基于BIM 的電力項(xiàng)目成本動(dòng)態(tài)管理研究

陳坤 王悅 任可 林益珊 洪燕 鄭旭 黃智偉

（1.福建億力電力科技有限責(zé)任公司，福州 350000；2.天津大學(xué) 管理與經(jīng)濟(jì)學(xué)部，天津 300072）

引言

近年來(lái)，BIM 技術(shù)已成為國(guó)際建設(shè)管理研究的熱點(diǎn)話(huà)題之一，其作為一種貫穿于基建項(xiàng)目全壽命周期的三維數(shù)字化技術(shù)，支持?jǐn)?shù)據(jù)可視化、多方案模擬仿真、多專(zhuān)業(yè)協(xié)同、全過(guò)程數(shù)據(jù)管理，為工程項(xiàng)目的精細(xì)化管理提供了最強(qiáng)有力的技術(shù)支持。傳統(tǒng) BIM 5D 的思想強(qiáng)調(diào)施工階段的成本控制，不能有效聯(lián)動(dòng)早期規(guī)劃階段的估算、設(shè)計(jì)階段的概算、以及項(xiàng)目投入運(yùn)營(yíng)后的成本進(jìn)行有效整合，因此無(wú)法做到項(xiàng)目全壽命期的動(dòng)態(tài)成本管理。

電力行業(yè)的基建項(xiàng)目的成本管理有較強(qiáng)的行業(yè)特性，很多構(gòu)件種類(lèi)和施工做法不同于民用建筑。由于其涉及的學(xué)科和領(lǐng)域眾多、項(xiàng)目參與方關(guān)系復(fù)雜，工程建設(shè)全過(guò)程中容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的傳遞不完整等問(wèn)題，導(dǎo)致成本管理的難度加大，造成施工過(guò)程中的延期和超支。

針對(duì)上述問(wèn)題，本研究基于以BIM 為基礎(chǔ)的數(shù)字孿生技術(shù)，探索電力工程項(xiàng)目建設(shè)全過(guò)程管理新方式。在清單造價(jià)理論的基礎(chǔ)上，提出“BIM 清單理論”，建立不同階段基于BIM 技術(shù)的造價(jià)清單數(shù)據(jù)模板，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建項(xiàng)目全壽命期動(dòng)態(tài)聯(lián)動(dòng)造價(jià)體系，支持整體電力行業(yè)基建項(xiàng)目的成本動(dòng)態(tài)管理。

1 BIM 5D 技術(shù)概況

1.1 BIM 5D 技術(shù)

BIM 4D（三維空間+時(shí)間）是在創(chuàng)建BIM 三維空間信息模型后，向不同組件添加實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和程序指令，為項(xiàng)目生成準(zhǔn)確的時(shí)間程序數(shù)據(jù)的過(guò)程。BIM 5D（三維空間+時(shí)間+成本）是在BIM 4D 模型的基礎(chǔ)上進(jìn)一步產(chǎn)生精確的成本造價(jià)信息的過(guò)程[1]。BIM 5D 技術(shù)基于可靠的4D 程序數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)的合同造價(jià)數(shù)據(jù)信息，全過(guò)程跟蹤項(xiàng)目發(fā)生成本并進(jìn)行成本預(yù)測(cè)。便于編制成本報(bào)表，實(shí)時(shí)進(jìn)行概算、預(yù)算和成本費(fèi)用對(duì)比分析，減輕成本管理人員的工作負(fù)擔(dān)。

1.2 BIM 技術(shù)在項(xiàng)目全生命周期管理的作用

工程項(xiàng)目的生命周期劃分為以下幾個(gè)階段：決策階段、設(shè)計(jì)階段、施工階段和運(yùn)行維護(hù)階段。BIM 技術(shù)的可視化功能、信息化手段和協(xié)同能力保證了其在項(xiàng)目各階段都能發(fā)揮作用。在項(xiàng)目規(guī)劃決策及設(shè)計(jì)階段，利用BIM 技術(shù)可以對(duì)擬建項(xiàng)目的整體情況進(jìn)行直觀了解，進(jìn)而分析建筑方案及投資成本，提升環(huán)境及經(jīng)濟(jì)效益，全方位評(píng)價(jià)各種備選方案[2]。通過(guò)利用BIM 5D 模擬功能，在項(xiàng)目施工階段可以實(shí)時(shí)獲取項(xiàng)目整體的投資情況，這有助于建設(shè)單位做出明智決策并合理控制投資[3]。在項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)管理階段，運(yùn)用BIM技術(shù)可以快速獲取有關(guān)建筑使用性能及財(cái)務(wù)等方面的實(shí)時(shí)信息，這有助于降低運(yùn)營(yíng)成本并提升管理水平[4]。

