基于BIM的抽水蓄能電站投資控制初探

王金杰 溫家華 王昕

(1.國網(wǎng)新源控股有限公司檢修分公司，北京 100068；2.國網(wǎng)新源控股有限公司技術(shù)中心，北京 100161)

0 引言

隨著電網(wǎng)布局和電源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，抽水蓄能電站(以下簡稱“抽蓄電站”)作為電網(wǎng)調(diào)峰填谷、調(diào)頻調(diào)相、事故備用的重要手段得到了迅猛發(fā)展，行業(yè)內(nèi)亦已積累了較成熟的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營等管理經(jīng)驗(yàn)。抽蓄電站投資控制是項(xiàng)目管理的重點(diǎn)和難點(diǎn)，受到越來越多的關(guān)注。抽蓄電站投資控制周期長，涵蓋項(xiàng)目生命周期的各個(gè)階段，與每一個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)都息息相關(guān)，控制過程中需注重各專業(yè)及各參與方的協(xié)調(diào)配合。因此，要實(shí)現(xiàn)抽蓄電站全生命周期投資控制，所需要的投資控制數(shù)據(jù)及信息量非常大。

BIM的提出與發(fā)展為工程項(xiàng)目參建各方在協(xié)同工作、信息共享等方面提供了更多的方便與可能。同時(shí)，BIM可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營等階段的全過程一體化管理，實(shí)現(xiàn)對項(xiàng)目全生命周期管理。

基于BIM 的全生命周期投資控制與傳統(tǒng)投資控制模型相比具有兩個(gè)特點(diǎn)：一是BIM模型可以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目全生命周期各個(gè)階段信息的集成和匯總；二是BIM模型可以讓更多的專業(yè)人員在同一個(gè)模型上同步協(xié)作[1]。

1 BIM理論綜述

1975年，喬治亞理工大學(xué)的Chunk Eastman教授提出了BIM的理念，之后Charles Eastman及Jerry Laiserin對BIM的概念進(jìn)行了更進(jìn)一步的詳細(xì)描述。BIM是基于數(shù)字化和可視化技術(shù)以實(shí)現(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目相關(guān)信息集成與管理的一種方法[2]。

通過BIM技術(shù)建立的BIM模型是項(xiàng)目建筑、設(shè)備、功能及其他信息的數(shù)字表達(dá)。在項(xiàng)目全生命周期內(nèi)，不同參與方通過在BIM系統(tǒng)中添加、更新或提取數(shù)據(jù)信息，將BIM模型建設(shè)為目標(biāo)項(xiàng)目信息存貯與共享的平臺，以實(shí)現(xiàn)多人、多專業(yè)、多任務(wù)的協(xié)同工作。利用BIM模型進(jìn)行3D模擬、4D模擬(3D+時(shí)間進(jìn)度)、5D(4D+造價(jià)控制)模擬、ND模擬，可以有效地幫助設(shè)計(jì)方、業(yè)主、施工方及其他相關(guān)方直觀高效地理解項(xiàng)目，輔助檢查設(shè)計(jì)碰撞分析、能耗分析以及資源計(jì)劃分析等，并在BIM模型豐富的參數(shù)化特性基礎(chǔ)之上，不斷地進(jìn)行工程優(yōu)化。項(xiàng)目竣工驗(yàn)收后形成的最終BIM模型可用于項(xiàng)目后期運(yùn)行及維護(hù)管理。

2 抽蓄電站投資控制現(xiàn)狀分析

抽蓄電站的工程投資主要由以下部分構(gòu)成：樞紐工程費(fèi)、征地移民補(bǔ)償費(fèi)、獨(dú)立費(fèi)用、基本預(yù)備費(fèi)、價(jià)差預(yù)備費(fèi)和建設(shè)期利息。

我國抽蓄電站投資控制的主要特點(diǎn)與常規(guī)大型水電站類似，如投資金額大、回收周期長、在投資前期會(huì)占用大量資金、項(xiàng)目建成后才能產(chǎn)生效益等[3]，主要面臨以下幾方面問題。

2.1 全面投資控制模式未得到有效落實(shí)

由于缺乏有效的保障和促進(jìn)措施，現(xiàn)行的全面投資控制思想在抽蓄電站投資控制中并未發(fā)揮實(shí)效?？v向上，項(xiàng)目生命周期內(nèi)各階段投資控制的目的不同，各階段所形成的投資控制數(shù)據(jù)相對孤立，并沒有基于項(xiàng)目本身形成有效的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，各階段投資控制重復(fù)工作多，造成導(dǎo)致大量人、材、物的浪費(fèi)；橫向上，建設(shè)單位、勘察設(shè)計(jì)單位、施工單位以及其他參與方缺乏有效的溝通協(xié)調(diào)機(jī)制，各自為政，影響項(xiàng)目投資控制效果。

