GIS技术在电网技改工程造价管控分析中的应用

齐 霞，王绵斌，叶慧男，杨蕙嘉

(1.国网冀北电力有限公司经济技术研究院，北京 100038； 2.华北电力大学 经济与管理学院，北京 102206)

面对我国能源开发利用中的不平衡不充分的矛盾，电网工程连接电力生产和消费两端，在能源发展改革进程中承担着重要任务[1]，电网信息化更是构建新型电力系统的重要举措。随着输配电价改革的推进，电网企业的盈利模式由购销价差转为准许成本加收益，使得电网企业经济效益与工程造价及管控水平紧密相关[2]。在工程造价改革及大数据快速发展的新形势下，迫切需要加强电网工程建设投资、资产的精细化管理[3]，创新造价管控维度及举措，挖掘造价数据价值、全面提升发展质量和效率。电网工程造价受工程地质[4]及工程各阶段多方面不确定性因素影响[5]，具有一定的时空差异性。随着风电、光伏等新能源在电力系统主导地位凸显，风光资源的时空分异特征也将影响电网工程建设、技术改造及其造价。然而，现有电网工程造价相关研究，将ARIMA模型、DEA和遗传BP神经网络、方差—协方差方法等多种方法用于电网工程造价的预测[6-8]，重在研究时间差异性，对空间差异性的关注较少。

地理信息系统(Geographic Information System，GIS)是具有信息系统空间专业形式的数据管理系统。GIS空间技术在电力系统领域应用广泛，在电网及电能质量监测[9-10]、负荷预测[11]、能源电力系统规划[12-13]、配电网拓扑结构识别[14]、电网规划优化[15-16]、电网系统管理[17-18]等领域，发挥了集成数据采集与管理、空间信息处理的功能，具有分层分区的功能和可视化的优点。随着工程造价管理数据的不断规范和发展，GIS技术逐步向工程造价管理领域[19-20]应用，弥补传统电网工程造价存在空间属性挖掘缺失、时空匹配性差等不足，但目前相关研究仍较为局限。本文将GIS空间技术应用于工程造价数据分析，以冀北地区电网生产技改项目造价数据为例，挖掘项目造价及管控水平的空间分布特征及变化。该应用将有助于促进工程造价管理朝着动态化、系统化和智能化的方向发展，为工程造价管控提供数据经验及有效建议。

1 研究数据及方法

研究收集2018—2019年冀北地区电网生产技改项目名称、所属区县、静态投资及地理矢量数据，建立技改项目数据库。冀北地区电网建设立足当地支撑北京，网络完备程度及进程对北京市的能源体系构建有重要影响，具体项目分属国网承德、廊坊、张家口、秦皇岛和唐山5个供电公司。项目类型包括10～500 kV交流变配电工程、交流输电工程、二次系统工程项目。2018年项目总投资1.2亿元，2019年总投资1.7亿元，投资增长39.24%。

基于数据库运用地理信息系统软件ArcGIS10.2及空间自相关分析、热点分析工具，对比分析项目地理区位、静态投资的集聚特征，分析建设重点区域变化；从静态投资和各分项费用节余率角度，研究造价管控水平，提出造价工作管控的重点及建议。

1.1 空间自相关分析

空间自相关分析能够确定变量是否在空间上相关，以及相关程度如何，并通过相关系数来定量描述事物在空间上的依赖关系。当某变量随着空间距离缩小而变得更相似，则为空间正相关，反之为负相关；若不具备以上2种规律，则为空间不相关，或称呈现空间随机性。

Moran′sI指数是最早应用于全局聚类检验的方法，它检验整个研究区域中临近地区之间是相似相异，还是相互独立的。Moran′sI统计可表示为式(1)：

(1)

wij为空间权重表示为式(2)。表述空间关系的概念化方式有无差别区域法、反距离法、可变距离法等。

(2)

式中，n为研究区域内地区总数；xi和xj分别为区域i和j的属性。其中，无差别区域法将反距离法和固定距离法结合，对分析目标不添加明显的边界，将距离范围或距离阈值内的所有要素都包含在对目标的分析中。本研究旨在比对冀北地区造价分布和管控水平差异，弱化各项目间距离的影响，适用于无差别区域法。

统计的ZI得分按式(3)计算：

(3)

式中，E[I]=-1/(n-1)，V[I]=E[I2]-E[I]2。Moran′sI估计值介于[-1，1]，当Moran′sI>0时，表明空间正相关，呈现集聚趋势；当Moran′sI<0时，表明空间负相关，呈现离散趋势。