2 電力基建領(lǐng)域成本管理理論

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外針對(duì)電力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的成本管理研究還較少。陳雅靜[5]在分析電力工程項(xiàng)目的決策立項(xiàng)、預(yù)算管理及實(shí)施流程等方面時(shí)，提出了具體的成本管理控制方法，對(duì)電網(wǎng)公司的成本管理有一定的借鑒意義。張進(jìn)[6]對(duì)項(xiàng)目建設(shè)中成本控制的重要性進(jìn)行分析，闡述了電力工程項(xiàng)目全壽命周期的成本管理方法，針對(duì)實(shí)踐建設(shè)中存在的成本管理問(wèn)題提出了解決方法。Kim[7]從進(jìn)度和成本績(jī)效的角度分析了任務(wù)串對(duì)項(xiàng)目成功的影響，通過(guò)連接項(xiàng)目前規(guī)劃和項(xiàng)目執(zhí)行階段任務(wù)開(kāi)發(fā)了一個(gè)連續(xù)的任務(wù)串模型，以提高電力工程建設(shè)項(xiàng)目的績(jī)效。Hanna[8]提出了一種基于掙值法的項(xiàng)目管理系統(tǒng)，允許電力承包商監(jiān)控施工進(jìn)度，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行預(yù)測(cè)，識(shí)別現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的問(wèn)題，并盡早響應(yīng)和反饋，幫助在項(xiàng)目早期檢測(cè)成本超支和進(jìn)度延誤，從而使項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)能夠及時(shí)采取糾正措施。但幾乎沒(méi)有研究具體介紹基于BIM 技術(shù)的電力行業(yè)基建項(xiàng)目成本動(dòng)態(tài)管理方法。

3 BIM 電力基建項(xiàng)目成本動(dòng)態(tài)管理方案設(shè)計(jì)

成本管理需要充分的信息支持決策，由于BIM 模型提供了相應(yīng)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，并且可以用于存儲(chǔ)后期數(shù)據(jù)，所以將BIM 模型信息與成本管理所需的信息進(jìn)行對(duì)接是必要的。通過(guò)利用BIM 模型作為數(shù)據(jù)載體，與成本定額管理相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了工程項(xiàng)目全壽命周期的成本動(dòng)態(tài)管理。具體流程如圖1 所示。

圖1 成本管理流程

3.1 項(xiàng)目成本管理分解

項(xiàng)目成本管理的核心是描述從無(wú)到有的構(gòu)建過(guò)程。以層層細(xì)化為核心思想，項(xiàng)目成本管理將任務(wù)項(xiàng)逐層細(xì)分，從擬建構(gòu)筑物細(xì)化至構(gòu)成構(gòu)筑物的構(gòu)件，再?gòu)臉?gòu)件細(xì)化至構(gòu)成構(gòu)件的具體工序。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，成本計(jì)算則是從工序開(kāi)始遞推至擬建構(gòu)筑物的過(guò)程。在電力行業(yè)基建項(xiàng)目中，同一類(lèi)型單位工程的施工過(guò)程是相似的，因此對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行拆分時(shí)并不需要針對(duì)每個(gè)構(gòu)件進(jìn)行，而是對(duì)一類(lèi)構(gòu)件的工序統(tǒng)一進(jìn)行拆分。不同深度成本進(jìn)度計(jì)劃下，任務(wù)劃分細(xì)度如表1 所示。

