基于BIM技術(shù)的煤炭工程招標(biāo)采購(gòu)成本預(yù)算控制模型

張瑞鑫

(中煤招標(biāo)有限責(zé)任公司，北京 100011)

國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展促使電力、建材等行業(yè)迅速壯大，從而導(dǎo)致對(duì)煤炭資源的需求量大幅上升[1，2]，使煤炭工程招標(biāo)采購(gòu)項(xiàng)目面臨巨大挑戰(zhàn)。在項(xiàng)目開展過(guò)程中，成本預(yù)算超支情況非常普遍，據(jù)調(diào)查結(jié)果顯示，超過(guò)67%的項(xiàng)目在竣工結(jié)算時(shí)，實(shí)際支出超過(guò)成本預(yù)算，其原因主要是缺少科學(xué)、可靠的成本數(shù)據(jù)[3，4]，因此，為有效降低成本，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益的提升，對(duì)煤炭工程招標(biāo)采購(gòu)成本預(yù)算進(jìn)行控制極為必要。

成本預(yù)算控制是目前研究的重點(diǎn)課題，許多相關(guān)專家學(xué)者均有涉及。如邵必林等人研究基于BIM與GA的施工資源隱性成本控制模型[5]，將BIM與遺傳算法(GA)相結(jié)合，構(gòu)建資源成本動(dòng)態(tài)控制模型，利用遺傳算法實(shí)現(xiàn)資源均衡優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)資源成本的有效控制；李萬(wàn)慶等人研究基于CSO-ELM的工程施工成本預(yù)測(cè)模型[6]，通過(guò)利用CSO全局搜索尋優(yōu)ELM模型中的輸入權(quán)值和偏置值，從而獲取最佳參數(shù)以構(gòu)建成本預(yù)測(cè)模型。本文分別采用三種不同模型通過(guò)對(duì)某煤炭工程招標(biāo)采購(gòu)項(xiàng)目分析，總結(jié)出BIM模型具備以下優(yōu)點(diǎn)：建筑信息模型技術(shù)(Building Information Modeling，BIM)是數(shù)字化、智能化的變革性生產(chǎn)工具，可對(duì)模型內(nèi)部構(gòu)件進(jìn)行識(shí)別和數(shù)量統(tǒng)計(jì)，在一定程度上能夠提高數(shù)據(jù)的識(shí)別精度以及數(shù)據(jù)處理能力，能有效實(shí)現(xiàn)煤炭工程招標(biāo)采購(gòu)項(xiàng)目項(xiàng)目的成本預(yù)算數(shù)據(jù)控制。

因此本文設(shè)計(jì)基于BIM技術(shù)的煤炭工程招標(biāo)采購(gòu)成本預(yù)算控制模型，主要通過(guò)招標(biāo)采購(gòu)成本預(yù)算控制模塊調(diào)用BIM數(shù)據(jù)管理平臺(tái)的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)煤炭工程招標(biāo)采購(gòu)成本預(yù)算控制，為煤炭工程招標(biāo)采購(gòu)的實(shí)施提供科學(xué)、準(zhǔn)確的成本數(shù)據(jù)支持。

1 基于BIM技術(shù)的煤炭工程招標(biāo)采購(gòu)成本預(yù)算控制模型

1.1 煤炭工程招標(biāo)采購(gòu)成本預(yù)算控制模型

煤炭工程招標(biāo)采購(gòu)成本預(yù)算控制模型主要包括招標(biāo)采購(gòu)成本預(yù)算控制模塊和BIM數(shù)據(jù)管理平臺(tái)兩部分[7]。招標(biāo)采購(gòu)成本預(yù)算控制模塊通過(guò)成本監(jiān)控、預(yù)警及預(yù)測(cè)功能進(jìn)行煤炭工程招標(biāo)采購(gòu)成本預(yù)算控制；BIM數(shù)據(jù)管理平臺(tái)可將BIM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于內(nèi)存中，并提供使用接口。煤炭工程招標(biāo)采購(gòu)成本預(yù)算控制模型詳情如圖1所示。

圖1 煤炭工程招標(biāo)采購(gòu)成本預(yù)算控制模型

該模型優(yōu)勢(shì)在于可適當(dāng)封裝BIM數(shù)據(jù)，使BIM數(shù)據(jù)管理平臺(tái)具備通用性，適合各種專業(yè)領(lǐng)域的功能擴(kuò)展。

