基于變電站三維設計模型的進度造價管理*

林立鵬，郭晉芳，唐繼朋，李盛偉，韓曉罡

(國網天津市電力公司 a.建設部，b.經濟技術研究院，天津 300000)

國家經濟需要電力工業的穩定支撐，隨著總用電量需求不斷提高，需要加快電力生產的發展速度.電力系統中變電站是核心內容，其通過變壓器可以結合不同級的所有電網，將電壓實施改動和管制[1]，接收電能并將該電能進行合理安排.為了加強電力建設項目的流程管理，國內外許多學者進行了該方向的研究，比較具有代表性的是BIM(building information modeling)技術，該技術通過建立項目的工程信息模型，向所有參與者提供信息交流和共享的平臺，從而增強項目管理的便利性和可視化程度，極大地提高了項目的管理水平和項目效益.然而，現有的BIM技術沒有科學地限制項目的施工費用，仍存在較大的優化空間.為了合理地解決這一問題，本文使用Revit2014軟件設計變電站的三維模型，并通過添加時間變量，獲得基于BIM技術的變電站4D進度管理模型，從而實時監控變電站工程項目的施工狀態[2]；在變電站4D進度管理模型的基礎上，加入造價變量，從而建立了項目的5D進度造價管理模型，提高了變電站工程項目的管理水平、施工效率和項目利潤.

1 三維設計模型的進度造價管理

1.1 變電站三維模型設計

建筑和結構是變電站的核心內容，墻、柱、梁、門窗以及屋頂等共同組成變電站的建筑成分，配筋、基礎結構以及電氣工程等組成變電站的結構成分.變電站的三維建模步驟如圖1所示.

圖1 變電站的三維建模步驟

1.2 變電站建模要點

1.2.1 主體建筑

變電樓是變電站的主體建筑，其具有開關室、電容器間以及生活間等房間，變電樓下面需要策劃電纜溝.電纜溝普遍通過墻與樓板制作，電纜溝的地面是概算定額的取費細目，其主要依據建筑軸線的尺寸面積計算收費.而預算定額則是根據溝體的體積計算工程量，再采用變電站體量建模實現體量的體積與表面積計算.

1.2.2 主體結構

對構件實施配筋操作是主體結構的核心內容.構件配筋由Revit軟件的速博插件操作，該插件可實現基礎的配筋粗操作，后期可進行簡單的人工調節，還可采用Tekla軟件對復雜的鋼結構進行鋼筋的細致建模及預制加工，使變電站的工程費用減少.

1.2.3 附屬建筑

泵房、蓄水池以及事故油池構成了變電站的附屬建筑.建模繪制時，可依據工程需求來選擇合適的樓層平面.采用制作變電樓的方式進行泵房的制作；利用“樓板”工具調整材質屬性制作蓄水池中的水；采取人工構建族實現事故油池的制作.

1.2.4 構建族庫

在變電站三維模型設計中，主要通過族來制作模型中的大部分圖元.族具有可調節的參數，對項目中圖元尺寸和材質等重要屬性起到決定性作用.當信息量巨大時，族參數也會較多，各種族文件可通過拉伸、融合、旋轉、放樣、放樣融合這五項功能生成[3].變壓器、絕緣子以及開關柜等均是變電站族庫中的一部分.

1.2.5 計算工程量

基于BIM進行變電站建模的費用計算時，直接選用BIM獲取項目工程明細表，明細信息如表1所示.將該表作為收費標準時，容易存在較大的計算誤差，為減少誤差需要前饋控制，即了解定額計算規則，并根據該規則進行建模[4].最終得到的模型可以在設計初期對工程量誤差進行有效控制，此方法后期工作量較低，得到的工程量準確性較高.

