基于BIM的抽水蓄能電站投資控制初探

王金杰 溫家華 王昕

(1.國網新源控股有限公司檢修分公司，北京 100068；2.國網新源控股有限公司技術中心，北京 100161)

0 引言

隨著電網布局和電源結構的調整，抽水蓄能電站(以下簡稱“抽蓄電站”)作為電網調峰填谷、調頻調相、事故備用的重要手段得到了迅猛發展，行業內亦已積累了較成熟的設計、施工、運營等管理經驗。抽蓄電站投資控制是項目管理的重點和難點，受到越來越多的關注。抽蓄電站投資控制周期長，涵蓋項目生命周期的各個階段，與每一個作業環節都息息相關，控制過程中需注重各專業及各參與方的協調配合。因此，要實現抽蓄電站全生命周期投資控制，所需要的投資控制數據及信息量非常大。

BIM的提出與發展為工程項目參建各方在協同工作、信息共享等方面提供了更多的方便與可能。同時，BIM可以實現設計、施工、運營等階段的全過程一體化管理，實現對項目全生命周期管理。

基于BIM 的全生命周期投資控制與傳統投資控制模型相比具有兩個特點：一是BIM模型可以實現項目全生命周期各個階段信息的集成和匯總；二是BIM模型可以讓更多的專業人員在同一個模型上同步協作[1]。

1 BIM理論綜述

1975年，喬治亞理工大學的Chunk Eastman教授提出了BIM的理念，之后Charles Eastman及Jerry Laiserin對BIM的概念進行了更進一步的詳細描述。BIM是基于數字化和可視化技術以實現建設項目相關信息集成與管理的一種方法[2]。

通過BIM技術建立的BIM模型是項目建筑、設備、功能及其他信息的數字表達。在項目全生命周期內，不同參與方通過在BIM系統中添加、更新或提取數據信息，將BIM模型建設為目標項目信息存貯與共享的平臺，以實現多人、多專業、多任務的協同工作。利用BIM模型進行3D模擬、4D模擬(3D+時間進度)、5D(4D+造價控制)模擬、ND模擬，可以有效地幫助設計方、業主、施工方及其他相關方直觀高效地理解項目，輔助檢查設計碰撞分析、能耗分析以及資源計劃分析等，并在BIM模型豐富的參數化特性基礎之上，不斷地進行工程優化。項目竣工驗收后形成的最終BIM模型可用于項目后期運行及維護管理。

2 抽蓄電站投資控制現狀分析

抽蓄電站的工程投資主要由以下部分構成：樞紐工程費、征地移民補償費、獨立費用、基本預備費、價差預備費和建設期利息。

我國抽蓄電站投資控制的主要特點與常規大型水電站類似，如投資金額大、回收周期長、在投資前期會占用大量資金、項目建成后才能產生效益等[3]，主要面臨以下幾方面問題。

2.1 全面投資控制模式未得到有效落實

由于缺乏有效的保障和促進措施，現行的全面投資控制思想在抽蓄電站投資控制中并未發揮實效。縱向上，項目生命周期內各階段投資控制的目的不同，各階段所形成的投資控制數據相對孤立，并沒有基于項目本身形成有效的數據關聯，各階段投資控制重復工作多，造成導致大量人、材、物的浪費；橫向上，建設單位、勘察設計單位、施工單位以及其他參與方缺乏有效的溝通協調機制，各自為政，影響項目投資控制效果。

2.2 投資控制數據分析功能較弱

一是抽蓄行業或項目自身的投資控制數據積累不足，導致分析依據不足；二是準確完整的投資控制數據在項目完工后才能獲得，信息處理遲緩，影響數據分析的時效性；三是傳統的投資控制模型不能實現按空間維度(工作面、施工段、工序、構件等)或時間維度的拆分、統計、分析，影響多算對比、資源計劃分析、變更索賠的高效性及精準性。

2.3 數據積累和共享困難

交互平臺的缺乏，給投資控制數據的積累和共享帶來困難。無論是在行業內，還是就項目自身而言，項目投資控制均處于條塊分割的狀態。信息的流失、傳遞的失誤以及信息數據的零碎化導致信息無法整合和共享，給項目投資控制帶來風險[4]。

