互联网信息时代的到来使电力工程建设向信息化和数字化转变,能源互联网与泛在电力物联网的建设迫使电力工程造价做出适应性改革。一方面,随着电力工程信息模型(EIM)理论体系的提出与三维设计的推广应用,传统电力工程造价的人工化计算方式存在计算量大、精确度低、更改频繁、阶段割裂等问题,已无法适应电力工程造价的信息化管理要求。另一方面,“单纯造价控制”向“全生命周期成本最优”转变已成为电力工程造价管理的共识,传统电力工程在造价过程中往往局限于单阶段的造价计算和建设阶段的全过程造价管理,忽视了运营期成本对工程建设投资决策的影响,不利于从全生命周期的视角进行精准造价计算。因此,电力工程造价需要依托信息技术,进行更简便高效的全生命周期计算方式探索。

BIM具备诸多优势,能够整合工程建设的多阶段信息,实现系统规划、三维设计、虚拟施工、协同管理、辅助运营的全生命周期工程管理和信息共享。本文试图从全生命周期造价计算的视角,基于BIM技术,构建一套集自动算量、计价、联动更新、存储、对比分析等功能于一体的造价计算模型,以实现全生命周期的造价自动计算和更新,改变电力工程人工化造价计算方式,提高造价的正确率与精确程度,加强造价计算各阶段的联接性,提升造价计算的自动化与智能化水平,为电力工程建设投资决策提供更精准的数据支撑、为电力工程造价管理信息化建设提供理论参考。

工程造价管理是以建设项目为对象,为在目标的工程造价计划值以内实现项目而对工程建设活动中的造价所进行的确定、控制和管理。工程造价管理按内容可分为计算造价和控制造价两部分。全生命周期造价管理,是实现工程造价最小化的一种方法,指对建筑项目建造前期、建造期、运营期和拆除期等整个寿命周期进行合理控制的一种管理手段。全生命周期工程造价管理不仅需要在工程项目造价确定阶段中使用,而且还应该在工程项目造价控制阶段中使用。

根据全生命周期工程造价管理理论,结合电力工程的行业特点,本文将电力工程全生命周期造价管理归纳为以下内容(图1)。

电力工程全生命周期包括建设期和运营期,其中,建设期包括投资决策阶段、设计阶段、招投标阶段、施工阶段和竣工阶段;运营期包括保修阶段、运营维护阶段和拆除阶段。在电力工程的全生命周期中,计算造价表现为投资决策阶段的工程估算,设计阶段的概、预算,招投标阶段的清单和控价,施工阶段的资金计划,竣工验收阶段的结算和决算,运维阶段的维护成本,拆除阶段的拆除投资。控制造价表现为:在投资决策阶段进行经济评价确认最优决策方案,设计阶段进行限额设计、方案评价等优化方案,招投标阶段进行招投标策划,施工阶段进行工程价款的调整支付及费用动态监控,竣工验收阶段处理工程保修费用,运维阶段进行不同设计方案运维成本比较分析,拆除阶段进行工程技改、检修、拆除投资的优化控制。

本文主要研究全生命周期造价管理中的计算造价部分,即如何应用BIM技术进行电力工程全生命周期的造价计算,包括单个阶段的独立计算和整个生命周期的联动计算,每个阶段的独立计算共同构成了整个生命周期的联动计算。

单阶段造价包括建设期中的投资估算、初设概算和施工图预算、工程量清单和最高投标限价、资金使用计划、工程结算和竣工决算;运营期中,保修期一般不发生费用;运维期费用包括日常的人工运行维护成本和技改检修费用;拆除阶段主要是拆除费用。在进行造价计算时,人工运行维护成本可纳入工程投资估算中考虑,而技改检修和拆除可作为独立的工程进行全生命周期的造价计算。

单阶段造价计算主要有四个步骤:

①工程量计算,根据设计图纸及相关材料表计算工程量;

②定额套用,根据相适应的定额标准、工程设计说明及相关材料表进行定额与设备材料录入;

③费用计算调整,查询相关文件政策调整相应的费率、税率,查询造价市场信息,更新材料设备的最新价格;

④对比分析,对比分析可分为方案对比分析、标准价对比分析、预算投资对比分析和工程量对比分析四种。

全生命周期造价计算以单阶段造价计算为前提,不仅包括建设期所有阶段的造价计算,还要考虑运营期各阶段的造价计算。

BIM技术具有可视功能、模拟功能、双向关联功能、协调功能与优化功能,其应用主要包括专项应用、集成应用和协同应用。其中,BIM的集成应用主要表现在三个方面:一是BIM技术能保证不同应用软件之间能够基于统一的模型和标准进行高效互用和信息互换,实现各单项应用的集成;二是集成云计算、大数据、物联网和移动应用等先进信息化技术,形成对工程建设全过程的监控、管理和决策等立体信息化体系;三是BIM技术与项目管理集成应用,有效解决企业之间、企业到项目、项目与项目之间的协同管理问题,实现了项目全生命周期数据的集成整合,实现岗位作业层与管理及决策层信息化的有效结合。本文主要利用BIM的集成应用来构建电力工程全生命周期造价计算模型,以实现自动算量、组价、更新、对比分析等功能。

