EPC即设计-采购-施工总承包管理模式, 相对于采购、施工而言, 设计为龙头, 其从根本上控制着建设工程的投资、工期等。在工程项目中概算超投资估算、施工图设计预算超概算、完工结算超预算的“三超”现象时有发生^[1,2], 其中原因很多, 但设计专业未严格执行限额设计是较为普遍的现象。随着建筑行业的发展, 针对采用固定总价合同的EPC项目, 企业要在激烈的市场竞争中占有一席之地, 必须有效地进行工程投资控制, 加强设计管理, 大力推行限额设计。

限额设计是根据造价的限额开展相应的设计工作, 确保设计可有效符合造价控制的要求。限额设计为将完成审计程序的投资额, 依靠对应的层层分解处理程序, 基于层层把控的方式实现对整体投资额的高效管控。目前关于限额设计方面具体的投资额划分, 主要是参考有关的价值工程理论, 结合项目开展相应的分析以及评价工作, 确保成本最低的情况下最大程度地实现建筑结构的功能。限额设计属于造价控制中最高效的环节, 依靠对各个专业设定相应的最大限额值, 可以实现对整体投资更为高效的控制^[3]。

使用价值工程理论开展相应的限额设计工作, 主要采用定性和定量的方法:定性方法主要是经验法、Delphi method等;定量方法主要为倍数加权法、IUR以及AHP法^[3]等。

AHP法作为定性以及定量整合的方法, 其在架构分析方面存在特殊的层次性, 可以较高效地解决主观方面存在的误差, 进一步将专家的经验以及思维采取对应的量化分析, 同时其中的权重分析精度相对偏高, 有着对应的科学理论基础, 属于权重分析以及评价工作的高效方法之一。

BIM作为一项信息管理技术和辅助设计技术, 在设计环节的运用价值主要表现为以下4个方面^[4,5]。

1) 概念设计阶段BIM技术的应用能够减少工程建设项目在决策阶段的周期。BIM技术能够提供可视化以及三维空间的模型效果, 利于业主在概念初步设计方案阶段就参与其中, 能让业主充分理解设计意图, 从而让业主从多种方案中筛选出最佳的概念方案, 达到不仅能满足设计要求也能符合业主理想的最佳概念设计方案。

2) 方案设计阶段根据BIM建筑和结构模型, 能够配合业主以及设计院进行设计方案的优化, 以及建筑和结构之间的设计调整配合, 确保最后的设计方案达到建筑风格新颖、视觉效果最佳、结构安全合理且建安成本经济。同时结合BIM技术进行建筑性能模拟分析和管理价值工程等, 可以在方案设计阶段全面提升建筑产品价值, 从技术上支持做功能好的建筑产品。

3) 初步设计和施工图设计阶段针对二维设计方案, 构建三维BIM模型可以正确地校核以及检测设计方案存在的问题, 并进一步优化结构空间, 增强建筑空间基本的高度。BIM可以针对图纸中存在的错、漏、碰、缺等问题开展识别, 尽可能在施工操作之前处理各类碰撞矛盾和图纸的不足, 以此保障整体的施工环节中不产生或产生最少的变更以及返工。依靠BIM的协同平台和信息传递的高效性, 可进一步保障各专业设计师在同样的平台内开展对应的协同设计工作, 实现更理想的设计质量, 从而在设计方面配合实现不存在错误问题的理想建筑。

4) 成本最低在保证建筑质量和功能的基础上, BIM可以实现最低的建筑成本。依靠BIM可以在概念以及方案设计阶段实现对应的优化效果, 保障最终的设计方案具备理想的合理性以及经济性。利用BIM在设计方面的架构、融合检查以及空间的优化功能, 从而有效控制因图纸问题而导致的设计变更或者返工, 避免了设计变更以及返工造成的损失。BIM技术促进工程设计与工程成本控制的结合, 多途径、多维度地保障建安费的可控性和经济性。

依托于BIM强化工程项目的设计以及造价控制工作, 特别是在设计阶段开展相应的成本控制工作, 一方面可减少整体的人力以及物力资源耗费, 同时也可以有效加速企业在复杂的市场环境中占据充足的优势, 进而演变为公司的核心竞争力。

将AHP法和BIM相结合, 利用AHP确定各阶段、各专业的限额设计目标值, 基于BIM分析计算各阶段、各专业的设计方案是否满足限额设计要求, 有效地控制整个项目的工程投资, 保证总投资不被突破。

AHP法也称为层次分析法 (analytic hierarchy process) , 是将和决策整体存在关联的各个要素划分为多个目标、准则以及方案等基础的层级, 进一步开展定量研究的方法。该方法为美国教授萨蒂在20世纪70年代为美国国防部进行课题分析的过程中, 使用网络以及多目标等方案提出的权重计算方法。

1) 建立AHP结构模型构建AHP的基本目标层^[3]作为其中的最高层级, 可以明确处理问题的基本目的, 同时也属于层次分析法希望实现的基础目标。进行决策的目的即怎样处理EPC建筑项目限额设计, 也就是找出EPC建筑项目限额设计的主要因素。其次, 确定AHP模型的准则层。对于EPC项目设计需达到结构可靠性高、造价经济合理、所处环境良好的目的, 基于这些要求确定准则层的组成要素分别是:安全性、适用性、耐久性、经济性和环境性。最后, 确定模型的方案层。根据准则层可以确定方案层主要包括:土建、消防、给排水、强弱电、煤气管道、暖通工程等因素, 如图1所示。

2) 构造层次结构判断矩阵建模后, 对各层级因素进行两两对比, 构建基础判断矩阵。通过调研或聘任专家的模式针对各影响因素之间的重要程度开展比较, 所获得的比较结果是使用Saaty的标度值, 建立对应的判断矩阵。