2.2 投資控制數(shù)據(jù)分析功能較弱

一是抽蓄行業(yè)或項(xiàng)目自身的投資控制數(shù)據(jù)積累不足，導(dǎo)致分析依據(jù)不足；二是準(zhǔn)確完整的投資控制數(shù)據(jù)在項(xiàng)目完工后才能獲得，信息處理遲緩，影響數(shù)據(jù)分析的時(shí)效性；三是傳統(tǒng)的投資控制模型不能實(shí)現(xiàn)按空間維度(工作面、施工段、工序、構(gòu)件等)或時(shí)間維度的拆分、統(tǒng)計(jì)、分析，影響多算對比、資源計(jì)劃分析、變更索賠的高效性及精準(zhǔn)性。

2.3 數(shù)據(jù)積累和共享困難

交互平臺的缺乏，給投資控制數(shù)據(jù)的積累和共享帶來困難。無論是在行業(yè)內(nèi)，還是就項(xiàng)目自身而言，項(xiàng)目投資控制均處于條塊分割的狀態(tài)。信息的流失、傳遞的失誤以及信息數(shù)據(jù)的零碎化導(dǎo)致信息無法整合和共享，給項(xiàng)目投資控制帶來風(fēng)險(xiǎn)[4]。

3 基于BIM的抽蓄電站投資控制簡介

3.1 基于BIM的抽蓄電站投資控制模型

根據(jù)抽蓄電站投資控制的特點(diǎn)與需求，在BIM理論的基礎(chǔ)之上，基于BIM的抽蓄電站投資控制模型如圖1所示。

3.2 基于BIM的抽蓄電站投資控制模式的優(yōu)勢

3.2.1 切實(shí)實(shí)現(xiàn)全面(全員、全過程、全方位)投資控制

基于BIM的投資控制模型以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)為核心。通過搭建信息共享平臺，連接各方信息，確保與項(xiàng)目相關(guān)的所有信息可以在縱橫雙向快速地、通暢地傳遞及共享，為全面投資控制的有效落實(shí)提供保障。

3.2.2 提高工程計(jì)量的準(zhǔn)確度和效率

在參數(shù)化的BIM投資控制模型中，概預(yù)算專業(yè)技術(shù)人員只需依據(jù)工程量計(jì)量規(guī)則在計(jì)量軟件中調(diào)整，系統(tǒng)將自動(dòng)完成運(yùn)算，更加精確、快速地輸出工程量信息[5]。

3.2.3 提高資源計(jì)劃管理水平

基于BIM的投資控制5D模型能夠?qū)崟r(shí)獲得任意時(shí)間段各對象的工作量信息，并可關(guān)聯(lián)相應(yīng)軟件對該工作進(jìn)行成本核算。動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控有益于更加合理地安排資金、人員、材料和機(jī)械等。

3.2.4 提高投資控制數(shù)據(jù)分析能力

BIM模型參數(shù)信息豐富，能夠輔助不同階段和不同業(yè)務(wù)的投資控制分析，從最開始就對模型、投資、流水段、工序和時(shí)間等不同維度信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)和綁定，能夠以最少的時(shí)間隨時(shí)實(shí)現(xiàn)任意維度的統(tǒng)計(jì)、分析和決策[6]。

3.2.5 有利于抽蓄電站投資控制信息庫的建設(shè)

基于BIM的投資控制模型積累了項(xiàng)目全生命周期的所有信息和數(shù)據(jù)，保證了信息的完整性和連續(xù)性。這些數(shù)據(jù)幾乎可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)計(jì)算、處理、共享和應(yīng)用，甚至實(shí)現(xiàn)報(bào)表數(shù)據(jù)和圖形數(shù)據(jù)的在線共享[6]。在此基礎(chǔ)上，匯總整理相關(guān)數(shù)據(jù)，便可形成抽蓄電站投資控制信息庫。

4 基于BIM的抽蓄電站投資控制模型的應(yīng)用

4.1 項(xiàng)目決策階段

決策階段的主要任務(wù)是完成蓄能項(xiàng)目投資估算編制與投資方案選擇(包括確定建設(shè)規(guī)模、建設(shè)地點(diǎn)、樞紐工程布置方案和主要建筑物結(jié)構(gòu)形式、主要機(jī)電設(shè)備型號等)。