表1 項目工程明細

1.3 BIM4D變電站進度管理模型

將構建的變電站三維模型加入時間變量，即將全部構件均賦予時間參數[5]，得到BIM4D變電站進度管理模型.現實中項目的施工進度便可通過BIM4D管理模型在可視化設備的操作下進行實時模擬.模型可實現項目進度方案監測與改進.評標人員還可通過該模型更容易掌握投標單位對變電站施工具體的資源安排、施工方式、整體方案等信息，初步評估投標單位的施工能力[6].管理人員可通過該模型有效地實施方案和工作次序調整等工作，并改正錯誤的工作次序和問題.圖2模擬了變電站工程項目的部分施工流程，展示了此項目的材料消耗和實施方案.為了監測該施工項目的具體進度，變電站的BIM模型融入了時間變量，建立了4D的進度管理模型.該模型的模擬監測情況如圖3所示，根據圖3所示的模擬結果可知，目前該項目的模擬監測狀態是延遲完成，而延誤的地點主要存在于2層-1處，其他施工地點基本都可以按時完成.

圖2 施工進度模擬

1.4 變電工程進度造價管理的5D管理模式

在融合時間變量BIM4D變電站進度管理模型的基礎上，融入造價變量，獲取變電站工程進度造價管理的5D管理模式.為使模型高效檢測所有工種間的工作編排以及全部班組在時間與空間上安排的合理性，需在構建模型時將所有施工班組及其工作范圍確定[7]，最終獲取變電站工程進度造價管理的BIM5D模型.該模型匯總了工程量、工程進度以及費用支出等項目成本數據，可以統計整體項目的支出，查看指定時期的支出詳情以及該時期的人力、材料及使用設備等施工狀態.分析該時期成本和進度與預期的差異，實現變電站施工過程中各項目的準確預算以及實時造價管理[8].

圖3 施工進度管理(1F～6F)

1.5 變電站工程造價全過程

變電站工程在決策時期根據以往工程數據庫中的數據和相關報告對本次工程做投資估算.設計概算在初期設計時通過設計圖進行計算；施工圖預算基于招標時期的設計圖紙，通過工程造價軟件進行計算[9]；工程造價在施工時期通過變電站作業完成的工程量計算；整個變電站的最終工程造價在竣工時期通過現實工程量價格以及項目工程合同索賠等進行匯總計算[10].圖4描述了變電站工程造價過程.

圖4 變電站工程造價過程

1.6 變電站BIM5D的工程進度造價管理

1.6.1 決策時期

變電站可否精準實現取決于決策時期的具體行為，該時期的管理者需將變電站的整體項目投資進行估算，可通過初始構建的變電站虛擬模型以及相似工程生成的數據庫進行估算[11].

1.6.2 設計時期

變電站通過BIM模型獲取最優方案，變電站工程項目的限額設計通過在BIM模型中加入設計概算得到.后期方案改動造成的耗費可通過碰撞試驗調整，即通過最優方案建立的BIM模型對管道線等碰撞點進行實驗.

1.6.3 招投標時期

建筑方在變電站工程項目的投招標時期，根據工程量清單和項目工程招標的價格實施招標工作.招標價格可通過策劃方案構建的BIM模型得到[12].為提升投標質量，投標者需確定該工程項目的投標價格，該投標價格可通過將企業定額附加到建筑方提供的BIM模型中獲得.

1.6.4 施工時期

1)改進施工組織的策劃方案.在基于BIM5D構建的變電站進度造價管理模型中添加指定的施工段或施工時期，該模型即可匯總此時期的人力、設備、材料的使用情況，即時體現施工進度狀態[13].變電站的工程資源可依據該模型展示的施工進度狀態進行科學劃分，實現流水化以及動態化作業.

2)進度款支付管理.由于結算方式的多樣化并結合施工時的實際環境，后期工程量報備時極易出現虛假謊報，導致整個工程的進度款高于合同價.本文采用的BIM模型構件參數可以通過工程合同以及圖紙得到[14-15]，其具有框圖出量及框圖出價用時短且準確性高的優點，并具備將變電站的造價進度資料提供給相關審核人員作為參考的功能.該造價進度資料主要通過變電站BIM5D的工程進度造價管理模型獲取，首先將該模型的結算日期確定，則模型可自動統計以及分割變電站的工程量，進而得到變電站的造價進度資料.

3)動態成本.變電站BIM5D的工程進度造價管理模型在建設時期便可即時體現出成本金額的動用狀態，建筑方可充分了解成本金的使用過程.該模型的所有成本科目甚至是構件均可通過分解目標金額得到.而目標金額也就是建筑方資金安排計劃中的投資額，在施工時輸入指定的匯總造價后，可對照工程的目標金額，第一時間補救兩者間的偏頗.模型可即時糾正出現的偏頗，依賴于其具有工程合同價、實際價與實時結算價進行對照功能.

