方炜
深圳中广核工程设计有限公司总体设计所广东深圳
摘要：影响AP1000模块施工图预算准确度的两大主要风险因素是主要原材料的价格波动和大量设计变更。本文通过运用时间序列分析法，对原材料价格建模，预测材料价格趋势，降低材料价格波动风险；同时采用蒙特卡罗模拟法，量化设计变更风险，改变以往常规测算的不足，提高模块施工图预算准确度。
关键词：AP1000模块；施工图预算；风险；时间序列；蒙特卡罗模拟
模块是指由材料和部件组装而成的组合件。预制后的模块作为一个整体单元方便和加速了现场的建造。作为AP1000主要特色之一的模块化建造，因其创造了土建与安装平行施工的条件，具有缩短工期、降低造价的优点。AP1000模块由机械模块和结构模块组成。机械模块分为管道模块和设备模块，结构模块分为CA结构模块、CB模板模块、CH钢结构模块、CS楼梯模块四类。三门一期、海阳一期作为AP1000依托项目，采用西屋的设计图纸，其中机械模块单堆58个，结构模块单堆117个。后续国内在消化、吸收西屋图纸的基础上，不断优化模块设计，三门二期、海阳二期项目中，机械模块单堆50个，结构模块单堆84个。根据规划，后续国内有大量拟建项目采用AP1000堆型，了解模块设计特点，做好模块施工图预算，有助于后续项目模块成本管控。
1.模块施工图预算
施工图预算是以施工图设计文件为依据，根据预算编制与计算规定、预算定额等计价依据，对工程项目的工程造价进行的预测和计算。是建设项目法人控制投资的重要手段，也是拨付阶段性工程款和子项工程结算和总结算的重要依据。模块预算费用构成可由下式表示：
模块预算费用=设备材料费+制造组装费+运输费+模块安装费+风险费
设备材料费可依据施工图设备材料量考虑损耗后乘以材料、设备单价得出，在整个预算中占比高。
制造组装费包括各模块制造、组装、检验试验费用，可根据相应定额或类似工程合同价测算。
运输包括两部分：模块由制造厂运输至项目现场部分和模块现场拼装场地运至吊装场地部分。运输费可根据实际距离及模块重量测算。
模块安装费用是指模块按施工图要求组装完成后，安装到核电厂指定位置的费用，可根据吊装频次及机械台班、人工费并考虑综合费率后测算得出。
风险费是指由各种不确定因素可能造成的损失而预留的项目资金。
鉴于核电建设的长周期及模块设计的成熟度，影响模块预算最主要的不确定因素有两点：主要原材料采购价格的波动和大量设计变更对预算造成的不确定性风险。
2.主要风险因素识别
2.1主要原材料采购价格波动风险
材料费在模块施工图预算中占比大，尤其在结构模块中，一般可达50%-70%。准确的测算材料价格对预算的精准至关重要。原材料市场价格随时间变化，模块作为AP1000核电站厂房的结构及功能段，现场需求时间横跨整个建造周期。图1是核电项目建造周期内各时间段现场单机组模块需求的数量。
图1各时间段下核电项目单机组需到达现场的模块数量图
根据AP1000依托项目制造商反馈，所有模块都是根据现场需求时间进行排产，而原材料采购也是分批次进行。因此，长周期的供货将导致原材料实际采购价格浮动。施工图预算的传统做法，采用基准日期的信息价计算，人民币价差按零计，即不考虑基准日后的价格变动，这与实际不符。特别是工期长时，往往使预算与材料真实价格水平相差甚远，造价的准确度将受影响，不利于预算的控制与管理。
2.2设计变更风险分析
设计变更是指设计部门出具设计变更报告，对原图纸、技术规格书、计算书以及设计服务范围中的规定进行增加、修改和删除，不仅包含由于设计工作本身的漏项、错误或由于其他原因而修改、补充原设计的技术资料，也包括由于现场的变更请求、材料代换、不符合项等情况的发生而对原设计做出修改的技术资料[1]。模块化理念虽然在船舶制造、制药等行业应用较广泛，但是在核电建设领域尚属首次，设计者经验不足、设计验证有效性欠缺、设计接口管理不完善、设计过程控制不到位等原因，使得AP1000模块在建造过程中出现大量设计变更。截至2015年6月，AP1000依托项目机械模块变更达1500多份，CA/CB/CS/CH结构模块总变更约1800份。大量设计变更不仅直接影响到模块设计、设备采购与制造、建安施工等的进度和质量控制，还涉及到工程造价变化，严重影响施工图预算的准确性。因此，合理预估设计变更风险费，将有力提升施工图预算的准确度。
3.风险量化分析
3.1时间序列分析法预测原材料价格