3 基于BIM的抽蓄電站投資控制簡介

3.1 基于BIM的抽蓄電站投資控制模型

根據抽蓄電站投資控制的特點與需求，在BIM理論的基礎之上，基于BIM的抽蓄電站投資控制模型如圖1所示。

3.2 基于BIM的抽蓄電站投資控制模式的優勢

3.2.1 切實實現全面(全員、全過程、全方位)投資控制

基于BIM的投資控制模型以計算機技術為基礎，以數據為核心。通過搭建信息共享平臺，連接各方信息，確保與項目相關的所有信息可以在縱橫雙向快速地、通暢地傳遞及共享，為全面投資控制的有效落實提供保障。

3.2.2 提高工程計量的準確度和效率

在參數化的BIM投資控制模型中，概預算專業技術人員只需依據工程量計量規則在計量軟件中調整，系統將自動完成運算，更加精確、快速地輸出工程量信息[5]。

3.2.3 提高資源計劃管理水平

基于BIM的投資控制5D模型能夠實時獲得任意時間段各對象的工作量信息，并可關聯相應軟件對該工作進行成本核算。動態實時監控有益于更加合理地安排資金、人員、材料和機械等。

3.2.4 提高投資控制數據分析能力

BIM模型參數信息豐富，能夠輔助不同階段和不同業務的投資控制分析，從最開始就對模型、投資、流水段、工序和時間等不同維度信息進行關聯和綁定，能夠以最少的時間隨時實現任意維度的統計、分析和決策[6]。

3.2.5 有利于抽蓄電站投資控制信息庫的建設

基于BIM的投資控制模型積累了項目全生命周期的所有信息和數據，保證了信息的完整性和連續性。這些數據幾乎可以實現實時計算、處理、共享和應用，甚至實現報表數據和圖形數據的在線共享[6]。在此基礎上，匯總整理相關數據，便可形成抽蓄電站投資控制信息庫。

4 基于BIM的抽蓄電站投資控制模型的應用

4.1 項目決策階段

決策階段的主要任務是完成蓄能項目投資估算編制與投資方案選擇(包括確定建設規模、建設地點、樞紐工程布置方案和主要建筑物結構形式、主要機電設備型號等)。

投資者可以新建或者在已完抽蓄電站項目的BIM模型上根據擬建項目特點進行抽取、修改、更新，迅速形成不同方案的模型，并通過三維的方式展現。同時，基于BIM的投資控制模型具有豐富的建筑信息、技術參數、工程量信息、成本信息、進度信息、材料信息等，可自動進行不同方案間的工程量、造價等指標數據統計對比，便于投資者更加直觀方便地進行方案比選[7]。

圖1 基于BIM的抽水蓄能電站投資控制模型

調查可知，采用BIM模型進行項目投資估算編制，其精確度很高，偏差控制在3%左右，真正起到控制后期成本的作用[8]。

4.2 設計階段

抽蓄電站項目的相關技術較為復雜，初步設計及施工圖設計的優劣直接影響項目投資控制的成敗。基于BIM的抽蓄電站投資控制模型將為此階段投資控制帶來極大的便利。

4.2.1 基于BIM的限額設計

基于BIM的投資控制模型，能實現對成本費用的實時模擬及核算，同步計算分析所涉及單元的投資，并利用歷史數據及投資指標迅速得出擬建項目的設計概算。在此基礎上，根據投資控制目標對設計方案進行調整，使設計與投資控制有機結合，保證限額設計落在實處。

4.2.2 基于BIM的設計優化

在傳統抽蓄電站建設過程中，建筑專業、金屬結構、設備及水暖電等各專業分開設計，易造成建筑與結構、建筑與安裝以及安裝與安裝之間的沖突。BIM的三維可視功能，能方便地發現各專業的設計錯誤及不同專業間的沖突。在項目實施前，及時進行設計修改，減少后期的設計變更與返工，避免投資的浪費。

同時，基于BIM的投資控制模型支持管理人員在實際建造前使用數字化的設計信息來分析和了解項目性能，從整個項目生命周期角度運用價值工程進行設計優化。

4.2.3 基于BIM的多方溝通與協調

基于BIM的可視化設計交底和3D圖樣會審，可以將各專業在統一的平臺上進行整合，便于參加各方從不同的角度審核圖樣，及時發現錯誤和遺漏，減少因理解錯誤而導致的返工費用[9]。

