基于BIM 的电力项目成本动态管理研究

陈坤 王悦 任可 林益珊 洪燕 郑旭 黄智伟

（1.福建亿力电力科技有限责任公司，福州 350000；2.天津大学 管理与经济学部，天津 300072）

引言

近年来，BIM 技术已成为国际建设管理研究的热点话题之一，其作为一种贯穿于基建项目全寿命周期的三维数字化技术，支持数据可视化、多方案模拟仿真、多专业协同、全过程数据管理，为工程项目的精细化管理提供了最强有力的技术支持。传统 BIM 5D 的思想强调施工阶段的成本控制，不能有效联动早期规划阶段的估算、设计阶段的概算、以及项目投入运营后的成本进行有效整合，因此无法做到项目全寿命期的动态成本管理。

电力行业的基建项目的成本管理有较强的行业特性，很多构件种类和施工做法不同于民用建筑。由于其涉及的学科和领域众多、项目参与方关系复杂，工程建设全过程中容易出现数据和信息的传递不完整等问题，导致成本管理的难度加大，造成施工过程中的延期和超支。

针对上述问题，本研究基于以BIM 为基础的数字孪生技术，探索电力工程项目建设全过程管理新方式。在清单造价理论的基础上，提出“BIM 清单理论”，建立不同阶段基于BIM 技术的造价清单数据模板，并在此基础上构建项目全寿命期动态联动造价体系，支持整体电力行业基建项目的成本动态管理。

1 BIM 5D 技术概况

1.1 BIM 5D 技术

BIM 4D（三维空间+时间）是在创建BIM 三维空间信息模型后，向不同组件添加实时数据和程序指令，为项目生成准确的时间程序数据的过程。BIM 5D（三维空间+时间+成本）是在BIM 4D 模型的基础上进一步产生精确的成本造价信息的过程[1]。BIM 5D 技术基于可靠的4D 程序数据和实时的合同造价数据信息，全过程跟踪项目发生成本并进行成本预测。便于编制成本报表，实时进行概算、预算和成本费用对比分析，减轻成本管理人员的工作负担。

1.2 BIM 技术在项目全生命周期管理的作用

工程项目的生命周期划分为以下几个阶段：决策阶段、设计阶段、施工阶段和运行维护阶段。BIM 技术的可视化功能、信息化手段和协同能力保证了其在项目各阶段都能发挥作用。在项目规划决策及设计阶段，利用BIM 技术可以对拟建项目的整体情况进行直观了解，进而分析建筑方案及投资成本，提升环境及经济效益，全方位评价各种备选方案[2]。通过利用BIM 5D 模拟功能，在项目施工阶段可以实时获取项目整体的投资情况，这有助于建设单位做出明智决策并合理控制投资[3]。在项目运营管理阶段，运用BIM技术可以快速获取有关建筑使用性能及财务等方面的实时信息，这有助于降低运营成本并提升管理水平[4]。

2 电力基建领域成本管理理论

当前国内外针对电力基础设施建设的成本管理研究还较少。陈雅静[5]在分析电力工程项目的决策立项、预算管理及实施流程等方面时，提出了具体的成本管理控制方法，对电网公司的成本管理有一定的借鉴意义。张进[6]对项目建设中成本控制的重要性进行分析，阐述了电力工程项目全寿命周期的成本管理方法，针对实践建设中存在的成本管理问题提出了解决方法。Kim[7]从进度和成本绩效的角度分析了任务串对项目成功的影响，通过连接项目前规划和项目执行阶段任务开发了一个连续的任务串模型，以提高电力工程建设项目的绩效。Hanna[8]提出了一种基于挣值法的项目管理系统，允许电力承包商监控施工进度，对项目进行预测，识别现场发生的问题，并尽早响应和反馈，帮助在项目早期检测成本超支和进度延误，从而使项目团队能够及时采取纠正措施。但几乎没有研究具体介绍基于BIM 技术的电力行业基建项目成本动态管理方法。

3 BIM 电力基建项目成本动态管理方案设计

成本管理需要充分的信息支持决策，由于BIM 模型提供了相应的数据基础，并且可以用于存储后期数据，所以将BIM 模型信息与成本管理所需的信息进行对接是必要的。通过利用BIM 模型作为数据载体，与成本定额管理相结合，实现了工程项目全寿命周期的成本动态管理。具体流程如图1 所示。

