基于BIM 的電力項目成本動態管理研究

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任公司，福州 350000；2.天津大學 管理與經濟學部，天津 300072）

引言

近年來，BIM 技術已成為國際建設管理研究的熱點話題之一，其作為一種貫穿于基建項目全壽命周期的三維數字化技術，支持數據可視化、多方案模擬仿真、多專業協同、全過程數據管理，為工程項目的精細化管理提供了最強有力的技術支持。傳統 BIM 5D 的思想強調施工階段的成本控制，不能有效聯動早期規劃階段的估算、設計階段的概算、以及項目投入運營后的成本進行有效整合，因此無法做到項目全壽命期的動態成本管理。

電力行業的基建項目的成本管理有較強的行業特性，很多構件種類和施工做法不同于民用建筑。由于其涉及的學科和領域眾多、項目參與方關系復雜，工程建設全過程中容易出現數據和信息的傳遞不完整等問題，導致成本管理的難度加大，造成施工過程中的延期和超支。

針對上述問題，本研究基于以BIM 為基礎的數字孿生技術，探索電力工程項目建設全過程管理新方式。在清單造價理論的基礎上，提出“BIM 清單理論”，建立不同階段基于BIM 技術的造價清單數據模板，并在此基礎上構建項目全壽命期動態聯動造價體系，支持整體電力行業基建項目的成本動態管理。

1 BIM 5D 技術概況

1.1 BIM 5D 技術

BIM 4D（三維空間+時間）是在創建BIM 三維空間信息模型后，向不同組件添加實時數據和程序指令，為項目生成準確的時間程序數據的過程。BIM 5D（三維空間+時間+成本）是在BIM 4D 模型的基礎上進一步產生精確的成本造價信息的過程[1]。BIM 5D 技術基于可靠的4D 程序數據和實時的合同造價數據信息，全過程跟蹤項目發生成本并進行成本預測。便于編制成本報表，實時進行概算、預算和成本費用對比分析，減輕成本管理人員的工作負擔。

1.2 BIM 技術在項目全生命周期管理的作用

工程項目的生命周期劃分為以下幾個階段：決策階段、設計階段、施工階段和運行維護階段。BIM 技術的可視化功能、信息化手段和協同能力保證了其在項目各階段都能發揮作用。在項目規劃決策及設計階段，利用BIM 技術可以對擬建項目的整體情況進行直觀了解，進而分析建筑方案及投資成本，提升環境及經濟效益，全方位評價各種備選方案[2]。通過利用BIM 5D 模擬功能，在項目施工階段可以實時獲取項目整體的投資情況，這有助于建設單位做出明智決策并合理控制投資[3]。在項目運營管理階段，運用BIM技術可以快速獲取有關建筑使用性能及財務等方面的實時信息，這有助于降低運營成本并提升管理水平[4]。

2 電力基建領域成本管理理論

當前國內外針對電力基礎設施建設的成本管理研究還較少。陳雅靜[5]在分析電力工程項目的決策立項、預算管理及實施流程等方面時，提出了具體的成本管理控制方法，對電網公司的成本管理有一定的借鑒意義。張進[6]對項目建設中成本控制的重要性進行分析，闡述了電力工程項目全壽命周期的成本管理方法，針對實踐建設中存在的成本管理問題提出了解決方法。Kim[7]從進度和成本績效的角度分析了任務串對項目成功的影響，通過連接項目前規劃和項目執行階段任務開發了一個連續的任務串模型，以提高電力工程建設項目的績效。Hanna[8]提出了一種基于掙值法的項目管理系統，允許電力承包商監控施工進度，對項目進行預測，識別現場發生的問題，并盡早響應和反饋，幫助在項目早期檢測成本超支和進度延誤，從而使項目團隊能夠及時采取糾正措施。但幾乎沒有研究具體介紹基于BIM 技術的電力行業基建項目成本動態管理方法。

3 BIM 電力基建項目成本動態管理方案設計

成本管理需要充分的信息支持決策，由于BIM 模型提供了相應的數據基礎，并且可以用于存儲后期數據，所以將BIM 模型信息與成本管理所需的信息進行對接是必要的。通過利用BIM 模型作為數據載體，與成本定額管理相結合，實現了工程項目全壽命周期的成本動態管理。具體流程如圖1 所示。