1.2 热点分析

当研究目标具有统计上显著的空间自相关特性时，热点分析能够通过查看近邻要素，深入分析某个要素及其相邻要素局部总和与所有要素总和差异。热点即具有统计显著性的高值，冷点即具有统计显著性的低值。本文中，投资热点即技改项目年度投资较高的连片地区，由于投资额基数大，提高造价管控水平的投资节约成效大；冷点地区是未来投资潜力区域，可根据设备寿命周期规律加强造价管控。节余率热点即项目估算与结算相差较大的连片地区；节余率冷点即项目造价估算与结算相差较小的连片地区，可具体深入开展其造价估算经验总结。

2 技改项目造价空间分布演进特征

2.1 技改项目区位分布特征

应用ArcGIS绘制2018年、2019年冀北地区电网生产技改项目地理分布，如图1、图2所示。由图1、图2分析，电网技改项目在冀北地区每个市域内均出现局部集聚现象，主要分布在张家口中部、廊坊北部、承德中部、唐山中部地区和秦皇岛的沿海地区。2018—2019年，张家口、廊坊和唐山的集聚趋势逐渐增强，其他地区较为稳定。2019年较2018年项目数量总体显著增加，冀北地区各类技改项目数量柱状图如图3所示。张家口各类项目密度显著减少；唐山交流变配电工程增长幅度最大，增长集中于中部地区；秦皇岛和承德的交流输电工程增长幅度最大，集中于南部地区；廊坊市二次系统工程数量增长最多，集中于东北部地区。

图1 2018年冀北地区技改工程地理分布格局

图2 2019年冀北地区技改工程地理分布格局

图3 2018—2019年冀北地区各类技改项目数量

2.2 技改项目投资分布特征

以县域为单位，应用自然断点法根据2019年项目投资水平确定图例分级，绘制2018—2019年县域技改工程静态投资情况，如图4、图5所示。2018年冀北电网技术改造工程投资最集中的区域主要在唐山、廊坊和秦皇岛地区。2019年工程投资主要集中于廊坊南部、承德东部、唐山和秦皇岛地区。

图4 2018年冀北地区技改工程县域投资分布

图5 2019年冀北电网技改工程县域投资分布

2018年与2019年的项目投资水平与地理分布基本呈现相同的分布规律，单个工程项目的投资较为稳定，2018年处于高投资水平(371.80万元以上)的县域共有6个；整体投资处于高水平的县域共有11个，其中投资高于1 000万元的县域共有4个。

绘制2018年、2019年交流变配电项目、交流输电项目和二次系统项目投资分布图，如图6、图7所示。2018—2019年各类工程项目投资分布集中地区见表1。交流变配电工程的投资分布重点区域由冀北中部地区转向南部地区；交流输电工程投资分布由较为均衡集中向东南地区；二次系统工程的投资分布则由北京周边地区向外扩散。2018年秦皇岛、廊坊、唐山和2019年廊坊、唐山、承德、秦皇岛的交流输电项目，工程内容大部分为“三跨”改造项目即跨高速铁路、高速公路和重要输电通道的架空输电区段线路的改造，跨越的交通线路包括京哈铁路、津秦铁路、大秦铁路、京沪铁路等。这类项目主要是根据国家交通建设需求和地区电力供应需求的变化，需要重点展开线路改道和升级的项目。

图6 2018年冀北地区各类技改项目县域投资分级

图7 2019年冀北地区各类技改项目县域投资分级

表1 2018—2019年各类工程项目投资分布集中地区

2.3 技改项目投资集聚情况分析

不同县域的电网技改投资存在横向的县际差别和纵向的时间差别，使用Moran′sI指数对2018、2019年冀北地区电网技改工程投资进行空间相关性分析，进一步分析投资空间集聚情况，探究内在原因，分析结果如图8、图9所示，相关参数见表2。

表2 2018—2019年工程投资空间自相关检验结果

图8 2018年和2019年冀北技改工程投资空间检验结果

2018年冀北地区电网技改工程投资不具有空间相关性，投资呈现随机分布特征，投资计划未表现出明显的重点区域；2019年投资表现为一定的空间相关性，对于不同地区的技改力度有所区分。进一步开展工程造价的热点分析，研究2个年度造价分布差异的根本原因，如图9所示。