基于全生命周期造价管理理论,将电力工程全生命周期的造价计算进行阶段划分,借助BIM技术,构建出电力工程全生命周期造价计算模型,主要包括3D模型、单阶段造价计算模型两个部分。3D模型能绘制和识别三维设计图,单阶段造价计算模型能自动计算工程某个阶段的造价投资,其核心是造价信息数据云,通过云中各功能模块的联接,对造价数据进行查找、识别、筛选、计算、匹配、分析、更新。

依托BIM技术的专项应用、集成应用和协同应用,构建集数据集成、数据分析、数据整合、数据分配、数据预警功能为一体的造价信息数据云(如图2),主要包括六个数据模块:计量数据模块、计价数据模块、市场信息模块、标准造价模块、造价存储模块和对比分析模块。

计量数据模块。按照定额的分类方式导入相对应的工程量计算规则,包括计量公式、扣减规则、清单及定额中工程量的计算规则等,构建符合我国电力工程计算规范和计价规范的计量数据模块。

计价数据模块。按照电力工程造价定额编制的类目进行分类和分项,导入每类工序对应的定额条目和定额选取计列规则。

市场信息数据模块。按行政区划进行分区,每个分区分为网络数据单元和本地数据单元。网络数据单元中联动全国及各地方造价数据信息网,实时更新设备材料的市场价格;本地数据单元中,各地各单位可根据所获取的行业资料(如行业设备材料季度价格、招标价格、财评价格以及其他费用中的协议价格等)进行上传,实现数据积累和共享。

标准造价数据模块。根据标准设计方案自动生成标准造价。在标准造价数据模块与市场信息数据模块之间设置联动。当市场价格信息随时间变化时,在该模块中会生成并储存每个时点的动态标准造价版本。

造价方案存储模块。按行政区域进行分类,行政区划下再按工程类型和电压等级进行细化,分类储存全国各行政区域各类工程在各个阶段的造价版本。

对比分析存储模块。自动进行设计方案、标准价、预算投资和工程量的对比分析,并将对比分析报告进行储存。

依托BIM技术的集成应用,将目前已普遍应用的3D模型与构建的造价信息数据云相连接,搭建了BIM技术下的单阶段造价计算模型,如图3。

基于BIM的单阶段造价计算模型主要包括3D模型和造价信息数据云两个部分。3D模型可以绘制、识别、存储不同方案下的三维设计图,并且能够设置和识别各个设计图的组件参数,如尺寸、规格、材质等;造价信息数据云包含六大造价数据模块,能自动计算造价投资、储存造价版本、进行对比分析。

将3D模型与造价信息数据云中的计量数据模块相关联,3D模型对三维图上构件信息属性进行识别,在计量数据模块中找出对应的计算规则,并根据对应的规则进行内部运算,得出工程各部分工序及构件的工程量。按工程量清单规则,形成工程量清单。根据设定的工程量清单计算规则、计价规则,形成工程量清单项目。最终形成完整的工程量清单,保存在造价方案存储模块中。

通过相关计算机语义系统将自动统计出的工程量清单与计价信息数据云相关联,系统对清单项目特征、施工组织方案等信息和计价数据模块中的定额进行双向识别,并根据每个分部分项工程及其所需要的构件对定额进行筛选,建立两者间的一一对应关系,按照设定的模板进行工程定额的匹配输出,形成工程的本地预算版本,并保存在造价方案存储模块中。

系统将形成的本地预算版本与市场信息数据模块相关联,根据规格、型号、类型等对本地预算版本中所列出的人、材、机信息与网络实时更新的当地造价信息相对应,筛选出相匹配的价格信息,进行自动填录。对本地预算版本中的其他费用子目、相关费率、税率等在最新政策文件中进行筛选更新,从而得到调整人材机及相关税费后的市场预算版本,并保存在造价方案存储模块中。

将标准设计方案放入单阶段造价模型中,将会自动计算生成标准造价。在标准造价数据模块与市场信息数据模块之间设置联动。当市场数据信息随时间变化而变化时,标准造价信息模块中的预算金额也随之变动。在该模块中会随时生成该时点下的标准造价版本。

系统将形成的市场预算版本与通用造价数据模块相关联,通过与动态的通用造价相对比,得出各项设计模块的变动情况及其相应的具体工程量与造价变动分析,实现电力工程造价的精准控制。当工程的设计有比选方案时,系统还可以将造价方案存储模块中的比选方案的市场预算版本与推荐方案的市场预算版本相比较,做出工程各部分的工程量及造价变动分析,为工程方案决策提供依据。还可从造价存储模块中调取预算投资进行三算对比分析及工程量对比分析等。所有形成的对比分析输出后保存在对比分析模块。