图1 成本管理流程

3.1 项目成本管理分解

项目成本管理的核心是描述从无到有的构建过程。以层层细化为核心思想，项目成本管理将任务项逐层细分，从拟建构筑物细化至构成构筑物的构件，再从构件细化至构成构件的具体工序。实际应用时，成本计算则是从工序开始递推至拟建构筑物的过程。在电力行业基建项目中，同一类型单位工程的施工过程是相似的，因此对施工过程进行拆分时并不需要针对每个构件进行，而是对一类构件的工序统一进行拆分。不同深度成本进度计划下，任务划分细度如表1 所示。

表1 任务划分细度对照表

3.2 BIM 模型划分标准化

目前建筑行业上大部分项目的 BIM 模型普遍按照楼层和大专业进行划分，这种划分方式并没有对专业单位和施工区域进行细化划分，给项目的 BIM 管理带来了一定难度。因此，在考虑成本管理和数据库积累时，遵循以下两个标准对 BIM 模型重新进行拆分。

（1）按专业划分标准。根据模型内包含构件所属的专业对模型进行拆分，具体的拆分细度标准可以根据建模目的和工程合同界面来确定。同时，拆分的原则应参考《建筑工程施工质量验收统一标准》（GB50300-2013）的分类以及模型深度等级（Level of Detail, LOD）[9]，如表2 所示。

表2 BIM 主体结构施工任务划分细度标准示例

（2）按空间划分标准。模型的竖向区域通过楼层进行拆分，平面区域在BIM 平台上进行拆分，而不在BIM模型原文件中拆分构件，以减少工作量[10]。拆分的原则主要依据项目施工部署和项目具体设计情况，根据模型需求选择不同的拆分深度，为动态成本管理奠定基础。

3.3 基于BIM 的成本动态管理体系建立

成本动态管理体系是在BIM5D 模型各项数据和“算量管理”模块的基础上，对工程算量进行组价。由于“算量管理”模块只计算实体量，需要通过公式将材料扣减和损耗等因素添加到成本中。一旦设定好成本计划模板，随着模型更新，BIM 平台能自动捕捉到变化，并更新成本计划以便项目管理者进行对比分析。

根据成本管理规则，本文选择挣值法进行成本控制。通过BIM 信息库建立成本控制体系，并结合现场施工实际发生的各分项成本进行成本动态控制分析，如图2 所示[11]。

图2 成本动态控制工作图

（1）施工前成本预算

在施工准备阶段，为了确保项目成本目标不偏离，项目管理成员可以利用BIM 数据库中类似其他相关项目的经验数据，结合建设目标和项目自身要求，制定合理的项目实施进度和工程成本计划。对于风险因素，应该分类并提前制定预防风险策略。特别是对于那些具有较大成本影响的因素，应该提前设定具体的问题解决方案，并强调事前预警和控制，以确保项目成本目标不会发生偏移。

（2）成本动态监测

施工阶段是成本产生的主要阶段，为了更好的监测成本，需要将进度监测和成本监测相结合。此外，为了提高发现偏差的准确性和及时性，需要确保每个构件完成的信息能够及时输入到系统中进行监测。而在成本监测的过程中，成本控制程度是一个重要的环节。该程度会根据挣值法中的成本费用偏差系数（CDI）来划分监测区间，并将偏差程度与控制级别对应起来，如表3 所示。CDI=(BCWP―ACWP) /BCWP=CV/BCWP（BCWS 指计划工作预算成本；BCWP 指实际完成工作的预算成本；ACWP 指实际完成工作的实际成本；CV 费用偏差）[12]。

表3 成本控制程度

（3）成本纠偏预控

电力基建项目开发成本的特点决定了成本纠偏需要着重关注施工成本的预控制。因此，在实施阶段，应重点关注直接费用的人工、材料及机械等方面，并采取相应的成本控制措施[13]。

4 模板示例

基于上述所述，建筑可以拆分为若干个项目，项目又可以拆分为若干个构件，每个构件又有自己的工序，工序又由对应的人材机组成。随着施工过程的不断推进，可以得到不同工序下人材机的花费，这是工程项目的实际成本。用这个实际花费去更新之前方案和设计阶段的估算价格，可以实现成本的动态修正。

参考工程量清单计价模式，按照四级编码进行分类，000 为拟建建筑物模型，A 为项目分类的一级编码，A10 为构件级别的二级编码，A1010 为工序级别的三级编码，A101010 为对应“人材机”的四级编码。