1.2 BIM數(shù)據(jù)管理平臺(tái)

BIM數(shù)據(jù)管理平臺(tái)是煤炭工程招標(biāo)采購(gòu)成本預(yù)算控制模型實(shí)施數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)交互和數(shù)據(jù)應(yīng)用的基礎(chǔ)，是招標(biāo)采購(gòu)成本預(yù)算控制模塊實(shí)現(xiàn)的根本[8，9]。BIM數(shù)據(jù)管理平臺(tái)詳情如圖2所示。

圖2 BIM數(shù)據(jù)管理平臺(tái)

該模塊由BIM數(shù)據(jù)管理內(nèi)核與平臺(tái)用戶界面兩部分組成，并和四個(gè)功能層相對(duì)應(yīng)[10]。BIM數(shù)據(jù)管理內(nèi)核包含數(shù)據(jù)交換層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層和數(shù)據(jù)應(yīng)用層。

1)數(shù)據(jù)交換層：完成內(nèi)存中BIM數(shù)據(jù)和外存中IFC數(shù)據(jù)的交互。

2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層：采用適當(dāng)?shù)男问浇M織和存儲(chǔ)內(nèi)存中BIM數(shù)據(jù)，并對(duì)各個(gè)BIM數(shù)據(jù)對(duì)象間的聯(lián)系進(jìn)行維護(hù)。

3)數(shù)據(jù)應(yīng)用層：對(duì)BIM數(shù)據(jù)容器內(nèi)BIM數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問(wèn)。平臺(tái)用戶界面包含BIM圖形交互模塊和BIM資源管理器模塊，對(duì)應(yīng)用戶界面層，通過(guò)對(duì)BIM數(shù)據(jù)應(yīng)用接口的調(diào)用訪問(wèn)BIM數(shù)據(jù)容器。

因BIM數(shù)據(jù)管理平臺(tái)具有通用性，開發(fā)時(shí)僅對(duì)基本功能進(jìn)行了設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上增加成本預(yù)算的有關(guān)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)煤炭工程招標(biāo)采購(gòu)成本預(yù)算控制。

1)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層：參照IFC標(biāo)準(zhǔn)對(duì)成本預(yù)算有關(guān)實(shí)體對(duì)應(yīng)的類進(jìn)行建立、初始化以及測(cè)試。

2)數(shù)據(jù)應(yīng)用層：成本預(yù)算有關(guān)信息的查詢、新增、修正、刪除等應(yīng)用接口，可根據(jù)對(duì)應(yīng)的成本預(yù)算功能進(jìn)行建立。編寫B(tài)IM圖形交互模塊的數(shù)據(jù)應(yīng)用接口，對(duì)IFC標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)幾何描述信息進(jìn)行解析，為其提供能直接使用的幾何拓?fù)湫畔?。編寫B(tài)IM資源管理器模塊的數(shù)據(jù)應(yīng)用接口，實(shí)現(xiàn)查詢信息和生成樹狀結(jié)構(gòu)等功能。

3)BIM圖形交互模塊：為實(shí)現(xiàn)成本預(yù)算的算量功能，增加圖形運(yùn)算功能。

4)BIM資源管理器模塊：增加成本有關(guān)信息的資源管理功能。

1.3 招標(biāo)采購(gòu)成本預(yù)算控制模塊設(shè)計(jì)

在煤炭工程招標(biāo)采購(gòu)工作前期，通過(guò)煤炭工程招標(biāo)采購(gòu)成本預(yù)算控制模型對(duì)計(jì)劃工作的預(yù)算成本(BCWS)進(jìn)行讀取，并預(yù)算其招標(biāo)采購(gòu)成本；在煤炭工程招標(biāo)采購(gòu)工作中期，各項(xiàng)已完成工作的實(shí)際成本(ACWP)可根據(jù)對(duì)實(shí)際數(shù)字進(jìn)行統(tǒng)計(jì)獲得，已完成工作的預(yù)算成本(BCWP)根據(jù)計(jì)算便可得到。比較這幾個(gè)數(shù)據(jù)，可獲得CV、SV、SPI和CPI等評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別表示成本偏差、進(jìn)度偏差、進(jìn)度績(jī)效指標(biāo)和成本績(jī)效指標(biāo)[11-13]。對(duì)煤炭工程招標(biāo)采購(gòu)工作的進(jìn)度與成本偏差等進(jìn)行分析，依據(jù)分析結(jié)果采取對(duì)應(yīng)的手段實(shí)施糾偏。招標(biāo)采購(gòu)成本預(yù)算控制模塊需實(shí)現(xiàn)成本監(jiān)控、預(yù)警及預(yù)測(cè)功能，完成煤炭工程招標(biāo)采購(gòu)成本預(yù)算控制。

