基于变电站三维设计模型的进度造价管理<sup>*</sup>

国家经济需要电力工业的稳定支撑，随着总用电量需求不断提高，需要加快电力生产的发展速度.电力系统中变电站是核心内容，其通过变压器可以结合不同级的所有电网，将电压实施改动和管制[1]，接收电能并将该电能进行合理安排.为了加强电力建设项目的流程管理，国内外许多学者进行了该方向的研究，比较具有代表性的是BIM(building information modeling)技术，该技术通过建立项目的工程信息模型，向所有参与者提供信息交流和共享的平台，从而增强项目管理的便利性和可视化程度，极大地提高了项目的管理水平和项目效益.然而，现有的BIM技术没有科学地限制项目的施工费用，仍存在较大的优化空间.为了合理地解决这一问题，本文使用Revit2014软件设计变电站的三维模型，并通过添加时间变量，获得基于BIM技术的变电站4D进度管理模型，从而实时监控变电站工程项目的施工状态[2]；在变电站4D进度管理模型的基础上，加入造价变量，从而建立了项目的5D进度造价管理模型，提高了变电站工程项目的管理水平、施工效率和项目利润.

1 三维设计模型的进度造价管理

1.1 变电站三维模型设计

建筑和结构是变电站的核心内容，墙、柱、梁、门窗以及屋顶等共同组成变电站的建筑成分，配筋、基础结构以及电气工程等组成变电站的结构成分.变电站的三维建模步骤如图1所示.

1.2 变电站建模要点

变电楼是变电站的主体建筑，其具有开关室、电容器间以及生活间等房间，变电楼下面需要策划电缆沟.电缆沟普遍通过墙与楼板制作，电缆沟的地面是概算定额的取费细目，其主要依据建筑轴线的尺寸面积计算收费.而预算定额则是根据沟体的体积计算工程量，再采用变电站体量建模实现体量的体积与表面积计算.

对构件实施配筋操作是主体结构的核心内容.构件配筋由Revit软件的速博插件操作，该插件可实现基础的配筋粗操作，后期可进行简单的人工调节，还可采用Tekla软件对复杂的钢结构进行钢筋的细致建模及预制加工，使变电站的工程费用减少.

泵房、蓄水池以及事故油池构成了变电站的附属建筑.建模绘制时，可依据工程需求来选择合适的楼层平面.采用制作变电楼的方式进行泵房的制作；利用“楼板”工具调整材质属性制作蓄水池中的水；采取人工构建族实现事故油池的制作.

在变电站三维模型设计中，主要通过族来制作模型中的大部分图元.族具有可调节的参数，对项目中图元尺寸和材质等重要属性起到决定性作用.当信息量巨大时，族参数也会较多，各种族文件可通过拉伸、融合、旋转、放样、放样融合这五项功能生成[3].变压器、绝缘子以及开关柜等均是变电站族库中的一部分.

1.2.5 计算工程量

基于BIM进行变电站建模的费用计算时，直接选用BIM获取项目工程明细表，明细信息如表1所示.将该表作为收费标准时，容易存在较大的计算误差，为减少误差需要前馈控制，即了解定额计算规则，并根据该规则进行建模[4].最终得到的模型可以在设计初期对工程量误差进行有效控制，此方法后期工作量较低，得到的工程量准确性较高.

1.3 BIM4D变电站进度管理模型

将构建的变电站三维模型加入时间变量，即将全部构件均赋予时间参数[5]，得到BIM4D变电站进度管理模型.现实中项目的施工进度便可通过BIM4D管理模型在可视化设备的操作下进行实时模拟.模型可实现项目进度方案监测与改进.评标人员还可通过该模型更容易掌握投标单位对变电站施工具体的资源安排、施工方式、整体方案等信息，初步评估投标单位的施工能力[6].管理人员可通过该模型有效地实施方案和工作次序调整等工作，并改正错误的工作次序和问题.图2模拟了变电站工程项目的部分施工流程，展示了此项目的材料消耗和实施方案.为了监测该施工项目的具体进度，变电站的BIM模型融入了时间变量，建立了4D的进度管理模型.该模型的模拟监测情况如图3所示，根据图3所示的模拟结果可知，目前该项目的模拟监测状态是延迟完成，而延误的地点主要存在于2层-1处，其他施工地点基本都可以按时完成.