圖1 成本管理流程

3.1 項目成本管理分解

項目成本管理的核心是描述從無到有的構建過程。以層層細化為核心思想，項目成本管理將任務項逐層細分，從擬建構筑物細化至構成構筑物的構件，再從構件細化至構成構件的具體工序。實際應用時，成本計算則是從工序開始遞推至擬建構筑物的過程。在電力行業基建項目中，同一類型單位工程的施工過程是相似的，因此對施工過程進行拆分時并不需要針對每個構件進行，而是對一類構件的工序統一進行拆分。不同深度成本進度計劃下，任務劃分細度如表1 所示。

表1 任務劃分細度對照表

3.2 BIM 模型劃分標準化

目前建筑行業上大部分項目的 BIM 模型普遍按照樓層和大專業進行劃分，這種劃分方式并沒有對專業單位和施工區域進行細化劃分，給項目的 BIM 管理帶來了一定難度。因此，在考慮成本管理和數據庫積累時，遵循以下兩個標準對 BIM 模型重新進行拆分。

（1）按專業劃分標準。根據模型內包含構件所屬的專業對模型進行拆分，具體的拆分細度標準可以根據建模目的和工程合同界面來確定。同時，拆分的原則應參考《建筑工程施工質量驗收統一標準》（GB50300-2013）的分類以及模型深度等級（Level of Detail, LOD）[9]，如表2 所示。

表2 BIM 主體結構施工任務劃分細度標準示例

（2）按空間劃分標準。模型的豎向區域通過樓層進行拆分，平面區域在BIM 平臺上進行拆分，而不在BIM模型原文件中拆分構件，以減少工作量[10]。拆分的原則主要依據項目施工部署和項目具體設計情況，根據模型需求選擇不同的拆分深度，為動態成本管理奠定基礎。

3.3 基于BIM 的成本動態管理體系建立

成本動態管理體系是在BIM5D 模型各項數據和“算量管理”模塊的基礎上，對工程算量進行組價。由于“算量管理”模塊只計算實體量，需要通過公式將材料扣減和損耗等因素添加到成本中。一旦設定好成本計劃模板，隨著模型更新，BIM 平臺能自動捕捉到變化，并更新成本計劃以便項目管理者進行對比分析。

根據成本管理規則，本文選擇掙值法進行成本控制。通過BIM 信息庫建立成本控制體系，并結合現場施工實際發生的各分項成本進行成本動態控制分析，如圖2 所示[11]。

圖2 成本動態控制工作圖

（1）施工前成本預算

在施工準備階段，為了確保項目成本目標不偏離，項目管理成員可以利用BIM 數據庫中類似其他相關項目的經驗數據，結合建設目標和項目自身要求，制定合理的項目實施進度和工程成本計劃。對于風險因素，應該分類并提前制定預防風險策略。特別是對于那些具有較大成本影響的因素，應該提前設定具體的問題解決方案，并強調事前預警和控制，以確保項目成本目標不會發生偏移。

（2）成本動態監測

施工階段是成本產生的主要階段，為了更好的監測成本，需要將進度監測和成本監測相結合。此外，為了提高發現偏差的準確性和及時性，需要確保每個構件完成的信息能夠及時輸入到系統中進行監測。而在成本監測的過程中，成本控制程度是一個重要的環節。該程度會根據掙值法中的成本費用偏差系數（CDI）來劃分監測區間，并將偏差程度與控制級別對應起來，如表3 所示。CDI=(BCWP―ACWP) /BCWP=CV/BCWP（BCWS 指計劃工作預算成本；BCWP 指實際完成工作的預算成本；ACWP 指實際完成工作的實際成本；CV 費用偏差）[12]。

表3 成本控制程度

（3）成本糾偏預控

電力基建項目開發成本的特點決定了成本糾偏需要著重關注施工成本的預控制。因此，在實施階段，應重點關注直接費用的人工、材料及機械等方面，并采取相應的成本控制措施[13]。