表1 任務(wù)劃分細(xì)度對(duì)照表

3.2 BIM 模型劃分標(biāo)準(zhǔn)化

目前建筑行業(yè)上大部分項(xiàng)目的 BIM 模型普遍按照樓層和大專(zhuān)業(yè)進(jìn)行劃分，這種劃分方式并沒(méi)有對(duì)專(zhuān)業(yè)單位和施工區(qū)域進(jìn)行細(xì)化劃分，給項(xiàng)目的 BIM 管理帶來(lái)了一定難度。因此，在考慮成本管理和數(shù)據(jù)庫(kù)積累時(shí)，遵循以下兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì) BIM 模型重新進(jìn)行拆分。

（1）按專(zhuān)業(yè)劃分標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)模型內(nèi)包含構(gòu)件所屬的專(zhuān)業(yè)對(duì)模型進(jìn)行拆分，具體的拆分細(xì)度標(biāo)準(zhǔn)可以根據(jù)建模目的和工程合同界面來(lái)確定。同時(shí)，拆分的原則應(yīng)參考《建筑工程施工質(zhì)量驗(yàn)收統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB50300-2013）的分類(lèi)以及模型深度等級(jí)（Level of Detail, LOD）[9]，如表2 所示。

表2 BIM 主體結(jié)構(gòu)施工任務(wù)劃分細(xì)度標(biāo)準(zhǔn)示例

（2）按空間劃分標(biāo)準(zhǔn)。模型的豎向區(qū)域通過(guò)樓層進(jìn)行拆分，平面區(qū)域在BIM 平臺(tái)上進(jìn)行拆分，而不在BIM模型原文件中拆分構(gòu)件，以減少工作量[10]。拆分的原則主要依據(jù)項(xiàng)目施工部署和項(xiàng)目具體設(shè)計(jì)情況，根據(jù)模型需求選擇不同的拆分深度，為動(dòng)態(tài)成本管理奠定基礎(chǔ)。

3.3 基于BIM 的成本動(dòng)態(tài)管理體系建立

成本動(dòng)態(tài)管理體系是在BIM5D 模型各項(xiàng)數(shù)據(jù)和“算量管理”模塊的基礎(chǔ)上，對(duì)工程算量進(jìn)行組價(jià)。由于“算量管理”模塊只計(jì)算實(shí)體量，需要通過(guò)公式將材料扣減和損耗等因素添加到成本中。一旦設(shè)定好成本計(jì)劃模板，隨著模型更新，BIM 平臺(tái)能自動(dòng)捕捉到變化，并更新成本計(jì)劃以便項(xiàng)目管理者進(jìn)行對(duì)比分析。

根據(jù)成本管理規(guī)則，本文選擇掙值法進(jìn)行成本控制。通過(guò)BIM 信息庫(kù)建立成本控制體系，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)際發(fā)生的各分項(xiàng)成本進(jìn)行成本動(dòng)態(tài)控制分析，如圖2 所示[11]。

圖2 成本動(dòng)態(tài)控制工作圖

（1）施工前成本預(yù)算

在施工準(zhǔn)備階段，為了確保項(xiàng)目成本目標(biāo)不偏離，項(xiàng)目管理成員可以利用BIM 數(shù)據(jù)庫(kù)中類(lèi)似其他相關(guān)項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合建設(shè)目標(biāo)和項(xiàng)目自身要求，制定合理的項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)度和工程成本計(jì)劃。對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)因素，應(yīng)該分類(lèi)并提前制定預(yù)防風(fēng)險(xiǎn)策略。特別是對(duì)于那些具有較大成本影響的因素，應(yīng)該提前設(shè)定具體的問(wèn)題解決方案，并強(qiáng)調(diào)事前預(yù)警和控制，以確保項(xiàng)目成本目標(biāo)不會(huì)發(fā)生偏移。

（2）成本動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

施工階段是成本產(chǎn)生的主要階段，為了更好的監(jiān)測(cè)成本，需要將進(jìn)度監(jiān)測(cè)和成本監(jiān)測(cè)相結(jié)合。此外，為了提高發(fā)現(xiàn)偏差的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，需要確保每個(gè)構(gòu)件完成的信息能夠及時(shí)輸入到系統(tǒng)中進(jìn)行監(jiān)測(cè)。而在成本監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，成本控制程度是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。該程度會(huì)根據(jù)掙值法中的成本費(fèi)用偏差系數(shù)（CDI）來(lái)劃分監(jiān)測(cè)區(qū)間，并將偏差程度與控制級(jí)別對(duì)應(yīng)起來(lái)，如表3 所示。CDI=(BCWP―ACWP) /BCWP=CV/BCWP（BCWS 指計(jì)劃工作預(yù)算成本；BCWP 指實(shí)際完成工作的預(yù)算成本；ACWP 指實(shí)際完成工作的實(shí)際成本；CV 費(fèi)用偏差）[12]。