4)工程改動管理.變電站工程的施工進度以及工程造價會隨著后期施工時的工程變動而產生變化，改動部位的工程量以及相關部位的工程量都有很大的變動，因此，在工程改動審核時，傳統方法需手動逐步統計所有變更位置的造價，效率低.通過變電站BIM5D的工程進度造價管理模型，對變動位置進行調整后，造價人員閾值相干的位置以及造價信息則會自動進行調整[16]，使變電站工程改動管理更方便快捷.

5)項目竣工結算時期.若采用以往方式在項目竣工進行結算時，計算量多且時間長，主要是由于模型所有構件的計算式均需要人工校對，合同及招標文件的工程量清單也需要人工對照.在變電站BIM5D的工程進度造價管理模型中，則可通過施工時期調整以及優化模型得到真實工程量計算值.變電站的工程框圖出價可在BIM模型中導入綜合單價，最終提高結算效率.

2 實驗分析

2.1 對變電站各項支出的預測

實驗數據選自天津寧河科技城(大王臺)的變電站工程.該工程的主變容量為2×240 MVA，電壓等級包括220、110和35 kV，主要采用全戶內布置的方案，并對主變室、GIS室、開關室、接地電阻室和站用變室等進行布線.此外，該工程還需要進行必要的土建工程，例如，修建東西96 m和南北68 m的圍墻，站區東側和南側均需修建循環道路，站區中部需要修蓋綜合樓(71.02 m×40.5 m)，這些都屬于本文模型的管理內容.通過本文設計的變電站BIM5D的工程進度造價管理模型得到變電站的建筑工程支出、設備購買支出、安裝工程支出以及其他支出的預測數據，并與實際支出進行了對比，結果如圖5所示.

圖5 各項預測與實際支出對比

由圖5可以看出，通過本文變電站BIM5D的工程進度造價管理模型得到的各項支出預測誤差較小，準確度高.

2.2 各項支出預測精度檢測

實驗選用天津寧河科技城(大王臺)的變電站工程造價數據，變量選取土建工程支出、購買設備支出、安裝工程支出以及其他支出，采用本模型對該變電站工程造價進行預測，得到了一系列支出預測數據，本文列舉了這些預測數據與真實工程支出數據的對比情況，如表2～5所示.

表2 土建工程支出預測結果對比

表3 購買設備支出預測結果對比

表4 安裝工程支出預測結果對比

表5 其他支出對比

根據表2～5可知，本文模型所有支出的預測數據具有較高的準確性，與真實工程的支出數據相差不超過5%，這也意味著本文所提模型在支出預測方面非常接近真實的工程項目，具有較強的實用性.

2.3 模型耗能情況檢測

為了證明進度造價管理模型在設計上的可行性和先進性，本文使用同樣的實驗條件，分別統計了傳統BIM模型和本文模型在項目管理各階段所耗費的人力資源及資金情況.需要說明的是，傳統的BIM模型首先將設計和施工等各種項目數據錄入工程的構件屬性中，再利用這些項目數據，形成項目管理方所關注的各種資料，即生成相應的圖表.基于同樣的項目，利用傳統BIM模型和本文模型所需消耗資源對比結果如圖6所示.

圖6 傳統BIM模型與本文模型所耗用的資源

根據圖6中的資源對比結果可知，本文基于變電站三維設計模型的進度造價管理在項目工程中各時期耗費的資金均比傳統BIM模型低.由此說明，本模型節省支出費用，具有應用價值.

3 結 論

本文對基于變電站三維設計模型的進度造價管理進行了研究，通過變電站BIM5D的工程進度造價管理模型建立的變電站進度造價管理系統可以即時展現變電站的具體信息.將所有參與人員合理安排與調整，匯總變電站工程的工程量、工程進度以及消耗的情況，實現了整個工程內各項目支出預算估計及實時造價管理，同時，模型還可以根據指定時期的進度與預期間的差異進行變電站工程的后期調整，使變電站的進度造價管理更方便、高效.