投資者可以新建或者在已完抽蓄電站項(xiàng)目的BIM模型上根據(jù)擬建項(xiàng)目特點(diǎn)進(jìn)行抽取、修改、更新，迅速形成不同方案的模型，并通過三維的方式展現(xiàn)。同時(shí)，基于BIM的投資控制模型具有豐富的建筑信息、技術(shù)參數(shù)、工程量信息、成本信息、進(jìn)度信息、材料信息等，可自動(dòng)進(jìn)行不同方案間的工程量、造價(jià)等指標(biāo)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)對比，便于投資者更加直觀方便地進(jìn)行方案比選[7]。

圖1 基于BIM的抽水蓄能電站投資控制模型

調(diào)查可知，采用BIM模型進(jìn)行項(xiàng)目投資估算編制，其精確度很高，偏差控制在3%左右，真正起到控制后期成本的作用[8]。

4.2 設(shè)計(jì)階段

抽蓄電站項(xiàng)目的相關(guān)技術(shù)較為復(fù)雜，初步設(shè)計(jì)及施工圖設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接影響項(xiàng)目投資控制的成敗?；贐IM的抽蓄電站投資控制模型將為此階段投資控制帶來極大的便利。

4.2.1 基于BIM的限額設(shè)計(jì)

基于BIM的投資控制模型，能實(shí)現(xiàn)對成本費(fèi)用的實(shí)時(shí)模擬及核算，同步計(jì)算分析所涉及單元的投資，并利用歷史數(shù)據(jù)及投資指標(biāo)迅速得出擬建項(xiàng)目的設(shè)計(jì)概算。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)投資控制目標(biāo)對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行調(diào)整，使設(shè)計(jì)與投資控制有機(jī)結(jié)合，保證限額設(shè)計(jì)落在實(shí)處。

4.2.2 基于BIM的設(shè)計(jì)優(yōu)化

在傳統(tǒng)抽蓄電站建設(shè)過程中，建筑專業(yè)、金屬結(jié)構(gòu)、設(shè)備及水暖電等各專業(yè)分開設(shè)計(jì)，易造成建筑與結(jié)構(gòu)、建筑與安裝以及安裝與安裝之間的沖突。BIM的三維可視功能，能方便地發(fā)現(xiàn)各專業(yè)的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤及不同專業(yè)間的沖突。在項(xiàng)目實(shí)施前，及時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)修改，減少后期的設(shè)計(jì)變更與返工，避免投資的浪費(fèi)。

同時(shí)，基于BIM的投資控制模型支持管理人員在實(shí)際建造前使用數(shù)字化的設(shè)計(jì)信息來分析和了解項(xiàng)目性能，從整個(gè)項(xiàng)目生命周期角度運(yùn)用價(jià)值工程進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。

4.2.3 基于BIM的多方溝通與協(xié)調(diào)

基于BIM的可視化設(shè)計(jì)交底和3D圖樣會(huì)審，可以將各專業(yè)在統(tǒng)一的平臺上進(jìn)行整合，便于參加各方從不同的角度審核圖樣，及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤和遺漏，減少因理解錯(cuò)誤而導(dǎo)致的返工費(fèi)用[9]。

4.3 招投標(biāo)階段

根據(jù)輸入的計(jì)量規(guī)則，BIM模型可自動(dòng)快速、精準(zhǔn)地計(jì)算工程量，匯總編制工程量清單，并計(jì)算工程造價(jià)。招標(biāo)人可據(jù)此編制標(biāo)底或者招標(biāo)控制價(jià)。

招標(biāo)人在發(fā)布招標(biāo)文件時(shí)，可以將BIM模型一并提供給投標(biāo)者，避免投標(biāo)者重復(fù)計(jì)算工程量[10]。評標(biāo)過程中，評標(biāo)委員會(huì)可借助投標(biāo)人提交的可視化投標(biāo)方案更直觀地了解投標(biāo)人的主要施工方案、施工進(jìn)度與施工安排，合理評估投標(biāo)人的施工經(jīng)驗(yàn)與實(shí)力，選擇合適的施工方，合理轉(zhuǎn)移投資控制風(fēng)險(xiǎn)。

4.4 施工階段

4.4.1 模擬施工，優(yōu)化施工方案

抽蓄電站建設(shè)過程中，施工區(qū)域大，地質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣，施工工序復(fù)雜。為保證順利施工，減少返工，在確定中標(biāo)單位后，施工方可會(huì)同分包商共同細(xì)化施工方案，通過模擬施工對施工方案進(jìn)行優(yōu)化，在實(shí)際施工前制定細(xì)致可行的施工方案指導(dǎo)實(shí)際施工。

4.4.2 實(shí)施5D計(jì)劃管理

BIM-5D模型集成了抽蓄電站項(xiàng)目的幾何尺寸、物理性質(zhì)、功能、進(jìn)度、成本等管理信息。通過模擬施工，確定不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)的施工進(jìn)度與施工成本，合理安排工期、物資供應(yīng)、資金計(jì)劃，避免材料和資金的無效管理和無序管理，增加資金使用效益。