1.3.1 成本監(jiān)控

1)計(jì)算基本參數(shù)。深入研究查詢煤炭工程招標(biāo)采購(gòu)成本預(yù)算控制模型，并與掙得值分析法相結(jié)合，對(duì)進(jìn)度與成本狀況進(jìn)行分析以獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括BCWP、ACWP和BCWS。

2)計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)。根據(jù)掙得值的三個(gè)基本參數(shù)對(duì)四個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，包括CV、SV、SPI和CPI。由成本分析曲線可得到式(1)—(4)所示的計(jì)算過(guò)程：

CV=BCWP-ACWP=-11.8483

(1)

SV=BCWP-BCWS=24.7557

(2)

3)數(shù)據(jù)分析。通過(guò)對(duì)掙得值基本參數(shù)間的聯(lián)系或者評(píng)價(jià)指標(biāo)的高低進(jìn)行比較，確定各項(xiàng)工作的進(jìn)度及費(fèi)用情況，并采用針對(duì)性的應(yīng)對(duì)方案。

1.3.2 成本預(yù)警

可通過(guò)掙得值數(shù)據(jù)分析獲得的成本偏差指標(biāo)對(duì)煤炭工程招標(biāo)采購(gòu)成本的發(fā)展走向進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)關(guān)注成本偏差產(chǎn)生的時(shí)間[14]。判定需做出調(diào)整時(shí)的成本偏差臨界值只依賴成本監(jiān)控功能無(wú)法達(dá)成，是因?yàn)槌杀酒罹哂锌陀^性。因此，應(yīng)確立可以量化成本偏差的指標(biāo)實(shí)施判定，分析產(chǎn)生成本偏差時(shí)，成本管理人員是否應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，應(yīng)如何調(diào)整。

采用掙得值分析法進(jìn)一步分析，為及時(shí)提示成本管理人員進(jìn)行調(diào)整，需建立煤炭工程招標(biāo)采購(gòu)成本的預(yù)警功能。在實(shí)現(xiàn)該功能過(guò)程中，劃分成本偏差值為五個(gè)等級(jí)，以便于產(chǎn)生成本偏差時(shí)可以快速區(qū)分成本偏差等級(jí)，將其與相應(yīng)顏色的預(yù)警信號(hào)一一對(duì)應(yīng)，詳情見表1。

表1 成本偏差等級(jí)和預(yù)警信號(hào)對(duì)應(yīng)詳情

由1.3.1得到CPI的值為0.97，對(duì)應(yīng)表1中的成本偏差等級(jí)和預(yù)警信號(hào)分別為低偏差、綠色。

1.3.3 成本預(yù)測(cè)

若成本績(jī)效指標(biāo)在某預(yù)警范圍內(nèi)，則是在煤炭工程招標(biāo)采購(gòu)CPI值達(dá)到預(yù)設(shè)值的情況下，此時(shí)成本管理人員需采取相應(yīng)措施實(shí)施糾偏[15]。為了能夠有效指導(dǎo)資金利用與項(xiàng)目資源分配，還需對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并預(yù)測(cè)成本發(fā)展走向。

使用掙得值分析法對(duì)進(jìn)度和成本實(shí)施偏差分析，通過(guò)分析結(jié)果尋找導(dǎo)致偏差的因素，在計(jì)算因素影響程度的同時(shí)可以預(yù)測(cè)煤炭工程招標(biāo)采購(gòu)成本的發(fā)展走向，并對(duì)其完結(jié)時(shí)的進(jìn)度和成本狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)。項(xiàng)目完結(jié)預(yù)算、預(yù)測(cè)項(xiàng)目完結(jié)估算和預(yù)測(cè)項(xiàng)目完結(jié)時(shí)的費(fèi)用偏差分別用BAC、EAC和ACV表示，用公式(5)描述三者間的關(guān)系：

ACV=BAC-EAC

(5)