图3 以电力基建项目某地下室（A）的钢筋混凝土墙（A10）为例，具体展示工序级别下的计价方法，为后续全寿命周期造价提供了一个可以参考的模板。

图3 BIM 模型信息与编码体系

如图3 所示，黑色字体为文字解释，蓝色字体为具体实例的代入数值。钢混墙可以拆分为4 个工序：A1010 支模板、A1020 绑钢筋、A1030 浇混凝土、A1040 面层养护。

支模板的工程量可以从BIM 模型中导出，数值为1 284.90；消耗量默认为1；损耗率默认为1；则计价工程量：

将支模板这一工序继续拆分为人材机。

4.1 材料

支模板这一工序需要三种材料：组合钢模板、钢支撑及配件和零星卡具。

（1）组合钢模板

由公式(1)可知，“组合钢模板”的模型导出量x111：

消耗量w111为每单位钢混墙需要多少组合钢模板，根据定额可知：w111=0.72。损耗率r111默认为1，“组合钢模板”的计价工程量x111′：

单位成本为“组合钢模板”的市场价格：c111。成本：c111=85

（2）钢支撑及配件

由公式（1）可知，“钢支撑及配件”的的模型导出量x112：

消耗量w112为每单位钢混墙需要多少钢支撑及配件，依据定额：w112=0.25。损耗率r112默认为1，“钢支撑及配件”的计价工程量x112′：

单位成本c112为“钢支撑及配件”的市场价格，c112=3.80。成本Tc112：

（3）零星卡具

由公式(1)可知，“零星卡具”的的模型导出量x113：

消耗量为每单位钢混墙需要多少零星卡具，依据定额：w113=0.44，损耗率r113默认为1。“零星卡具”的计价工程量x113′：

单位成本c113为“零星卡具”的市场价格，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为每单位钢混墙支模板需要多少工日的模板工，依据定额：w12=0.20。损耗率r12默认为1。“模板工”的计价工程量x1′2：

单位成本c12为市场上模板工每工日的工资，c12=250 。成本Tc12：

4.3 机械

由公式(1)可知，“木工圆锯机500mm”的工程量x13：

消耗量w13为每单位钢混墙支模板需要多少台班的机械，依据定额：w13=0.00009，损耗率r13默认为1。“木工圆锯机500mm”的计价工程量x1′3：

单位成本c13为市场上“木工圆锯机500mm”每台班的费用，c13=290.5。成本Tc13：

4.4 总成本

由公式(4)、(7)、(10)、(13)、(16)可知，“支模板”这一工序的总成本T1c：

单位成本1c：

“绑钢筋”“浇混凝土”和“面层养护”这三个工序下人材机的划分与计价过程和“支模板”类似，在此不做过多说明。

4.5 成本动态监测

下一步，根据计算的工程量和工程成本，结合施工现场情况，可以利用挣值法对成本数据（BCWP、BCWS、ACWP）产生的进度-资金曲线进行动态监测，如图4 所示。

图4 进度成本分析图

4.6 成本纠偏

根据图4 计算CDI（成本费用偏差系数）显示，第1～2 周的CDI 值较高。针对这一情况，项目经理可以查看项目成本曲线图，并召开成本专题会议，与相关人员一起对成本问题进行原因分析。针对偏差的原因，可以从员工、机器、原材料、方法、环境等方面进行联合分析。在找出问题的根本原因后，项目经理可以组织BIM 小组进行二次深化分析以解决该偏差问题。

5 结语与展望

本文基于BIM 5D 技术和项目成本管理理论，在清单计价理论的基础上，为电力行业基建项目建立了可以实现动态管理功能的清单造价数据模板，构建了项目全寿命周期的成本管控体系。与传统的施工项目成本管理模式相比，全生命周期的成本管控体系建立在成本预测模块的基础上，将项目成本层层细化分解，依托于BIM 技术，对有关的数据信息进行实时的更新，从而可以对成本进行动态的监测，便于管理人员对成本进行纠偏。

本文的研究局限主要体现在三个方面：

（1）本文主要以2017 辽宁省《房屋建筑与装饰工程定额》为标准编制模板内容。未来可以参考其他省份的定额要求，编制更多模板，以此扩大可应用范围，提高模板的使用价值；

（2）本文编制的定额项目有限，不同项目对于工序下人材机的使用有不同的选择，未来的研究可以扩展更多信息，考虑不同定额下的具体情况；

（3）本文的研究对象针对的是电力基建项目，未来研究可以扩展到不同行业背景下的建筑项目。