0 引言
截至 2019 年底,武汉地铁运营里程达到 339 km,
运营车站 228 座,最高日客流量突破 350 万人,地铁新
增投资将超千亿元。 如何合理确定并有效控制巨大投
资,如何分析和借鉴已建工程的造价成果显得尤为迫
切和重要。 以往文献中,王芳英从工程造价构成的
角度,对造成综合造价指标差异和影响综合造价指标
的主要因素进行了分析,但由于不同的地区、不同的城
市以及不同的环境和地质条件差异较大,其研究对武
汉地区的指导意义有限;马军对施工阶段的地铁工
程造价控制进行了研究,提出了在施工过程中对造价
进行动态控制的方法。 本文以武汉地区地铁工程为研
究对象,深入剖析在设计阶段影响工程造价的最重要
的关键因素,以期在新的地铁建设中,达到践行价值工
程理论、合理控制造价的目的。
1 武汉地铁项目造价分析
1. 1 武汉地铁建设基本情况
武汉市是全国第 1 批地铁建设规划获批的 8 个城市之一,是国内第 7 座开通地铁的城市。 2004 年 7 月28 日,武汉市地铁 1 号线 1 期工程开通运营。 各阶段的线路里程和投资金额如下所述。
1)第 1 期建设规划批复 3 个项目。 1 号线 2 期、2号线 1 期、4 号线 1 期。 线路总长为 59. 74 km,总投资为 237. 22 亿元,技术经济指标为 3. 97 亿元/ km。
2)第 2 期建设规划批复 8 个项目。 1 号线西延、2 号线南延、2 号线北延段(与 3 期建设规划批复的 2号线北延线同步实施完成) 、3 号线 1 期、4 号线 2期、6 号线 1 期、7 号线 1 期、8 号线 1 期。 线路总长为 142. 6 km,总投资为 873. 1 亿元,技术经济指标为6. 12 亿元 / km。
3)第 3 期建设规划批复 10 个项目。 1 号线延伸工程、2 号线南延线、2 号线北延线、4 号线西延、5 号线、7 号线南段(纸坊线) 、8 号线 2 期、11 号线东段 1期、11 号线西段、21 号线( 阳逻线) 。 线路总 长 为173. 5 km,总投资为 1 148. 9 亿元,技术经济指标为6. 62 亿元 / km。
4)第 4 期建设规划批复 8 个项目。 6 号线 2 期、7号线北延线、8 号线 3 期、11 号线 3 期(武昌段首开段、新汉阳火车站段和葛店段)、12 号线、16 号线、19 号线、新 港 线。 线 路 总 长 为 198. 4 km, 总 投 资 为1 469. 07 亿元,技术经济指标为 7. 40 亿元/ km。
预计至 2024 年,武汉将建成运营 14 条线路,运营里程为 606 km。
随着时间的推移,每一期的线路里程、投资金额及技术经济指标均较之前有所增加。 前两者主要是由于批复项目的增加引起,后者则是由于物价上涨及新工艺新设备的使用导致。
1. 2 技术经济总指标分析
武汉地铁项目技术经济总指标为 5 亿元/ 正线 km~9 亿元/ 正线 km,征地拆迁费用最不可控。 不考虑征拆因素,不考虑物价波动因素,工程费用指标相对稳定,其主要与线路的敷设方式、地质情况、施工工法、站间距、列车编组等相关性较强。
具体为全高架线路工程费用指标为 3 亿元/ km 左右;6B 编组的全地下线路为 4. 5 亿元/ km 左右, 6A 编组的全地下线路为 5 亿元/ km 左右, 8A 编组的全地下线路为 5. 5 亿元/ km 左右。
以 6B 车辆编组的全地下线路为例,地铁项目概算各部分费用比例如图 1 所示。
1)第 1 部分工程费用。 含车站、区间、轨道、通信、信号、供电等 16 个章节内容,约占总造价的 60%。
2)第 2 部分工程建设其他费用。 含征地拆迁费用、建设单位管理费、设计费、监理费、咨询费、保险费等,约占总造价的 20%。
3)第 3 部分预备费。 约占总造价的 4%。
4)第 4 部分专项费用。 含车辆购置费、贷款利息等,约占总造价的 16%。
因此,工程费用是造价控制的重点。
图 1 地铁项目概算各部分费用分布
1. 3 费用占比较大的单项工程