預(yù)測(cè)項(xiàng)目完結(jié)時(shí)的成本，可以對(duì)資源和資金做出更好的安排，制定出合理、科學(xué)的資源及資金分配計(jì)劃，對(duì)煤炭工程招標(biāo)采購(gòu)成本預(yù)算控制具有重要作用。

1.4 煤炭工程招標(biāo)采購(gòu)成本預(yù)算控制流程

煤炭工程招標(biāo)采購(gòu)成本預(yù)算控制模型采用流程如圖3所示，實(shí)現(xiàn)招標(biāo)采購(gòu)成本預(yù)算控制。

圖3 煤炭工程招標(biāo)采購(gòu)成本預(yù)算控制流程

大多數(shù)BIM軟件都具備自動(dòng)算量功能，可將工程量的計(jì)算結(jié)果以某種形式輸出，最常用的是將采集到的工程量輸入到Excel中實(shí)施匯總計(jì)算，操作簡(jiǎn)便，實(shí)用性強(qiáng)。

2 實(shí)驗(yàn)分析

以某公司煤炭工程招標(biāo)采購(gòu)項(xiàng)目為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，進(jìn)度預(yù)算時(shí)間為9個(gè)月，分析本文模型的煤炭工程招標(biāo)采購(gòu)成本預(yù)算控制的有效性和可行性。

2.1 進(jìn)度-成本變化分析

根據(jù)煤炭工程招標(biāo)采購(gòu)項(xiàng)目的進(jìn)度和實(shí)際投資情況，以及市場(chǎng)預(yù)估價(jià)格變化的情況，繪制實(shí)際進(jìn)度-成本曲線，本文模型的計(jì)劃進(jìn)度-成本曲線和實(shí)際進(jìn)度-成本曲線的對(duì)比結(jié)果如圖4所示。

圖4 進(jìn)度-成本曲線對(duì)比

分析圖4可得，本文模型的計(jì)劃進(jìn)度-成本曲線和實(shí)際進(jìn)度-成本曲線變化趨勢(shì)相同，數(shù)值較為接近，由此可以說(shuō)明，本文模型不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)煤炭工程招標(biāo)采購(gòu)成本發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)測(cè)，還具有較好的煤炭工程招標(biāo)采購(gòu)成本預(yù)算控制效果。

2.2 實(shí)驗(yàn)工程進(jìn)度對(duì)比分析

掙得值分析法根據(jù)已完成工作的預(yù)算成本參數(shù)(BCWP)可對(duì)計(jì)劃工期和實(shí)際工期之間的關(guān)系進(jìn)行建立，煤炭工程招標(biāo)采購(gòu)項(xiàng)目的進(jìn)度情況，可通過(guò)對(duì)已完成工作的預(yù)算成本和計(jì)劃工作的預(yù)算成本(BCWS)進(jìn)行比較得到。若想說(shuō)明項(xiàng)目進(jìn)度比計(jì)劃情況落后，則是在已完成工作的預(yù)算成本比計(jì)劃工作的預(yù)算成本低的條件下；若想說(shuō)明項(xiàng)目進(jìn)度比計(jì)劃情況快，則是在已完成工作的預(yù)算成本比計(jì)劃工作的預(yù)算成本高的條件下。

實(shí)驗(yàn)分析不同時(shí)間下，實(shí)驗(yàn)工程的進(jìn)度情況，并設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，選取文獻(xiàn)[5]的基于BIM與GA的施工資源隱性成本控制模型(簡(jiǎn)稱BIM與GA成本控制模型)和文獻(xiàn)[6]的基于CSO-ELM的工程施工成本預(yù)測(cè)模型(簡(jiǎn)稱CSO-ELM成本預(yù)測(cè)模型)，作為本文模型的對(duì)比模型，三種模型的實(shí)驗(yàn)工程的進(jìn)度對(duì)比結(jié)果如圖5所示。