表3 成本控制程度

（3）成本糾偏預(yù)控

電力基建項(xiàng)目開(kāi)發(fā)成本的特點(diǎn)決定了成本糾偏需要著重關(guān)注施工成本的預(yù)控制。因此，在實(shí)施階段，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注直接費(fèi)用的人工、材料及機(jī)械等方面，并采取相應(yīng)的成本控制措施[13]。

4 模板示例

基于上述所述，建筑可以拆分為若干個(gè)項(xiàng)目，項(xiàng)目又可以拆分為若干個(gè)構(gòu)件，每個(gè)構(gòu)件又有自己的工序，工序又由對(duì)應(yīng)的人材機(jī)組成。隨著施工過(guò)程的不斷推進(jìn)，可以得到不同工序下人材機(jī)的花費(fèi)，這是工程項(xiàng)目的實(shí)際成本。用這個(gè)實(shí)際花費(fèi)去更新之前方案和設(shè)計(jì)階段的估算價(jià)格，可以實(shí)現(xiàn)成本的動(dòng)態(tài)修正。

參考工程量清單計(jì)價(jià)模式，按照四級(jí)編碼進(jìn)行分類(lèi)，000 為擬建建筑物模型，A 為項(xiàng)目分類(lèi)的一級(jí)編碼，A10 為構(gòu)件級(jí)別的二級(jí)編碼，A1010 為工序級(jí)別的三級(jí)編碼，A101010 為對(duì)應(yīng)“人材機(jī)”的四級(jí)編碼。

圖3 以電力基建項(xiàng)目某地下室（A）的鋼筋混凝土墻（A10）為例，具體展示工序級(jí)別下的計(jì)價(jià)方法，為后續(xù)全壽命周期造價(jià)提供了一個(gè)可以參考的模板。

圖3 BIM 模型信息與編碼體系

如圖3 所示，黑色字體為文字解釋?zhuān){(lán)色字體為具體實(shí)例的代入數(shù)值。鋼混墻可以拆分為4 個(gè)工序：A1010 支模板、A1020 綁鋼筋、A1030 澆混凝土、A1040 面層養(yǎng)護(hù)。

支模板的工程量可以從BIM 模型中導(dǎo)出，數(shù)值為1 284.90；消耗量默認(rèn)為1；損耗率默認(rèn)為1；則計(jì)價(jià)工程量：

將支模板這一工序繼續(xù)拆分為人材機(jī)。

4.1 材料

支模板這一工序需要三種材料：組合鋼模板、鋼支撐及配件和零星卡具。

（1）組合鋼模板

由公式(1)可知，“組合鋼模板”的模型導(dǎo)出量x111：

消耗量w111為每單位鋼混墻需要多少組合鋼模板，根據(jù)定額可知：w111=0.72。損耗率r111默認(rèn)為1，“組合鋼模板”的計(jì)價(jià)工程量x111′：

單位成本為“組合鋼模板”的市場(chǎng)價(jià)格：c111。成本：c111=85

（2）鋼支撐及配件

由公式（1）可知，“鋼支撐及配件”的的模型導(dǎo)出量x112：

消耗量w112為每單位鋼混墻需要多少鋼支撐及配件，依據(jù)定額：w112=0.25。損耗率r112默認(rèn)為1，“鋼支撐及配件”的計(jì)價(jià)工程量x112′：

單位成本c112為“鋼支撐及配件”的市場(chǎng)價(jià)格，c112=3.80。成本Tc112：

（3）零星卡具

由公式(1)可知，“零星卡具”的的模型導(dǎo)出量x113：

消耗量為每單位鋼混墻需要多少零星卡具，依據(jù)定額：w113=0.44，損耗率r113默認(rèn)為1?！傲阈强ň摺钡挠?jì)價(jià)工程量x113′：

