基于BIM技術的煤炭工程招標采購成本預算控制模型

張瑞鑫

(中煤招標有限責任公司，北京 100011)

國民經濟的持續發展促使電力、建材等行業迅速壯大，從而導致對煤炭資源的需求量大幅上升[1，2]，使煤炭工程招標采購項目面臨巨大挑戰。在項目開展過程中，成本預算超支情況非常普遍，據調查結果顯示，超過67%的項目在竣工結算時，實際支出超過成本預算，其原因主要是缺少科學、可靠的成本數據[3，4]，因此，為有效降低成本，促進經濟效益的提升，對煤炭工程招標采購成本預算進行控制極為必要。

成本預算控制是目前研究的重點課題，許多相關專家學者均有涉及。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)相結合，構建資源成本動態控制模型，利用遺傳算法實現資源均衡優化，從而實現資源成本的有效控制；李萬慶等人研究基于CSO-ELM的工程施工成本預測模型[6]，通過利用CSO全局搜索尋優ELM模型中的輸入權值和偏置值，從而獲取最佳參數以構建成本預測模型。本文分別采用三種不同模型通過對某煤炭工程招標采購項目分析，總結出BIM模型具備以下優點：建筑信息模型技術(Building Information Modeling，BIM)是數字化、智能化的變革性生產工具，可對模型內部構件進行識別和數量統計，在一定程度上能夠提高數據的識別精度以及數據處理能力，能有效實現煤炭工程招標采購項目項目的成本預算數據控制。

因此本文設計基于BIM技術的煤炭工程招標采購成本預算控制模型，主要通過招標采購成本預算控制模塊調用BIM數據管理平臺的存儲數據，實現煤炭工程招標采購成本預算控制，為煤炭工程招標采購的實施提供科學、準確的成本數據支持。

1 基于BIM技術的煤炭工程招標采購成本預算控制模型

1.1 煤炭工程招標采購成本預算控制模型

煤炭工程招標采購成本預算控制模型主要包括招標采購成本預算控制模塊和BIM數據管理平臺兩部分[7]。招標采購成本預算控制模塊通過成本監控、預警及預測功能進行煤炭工程招標采購成本預算控制；BIM數據管理平臺可將BIM數據存儲于內存中，并提供使用接口。煤炭工程招標采購成本預算控制模型詳情如圖1所示。

圖1 煤炭工程招標采購成本預算控制模型

該模型優勢在于可適當封裝BIM數據，使BIM數據管理平臺具備通用性，適合各種專業領域的功能擴展。

1.2 BIM數據管理平臺

BIM數據管理平臺是煤炭工程招標采購成本預算控制模型實施數據管理、數據交互和數據應用的基礎，是招標采購成本預算控制模塊實現的根本[8，9]。BIM數據管理平臺詳情如圖2所示。

圖2 BIM數據管理平臺

該模塊由BIM數據管理內核與平臺用戶界面兩部分組成，并和四個功能層相對應[10]。BIM數據管理內核包含數據交換層、數據存儲層和數據應用層。

1)數據交換層：完成內存中BIM數據和外存中IFC數據的交互。

2)數據存儲層：采用適當的形式組織和存儲內存中BIM數據，并對各個BIM數據對象間的聯系進行維護。

3)數據應用層：對BIM數據容器內BIM數據進行訪問。平臺用戶界面包含BIM圖形交互模塊和BIM資源管理器模塊，對應用戶界面層，通過對BIM數據應用接口的調用訪問BIM數據容器。

因BIM數據管理平臺具有通用性，開發時僅對基本功能進行了設計，在此基礎上增加成本預算的有關內容，實現煤炭工程招標采購成本預算控制。

1)數據存儲層：參照IFC標準對成本預算有關實體對應的類進行建立、初始化以及測試。

2)數據應用層：成本預算有關信息的查詢、新增、修正、刪除等應用接口，可根據對應的成本預算功能進行建立。編寫BIM圖形交互模塊的數據應用接口，對IFC標準內幾何描述信息進行解析，為其提供能直接使用的幾何拓撲信息。編寫BIM資源管理器模塊的數據應用接口，實現查詢信息和生成樹狀結構等功能。