工程费用中,占比较大的单项工程如图 2 所示。
图 2 工程费用分布
1)车站。 车站土建及装修费用约占工程费用的30%,相关的通风、空调、给排水、动力照明安防及门禁、FAS、BAS、自动售检票、电扶梯及站台门、人防等机电系统(风、水、电系统)费用约占工程费用的 10%。
2)区间。 区间土建费用占比约为 22%,矿山法及明挖法区间长度占比越大,其费用越高。
3)供电系统。 供电系统(不含动力照明)占工程费用比例约为 6%。
4)车辆基地。 车辆基地占工程费用比例约为 7%。
以上单项工程,合计约占工程费用的 75%,是造价控制的重中之重。 其他的工程费用主要包括轨道、通信、信号、综合监控、运营控制中心及城轨智能化等,其总费用占工程费用的 25%,占比相对较小。 除城轨智能化以外,其余因素皆为造价控制的非关键因素。
2 影响工程造价的关键因素
2. 1 车站
2. 1. 1 围护结构形式
围护结构形式是影响车站投资的关键因素。 武汉地铁项目常用的车站主体围护形式有钻孔桩和地下连续墙 2 种,其主要形式有 ϕ800 mm@ 1 000 mm 钻孔桩、ϕ1 000 mm@ 1 200mm 钻孔桩、800 mm 厚地下连续墙和 1 000 mm 厚地下连续墙,其对车站费用及指标影响如表 1 所示。 采用 1 000 mm 厚地下连续墙围护形式,地下车站指标最高,达 1. 31 万元/ m2,比标准的地下 2 层站增加 0. 17 万元/ m2,增幅为 14. 54%。
表 1 围护结构形式对主体围护及地下车站指标的影响
2. 1. 2 地质因素
地质因素对车站费用的影响,体现在围护结构入土比、入岩比和加固工程等 3 个方面。
围护结构入土比由基坑的稳定性验算确定,入土比对主体围护及地下车站指标影响如表 2 所示。 经分析,入土比每变化 0. 1 时,车站指标变化 218 元/ m2。
表 2 围护入土比对主体围护及地下车站指标的影响
围护结构入岩比对主体围护及地下车站指标影响如表 3 所示。 当桩长不变,主体围护桩入中风化岩比例增加 10%,主体围护指标增加 69. 99 元/ m2,车站指标增加 45. 84 元/ m2;主体围护桩再增加入微风化岩10%时,主体围护指标增加 100. 01 元/ m2,车站指标增加 65. 48 元/ m2。
表 3 围护入岩比对主体围护及地下车站指标的影响表
地下车站底板下地质为软土类或者淤泥质土时,需要在基坑开挖前,对底板地面下的土体进行加固处理,一般有抽条加固、满堂加固等多种形式。 当采用ϕ800 mm 三重旋喷桩对底板底面以下 4 m 地层进行满堂加固时,车站指标增加 0. 11 万元/ m2。
2. 1. 3 埋深因素
车站埋深直接影响到地下车站土石方及围护工程数量,从而影响车站指标。 以武汉标准地下 2 层车站埋深 17 m 为例,当主体基坑增加 1 m,土石方费用增加 158 万元,围护结构费用增加 405 万元,车站指标合计增加 489 元/ m2。
2. 1. 4 含钢量因素
含钢量是车站造价敏感因素,当含钢量增加 10%时,标准地下 2 层车站钢筋消耗量增加 738 t,车站指标增加 385 元/ m2。
2. 2 区间
2. 2. 1 盾构区间
地质因素和盾构直径是影响盾构区间指标的主要因素。 除此之外,中间风井、盾构摊销、端头加固和建筑物加固保护费用也是影响技术经济指标的重要因素。
武汉地区地质条件主要有一级阶地、二级阶地、三级
阶地 3 种,其对区间造价的影响同车站一致。 武汉地区
盾构区间应用范围占比为 90%,应用范围较为广泛。 常
用的盾构区间外径有6. 0、6. 2、6. 7 m 3 种,尺寸差距不大,
对费用影响较小;过江盾构的直径包括 6. 2、12. 1、15. 2 m
等,尺寸差距较大,更具有代表性,故以过江盾构作为典
型案例来对盾构区间进行分析与研究。
2. 2. 1. 1 内径 5. 5 m、外径 6. 2 m 的过江盾构
武汉 2 号线 1 期的江汉路站—积玉桥站过长江,2007 年设计;单洞综合指标约 6. 5 万元/ m,不含加固及风井费用为 5. 5 万元/ m。
