基于變電站三維設(shè)計(jì)模型的進(jìn)度造價(jià)管理*

林立鵬，郭晉芳，唐繼朋，李盛偉，韓曉罡

(國網(wǎng)天津市電力公司 a.建設(shè)部，b.經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，天津 300000)

國家經(jīng)濟(jì)需要電力工業(yè)的穩(wěn)定支撐，隨著總用電量需求不斷提高，需要加快電力生產(chǎn)的發(fā)展速度.電力系統(tǒng)中變電站是核心內(nèi)容，其通過變壓器可以結(jié)合不同級的所有電網(wǎng)，將電壓實(shí)施改動(dòng)和管制[1]，接收電能并將該電能進(jìn)行合理安排.為了加強(qiáng)電力建設(shè)項(xiàng)目的流程管理，國內(nèi)外許多學(xué)者進(jìn)行了該方向的研究，比較具有代表性的是BIM(building information modeling)技術(shù)，該技術(shù)通過建立項(xiàng)目的工程信息模型，向所有參與者提供信息交流和共享的平臺，從而增強(qiáng)項(xiàng)目管理的便利性和可視化程度，極大地提高了項(xiàng)目的管理水平和項(xiàng)目效益.然而，現(xiàn)有的BIM技術(shù)沒有科學(xué)地限制項(xiàng)目的施工費(fèi)用，仍存在較大的優(yōu)化空間.為了合理地解決這一問題，本文使用Revit2014軟件設(shè)計(jì)變電站的三維模型，并通過添加時(shí)間變量，獲得基于BIM技術(shù)的變電站4D進(jìn)度管理模型，從而實(shí)時(shí)監(jiān)控變電站工程項(xiàng)目的施工狀態(tài)[2]；在變電站4D進(jìn)度管理模型的基礎(chǔ)上，加入造價(jià)變量，從而建立了項(xiàng)目的5D進(jìn)度造價(jià)管理模型，提高了變電站工程項(xiàng)目的管理水平、施工效率和項(xiàng)目利潤.

1 三維設(shè)計(jì)模型的進(jìn)度造價(jià)管理

1.1 變電站三維模型設(shè)計(jì)

建筑和結(jié)構(gòu)是變電站的核心內(nèi)容，墻、柱、梁、門窗以及屋頂?shù)裙餐M成變電站的建筑成分，配筋、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)以及電氣工程等組成變電站的結(jié)構(gòu)成分.變電站的三維建模步驟如圖1所示.

圖1 變電站的三維建模步驟

1.2 變電站建模要點(diǎn)

1.2.1 主體建筑

變電樓是變電站的主體建筑，其具有開關(guān)室、電容器間以及生活間等房間，變電樓下面需要策劃電纜溝.電纜溝普遍通過墻與樓板制作，電纜溝的地面是概算定額的取費(fèi)細(xì)目，其主要依據(jù)建筑軸線的尺寸面積計(jì)算收費(fèi).而預(yù)算定額則是根據(jù)溝體的體積計(jì)算工程量，再采用變電站體量建模實(shí)現(xiàn)體量的體積與表面積計(jì)算.

1.2.2 主體結(jié)構(gòu)

對構(gòu)件實(shí)施配筋操作是主體結(jié)構(gòu)的核心內(nèi)容.構(gòu)件配筋由Revit軟件的速博插件操作，該插件可實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)的配筋粗操作，后期可進(jìn)行簡單的人工調(diào)節(jié)，還可采用Tekla軟件對復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行鋼筋的細(xì)致建模及預(yù)制加工，使變電站的工程費(fèi)用減少.

1.2.3 附屬建筑

泵房、蓄水池以及事故油池構(gòu)成了變電站的附屬建筑.建模繪制時(shí)，可依據(jù)工程需求來選擇合適的樓層平面.采用制作變電樓的方式進(jìn)行泵房的制作；利用“樓板”工具調(diào)整材質(zhì)屬性制作蓄水池中的水；采取人工構(gòu)建族實(shí)現(xiàn)事故油池的制作.

1.2.4 構(gòu)建族庫

在變電站三維模型設(shè)計(jì)中，主要通過族來制作模型中的大部分圖元.族具有可調(diào)節(jié)的參數(shù)，對項(xiàng)目中圖元尺寸和材質(zhì)等重要屬性起到?jīng)Q定性作用.當(dāng)信息量巨大時(shí)，族參數(shù)也會較多，各種族文件可通過拉伸、融合、旋轉(zhuǎn)、放樣、放樣融合這五項(xiàng)功能生成[3].變壓器、絕緣子以及開關(guān)柜等均是變電站族庫中的一部分.