1.4 变电工程进度造价管理的5D管理模式

在融合时间变量BIM4D变电站进度管理模型的基础上，融入造价变量，获取变电站工程进度造价管理的5D管理模式.为使模型高效检测所有工种间的工作编排以及全部班组在时间与空间上安排的合理性，需在构建模型时将所有施工班组及其工作范围确定[7]，最终获取变电站工程进度造价管理的BIM5D模型.该模型汇总了工程量、工程进度以及费用支出等项目成本数据，可以统计整体项目的支出，查看指定时期的支出详情以及该时期的人力、材料及使用设备等施工状态.分析该时期成本和进度与预期的差异，实现变电站施工过程中各项目的准确预算以及实时造价管理[8].

1.5 变电站工程造价全过程

变电站工程在决策时期根据以往工程数据库中的数据和相关报告对本次工程做投资估算.设计概算在初期设计时通过设计图进行计算；施工图预算基于招标时期的设计图纸，通过工程造价软件进行计算[9]；工程造价在施工时期通过变电站作业完成的工程量计算；整个变电站的最终工程造价在竣工时期通过现实工程量价格以及项目工程合同索赔等进行汇总计算[10].图4描述了变电站工程造价过程.

1.6 变电站BIM5D的工程进度造价管理

变电站可否精准实现取决于决策时期的具体行为，该时期的管理者需将变电站的整体项目投资进行估算，可通过初始构建的变电站虚拟模型以及相似工程生成的数据库进行估算[11].

变电站通过BIM模型获取最优方案，变电站工程项目的限额设计通过在BIM模型中加入设计概算得到.后期方案改动造成的耗费可通过碰撞试验调整，即通过最优方案建立的BIM模型对管道线等碰撞点进行实验.

1.6.3 招投标时期

建筑方在变电站工程项目的投招标时期，根据工程量清单和项目工程招标的价格实施招标工作.招标价格可通过策划方案构建的BIM模型得到[12].为提升投标质量，投标者需确定该工程项目的投标价格，该投标价格可通过将企业定额附加到建筑方提供的BIM模型中获得.

1)改进施工组织的策划方案.在基于BIM5D构建的变电站进度造价管理模型中添加指定的施工段或施工时期，该模型即可汇总此时期的人力、设备、材料的使用情况，即时体现施工进度状态[13].变电站的工程资源可依据该模型展示的施工进度状态进行科学划分，实现流水化以及动态化作业.

2)进度款支付管理.由于结算方式的多样化并结合施工时的实际环境，后期工程量报备时极易出现虚假谎报，导致整个工程的进度款高于合同价.本文采用的BIM模型构件参数可以通过工程合同以及图纸得到[14-15]，其具有框图出量及框图出价用时短且准确性高的优点，并具备将变电站的造价进度资料提供给相关审核人员作为参考的功能.该造价进度资料主要通过变电站BIM5D的工程进度造价管理模型获取，首先将该模型的结算日期确定，则模型可自动统计以及分割变电站的工程量，进而得到变电站的造价进度资料.

3)动态成本.变电站BIM5D的工程进度造价管理模型在建设时期便可即时体现出成本金额的动用状态，建筑方可充分了解成本金的使用过程.该模型的所有成本科目甚至是构件均可通过分解目标金额得到.而目标金额也就是建筑方资金安排计划中的投资额，在施工时输入指定的汇总造价后，可对照工程的目标金额，第一时间补救两者间的偏颇.模型可即时纠正出现的偏颇，依赖于其具有工程合同价、实际价与实时结算价进行对照功能.

4)工程改动管理.变电站工程的施工进度以及工程造价会随着后期施工时的工程变动而产生变化，改动部位的工程量以及相关部位的工程量都有很大的变动，因此，在工程改动审核时，传统方法需手动逐步统计所有变更位置的造价，效率低.通过变电站BIM5D的工程进度造价管理模型，对变动位置进行调整后，造价人员阈值相干的位置以及造价信息则会自动进行调整[16]，使变电站工程改动管理更方便快捷.