2. 2. 1. 2 内径 11. 1 m、外径 12. 1 m 的过江盾构
武汉 8 号线 1 期黄浦路站—徐家棚站过长江,2013 年设计;武汉 12 号线凌吴村站—国博中心南站过长江,2019 年设计。 单洞综合指标约 24 万元/ m,其中含盾构摊销费用,不含中间风井费用。
2. 2. 1. 3 内径 13. 9 m、外径 15. 2 m 的过江盾构
武汉地铁 7 号线三阳路越江隧道,与公路隧道合建过长江,2013 年设计。 综合指标为 33. 5 万元/ m,不含中间风井,含盾构摊销费用。 此外,2 座中间风井为2. 33 亿元,折合指标为 8. 6 万元/ m。
2. 2. 2 明挖区间
地质、埋深和含钢量是影响明挖区间指标的关键因素。 武汉地区明挖区间的应用范围占比为 8%,应用范围较小。 武汉 7 号线北延线的天阳路站—腾龙大道站明挖段,线路于 2018 年设计,区间形式为明挖区间,指标为 15. 3 万元/ 双延米。 明挖区间的造价控制因素基本与明挖车站一致,故不再重复阐述。
2. 2. 3 矿山区间
矿山区间指标主要受围岩等级影响,围岩等级越高,初期支护措施越强,指标越高。 武汉地区矿山区间的应用范围占比为 2%,仅用于部分地质条件为三级阶地的区域和市郊线,应用范围很小。 武汉 7 号线南延线的纸坊大街站—地铁小镇站,线路于 2015 年设计,区间形式为矿山区间,指标约 11 万元/ 双延米。 矿山区间中,不同围岩等级的单洞单线矿山区间指标如表 4所示。
表 4 不同围岩等级的单洞单线矿山区间指标表
2. 3 供电
2. 3. 1 主变电所的进线电缆长度
主变电所指标与 110 kV 进线长度有关,1 座主变电所引入 2 路 110 kV 电源,以保证供电可靠性和供电质量。 110 kV 进线长短与主变电所到上级城市电网电源的距离相关。
110 kV 进线指标与敷设方式有关。 110 kV 进线按敷设方式可分为架空线路和电缆通道,架空线路的指标约为 150 万元/ km,电缆通道(6 孔) 线路指标约为 650 万元/ km。 以武汉地铁 4 号线 1 期工程为例,电缆排管设置 4 根电缆孔+2 根控制电缆孔,共 6 孔;以武汉地铁 11 号线东段未来三路主变电所为例,电缆通道全长约 5 500 m,电缆通道由 20 孔 MPP 塑钢复合电缆排管、电缆井组成,比常规的 6 孔道多 14 孔道,目的是为后期新建主变电所提供共享通道,不再新建电缆通 道。 20 孔 电 缆 通 道 线 路 指 标 约 为 1 403万元/ km,比 6 孔 电 缆 通 道 线 路 指 标 高 约 753 万元/ km。
2. 3. 2 动力照明
车站规模越大,电缆越长,照明区域越多,车站动力照明费用越高,但与面积增加不成正比。
如假设标准地下 2 层车站面积增加 1 倍,经测算,电缆长度将增加约 8 612 m,灯具增加约 1 112 套,镀锌钢管长度增加 19 693 m,配电箱增加 34 个,费用共增加 约 242 万 元。 如 按 面 积 成 正 比 计 算, 需 增加 1 200 万元。
2. 4 车辆基地
2. 4. 1 规模
车辆段的规模一般为 8 ~ 10 万 m2,停车场的规模一般为 3~5 万 m2。 检修库(联合车库)、运用库、综合楼占车辆基地总建筑面积约为 75%,其中检修库(联合车库)、运用库规模主要受近期配属车数量及车辆段功能定位影响。
定修段的检修库(联合车库)一般布置 2 ~ 3 个列位和零部件维修保养作业区,建筑面积一般为 11 000m2 左右。 大/ 架修段的检修库(联合车库) 除了承担本线车辆的大/ 架修任务外,一般还需承担线网中其他2~ 3 条线路的大/ 架修任务,一般在定临修段的基础上,需再增加配置 2~3 列位和相应的零部件维修保养作业区,建筑规模较定临修段的联合车库增加 10 000m2 左右。
运用库月检列位一般配置 2 ~ 3 个,停车列检列位配置由近期配车数量决定,约 1 000 m2/ 列位。
控制检修库、运用库、综合楼的规模,是控制车辆基地造价的关键。