以上文单阶段造价计算模型为基础,通过其自动造价计算功能,将全生命周期包括建设期和运营期各个阶段的设计方案及数据在3D模型中进行识别,则可自动计算出全生命周期所有阶段的造价投资,形成全生命周期的造价计算模型,如图4。

基于BIM的电力工程全生命周期造价计算模型包括3D模型、电力工程单阶段造价计算模型两部分。当只有一个设计方案时,全生命周期造价模型会计算出建设期和运营期所有阶段的造价规模,包括估算、概预算、清单和控价、资金使用计划、工程结算和竣工决算;当设计方案进行反复修改变动时,该模型会自动识别修改过的各个版本三维设计图,形成各设计修改方案下的n个全生命周期造价版本。

在电力工程的建设期中,3D模型对不同阶段的三维设计图进行识别,通过单阶段造价计算模型的运行,自动计算出投资决策阶段的可研估算、设计阶段的概、预算、招投标阶段的清单和最高投标限价、施工阶段的资金使用计划和竣工阶段的工程结算。

在电力工程的运营期中,工程还会产生人工维护费、维修费、拆除费等运维成本。将3D模型、单阶段造价计算模型相联接,可在投资决策阶段,自动计算出包括人工维护成本在内的可研估算,为投资决策提供完整的数据支撑;也可将运营期的技改检修、拆除作为独立的工程,自动计算其各阶段的造价投资。

当电力工程设计方案有所变动,3D模型对变更后的三维设计图进行重新识别,工程全生命周期各阶段的造价都会进行相应的联动更新。由此形成每个阶段的n个造价方案版本,便于追溯检查,对比分析与造价控制。

选取四川省南充市某110kV变电站新建工程,以其变电工程为例,该变电站总征地面积约0.53hm²,全站建筑物有1栋配电装置楼约968m²;1间55m²水泵房;1间48m²警卫室;2间26m²消防小室;110kV采用户内GIS设备,10kV采用中置式高压开关柜,10kV并联电容器组采用组合框架式。可研评审于2019年2月进行,初设评审时间为2019年10月。

单阶段的造价计算主要体现在编制投资、用资和结算造价时能进行自动算量、计价、更新市场数据。将该工程的三维设计图导入全生命周期造价计算模型中只进行某阶段的造价计算。首先系统会自动识别图中的组件特征和数量,生成设备材料清单,包括土建的挖、填、运以及基础方量、不同型号的设备及数量,地材类型和数量等等,替代了传统人工根据二维图纸手动计算工程量的工作方式。当系统与计价模块中的定额相匹配,便自动录入相应的定额条目,造价人员不用翻阅定额规范进行人工判断,定额套用也不需在软件中进行手动选择。该工程的可研编制时间为2019年2月,系统根据市场信息模块中南充市2月份最新税费率、人材机价格对市场价进行更新,自动计算出各个阶段的造价金额,造价人员无需翻阅当地造价信息期刊进行手动更改。单阶段的造价计算模型的应用使造价人员从人工造价计算方式中解脱出来,提高造价计算的工作效率和精确程度。

整个生命周期的造价计算体现在方案对比选择、设计方案修改对应的所有工程阶段的造价联动更新。就方案对比选择而言,该工程在投资决策阶段设计了两种可行性方案,方案1按全户内GIS变电站设计,方案2按AIS变电站设计,方案1较方案2占地面积更少、运营期维护成本更低,但设备购置价格更高。将方案1和方案2的三维设计图导入全生命周期造价计算模型,录入运营期维护成本参数,系统自动计算出两种方案的估算投资。选取两方案估算结果进行自动对比分析,发现方案1虽然前期投入费用更高,但后期维护成本远远低于方案2,综合建设期和运营期总成本考虑,选取方案1为最终可研方案。

从方案设计修改后造价的联动更新来看,该工程2019年2月进行可研估算编制时,建设方案中不包括水泵房。但2019年3月国标《消防应急照明和疏散指示系统技术标准》(GB51309-2018)正式实施,10月该工程在进行初步设计时,按新规定设计方案需新增水泵房。对此,根据修改后的初设三维图纸,系统会自动更新初设及以后各阶段增加了水泵房的工程造价,也会根据10月的当地市场价及以后各阶段造价编制时的市场价进行更新,造价人员无需再根据设计方案的变动反复进行造价修改。

可见,基于BIM技术的电力工程全生命周期造价计算模型不但能够实现电力工程各个阶段的造价自动计算,还能实现其整个生命周期所有方案的造价联动更新,能有效解决传统造价计算量大、准确率低、更改频繁、阶段割裂等问题,有利于提高造价计算的信息化水平。