3)BIM圖形交互模塊：為實現成本預算的算量功能，增加圖形運算功能。

4)BIM資源管理器模塊：增加成本有關信息的資源管理功能。

1.3 招標采購成本預算控制模塊設計

在煤炭工程招標采購工作前期，通過煤炭工程招標采購成本預算控制模型對計劃工作的預算成本(BCWS)進行讀取，并預算其招標采購成本；在煤炭工程招標采購工作中期，各項已完成工作的實際成本(ACWP)可根據對實際數字進行統計獲得，已完成工作的預算成本(BCWP)根據計算便可得到。比較這幾個數據，可獲得CV、SV、SPI和CPI等評價指標，分別表示成本偏差、進度偏差、進度績效指標和成本績效指標[11-13]。對煤炭工程招標采購工作的進度與成本偏差等進行分析，依據分析結果采取對應的手段實施糾偏。招標采購成本預算控制模塊需實現成本監控、預警及預測功能，完成煤炭工程招標采購成本預算控制。

1.3.1 成本監控

1)計算基本參數。深入研究查詢煤炭工程招標采購成本預算控制模型，并與掙得值分析法相結合，對進度與成本狀況進行分析以獲取基礎數據，包括BCWP、ACWP和BCWS。

2)計算評價指標。根據掙得值的三個基本參數對四個評價指標進行計算，包括CV、SV、SPI和CPI。由成本分析曲線可得到式(1)—(4)所示的計算過程：

CV=BCWP-ACWP=-11.8483

(1)

SV=BCWP-BCWS=24.7557

(2)

3)數據分析。通過對掙得值基本參數間的聯系或者評價指標的高低進行比較，確定各項工作的進度及費用情況，并采用針對性的應對方案。

1.3.2 成本預警

可通過掙得值數據分析獲得的成本偏差指標對煤炭工程招標采購成本的發展走向進行實時監控，及時關注成本偏差產生的時間[14]。判定需做出調整時的成本偏差臨界值只依賴成本監控功能無法達成，是因為成本偏差具有客觀性。因此，應確立可以量化成本偏差的指標實施判定，分析產生成本偏差時，成本管理人員是否應進行調整，應如何調整。

采用掙得值分析法進一步分析，為及時提示成本管理人員進行調整，需建立煤炭工程招標采購成本的預警功能。在實現該功能過程中，劃分成本偏差值為五個等級，以便于產生成本偏差時可以快速區分成本偏差等級，將其與相應顏色的預警信號一一對應，詳情見表1。

表1 成本偏差等級和預警信號對應詳情

由1.3.1得到CPI的值為0.97，對應表1中的成本偏差等級和預警信號分別為低偏差、綠色。

1.3.3 成本預測

若成本績效指標在某預警范圍內，則是在煤炭工程招標采購CPI值達到預設值的情況下，此時成本管理人員需采取相應措施實施糾偏[15]。為了能夠有效指導資金利用與項目資源分配，還需對采集到的數據進行分析并預測成本發展走向。

使用掙得值分析法對進度和成本實施偏差分析，通過分析結果尋找導致偏差的因素，在計算因素影響程度的同時可以預測煤炭工程招標采購成本的發展走向，并對其完結時的進度和成本狀況進行預測。項目完結預算、預測項目完結估算和預測項目完結時的費用偏差分別用BAC、EAC和ACV表示，用公式(5)描述三者間的關系：

ACV=BAC-EAC

(5)

預測項目完結時的成本，可以對資源和資金做出更好的安排，制定出合理、科學的資源及資金分配計劃，對煤炭工程招標采購成本預算控制具有重要作用。

1.4 煤炭工程招標采購成本預算控制流程

煤炭工程招標采購成本預算控制模型采用流程如圖3所示，實現招標采購成本預算控制。

圖3 煤炭工程招標采購成本預算控制流程

大多數BIM軟件都具備自動算量功能，可將工程量的計算結果以某種形式輸出，最常用的是將采集到的工程量輸入到Excel中實施匯總計算，操作簡便，實用性強。

2 實驗分析

以某公司煤炭工程招標采購項目為實驗對象，進度預算時間為9個月，分析本文模型的煤炭工程招標采購成本預算控制的有效性和可行性。

2.1 進度-成本變化分析

根據煤炭工程招標采購項目的進度和實際投資情況，以及市場預估價格變化的情況，繪制實際進度-成本曲線，本文模型的計劃進度-成本曲線和實際進度-成本曲線的對比結果如圖4所示。

