公路隧道工程全过程造价控制与施工成本控制方法

公路隧道工程全过程造价控制与施工成本控制方法

祁姗姗

上海宝航市政交通设施有限公司 上海 200000

摘要：研究公路隧道工程全过程造价控制与施工成本控制方法，降低公路隧道工程建设成本。决策阶段通过考虑经济性与可行性两个因素，在历史设计方案内，筛选获取最佳公路隧道设计方案，实现决策阶段造价控制；设计阶段以决策阶段选择的设计方案为基础，构建设计方案评价指标体系，调整设计方案，依据调整后的设计方案，建立公路隧道BIM模型，综合考虑通风与积水等因素，以动态模拟施工过程与碰撞检测方式，优化的BIM模型，实现设计阶段的造价控制；施工阶段采用BIM挣值管理法结合设计阶段优化的BIM模型，计算施工成本并及时调整施工方案，再次优化BIM模型，实现施工阶段的成本控制；交付运营阶段依据优化后BIM模型内包含的公路隧道工程全过程信息，加快工程结算速度，间接实现交付运营阶段的造价控制。实验证明：该方法可有效降低决策、设计、施工与交付运营阶段的造价，实现全过程造价控制与施工成本控制。

关键词：公路隧道工程；全过程；造价控制；施工成本控制；BIM模型；挣值管理法

1引言：目前，公路隧道施工效率低于浪费现象严重的问题越来越明显，这就需要控制公路隧道全过程造价与施工成本[1-3]。避免出现资源浪费，以及设计图纸和实际工程不符等问题。合理控制公路隧道全过程造价与施工成本，不仅能够节约资源，还能提升公路隧道建设的经济与社会效益[4,5]。例如，时维强等人通过分析公路隧道工程造价的影响因素，构造工程造价控制指标体系，通过SD理论描绘各指标间的因果关系，建立工程造价控制模型。该方法具备工程造价控制的先进性与有效性，为公路隧道建设投资决策提供参考[6]。段晓晨等人利用PSO聚类与BPNN方法，预测公路隧道施工成本，利用PDCA方法依据预测的公路隧道施工成本，进行优化控制。该方法可有效帮助管理人员，降低公路隧道施工成本[7]。但这两种方法均未对公路隧道工程的全过程造价与施工成本进行控制，无法全方位降低公路隧道工程的整体建设成本，成本控制的全面性较差。BIM模型能够清晰呈现公路隧道各个阶段的详细情况，对于全过程成本控制的应用效果较优。为此，研究公路隧道工程全过程造价控制与施工成本控制方法，提升全过程造价与施工成本控制的全面性。

2 全过程造价控制与施工成本控制方法

2.1 BIM的全过程造价与施工成本控制方法技术架构

以BIM为基础，设计公路隧道工程全过程造价与施工成本控制方法，该方法共包含四个阶段，分别是决策、设计、施工与运营阶段，该方法的技术架构如图1所示。

图1 全过程造价与施工成本控制方法的技术架构

公路隧道工程的决策阶段负责对公路隧道工程设计方案进行选择，设计方案选择需要考虑可行性与经济性，在全部设计方案内，选择最佳公路隧道设计方案。

决策阶段造价控制的具体步骤如下：

步骤1：在公路隧道BIM数据库内，搜索与拟建设公路隧道工程最为相似的工程[8]，以其为备选方案。

步骤2：在数个备选方案内，选择经济效益最大化即造价最低的公路隧道工程设计方案。

步骤3：通过虚拟施工技术，按照拟建公路隧道工程实际情况，完善价值最大化的设计方案，得到最终的公路隧道工程设计方案，实现决策阶段的公路隧道工程造价控制。

设计阶段造价控制的具体步骤如下：

步骤1：以决策阶段选择的最终公路隧道工程设计方案为基础，构建设计方案评价指标体系，按照评价结果对设计方案进行调整，得到调整后的设计方案。

步骤2：根据调整后的设计方案，在公路隧道BIM数据库内，提取与拟建公路隧道最为相近隧道的点云数据，依据点云数据建立公路隧道BIM模型，综合考虑通风与积水等因素，通过动态模拟施工过程与碰撞检测的方式，及时发现设计方案存在的缺陷[9]，并加以调整，优化设计方案，得到优化后的公路隧道BIM模型，避免施工阶段的资源浪费，实现设计阶段的造价控制。