1.2.5 計(jì)算工程量

基于BIM進(jìn)行變電站建模的費(fèi)用計(jì)算時(shí)，直接選用BIM獲取項(xiàng)目工程明細(xì)表，明細(xì)信息如表1所示.將該表作為收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，容易存在較大的計(jì)算誤差，為減少誤差需要前饋控制，即了解定額計(jì)算規(guī)則，并根據(jù)該規(guī)則進(jìn)行建模[4].最終得到的模型可以在設(shè)計(jì)初期對工程量誤差進(jìn)行有效控制，此方法后期工作量較低，得到的工程量準(zhǔn)確性較高.

表1 項(xiàng)目工程明細(xì)

1.3 BIM4D變電站進(jìn)度管理模型

將構(gòu)建的變電站三維模型加入時(shí)間變量，即將全部構(gòu)件均賦予時(shí)間參數(shù)[5]，得到BIM4D變電站進(jìn)度管理模型.現(xiàn)實(shí)中項(xiàng)目的施工進(jìn)度便可通過BIM4D管理模型在可視化設(shè)備的操作下進(jìn)行實(shí)時(shí)模擬.模型可實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目進(jìn)度方案監(jiān)測與改進(jìn).評標(biāo)人員還可通過該模型更容易掌握投標(biāo)單位對變電站施工具體的資源安排、施工方式、整體方案等信息，初步評估投標(biāo)單位的施工能力[6].管理人員可通過該模型有效地實(shí)施方案和工作次序調(diào)整等工作，并改正錯(cuò)誤的工作次序和問題.圖2模擬了變電站工程項(xiàng)目的部分施工流程，展示了此項(xiàng)目的材料消耗和實(shí)施方案.為了監(jiān)測該施工項(xiàng)目的具體進(jìn)度，變電站的BIM模型融入了時(shí)間變量，建立了4D的進(jìn)度管理模型.該模型的模擬監(jiān)測情況如圖3所示，根據(jù)圖3所示的模擬結(jié)果可知，目前該項(xiàng)目的模擬監(jiān)測狀態(tài)是延遲完成，而延誤的地點(diǎn)主要存在于2層-1處，其他施工地點(diǎn)基本都可以按時(shí)完成.

圖2 施工進(jìn)度模擬

1.4 變電工程進(jìn)度造價(jià)管理的5D管理模式

在融合時(shí)間變量BIM4D變電站進(jìn)度管理模型的基礎(chǔ)上，融入造價(jià)變量，獲取變電站工程進(jìn)度造價(jià)管理的5D管理模式.為使模型高效檢測所有工種間的工作編排以及全部班組在時(shí)間與空間上安排的合理性，需在構(gòu)建模型時(shí)將所有施工班組及其工作范圍確定[7]，最終獲取變電站工程進(jìn)度造價(jià)管理的BIM5D模型.該模型匯總了工程量、工程進(jìn)度以及費(fèi)用支出等項(xiàng)目成本數(shù)據(jù)，可以統(tǒng)計(jì)整體項(xiàng)目的支出，查看指定時(shí)期的支出詳情以及該時(shí)期的人力、材料及使用設(shè)備等施工狀態(tài).分析該時(shí)期成本和進(jìn)度與預(yù)期的差異，實(shí)現(xiàn)變電站施工過程中各項(xiàng)目的準(zhǔn)確預(yù)算以及實(shí)時(shí)造價(jià)管理[8].

圖3 施工進(jìn)度管理(1F～6F)

1.5 變電站工程造價(jià)全過程

變電站工程在決策時(shí)期根據(jù)以往工程數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)和相關(guān)報(bào)告對本次工程做投資估算.設(shè)計(jì)概算在初期設(shè)計(jì)時(shí)通過設(shè)計(jì)圖進(jìn)行計(jì)算；施工圖預(yù)算基于招標(biāo)時(shí)期的設(shè)計(jì)圖紙，通過工程造價(jià)軟件進(jìn)行計(jì)算[9]；工程造價(jià)在施工時(shí)期通過變電站作業(yè)完成的工程量計(jì)算；整個(gè)變電站的最終工程造價(jià)在竣工時(shí)期通過現(xiàn)實(shí)工程量價(jià)格以及項(xiàng)目工程合同索賠等進(jìn)行匯總計(jì)算[10].圖4描述了變電站工程造價(jià)過程.

圖4 變電站工程造價(jià)過程

1.6 變電站BIM5D的工程進(jìn)度造價(jià)管理

1.6.1 決策時(shí)期

變電站可否精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)取決于決策時(shí)期的具體行為，該時(shí)期的管理者需將變電站的整體項(xiàng)目投資進(jìn)行估算，可通過初始構(gòu)建的變電站虛擬模型以及相似工程生成的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行估算[11].