5)项目竣工结算时期.若采用以往方式在项目竣工进行结算时，计算量多且时间长，主要是由于模型所有构件的计算式均需要人工校对，合同及招标文件的工程量清单也需要人工对照.在变电站BIM5D的工程进度造价管理模型中，则可通过施工时期调整以及优化模型得到真实工程量计算值.变电站的工程框图出价可在BIM模型中导入综合单价，最终提高结算效率.

2 实验分析

2.1 对变电站各项支出的预测

实验数据选自天津宁河科技城(大王台)的变电站工程.该工程的主变容量为2×240 MVA，电压等级包括220、110和35 kV，主要采用全户内布置的方案，并对主变室、GIS室、开关室、接地电阻室和站用变室等进行布线.此外，该工程还需要进行必要的土建工程，例如，修建东西96 m和南北68 m的围墙，站区东侧和南侧均需修建循环道路，站区中部需要修盖综合楼(71.02 m×40.5 m)，这些都属于本文模型的管理内容.通过本文设计的变电站BIM5D的工程进度造价管理模型得到变电站的建筑工程支出、设备购买支出、安装工程支出以及其他支出的预测数据，并与实际支出进行了对比，结果如图5所示.

由图5可以看出，通过本文变电站BIM5D的工程进度造价管理模型得到的各项支出预测误差较小，准确度高.

2.2 各项支出预测精度检测

实验选用天津宁河科技城(大王台)的变电站工程造价数据，变量选取土建工程支出、购买设备支出、安装工程支出以及其他支出，采用本模型对该变电站工程造价进行预测，得到了一系列支出预测数据，本文列举了这些预测数据与真实工程支出数据的对比情况，如表2～5所示.

根据表2～5可知，本文模型所有支出的预测数据具有较高的准确性，与真实工程的支出数据相差不超过5%，这也意味着本文所提模型在支出预测方面非常接近真实的工程项目，具有较强的实用性.

2.3 模型耗能情况检测

为了证明进度造价管理模型在设计上的可行性和先进性，本文使用同样的实验条件，分别统计了传统BIM模型和本文模型在项目管理各阶段所耗费的人力资源及资金情况.需要说明的是，传统的BIM模型首先将设计和施工等各种项目数据录入工程的构件属性中，再利用这些项目数据，形成项目管理方所关注的各种资料，即生成相应的图表.基于同样的项目，利用传统BIM模型和本文模型所需消耗资源对比结果如图6所示.

根据图6中的资源对比结果可知，本文基于变电站三维设计模型的进度造价管理在项目工程中各时期耗费的资金均比传统BIM模型低.由此说明，本模型节省支出费用，具有应用价值.

3 结论

本文对基于变电站三维设计模型的进度造价管理进行了研究，通过变电站BIM5D的工程进度造价管理模型建立的变电站进度造价管理系统可以即时展现变电站的具体信息.将所有参与人员合理安排与调整，汇总变电站工程的工程量、工程进度以及消耗的情况，实现了整个工程内各项目支出预算估计及实时造价管理，同时，模型还可以根据指定时期的进度与预期间的差异进行变电站工程的后期调整，使变电站的进度造价管理更方便、高效.

[1] 黄小龙.基于蒙特卡洛法的输变电工程造价风险评估模型研究[J].现代电子技术，2017，40(20)：186-188.

(HUANG Xiao-long.Research on risk assessment model of transmission and transformation project cost based on Monte Carlo method[J].Modern Electronic Technology，2017，40(20)：186-188.)

[2] 王蕾，葛海霞.基于老旧古代建筑信息模型的全过程造价控制研究[J].建筑技术，2017(4)：64-66.

(WANG Lei，GE Hai-xia.Study on the whole process cost control based on the old and ancient building information model[J].Architectural Technology，2017(4)：64-66.)

[3] 王会勤，周育才，左萃，等.变电站三维智能虚拟运检系统[J].电力科学与技术学报，2017(4)：73-78.

(WANG Hui-qin，ZHOU Yu-cai，ZUO Cui，et al.Substation virtual inspection system with 3D intelligent[J].Journal of Electric Power Science and Technology，2017(4)：73-78.)

[4] 赵雨田，都晨，程青青，等.基于SCD文件的智能变电站二次系统C#模型研究[J].电力系统保护与控制，2017，45(11)：126-132.