施工阶段采用挣值管理法结合设计阶段建立的公路隧道BIM模型，实现施工成本控制，并根据实际施工成本与计划施工成本间的偏差情况，进行成本预警，按照成本预警等级制定针对性措施[10]，及时调整施工方案，优化公路隧道BIM模型，完成施工阶段的成本控制。

在交付运营阶段，公路隧道BIM模型经过优化后，能够整合整个公路隧道工程的全过程信息，既包含公路隧道的实体信息，也包含全过程造价与施工成本信息，依据这些信息可加快工程结算速度[11]。同时也可为日后建设类似公路隧道工程提供参考，间接实现交付运营阶段的造价控制。

2.2 基于BIM挣值管理法的施工成本控制

利用BIM挣值管理法实现公路隧道工程的施工成本控制，具体流程如图2所示。

图2 施工成本控制流程

施工成本控制的具体步骤如下：

步骤1：通过WBS建立施工成本的进度模型，并和设计阶段构造的公路隧道BIM模型关联到一起。

步骤2：利用挣值管理法，依据关联后的BIM模型，预测施工成本。

令已完成公路隧道施工预算成本是，已完成施工实际成本是，进度绩效是，按照当下施工进度继续施工时预测的施工总成本为：

（1）

其中，监测时间点数量是；第个监测时间点的施工实际成本、预算成本是、；施工工期是；第个施工工期的预算成本是。

未按照当下施工进度继续施工时预测的施工总成本为：

（2）

步骤3：按照关联后的BIM模型，制定整个公路隧道施工计划，细化到基础工作单元层级[12]。在BIM模型内模拟制定的施工计划，及时发现存在的缺陷，并优化BIM模型。

步骤4：完成公路隧道BIM模型优化后，需要选择监测时间点，监测整个施工周期内，施工成本的变化情况。

步骤5：计算各监测时间点施工成本与计划施工成本间的偏差。

步骤6：以成本绩效偏差为核心，成本绩效为预算成本与实际成本的比值制定成本偏差预警等级，管理人员根据预警等级，制定针对性措施，及时调整偏差问题，实现施工成本的控制，其中，成本绩效为预算成本与实际成本的比值。成本偏差预警等级如表1所示。

表1 施工成本偏差预警等级

2.3 基于点云数据的公路隧道工程BIM模型构建

公路隧道设计阶段造价控制过程中，根据决策阶段调整后的设计方案，在公路隧道BIM数据库内，提取与拟建公路隧道最为相近隧道的点云数据[13]，建立公路隧道BIM模型。具体步骤如下：

步骤1：点云配准和切割。点云配准时，需要对公路隧道点云数据进行旋转与平移。通过旋转矩阵与平移矩阵，完成公路隧道点云数据的选择与平移。与的表达公式如下：

（3）

（4）

其中，、、方向的旋转角度是、、；、、方向的位移量是、、。针对需要配准的两个公路隧道点云集合与，点云数量是，。利用与计算获取最佳的与，确保目标函数的值最小。计算公式如下：

（5）

利用最小值对应的最佳与，对公路隧道点云数据进行旋转与平移，并切割旋转与平移后的点云数据。

步骤2：提取二维矢量图件。在切割后的点云数据内直接提取公路隧道各层结构特征的难度较高[14]。为此，以点云切片的方式，描绘公路隧道各层结构特征。对于切割后的点云数据平面，需在的法矢方向形成两个平面、，且与的距离一致，通过与间的点云代表的结构特征。