圖5 實(shí)驗(yàn)工程的進(jìn)度對(duì)比

分析圖5可得，時(shí)間為1個(gè)月時(shí)，三種模型的已完成工作預(yù)算成本和計(jì)劃工作預(yù)算成本相同，隨著實(shí)驗(yàn)工程的推進(jìn)，本文模型的已完成工作預(yù)算成本和計(jì)劃工作預(yù)算成本差距較小，并始終稍高于計(jì)劃工作預(yù)算成本，項(xiàng)目進(jìn)度比預(yù)計(jì)情況快；BIM與GA成本控制模型和CSO-ELM成本預(yù)測(cè)模型的已完成工作預(yù)算成本始終低于計(jì)劃工作預(yù)算成本，且差距較大，BIM與GA成本控制模型的進(jìn)度，在項(xiàng)目進(jìn)行至6個(gè)月時(shí)，開始出現(xiàn)嚴(yán)重滯后現(xiàn)象，而CSO-ELM成本預(yù)測(cè)模型的進(jìn)度，在實(shí)驗(yàn)工程進(jìn)行至4個(gè)月時(shí)，便開始嚴(yán)重落后。對(duì)比這些數(shù)據(jù)可以看出，本文模型能更好地控制實(shí)驗(yàn)工程進(jìn)度，具有顯著的煤炭工程招標(biāo)采購(gòu)成本預(yù)算控制效果。

2.3 實(shí)驗(yàn)工程成本預(yù)算情況分析

對(duì)實(shí)際費(fèi)用支出狀況的真實(shí)記錄為已完成工作的實(shí)際成本(ACWP)。實(shí)驗(yàn)工程的成本預(yù)算情況，可通過(guò)對(duì)已完成工作的實(shí)際成本和已完成工作的預(yù)算成本進(jìn)行比較獲得。如果已完成工作的實(shí)際成本比已完成工作的預(yù)算成本高，說(shuō)明項(xiàng)目的成本預(yù)算存在偏離。

實(shí)驗(yàn)分析不同時(shí)間下，三種模型的實(shí)驗(yàn)工程的成本預(yù)算情況，結(jié)果如圖6所示。

圖6 實(shí)驗(yàn)工程的成本預(yù)算情況對(duì)比

分析圖6可得，在實(shí)驗(yàn)工程不斷推進(jìn)的過(guò)程中，本文模型的已完成工作實(shí)際成本和已完成工作預(yù)算成本基本一致，當(dāng)項(xiàng)目結(jié)束時(shí)，已完成工作實(shí)際成本和已完成工作預(yù)算成本相同，成本預(yù)算結(jié)果準(zhǔn)確；在項(xiàng)目進(jìn)行至4個(gè)月時(shí)，BIM與GA成本控制模型的已完成工作實(shí)際成本快速上升，項(xiàng)目結(jié)束時(shí)，超出已完成工作預(yù)算成本18萬(wàn)元左右，偏離程度較大；在項(xiàng)目進(jìn)行至3個(gè)月時(shí)，CSO-ELM成本預(yù)測(cè)模型的已完成工作實(shí)際成本大幅度上升，項(xiàng)目結(jié)束時(shí)，超出已完成工作預(yù)算成本28萬(wàn)元左右，偏離程度最為顯著。對(duì)比這些數(shù)據(jù)可以看出，本文模型的成本預(yù)算具有較高的準(zhǔn)確性，可大大提升煤炭工程招標(biāo)采購(gòu)成本預(yù)算控制效果。

綜上所述，由圖5、圖6曲線的對(duì)比分析可知，本文設(shè)計(jì)的基于BIM技術(shù)的煤炭工程招標(biāo)采購(gòu)成本預(yù)算模型相較于傳統(tǒng)模型來(lái)說(shuō)，具有較高的有效性和可行性，通過(guò)設(shè)計(jì)成本預(yù)算控制模塊來(lái)調(diào)動(dòng)BIM數(shù)據(jù)管理平臺(tái)中的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，從而有效提高所設(shè)計(jì)模型的成本預(yù)算控制能力，同時(shí)也提高了成本預(yù)算控制的準(zhǔn)確性。

3 結(jié) 語(yǔ)

為有效提升煤炭工程招標(biāo)采購(gòu)的經(jīng)濟(jì)效益，本文設(shè)計(jì)基于BIM技術(shù)的煤炭工程招標(biāo)采購(gòu)成本預(yù)算控制模型，以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)BIM數(shù)據(jù)管理平臺(tái)對(duì)IFC數(shù)據(jù)內(nèi)煤炭工程招標(biāo)采購(gòu)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使用招標(biāo)采購(gòu)成本預(yù)算控制模塊調(diào)用處理后的BIM數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)煤炭工程招標(biāo)采購(gòu)成本預(yù)算控制。該模型的實(shí)際應(yīng)用可有效控制煤炭工程招標(biāo)采購(gòu)成本預(yù)算，避免經(jīng)濟(jì)損失，為成本預(yù)算控制研究提供新思路。