针对多方面要素开展对比工作之前, 要求利用1~9标度法对各元素的具体重要性开展赋值分析, 1~9标度的详细定义如表1所示。

假定其中的B_k归属于母元素, 针对系统中的子元素C₁, C₂, C₃, ……C_n存在特殊的支配联系。针对系统内存在的n个子元素, 建立C= (C_ij) _n×n的判断矩阵, C_ij为i元素对比j元素的重要性。判断矩阵有如下性质:C_ij>0;C_ij=1/C_ij (i≠j) ;C_ii=1 (i, j=1, 2, 3……, n) ;C_ij的值越大, 表示元素C_i相对于元素C_j的重要程度越大。

3) 层次单排序 (计算权向量) 是计算同一层级各元素的相对权重, 即确定权向量。计算权向量方法主要是根法、幂法以及和法等。使用和法开展分析工作, 其基础原理为:在一致性判断矩阵中, 针对其中的列进行对应的归一化即可获得权向量。

4) 对判断矩阵进行一致性检验在产生判断矩阵的情况下, 如果子元素相对较复杂, 为规避人为因素而导致的矛盾, 要求针对矩阵的一致性开展分析。

判断矩阵作为一致性的标准即排除最大特征值之后, 其他特征根的负均值:

式中:λ_max代表判断矩阵最大的特征值, CI值和一致性之间构成反比关系;CI值相对更低则代表着判断矩阵的一致性更为理想。若CI=0, 则意味着其实现了完全一致性。

一般允许CI值存在一定程度的偏差, 因为对应不同判断矩阵的CI值的精度存在区别, 需要引入对应的随机一致性指标RI。选定为针对1~9阶矩阵的RI值, 具体信息如表2所示。

式中:CR代表随机一致性比率。当CR=CI/RI<0.1时, 认为判断矩阵满足一致性。

限额设计的控制过程是合理确定项目投资限额, 科学分解投资目标, 进行分阶段各专业的限额设计目标成本控制, 形成总投资限额-各专业设计限额目标值-BIM各专业成本测算值的控制过程。主要包含以下内容。

1) 确定可行的EPC建设工程项目总工程费EPC建设工程项目采用总合同价模式, 总合同价通常指总建安费。总建安费包括总工程费、工程建设其他费用、预备费用、建设期贷款利息4部分, 因为除总工程费外的费用都是以总工程费为基础的, 所以限额设计主要针对总工程费。根据总工程费、工程建设其他费用、预备费用、建设期贷款利息4部分之间的比例关系和总建安费、扣除工程建设其他费用、预备费用、建设期贷款利息3部分, 即可得到总工程费限额设计目标值。

2) 运用价值工程和AHP法确定各阶段各专业的权重和限额设计目标价值工程受到功能、成本两者之间相互作用制约, 应对工程建设项目中的价值工程进行成本和功能各项指标最大化、数值化研究分析, 建立AHP层次分析模型, 确定各专业各部分的权重, 即各专业各部分占总造价的比例。通过应用此方法, 得到各专业组成部分成本占比和与之对应的功能比例, 选择最佳比例, 达到控制各专业成分最优投资比例。根据总工程费和各专业各部分的权重, 即可得到各专业各阶段的限额设计目标值M₀。根据估算>概算>预算, 设概算限额设计值和预算限额设计值分别为估算限额设计值的0.95, 0.90倍。

3) 以BIM和限额为基准, 开展方案设计基于BIM技术^[6]自动化及快速化的算量特点, 计算各专业工程量和预估成本值, 并及时传达至设计师, 再与各专业估算限额设计目标值进行比较分析, 若满足要求即确定设计方案, 否则需优化设计, 便于在设计的前期阶段控制成本。根据设计图纸BIM模型, 不仅可以优化建筑风格新颖性及视觉立意性, 而且能调整结构的布局合理性, 进而能够达到设计院方案设计最优结果, 满足建筑和结构要求, 而且造价较低。此外在方案设计阶段, 利用BIM的建筑性能模拟分析和价值分析等功能, 可以大幅提升建筑的产品价值。

4) 初步设计在初步设计初期, 总设计师应按照专业分工将设计任务和限额设计目标值分配到相应的专业设计部门, 充分发挥技术专长, 有效地控制项目成本。造价人员运用BIM技术得到多个设计方案各专业各信息参数及其工程量, 并根据指标数据库或概算数据库, 计算各设计方案每个专业概算指标值, 即概算价, 判断是否满足概算限额设计要求, 确定初步设计方案。

5) 施工图设计阶段在该设计阶段, 运用BIM技术对施工图纸进行建模, 根据模型结果给出的工程量制定施工图预算。根据工程量和人材机价格, 计算各专业的预算指标, 若预算指标满足预算限额设计要求, 并且满足设计规范和甲方要求, 则确定设计方案, 否则优化设计方案。

在施工前, 运用BIM可视化模拟技术和协同作业平台, 对各专业图纸进行融合检查, 各专业设计师在同一技术层次上对其专业图纸进行修改、补充和完善, 各方面的信息得以直接传递, 最大限度解决设计过程中存在的错误、遗漏、碰撞、缺失等问题, 从而最大化的减少设计变更或者返工, 不仅保证设计图纸的质量, 而且利于工程施工。

在EPC管理模式下, 设计阶段对工程项目总成本影响程度为70%~85%, 限额设计与总体造价控制相辅相成, 因此限额设计是从根本上控制工程总成本, 对工程造价控制的作用不言而喻。在EPC工程总承包项目中, 利用BIM技术和AHP法大力推进限额设计, 优化设计方案, 科学管理、高效控制工程总投资, 可使资金价值最大化。