4 模板示例

基于上述所述，建筑可以拆分為若干個項目，項目又可以拆分為若干個構件，每個構件又有自己的工序，工序又由對應的人材機組成。隨著施工過程的不斷推進，可以得到不同工序下人材機的花費，這是工程項目的實際成本。用這個實際花費去更新之前方案和設計階段的估算價格，可以實現成本的動態修正。

參考工程量清單計價模式，按照四級編碼進行分類，000 為擬建建筑物模型，A 為項目分類的一級編碼，A10 為構件級別的二級編碼，A1010 為工序級別的三級編碼，A101010 為對應“人材機”的四級編碼。

圖3 以電力基建項目某地下室（A）的鋼筋混凝土墻（A10）為例，具體展示工序級別下的計價方法，為后續全壽命周期造價提供了一個可以參考的模板。

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，藍色字體為具體實例的代入數值。鋼混墻可以拆分為4 個工序：A1010 支模板、A1020 綁鋼筋、A1030 澆混凝土、A1040 面層養護。

支模板的工程量可以從BIM 模型中導出，數值為1 284.90；消耗量默認為1；損耗率默認為1；則計價工程量：

將支模板這一工序繼續拆分為人材機。

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，根據定額可知：w111=0.72。損耗率r111默認為1，“組合鋼模板”的計價工程量x111′：

單位成本為“組合鋼模板”的市場價格：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，依據定額：w112=0.25。損耗率r112默認為1，“鋼支撐及配件”的計價工程量x112′：

單位成本c112為“鋼支撐及配件”的市場價格，c112=3.80。成本Tc112：

（3）零星卡具

由公式(1)可知，“零星卡具”的的模型導出量x113：

消耗量為每單位鋼混墻需要多少零星卡具，依據定額：w113=0.44，損耗率r113默認為1?！傲阈强ň摺钡挠媰r工程量x113′：

單位成本c113為“零星卡具”的市場價格，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，依據定額：w12=0.20。損耗率r12默認為1?！澳０骞ぁ钡挠媰r工程量x1′2：

單位成本c12為市場上模板工每工日的工資，c12=250 。成本Tc12：

4.3 機械

由公式(1)可知，“木工圓鋸機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班的機械，依據定額：w13=0.00009，損耗率r13默認為1?！澳竟A鋸機500mm”的計價工程量x1′3：

單位成本c13為市場上“木工圓鋸機500mm”每臺班的費用，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“面層養護”這三個工序下人材機的劃分與計價過程和“支模板”類似，在此不做過多說明。

4.5 成本動態監測

下一步，根據計算的工程量和工程成本，結合施工現場情況，可以利用掙值法對成本數據（BCWP、BCWS、ACWP）產生的進度-資金曲線進行動態監測，如圖4 所示。

圖4 進度成本分析圖

4.6 成本糾偏

根據圖4 計算CDI（成本費用偏差系數）顯示，第1～2 周的CDI 值較高。針對這一情況，項目經理可以查看項目成本曲線圖，并召開成本專題會議，與相關人員一起對成本問題進行原因分析。針對偏差的原因，可以從員工、機器、原材料、方法、環境等方面進行聯合分析。在找出問題的根本原因后，項目經理可以組織BIM 小組進行二次深化分析以解決該偏差問題。

5 結語與展望

本文基于BIM 5D 技術和項目成本管理理論，在清單計價理論的基礎上，為電力行業基建項目建立了可以實現動態管理功能的清單造價數據模板，構建了項目全壽命周期的成本管控體系。與傳統的施工項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測模塊的基礎上，將項目成本層層細化分解，依托于BIM 技術，對有關的數據信息進行實時的更新，從而可以對成本進行動態的監測，便于管理人員對成本進行糾偏。

本文的研究局限主要體現在三個方面：

（1）本文主要以2017 遼寧省《房屋建筑與裝飾工程定額》為標準編制模板內容。未來可以參考其他省份的定額要求，編制更多模板，以此擴大可應用范圍，提高模板的使用價值；

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

（3）本文的研究對象針對的是電力基建項目，未來研究可以擴展到不同行業背景下的建筑項目。