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)濟學(xué)部，天津 300072）

引言

近年來，BIM 技術(shù)已成為國際建設(shè)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(shù)字化技術(shù)，支持數(shù)據(jù)可視化、多方案模擬仿真、多專業(yè)協(xié)同、全過程數(shù)據(jù)管理，為工程項目的精細化管理提供了最強有力的技術(shù)支持。傳統(tǒng) BIM 5D 的思想強調(diào)施工階段的成本控制，不能有效聯(lián)動早期規(guī)劃階段的估算、設(shè)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(tài)成本管理。

電力行業(yè)的基建項目的成本管理有較強的行業(yè)特性，很多構(gòu)件種類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、項目參與方關(guān)系復(fù)雜，工程建設(shè)全過程中容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的傳遞不完整等問題，導(dǎo)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(chǔ)的數(shù)字孿生技術(shù)，探索電力工程項目建設(shè)全過程管理新方式。在清單造價理論的基礎(chǔ)上，提出“BIM 清單理論”，建立不同階段基于BIM 技術(shù)的造價清單數(shù)據(jù)模板，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建項目全壽命期動態(tài)聯(lián)動造價體系，支持整體電力行業(yè)基建項目的成本動態(tài)管理。

1 BIM 5D 技術(shù)概況

1.1 BIM 5D 技術(shù)

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

1.2 BIM 技術(shù)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(shè)計階段、施工階段和運行維護階段。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目各階段都能發(fā)揮作用。在項目規(guī)劃決策及設(shè)計階段，利用BIM 技術(shù)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(huán)境及經(jīng)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(shè)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(shù)可以快速獲取有關(guān)建筑使用性能及財務(wù)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(lǐng)域成本管理理論

當(dāng)前國內(nèi)外針對電力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的成本管理研究還較少。陳雅靜[5]在分析電力工程項目的決策立項、預(yù)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(wǎng)公司的成本管理有一定的借鑒意義。張進[6]對項目建設(shè)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(shè)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(wù)串對項目成功的影響，通過連接項目前規(guī)劃和項目執(zhí)行階段任務(wù)開發(fā)了一個連續(xù)的任務(wù)串模型，以提高電力工程建設(shè)項目的績效。Hanna[8]提出了一種基于掙值法的項目管理系統(tǒng)，允許電力承包商監(jiān)控施工進度，對項目進行預(yù)測，識別現(xiàn)場發(fā)生的問題，并盡早響應(yīng)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(shù)的電力行業(yè)基建項目成本動態(tài)管理方法。

3 BIM 電力基建項目成本動態(tài)管理方案設(shè)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(yīng)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，并且可以用于存儲后期數(shù)據(jù)，所以將BIM 模型信息與成本管理所需的信息進行對接是必要的。通過利用BIM 模型作為數(shù)據(jù)載體，與成本定額管理相結(jié)合，實現(xiàn)了工程項目全壽命周期的成本動態(tài)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(gòu)建過程。以層層細化為核心思想，項目成本管理將任務(wù)項逐層細分，從擬建構(gòu)筑物細化至構(gòu)成構(gòu)筑物的構(gòu)件，再從構(gòu)件細化至構(gòu)成構(gòu)件的具體工序。實際應(yīng)用時，成本計算則是從工序開始遞推至擬建構(gòu)筑物的過程。在電力行業(yè)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(gòu)件進行，而是對一類構(gòu)件的工序統(tǒng)一進行拆分。不同深度成本進度計劃下，任務(wù)劃分細度如表1 所示。

表1 任務(wù)劃分細度對照表

3.2 BIM 模型劃分標(biāo)準化

目前建筑行業(yè)上大部分項目的 BIM 模型普遍按照樓層和大專業(yè)進行劃分，這種劃分方式并沒有對專業(yè)單位和施工區(qū)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(shù)據(jù)庫積累時，遵循以下兩個標(biāo)準對 BIM 模型重新進行拆分。

（1）按專業(yè)劃分標(biāo)準。根據(jù)模型內(nèi)包含構(gòu)件所屬的專業(yè)對模型進行拆分，具體的拆分細度標(biāo)準可以根據(jù)建模目的和工程合同界面來確定。同時，拆分的原則應(yīng)參考《建筑工程施工質(zhì)量驗收統(tǒng)一標(biāo)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(jié)構(gòu)施工任務(wù)劃分細度標(biāo)準示例