提取完点云数据结构特征后，通过Hough变换算法，在提取的结构特征内，获取其直线特征[15]，并在CAD软件内，导入直线特征，得到公路隧道的二维矢量图件。

步骤3：公路隧道BIM模型构建。在BIM建模软件内，输入步骤2得到的公路隧道二维矢量图件，按照二维图件内各元素对象的属性信息，建立对应对象的BIM模型，并将全部对象的BIM组合到一起，得到最终的公路隧道BIM模型。

3 实验分析

以浦东新区拟建的公路隧道工程为实验对象，利用本文方法对该拟建公路隧道工程进行全过程造价与施工成本控制，验证本文方法全过程造价与施工成本控制的有效性。该拟建公路隧道工程的拟建长度在2454.77m左右，拟建总面积在18410.8m2左右，属于双向两车道盾构隧道，车速限制在40公里/小时。

在决策阶段利用本文方法在公路隧道BIM数据库内搜索，与该建设公路隧道工程最为相似的工程，以其为备选方案，并对备选方案的投资进行估算，选择最佳的设计方案，公路隧道工程的备选方案如表2所示。

表2 公路隧道工程的备选方案

根据表2可知，本文方法可有效在公路隧道BIM数据库内，找到与该公路隧道工程最为接近的工程，作为备选设计方案，数量为4个。其中，方案1的总建设成本是130148706.8元；方案2的总建设成本是130162980.2元，方案3的总建设成本是64497272.72元，方案4的总建设成本是130152118.2元。其中，方案3的总建设成本明显低于其余三个方案，因此，以方案3为最佳公路隧道工程设计方案。实验证明：本文方法可有效确定最佳的公路隧道工程设计方案。

在设计阶段，利用本文方法建立公路隧道BIM模型，BIM模型建立结果如图3所示。

图3 公路隧道BIM模型构建结果

根据图3可知，在设计阶段，本文方法可有效依据设计方案，建立公路隧道的BIM模型，帮助管理人员及时发现设计方案中存在的缺陷，并加以调整，优化公路隧道BIM模型。优化后的公路隧道内部的BIM模型如图4所示。

图4 优化后的公路隧道内部BIM模型

根据图4可知，本文方法可有效发现设计方案中存在不足，并加以调整，优化公路隧道BIM模型，优化后的公路隧道BIM模型可清晰呈现公路隧道内部的细节信息，利于对设计阶段的造价进行控制。

在施工阶段，共选择8个监测时间点，监测周期为5天，利用本文方法对施工阶段的成本进行预测，施工阶段公路隧道施工成本预测结果如图5所示。

图5 公路隧道施工成本预测结果

根据图5可知，本文方法可有效预测公路隧道施工成本，对比预测成本与计划成本可知，监测时间点1的时候预测成本与计划成本一致；监测时间点2、3、6、7、8的预测成本明显高于计划成本，监测时间点4、5的预测成本低于计划成本。因此，需要对监测时间点2、3、6、7、8的施工成本进行控制。

分析监测时间点2、3、6、7、8时的成本预警等级，分析结果如表3所示。

表3 成本预警等级

根据表3可知，监测时间点2、3、6、7的成本偏差预警等级均为低级，在可接受范围内，不用采取调整措施；监测时间点8的预警等级为中等，不在可接受范围内，需要采取调整措施,优化公路隧道BIM模型，达到施工成本控制的目的。

分析应用本文方法后，该公路隧道工程全过程造价控制与施工成本控制效果，分析结果如表4所示。

表4 全过程造价控制与施工成本控制结果

根据表4可知，在不同建设阶段，本文方法均可有效控制公路隧道工程造价，节省成本；其中，决策阶段与设计阶段经过造价控制后，节省的成本最高。实验证明：本文方法具备全过程造价控制与施工成本控制的可行性。

4结论

公路隧道工程管理的核心是造价与成本控制，造价与成本的控制效果，与建筑企业的核心竞争力存在着直接关系。为此，研究公路隧道工程全过程造价控制与施工成本控制方法，通过合理控制全过程造价与施工成本，提升建筑企业的经济效益，促进其健康长远地发展。

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