1.6.2 設(shè)計(jì)時(shí)期

變電站通過BIM模型獲取最優(yōu)方案，變電站工程項(xiàng)目的限額設(shè)計(jì)通過在BIM模型中加入設(shè)計(jì)概算得到.后期方案改動(dòng)造成的耗費(fèi)可通過碰撞試驗(yàn)調(diào)整，即通過最優(yōu)方案建立的BIM模型對管道線等碰撞點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn).

1.6.3 招投標(biāo)時(shí)期

建筑方在變電站工程項(xiàng)目的投招標(biāo)時(shí)期，根據(jù)工程量清單和項(xiàng)目工程招標(biāo)的價(jià)格實(shí)施招標(biāo)工作.招標(biāo)價(jià)格可通過策劃方案構(gòu)建的BIM模型得到[12].為提升投標(biāo)質(zhì)量，投標(biāo)者需確定該工程項(xiàng)目的投標(biāo)價(jià)格，該投標(biāo)價(jià)格可通過將企業(yè)定額附加到建筑方提供的BIM模型中獲得.

1.6.4 施工時(shí)期

1)改進(jìn)施工組織的策劃方案.在基于BIM5D構(gòu)建的變電站進(jìn)度造價(jià)管理模型中添加指定的施工段或施工時(shí)期，該模型即可匯總此時(shí)期的人力、設(shè)備、材料的使用情況，即時(shí)體現(xiàn)施工進(jìn)度狀態(tài)[13].變電站的工程資源可依據(jù)該模型展示的施工進(jìn)度狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)劃分，實(shí)現(xiàn)流水化以及動(dòng)態(tài)化作業(yè).

2)進(jìn)度款支付管理.由于結(jié)算方式的多樣化并結(jié)合施工時(shí)的實(shí)際環(huán)境，后期工程量報(bào)備時(shí)極易出現(xiàn)虛假謊報(bào)，導(dǎo)致整個(gè)工程的進(jìn)度款高于合同價(jià).本文采用的BIM模型構(gòu)件參數(shù)可以通過工程合同以及圖紙得到[14-15]，其具有框圖出量及框圖出價(jià)用時(shí)短且準(zhǔn)確性高的優(yōu)點(diǎn)，并具備將變電站的造價(jià)進(jìn)度資料提供給相關(guān)審核人員作為參考的功能.該造價(jià)進(jìn)度資料主要通過變電站BIM5D的工程進(jìn)度造價(jià)管理模型獲取，首先將該模型的結(jié)算日期確定，則模型可自動(dòng)統(tǒng)計(jì)以及分割變電站的工程量，進(jìn)而得到變電站的造價(jià)進(jìn)度資料.

3)動(dòng)態(tài)成本.變電站BIM5D的工程進(jìn)度造價(jià)管理模型在建設(shè)時(shí)期便可即時(shí)體現(xiàn)出成本金額的動(dòng)用狀態(tài)，建筑方可充分了解成本金的使用過程.該模型的所有成本科目甚至是構(gòu)件均可通過分解目標(biāo)金額得到.而目標(biāo)金額也就是建筑方資金安排計(jì)劃中的投資額，在施工時(shí)輸入指定的匯總造價(jià)后，可對照工程的目標(biāo)金額，第一時(shí)間補(bǔ)救兩者間的偏頗.模型可即時(shí)糾正出現(xiàn)的偏頗，依賴于其具有工程合同價(jià)、實(shí)際價(jià)與實(shí)時(shí)結(jié)算價(jià)進(jìn)行對照功能.

4)工程改動(dòng)管理.變電站工程的施工進(jìn)度以及工程造價(jià)會隨著后期施工時(shí)的工程變動(dòng)而產(chǎn)生變化，改動(dòng)部位的工程量以及相關(guān)部位的工程量都有很大的變動(dòng)，因此，在工程改動(dòng)審核時(shí)，傳統(tǒng)方法需手動(dòng)逐步統(tǒng)計(jì)所有變更位置的造價(jià)，效率低.通過變電站BIM5D的工程進(jìn)度造價(jià)管理模型，對變動(dòng)位置進(jìn)行調(diào)整后，造價(jià)人員閾值相干的位置以及造價(jià)信息則會自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整[16]，使變電站工程改動(dòng)管理更方便快捷.

5)項(xiàng)目竣工結(jié)算時(shí)期.若采用以往方式在項(xiàng)目竣工進(jìn)行結(jié)算時(shí)，計(jì)算量多且時(shí)間長，主要是由于模型所有構(gòu)件的計(jì)算式均需要人工校對，合同及招標(biāo)文件的工程量清單也需要人工對照.在變電站BIM5D的工程進(jìn)度造價(jià)管理模型中，則可通過施工時(shí)期調(diào)整以及優(yōu)化模型得到真實(shí)工程量計(jì)算值.變電站的工程框圖出價(jià)可在BIM模型中導(dǎo)入綜合單價(jià)，最終提高結(jié)算效率.