（2）按空間劃分標(biāo)準。模型的豎向區(qū)域通過樓層進行拆分，平面區(qū)域在BIM 平臺上進行拆分，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)項目施工部署和項目具體設(shè)計情況，根據(jù)模型需求選擇不同的拆分深度，為動態(tài)成本管理奠定基礎(chǔ)。

3.3 基于BIM 的成本動態(tài)管理體系建立

成本動態(tài)管理體系是在BIM5D 模型各項數(shù)據(jù)和“算量管理”模塊的基礎(chǔ)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(shè)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(jù)成本管理規(guī)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(jié)合現(xiàn)場施工實際發(fā)生的各分項成本進行成本動態(tài)控制分析，如圖2 所示[11]。

圖2 成本動態(tài)控制工作圖

（1）施工前成本預(yù)算

在施工準備階段，為了確保項目成本目標(biāo)不偏離，項目管理成員可以利用BIM 數(shù)據(jù)庫中類似其他相關(guān)項目的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，結(jié)合建設(shè)目標(biāo)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(fēng)險因素，應(yīng)該分類并提前制定預(yù)防風(fēng)險策略。特別是對于那些具有較大成本影響的因素，應(yīng)該提前設(shè)定具體的問題解決方案，并強調(diào)事前預(yù)警和控制，以確保項目成本目標(biāo)不會發(fā)生偏移。

（2）成本動態(tài)監(jiān)測

施工階段是成本產(chǎn)生的主要階段，為了更好的監(jiān)測成本，需要將進度監(jiān)測和成本監(jiān)測相結(jié)合。此外，為了提高發(fā)現(xiàn)偏差的準確性和及時性，需要確保每個構(gòu)件完成的信息能夠及時輸入到系統(tǒng)中進行監(jiān)測。而在成本監(jiān)測的過程中，成本控制程度是一個重要的環(huán)節(jié)。該程度會根據(jù)掙值法中的成本費用偏差系數(shù)（CDI）來劃分監(jiān)測區(qū)間，并將偏差程度與控制級別對應(yīng)起來，如表3 所示。CDI=(BCWP―ACWP) /BCWP=CV/BCWP（BCWS 指計劃工作預(yù)算成本；BCWP 指實際完成工作的預(yù)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(yù)控

電力基建項目開發(fā)成本的特點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，在實施階段，應(yīng)重點關(guān)注直接費用的人工、材料及機械等方面，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項目，項目又可以拆分為若干個構(gòu)件，每個構(gòu)件又有自己的工序，工序又由對應(yīng)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(shè)計階段的估算價格，可以實現(xiàn)成本的動態(tài)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(gòu)件級別的二級編碼，A1010 為工序級別的三級編碼，A101010 為對應(yīng)“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(xù)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(shù)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(yǎng)護。

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(xù)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(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(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(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(jù)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(jù)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(yǎng)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(tài)監(jiān)測

下一步，根據(jù)計算的工程量和工程成本，結(jié)合施工現(xiàn)場情況，可以利用掙值法對成本數(shù)據(jù)（BCWP、BCWS、ACWP）產(chǎn)生的進度-資金曲線進行動態(tài)監(jiān)測，如圖4 所示。

圖4 進度成本分析圖

4.6 成本糾偏

根據(jù)圖4 計算CDI（成本費用偏差系數(shù)）顯示，第1～2 周的CDI 值較高。針對這一情況，項目經(jīng)理可以查看項目成本曲線圖，并召開成本專題會議，與相關(guān)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(huán)境等方面進行聯(lián)合分析。在找出問題的根本原因后，項目經(jīng)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(jié)語與展望

本文基于BIM 5D 技術(shù)和項目成本管理理論，在清單計價理論的基礎(chǔ)上，為電力行業(yè)基建項目建立了可以實現(xiàn)動態(tài)管理功能的清單造價數(shù)據(jù)模板，構(gòu)建了項目全壽命周期的成本管控體系。與傳統(tǒng)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(yù)測模塊的基礎(chǔ)上，將項目成本層層細化分解，依托于BIM 技術(shù)，對有關(guān)的數(shù)據(jù)信息進行實時的更新，從而可以對成本進行動態(tài)的監(jiān)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(xiàn)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(biāo)準編制模板內(nèi)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(yīng)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(yè)背景下的建筑項目。