(ZHAO Yu-tian，DU Chen，CHENG Qing-qing，et al.Research on C# model for smart substation secondary system based on SCD file[J].Power System Protection and Control，2017，45(11)：126-132.)

[5] 庞思睿，许鸿飞，杜剑雯，等.面向物联网与三维可视化的智能变电站运行辅助管理系统研究与设计[J].电信科学，2015，31(5)：173-176.

(PANG Si-rui，XU Hong-fei，DU Jian-wen，et al.Research and design of intelligent substation of assist control system based on internet of things and three-dimensional visualization technology[J].Telecommunications Science，2015，31(5)：173-176.)

[6] 李强，邵长锋，张迎楠，等.基于云制造的三维模型设计研究应用[J].工具技术，2016，50(3)：58-60.

(LI Qiang，SHAO Chang-feng，ZHANG Ying-nan，et al.Manufacture of three-dimensional model based on cloud design application[J].Tool Engineering，2016，50(3)：58-60.)

[7] 曲朝阳，杨琴，杨杰明，等.基于贝叶斯网络的智能变电站风险关联模型[J].电力系统自动化，2016，40(2)：95-99.

(QU Zhao-yang，YANG Qin，YANG Jie-ming，et al.Risk associated model of smart substations based on Bayesian network[J].Automation of Electric Power Systems，2016，40(2)：95-99.)

[8] Sun L，Suo X，Liu Y，et al.3D modeling of transformer substation based on mapping and 2D images[J].Ma-thematical Problems in Engineering，2006，2：1-6.

[9] 潘超，谌骏哲，刘士利.三维边界元法计算变电站空间工频电场环境[J].电测与仪表，2017，54(13)：51-55.

(PAN Chao，CHEN Jun-zhe，LIU Shi-li.Three-dimensional boundary element method to calculate the spatial frequency electric field environment in substation[J].Electrical Measurement & Instrumentation，2017，54(13)：51-55.)

[10] 亚林.高层房屋建筑工程造价合理性评估模型仿真[J].计算机仿真，2017，34(9)：416-419.

(YA Lin.Simulation model of rationality evaluation of construction cost of tall buildings[J].Computer Simulation，2017，34(9)：416-419.)

[11] 侯兰.基于BIM在项目全生命期内的造价模型设计[J].现代电子技术，2017，40(7)：109-111.

(HOU Lan.Design of BIM-based construction cost model in project life cycle[J].Modern Electronics Technique，2017，40(7)：109-111.)

[12] Ren Z，Shen M，Wang C，et al.The application of improved earned value method on progress-cost management of large research project[J].Science & Technology Management Research，2016，6：98-110.

[13] 王想红，屈红刚，王占刚.基于Geo3DML的三维地质模型数据管理研究[J].中国矿业，2016，25(2)：100-103.

(WANG Xiang-hong，QU Hong-gang，WANG Zhan-gang.Research on data management of three-dimensional geological model based on Geo3DML[J].China Mining Magazine，2016，25(2)：100-103.)

[14] 王剑，张峰，邢海斌，等.基于CFD的户内变电站通风换热数值模拟及优化设计[J].机械设计与制造，2016(3)：45-47.

(WANG Jian，ZHANG Feng，XING Hai-bin，et al.The numerical simulation and optimization design on ventilation and heat transfer in indoor substation based on CFD[J].Machinery Design & Manufacture，2016(3)：45-47.)

[15] 宋福春，谢利斌，李孟臣，等.基于BIM技术的复杂立交桥协同设计[J].沈阳工业大学学报，2018，40(6)：692-696.

(SONG Fu-chun，XIE Li-bin，LI Meng-chen，et al.Cooperative design of complex interchange based on BIM technology[J].Journal of Shenyang University of Technology，2018，40(6)：692-696.)

[16] 李君君，李俊松，王海彦.基于BIM理念的铁路隧道三维设计技术研究[J].现代隧道技术，2016，53(1)：6-10.

(LI Jun-jun，LI Jun-song，WANG Hai-yan.BIM based 3D design technologies for railway tunnels[J].Mo-dern Tunnelling Technology，2016，53(1)：6-10.)