單位成本c113為“零星卡具”的市場(chǎng)價(jià)格，c113=4.90。成本Tc113：

4.2 人工

由公式(1)可知，“模板工”的工程量x12：

消耗量w12為每單位鋼混墻支模板需要多少工日的模板工，依據(jù)定額：w12=0.20。損耗率r12默認(rèn)為1?！澳０骞ぁ钡挠?jì)價(jià)工程量x1′2：

單位成本c12為市場(chǎng)上模板工每工日的工資，c12=250 。成本Tc12：

4.3 機(jī)械

由公式(1)可知，“木工圓鋸機(jī)500mm”的工程量x13：

消耗量w13為每單位鋼混墻支模板需要多少臺(tái)班的機(jī)械，依據(jù)定額：w13=0.00009，損耗率r13默認(rèn)為1?！澳竟A鋸機(jī)500mm”的計(jì)價(jià)工程量x1′3：

單位成本c13為市場(chǎng)上“木工圓鋸機(jī)500mm”每臺(tái)班的費(fèi)用，c13=290.5。成本Tc13：

4.4 總成本

由公式(4)、(7)、(10)、(13)、(16)可知，“支模板”這一工序的總成本T1c：

單位成本1c：

“綁鋼筋”“澆混凝土”和“面層養(yǎng)護(hù)”這三個(gè)工序下人材機(jī)的劃分與計(jì)價(jià)過(guò)程和“支模板”類(lèi)似，在此不做過(guò)多說(shuō)明。

4.5 成本動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

下一步，根據(jù)計(jì)算的工程量和工程成本，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)情況，可以利用掙值法對(duì)成本數(shù)據(jù)（BCWP、BCWS、ACWP）產(chǎn)生的進(jìn)度-資金曲線進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，如圖4 所示。

圖4 進(jìn)度成本分析圖

4.6 成本糾偏

根據(jù)圖4 計(jì)算CDI（成本費(fèi)用偏差系數(shù)）顯示，第1～2 周的CDI 值較高。針對(duì)這一情況，項(xiàng)目經(jīng)理可以查看項(xiàng)目成本曲線圖，并召開(kāi)成本專(zhuān)題會(huì)議，與相關(guān)人員一起對(duì)成本問(wèn)題進(jìn)行原因分析。針對(duì)偏差的原因，可以從員工、機(jī)器、原材料、方法、環(huán)境等方面進(jìn)行聯(lián)合分析。在找出問(wèn)題的根本原因后，項(xiàng)目經(jīng)理可以組織BIM 小組進(jìn)行二次深化分析以解決該偏差問(wèn)題。

5 結(jié)語(yǔ)與展望

本文基于BIM 5D 技術(shù)和項(xiàng)目成本管理理論，在清單計(jì)價(jià)理論的基礎(chǔ)上，為電力行業(yè)基建項(xiàng)目建立了可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)管理功能的清單造價(jià)數(shù)據(jù)模板，構(gòu)建了項(xiàng)目全壽命周期的成本管控體系。與傳統(tǒng)的施工項(xiàng)目成本管理模式相比，全生命周期的成本管控體系建立在成本預(yù)測(cè)模塊的基礎(chǔ)上，將項(xiàng)目成本層層細(xì)化分解，依托于BIM 技術(shù)，對(duì)有關(guān)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的更新，從而可以對(duì)成本進(jìn)行動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)，便于管理人員對(duì)成本進(jìn)行糾偏。

本文的研究局限主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：

（1）本文主要以2017 遼寧省《房屋建筑與裝飾工程定額》為標(biāo)準(zhǔn)編制模板內(nèi)容。未來(lái)可以參考其他省份的定額要求，編制更多模板，以此擴(kuò)大可應(yīng)用范圍，提高模板的使用價(jià)值；

（2）本文編制的定額項(xiàng)目有限，不同項(xiàng)目對(duì)于工序下人材機(jī)的使用有不同的選擇，未來(lái)的研究可以擴(kuò)展更多信息，考慮不同定額下的具體情況；

（3）本文的研究對(duì)象針對(duì)的是電力基建項(xiàng)目，未來(lái)研究可以擴(kuò)展到不同行業(yè)背景下的建筑項(xiàng)目。