和利用变得高效可行。

本文的研究成果还可以看成BIM规模化应用的前期工作之一，为BIM技术与造价融合做铺垫。后期可以借助BIM统一管理平台的思路，开展造价专业与BIM技术的接口，建立多专业、多阶段、多参与方协调统一的大数据技术平台，切实提升造价管理和项目管理的信息化水平。