2 實(shí)驗(yàn)分析

2.1 對變電站各項(xiàng)支出的預(yù)測

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)選自天津?qū)幒涌萍汲?大王臺)的變電站工程.該工程的主變?nèi)萘繛?×240 MVA，電壓等級包括220、110和35 kV，主要采用全戶內(nèi)布置的方案，并對主變室、GIS室、開關(guān)室、接地電阻室和站用變室等進(jìn)行布線.此外，該工程還需要進(jìn)行必要的土建工程，例如，修建東西96 m和南北68 m的圍墻，站區(qū)東側(cè)和南側(cè)均需修建循環(huán)道路，站區(qū)中部需要修蓋綜合樓(71.02 m×40.5 m)，這些都屬于本文模型的管理內(nèi)容.通過本文設(shè)計(jì)的變電站BIM5D的工程進(jìn)度造價(jià)管理模型得到變電站的建筑工程支出、設(shè)備購買支出、安裝工程支出以及其他支出的預(yù)測數(shù)據(jù)，并與實(shí)際支出進(jìn)行了對比，結(jié)果如圖5所示.

圖5 各項(xiàng)預(yù)測與實(shí)際支出對比

由圖5可以看出，通過本文變電站BIM5D的工程進(jìn)度造價(jià)管理模型得到的各項(xiàng)支出預(yù)測誤差較小，準(zhǔn)確度高.

2.2 各項(xiàng)支出預(yù)測精度檢測

實(shí)驗(yàn)選用天津?qū)幒涌萍汲?大王臺)的變電站工程造價(jià)數(shù)據(jù)，變量選取土建工程支出、購買設(shè)備支出、安裝工程支出以及其他支出，采用本模型對該變電站工程造價(jià)進(jìn)行預(yù)測，得到了一系列支出預(yù)測數(shù)據(jù)，本文列舉了這些預(yù)測數(shù)據(jù)與真實(shí)工程支出數(shù)據(jù)的對比情況，如表2～5所示.

表2 土建工程支出預(yù)測結(jié)果對比

表3 購買設(shè)備支出預(yù)測結(jié)果對比

表4 安裝工程支出預(yù)測結(jié)果對比

表5 其他支出對比

根據(jù)表2～5可知，本文模型所有支出的預(yù)測數(shù)據(jù)具有較高的準(zhǔn)確性，與真實(shí)工程的支出數(shù)據(jù)相差不超過5%，這也意味著本文所提模型在支出預(yù)測方面非常接近真實(shí)的工程項(xiàng)目，具有較強(qiáng)的實(shí)用性.

2.3 模型耗能情況檢測

為了證明進(jìn)度造價(jià)管理模型在設(shè)計(jì)上的可行性和先進(jìn)性，本文使用同樣的實(shí)驗(yàn)條件，分別統(tǒng)計(jì)了傳統(tǒng)BIM模型和本文模型在項(xiàng)目管理各階段所耗費(fèi)的人力資源及資金情況.需要說明的是，傳統(tǒng)的BIM模型首先將設(shè)計(jì)和施工等各種項(xiàng)目數(shù)據(jù)錄入工程的構(gòu)件屬性中，再利用這些項(xiàng)目數(shù)據(jù)，形成項(xiàng)目管理方所關(guān)注的各種資料，即生成相應(yīng)的圖表.基于同樣的項(xiàng)目，利用傳統(tǒng)BIM模型和本文模型所需消耗資源對比結(jié)果如圖6所示.

圖6 傳統(tǒng)BIM模型與本文模型所耗用的資源

根據(jù)圖6中的資源對比結(jié)果可知，本文基于變電站三維設(shè)計(jì)模型的進(jìn)度造價(jià)管理在項(xiàng)目工程中各時(shí)期耗費(fèi)的資金均比傳統(tǒng)BIM模型低.由此說明，本模型節(jié)省支出費(fèi)用，具有應(yīng)用價(jià)值.

3 結(jié) 論

本文對基于變電站三維設(shè)計(jì)模型的進(jìn)度造價(jià)管理進(jìn)行了研究，通過變電站BIM5D的工程進(jìn)度造價(jià)管理模型建立的變電站進(jìn)度造價(jià)管理系統(tǒng)可以即時(shí)展現(xiàn)變電站的具體信息.將所有參與人員合理安排與調(diào)整，匯總變電站工程的工程量、工程進(jìn)度以及消耗的情況，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)工程內(nèi)各項(xiàng)目支出預(yù)算估計(jì)及實(shí)時(shí)造價(jià)管理，同時(shí)，模型還可以根據(jù)指定時(shí)期的進(jìn)度與預(yù)期間的差異進(jìn)行變電站工程的后期調(diào)整，使變電站的進(jìn)度造價(jià)管理更方便、高效.