通过图9、图10可知，2018年冀北生产技改工程投资分布较均衡，没有明显的区域聚集现象，建设布局为常规年布局；2019年热点和冷点均分布在冀北地区的西部，呈现北冷南热的现象，冷点分布在张家口北部地区，热点主要聚集在北京、天津和雄安新区交汇的廊坊地区。主要原因是自2015年冬奥申办成功后，张家口地区是电网先行建设的重点区域，至2018年已基本达到目标水平；2019年电网改造有所放缓，主要集中于在加速京津冀一体化发展、疏解北京非首都功能以及雄安新区建设过程中提供坚强的网络设施支撑，强化了保障北京、服务冀北的网络设施建设理念。

图9 2018年和2019年冀北地区技改工程投资热点分析

3 冀北地区技改项目造价管控水平分析

节余率是尚未列支的计划额占总计划额的比例，是项目造价控制水平分析、规范化造价管理、提高资金使用效率的重要依据。针对2019年不同县域工程各分项费用节余率进行空间自相关检验，结果见表3。其中仅静态投资节余率、设备购置费节余率和其他费用节余率具有显著的空间自相关性。

表3 2019年工程分项费用节余率空间自相关分析结果

3.1 静态投资节余率热点分析

2019年冀北地区技改工程静态投资节余率热点分析如图10所示。

图10 2019年冀北地区技改工程静态投资节余率热点分析

由图10可知，2019年冀北生产技改工程静态投资节余率分布呈现东热西冷的分布格局。热点分布在承德东部、唐山北部和秦皇岛地区，冷点分布在张家口地区。主要原因是造价估算水平和控制水平的地区差别，需要打破造价信息壁垒、增加造价定额的地区针对性指导，落实和加强统一造价培训，增强管理经验的优化应用。进一步综合年度分析，各类工程开工时间越晚、开竣工时间跨度越短，其节余率越高。主要是因为工期较短的工程施工安排紧凑，任务强度大，进而静态投资较大，费用控制难度大；同时，开工较早的工程赶工压力小，各项费用开列和使用贴合计划。反之，开工较晚的工程赶工人工费增长，项目协调繁杂，各项费用的节余空间被压缩。

3.2 设备购置费节余率热点分析

2019年冀北电网技改工程设备购置费节余率热点分析如图11所示。

由图11可知，2019年冀北生产技改工程设备购置费分布呈现东热西冷的分布格局，与静态投资节余率热点分布较为类似。热点分布在承德东部、唐山大部和秦皇岛地区，冷点分布在张家口地区。设备购置费管控变化的因素包括设备招标批次影响设备价格、不同设备型式和供应商、设备价格的计列方式。随着项目设备购置费逐步降低，其节余额在0～20万元的区间内随机波动。对于低投资项目的设备购置费，其费用控制水平与设备的价值关联较弱，需要加强对设备价值较低工程的设备购置费用管控。在设备购置费估算的编制方法中可设定价值水平标准，超过水平的采用绝对值控制，低于水平的采用比例控制法，结合以前年度的设备价格乘以合适的扩大系数作为其估算值。根据2019年项目可设置为100万元水平。

图11 2019年冀北电网技改工程设备购置费节余率热点分析

3.3 其他费用节余率热点分析

2019年冀北生产技改工程其他费用节余率分布呈现北热南冷的分布格局，热点分布在承德北部地区，冷点分布在廊坊南部地区。其他费用包含建设场地征用及清理费、项目管理经费、项目监理费、项目前期工作费、勘察费、设计费、项目后评价费等，分项费用之间差异较大，变化规律显著性相对较弱。分地区看，其他费用控制水平与地区工程地质条件密切相关，廊坊地区地质条件简单，有潮白河流经，滩涂较多；承德地区工程环境处于高山大岭环境，地质条件多坚土岩石，复杂的工程地质条件给技改工程带来较大的不确定性，因此其他费用估算编制时所需裕量空间较大。为使工程地质条件复杂地区的其他费用得到更好的控制，可结合工程地质编制估算，同时选用合适的发包方式转移不确定性风险。

2019年冀北地区技改工程其他费用节余率热点分析如图12所示。

图12 2019年冀北地区技改工程其他费用节余率热点分析

4 结语

本文基于地理信息技术和空间经济方法，以充分挖掘造价数据，提高造价管控的系统性、智能化、可视化为目标，提出工程项目造价分析新思路。随着信息化程度的提高，通过地理信息系统在全过程、全方位造价管控领域的应用，有助于打破信息壁垒，将空间经济分析与工程实际紧密结合；有助于完善造价合理区间，通过横向比对发掘地区差异，纵向比对发掘演化趋势，为数据实时动态监测提供依据；有助于发挥空间数据采集、储存和可视化的优势，增加造价分析的实用性。