长周期采购模式下，原材料价格的波动不利于预算的精准性，如果能较准确地预测未来某个周期长度内原材料价格情况，以此判断价格趋势，合理测算价差，将直接提升预算准确度，降低造价风险。时间序列分析法是对一组具有前后关联性的有序随机数据进行分析和处理，以快速预测与时间因子有关的变量值的方法[2]，近年来在金融、气候预测领域运用广泛。本文将采用时间序列分析法预测模块主要原材料价格，以提高施工图预算的准确度。
常用时间序列分析工具有MATLAB、Eviews、SPSS等软件，其中SPSS软件中专家建模器可自动对时间序列建立最适合的模型，免去大量数据分析及方程式推算过程，操作简单，计算快捷并且可行。
本文选取结构模块主要原材料中占比最高的厚度14mm的Q235B碳钢板作为研究对象，分析预测碳钢板价格。表1是2013年1月至2015年4月14mm厚Q235B碳钢板市场价格（数据来源：西本新干线www.96369.net），以此为时间序列，借助SPSS软件进行时间序列建模。
表114mm厚度Q234B碳钢板价格时间序列
分析可知，专家建模器自动构建的时间序列模型为ARIMA（0，1，0）模型，即对原始时间序列进行一次差分后得到稳定时间序列，正态化的BIC值较小，说明此模型的拟合效果好。使用该模型即可对未来钢板价格进行预测。在SPSS中输入预测时间范围，并取95%置信宽度区间，即可预测所需材料价格。下表3是SPSS预测出的2015年5月至8月14mm厚Q235B钢板价格及置信宽度区间限值。查询实际材料价格，可知实际值均落在95%置信区间内，可认为预测值准确。
表3预测值与实际值
图2钢材价格时间序列图
鉴于钢材价格近两年下滑趋势明显，可根据实际需要，进一步扩充样本容量，取五到十年钢材月均价格作为研究对象，延伸预测值范围，取模块供货周期时间段内材料价格的加权平均值测算价差。同样，模块其它主要原材料在预定工期内的价格也可以根据以上方法预测得出。将预测值加权平均处理后用于价差计算，改变了传统施工图预算动态计算时价差为零的缺陷，降低了材料费预测风险。
3.2蒙特卡罗模拟量化设计变更风险
蒙特卡罗模拟又称随机抽样技术，是一种利用重复的统计实验来求解问题的方法[3]，是风险评估领域一种重要的量化研究方法，其主要操作步骤如下图3所示：
图3蒙特卡罗模拟操作步骤图
由于AP1000模块处于边设计边采购边施工的“三边”状态，按传统设计变更分类方法，讨论设计、采购、施工各阶段变更对模块的影响程度，将不甚适用。本文拟从设计变更的主要内容出发，分析设计变更风险费合理取值。
根据AP1000依托项目经验反馈，与模块相关的设计变更内容主要表现为工程量的增减与材料代用两类。由于国产化要求，在后续项目中，AP1000主材均采用国标材料，因此材料代用对预算的影响将大幅减小。所以，模块中设计变更风险费（β）主要是工程量增减引起的费用变化。本文将以CA结构模块为例，从工程量的变化入手，利用蒙特卡罗模拟研究设计变更对预算的影响。
CA结构模块主要材料为碳钢和不锈钢，可建立设计变更费用公式为：
β=p×a×m＋q×b×n（1）
其中，p、q分别为设计变更中碳钢、不锈钢变化量占原施工图中碳钢、不锈钢重量的比例，a、b分别为原施工图中碳钢、不锈钢重量，m为碳钢综合单价（包括碳钢材料单价、碳钢制造安装人工单价、碳钢机械台班单价及措施费、管理费、利润、税金等），n为不锈钢综合单价（口径同m）
则设计变更风险费占预算（不含风险费）的比值α为：
采用专家调查法估计以上方程式各项的取值及各变量的概率分布和具体参数，详见表4：
表4风险变量概率分布
图4p概率分布图
取90%置信度，α的值为10%，即设计变更风险费取值占预算（不含风险费）的10%较合适。
其他模块确定变更费用模型、变量及概率分布后，同样可按以上方法估算变更费用。
4.结论
本文通过构建时间序列模型预测材料价格以及运用蒙特卡罗模拟量化设计变更风险费，使AP1000模块施工图预算中的主要风险费得到明确，消除了以往常规计算的弊端，有助于提升预算的准确度，对未来模块施工图预算编制有一定的指导借鉴意义。
参考文献：
[1]左学兵林金平，浅谈AP1000核岛施工设计变更管理[J]，工业建筑，2012，42（增刊）：802-804
[2]胡六星，基于时间序列的建筑工程造价预测研究[J]，太原理工大学学报，2012，43（6）：706-709
[3]闫雪晶，蒙特卡罗模拟方法在房地产投资风险分析的应用[J]，西南财经大学硕士论文