4.3 招投標階段

根據輸入的計量規則，BIM模型可自動快速、精準地計算工程量，匯總編制工程量清單，并計算工程造價。招標人可據此編制標底或者招標控制價。

招標人在發布招標文件時，可以將BIM模型一并提供給投標者，避免投標者重復計算工程量[10]。評標過程中，評標委員會可借助投標人提交的可視化投標方案更直觀地了解投標人的主要施工方案、施工進度與施工安排，合理評估投標人的施工經驗與實力，選擇合適的施工方，合理轉移投資控制風險。

4.4 施工階段

4.4.1 模擬施工，優化施工方案

抽蓄電站建設過程中，施工區域大，地質結構多樣，施工工序復雜。為保證順利施工，減少返工，在確定中標單位后，施工方可會同分包商共同細化施工方案，通過模擬施工對施工方案進行優化，在實際施工前制定細致可行的施工方案指導實際施工。

4.4.2 實施5D計劃管理

BIM-5D模型集成了抽蓄電站項目的幾何尺寸、物理性質、功能、進度、成本等管理信息。通過模擬施工，確定不同時間節點的施工進度與施工成本，合理安排工期、物資供應、資金計劃，避免材料和資金的無效管理和無序管理，增加資金使用效益。

利用BIM模型可以實時、準確地獲得該時點抽蓄電站項目實際總投資、各構件成本費用以及材料消耗情況。對比5D計劃，可以方便地開展限額領料、多算對比和投資控制分析的工作，實現成本的動態管理，為有效的項目投資控制提供可能。

4.4.3 加速工程計量與進度款支付

在BIM-5D模型中，管理者根據工程實際進度實時更新BIM模型中的數據信息，與工程計量與計價軟件的連接的BIM模型便可同步輸出任意時點、任意施工段、任意構建的工程量與對應的工程款，便于投資方高效準確地審核進度款，合理安排建設資金。

4.4.4 處理工程變更與索賠

如在設計階段就采用BIM技術對圖樣的錯漏缺碰進行檢驗，可在出圖之前進一步提高圖樣的質量，大幅降低工程實施階段的設計變更。后期進行局部變更時，也可通過與BIM模型進行碰撞驗證，使設計變更更加合理有效。

在確定工程變更或索賠費用時，由于共用同一個BIM模型，模型中的變更信息是雙方共同認可的，雙方可以快速核實索賠成立的條件和索賠依據，計算變更工程量，進而合理確定變更或索賠的費用。

4.5 竣工結算階段

抽蓄電站項目工程規模大，工期較長，涉及多個合同方，施工復雜，圖樣繁多，工程變更與現場簽證管理難度大，計量支付次數多，甲供材管理復雜，為項目竣工結算帶來一定難度。

在基于BIM技術進行抽蓄電站項目投資控制時，可以隨著工程進展不斷修改更新BIM模型數據庫，將相關的合同、設計變更、現場簽證、計量支付、材料管理等信息實時錄入與更新，保證結算資料的完備性和規范性。在結算階段，隨工程同步完善的BIM模型可以與工程實體趨向一致，為結算提供更準確的工程量數據，提高結算效率，為客觀合理地進行項目后評價提供數據支持。

4.6 運營階段

BIM模型為建筑物的運營管理階段服務是BIM應用的重要推動力和工作目標[11]。

項目建成后所形成的BIM模型集成了項目有關建筑、材料、設備的全部信息，這些真實、完整的信息是減少設備維護成本、提高運行的安全可靠性的前提。此外，采取過程方法，利用BIM模型實現抽蓄電站規劃、設計、采購、建設、各個流程的數字化，做到各個階段信息的不流失及其功能的充分挖掘是進行數字化抽蓄電站建設的要求之一[12]。

5 結語

基于BIM的抽蓄電站投資控制模型實質上是BIM技術在項目生命周期內投資控制方面的應用，其推廣和應用在我國尚屬于初期，要實現長足發展，一是必須制定相關標準和法規，實現信息篩選、傳遞與共享；二是需要繼續完善BIM技術、工程管理學、施工控制理論以及計算機件的交叉研究及銜接?？梢灶A見，經完善的BIM模型結合全生命周期投資控制理論將促進我國抽蓄電站項目投資控制水平提升至一個新臺階。