圖4 進度-成本曲線對比

分析圖4可得，本文模型的計劃進度-成本曲線和實際進度-成本曲線變化趨勢相同，數值較為接近，由此可以說明，本文模型不僅能實現對煤炭工程招標采購成本發展趨勢的預測，還具有較好的煤炭工程招標采購成本預算控制效果。

2.2 實驗工程進度對比分析

掙得值分析法根據已完成工作的預算成本參數(BCWP)可對計劃工期和實際工期之間的關系進行建立，煤炭工程招標采購項目的進度情況，可通過對已完成工作的預算成本和計劃工作的預算成本(BCWS)進行比較得到。若想說明項目進度比計劃情況落后，則是在已完成工作的預算成本比計劃工作的預算成本低的條件下；若想說明項目進度比計劃情況快，則是在已完成工作的預算成本比計劃工作的預算成本高的條件下。

實驗分析不同時間下，實驗工程的進度情況，并設計對比實驗，選取文獻[5]的基于BIM與GA的施工資源隱性成本控制模型(簡稱BIM與GA成本控制模型)和文獻[6]的基于CSO-ELM的工程施工成本預測模型(簡稱CSO-ELM成本預測模型)，作為本文模型的對比模型，三種模型的實驗工程的進度對比結果如圖5所示。

圖5 實驗工程的進度對比

分析圖5可得，時間為1個月時，三種模型的已完成工作預算成本和計劃工作預算成本相同，隨著實驗工程的推進，本文模型的已完成工作預算成本和計劃工作預算成本差距較小，并始終稍高于計劃工作預算成本，項目進度比預計情況快；BIM與GA成本控制模型和CSO-ELM成本預測模型的已完成工作預算成本始終低于計劃工作預算成本，且差距較大，BIM與GA成本控制模型的進度，在項目進行至6個月時，開始出現嚴重滯后現象，而CSO-ELM成本預測模型的進度，在實驗工程進行至4個月時，便開始嚴重落后。對比這些數據可以看出，本文模型能更好地控制實驗工程進度，具有顯著的煤炭工程招標采購成本預算控制效果。

2.3 實驗工程成本預算情況分析

對實際費用支出狀況的真實記錄為已完成工作的實際成本(ACWP)。實驗工程的成本預算情況，可通過對已完成工作的實際成本和已完成工作的預算成本進行比較獲得。如果已完成工作的實際成本比已完成工作的預算成本高，說明項目的成本預算存在偏離。

實驗分析不同時間下，三種模型的實驗工程的成本預算情況，結果如圖6所示。

圖6 實驗工程的成本預算情況對比

分析圖6可得，在實驗工程不斷推進的過程中，本文模型的已完成工作實際成本和已完成工作預算成本基本一致，當項目結束時，已完成工作實際成本和已完成工作預算成本相同，成本預算結果準確；在項目進行至4個月時，BIM與GA成本控制模型的已完成工作實際成本快速上升，項目結束時，超出已完成工作預算成本18萬元左右，偏離程度較大；在項目進行至3個月時，CSO-ELM成本預測模型的已完成工作實際成本大幅度上升，項目結束時，超出已完成工作預算成本28萬元左右，偏離程度最為顯著。對比這些數據可以看出，本文模型的成本預算具有較高的準確性，可大大提升煤炭工程招標采購成本預算控制效果。

綜上所述，由圖5、圖6曲線的對比分析可知，本文設計的基于BIM技術的煤炭工程招標采購成本預算模型相較于傳統模型來說，具有較高的有效性和可行性，通過設計成本預算控制模塊來調動BIM數據管理平臺中的存儲數據，從而有效提高所設計模型的成本預算控制能力，同時也提高了成本預算控制的準確性。

3 結 語

為有效提升煤炭工程招標采購的經濟效益，本文設計基于BIM技術的煤炭工程招標采購成本預算控制模型，以BIM技術為基礎，通過BIM數據管理平臺對IFC數據內煤炭工程招標采購相關數據進行處理，使用招標采購成本預算控制模塊調用處理后的BIM數據，實現煤炭工程招標采購成本預算控制。該模型的實際應用可有效控制煤炭工程招標采購成本預算，避免經濟損失，為成本預算控制研究提供新思路。