2. 4. 2 物业上盖
城市地铁线路一般将车辆基地设置在市区外围,而车辆基地占地面积达 20 ~ 40 hm2,为了充分利用城市土地资源,武汉利用车辆基地上盖进行物业开发,把发展地铁与房地产业紧密有机结合形成“地铁+物业”的建设模式,实现双赢乃至多赢。 将开发收益用于地铁建设投资和运营亏损补贴,实现地铁的投融资良性循环和可持续发展。 如常青车辆段、野芷湖车辆段和野芷湖停车场的物业上盖。
盖上有建筑用房: 一般设置在非咽喉区域上盖或段内整体上盖,标高为 11. 8 m 左右上盖框架结构。 如不设夹层,其盖板框架土建指标约为 7 006 元/ m2;标高为 14. 8 m 左右上盖开发项目,如不设夹层,其盖板框架土建指标约为 7 554 元/ m2。 夹层土建指标约为1 532 元/ m2。
2. 5 智能化
2. 5. 1 环保
项目环境影响报告书是轨道减振和降噪设计的主要依据,对轨道减振做了如下要求:
1)对于敏感点距外轨中心线为 0 ~ 5 m 或环境振动超标量(VLzmax)≥8 dB,设置钢弹簧浮置板道床或者效果相当的措施。
2)对于敏感建筑物 6 dB≤超标量(VLzmax) < 8dB 或距外轨中心线为 5~ 10 m 的小区,采取橡胶浮置板道床或者效果相当的措施。
3)对于其他环境振动超过标准的环境敏感点,采取GJ-Ⅲ型减振扣件或其他具有同等减振效果的措施。
轨道费用指标与减振措施有关,当不设置减振措施时,轨道指标为 1 360 万元/ 正线 km。 当全线有10%范围需考虑减振,减振措施分别采取减振扣件、橡胶隔振垫整体道床、液态阻尼钢弹簧浮置板道床 3 种方案, 轨 道 指 标 分 别 增 加 17 万 元/ 正 线 km、 154万元/ 正线 km、297 万元/ 正线 km。
2. 5. 2 全自动驾驶
武汉 5 号线采用全自动驾驶新技术,该系统是基于现代计算机、通信、控制和系统集成等技术,实现列车运行全过程自动化,较常规线路增加1 450 万元/ 正线 km。
全自动驾驶新技术费用增加的主要因素如图 3 所示。
图 3 全自动驾驶新技术费用增加的主要因素
1)车辆和信号系统。 车辆是全自动驾驶的核心,比常规列车增加约 150 万元/ 辆,870 万元/ 正线 km;信号主要是提高硬件设备的冗余和可靠性,增加功能,增强接口,增加约 250 万元/ 正线 km。
2)通信和综合监控。 通信增加与车载乘客紧急对讲的功能等,增加约 100 万元/ 正线 km;综合监控增加一套完整的后备控制中心等,增加约 20 万元/ 正线 km。
3)站台门系统。 增加乘客防夹人检测系统,以及对位隔离功能,增加约 1 万元/ 门单元,10 万元/ 正线 km。
4)车辆基地。 优化站场、车库线路的布局,车辆段和停 车 场 停 车 列 检 库 的 面 积 分 别 会 增 加 2 000 ~3 000 m2;增加相应的隔离措施,以及增设门禁系统等。一段一场约增加 3 000 万元,200 万元/ 正线 km。
3 结论与展望
1)地铁建设投资巨大,仅武汉第 4 轮建设规划总投资就达 1 469. 07 亿元。 在投资控制中,必须充分体现 2 ∶ 8 定律,抓住影响 80%工程造价的 20%关键因素,才能达到严控投资的目的。
2)地铁工程中,车站、区间、供电、车辆基地和智能化工程等单项工程的费用,是影响工程造价的主要因素。
3)围护结构形式、地质条件、埋深、含钢量、盾构直径、围岩等级、主变电所引入电缆长度、动力照明、车辆基地规模、物业上盖、环评、全自动驾驶等,是影响工程造价的关键因素。
4)通过控制影响工程造价的主要因素和关键因素,可以达到有效且合理地控制投资的作用。
5)除上述费用占比 75%的主要因素和关键因素之外,部分非关键性因素也对总工程投资有一定影响,如盖挖、半盖挖或者局部盖挖对车站造价的影响,本文不进一步阐述。
6)随着国家新基建的不断推进,各大城市不断积累更加丰富的地铁造价数据。 对影响地铁造价的关键因素的分析,将具有较高的研究价值和更广阔的应用前景。
摘自《隧道建设》