利用BIM模型可以實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地獲得該時(shí)點(diǎn)抽蓄電站項(xiàng)目實(shí)際總投資、各構(gòu)件成本費(fèi)用以及材料消耗情況。對比5D計(jì)劃，可以方便地開展限額領(lǐng)料、多算對比和投資控制分析的工作，實(shí)現(xiàn)成本的動(dòng)態(tài)管理，為有效的項(xiàng)目投資控制提供可能。

4.4.3 加速工程計(jì)量與進(jìn)度款支付

在BIM-5D模型中，管理者根據(jù)工程實(shí)際進(jìn)度實(shí)時(shí)更新BIM模型中的數(shù)據(jù)信息，與工程計(jì)量與計(jì)價(jià)軟件的連接的BIM模型便可同步輸出任意時(shí)點(diǎn)、任意施工段、任意構(gòu)建的工程量與對應(yīng)的工程款，便于投資方高效準(zhǔn)確地審核進(jìn)度款，合理安排建設(shè)資金。

4.4.4 處理工程變更與索賠

如在設(shè)計(jì)階段就采用BIM技術(shù)對圖樣的錯(cuò)漏缺碰進(jìn)行檢驗(yàn)，可在出圖之前進(jìn)一步提高圖樣的質(zhì)量，大幅降低工程實(shí)施階段的設(shè)計(jì)變更。后期進(jìn)行局部變更時(shí)，也可通過與BIM模型進(jìn)行碰撞驗(yàn)證，使設(shè)計(jì)變更更加合理有效。

在確定工程變更或索賠費(fèi)用時(shí)，由于共用同一個(gè)BIM模型，模型中的變更信息是雙方共同認(rèn)可的，雙方可以快速核實(shí)索賠成立的條件和索賠依據(jù)，計(jì)算變更工程量，進(jìn)而合理確定變更或索賠的費(fèi)用。

4.5 竣工結(jié)算階段

抽蓄電站項(xiàng)目工程規(guī)模大，工期較長，涉及多個(gè)合同方，施工復(fù)雜，圖樣繁多，工程變更與現(xiàn)場簽證管理難度大，計(jì)量支付次數(shù)多，甲供材管理復(fù)雜，為項(xiàng)目竣工結(jié)算帶來一定難度。

在基于BIM技術(shù)進(jìn)行抽蓄電站項(xiàng)目投資控制時(shí)，可以隨著工程進(jìn)展不斷修改更新BIM模型數(shù)據(jù)庫，將相關(guān)的合同、設(shè)計(jì)變更、現(xiàn)場簽證、計(jì)量支付、材料管理等信息實(shí)時(shí)錄入與更新，保證結(jié)算資料的完備性和規(guī)范性。在結(jié)算階段，隨工程同步完善的BIM模型可以與工程實(shí)體趨向一致，為結(jié)算提供更準(zhǔn)確的工程量數(shù)據(jù)，提高結(jié)算效率，為客觀合理地進(jìn)行項(xiàng)目后評價(jià)提供數(shù)據(jù)支持。

4.6 運(yùn)營階段

BIM模型為建筑物的運(yùn)營管理階段服務(wù)是BIM應(yīng)用的重要推動(dòng)力和工作目標(biāo)[11]。

項(xiàng)目建成后所形成的BIM模型集成了項(xiàng)目有關(guān)建筑、材料、設(shè)備的全部信息，這些真實(shí)、完整的信息是減少設(shè)備維護(hù)成本、提高運(yùn)行的安全可靠性的前提。此外，采取過程方法，利用BIM模型實(shí)現(xiàn)抽蓄電站規(guī)劃、設(shè)計(jì)、采購、建設(shè)、各個(gè)流程的數(shù)字化，做到各個(gè)階段信息的不流失及其功能的充分挖掘是進(jìn)行數(shù)字化抽蓄電站建設(shè)的要求之一[12]。

5 結(jié)語

基于BIM的抽蓄電站投資控制模型實(shí)質(zhì)上是BIM技術(shù)在項(xiàng)目生命周期內(nèi)投資控制方面的應(yīng)用，其推廣和應(yīng)用在我國尚屬于初期，要實(shí)現(xiàn)長足發(fā)展，一是必須制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，實(shí)現(xiàn)信息篩選、傳遞與共享；二是需要繼續(xù)完善BIM技術(shù)、工程管理學(xué)、施工控制理論以及計(jì)算機(jī)件的交叉研究及銜接。可以預(yù)見，經(jīng)完善的BIM模型結(jié)合全生命周期投資控制理論將促進(jìn)我國抽蓄電站項(xiàng)目投資控制水平提升至一個(gè)新臺階。