Byggeklossmetoden for kostnadsestimering av jernbane – er metoden relevant for pålitelig estimering i tidligfase?

Abstract

InterCity-prosjektet på Østfoldbanen opplevde en betydelig kostnadsøkning fra konseptvalgutredning til forslag til kommunedelplaner. En evaluering av kostnadsøkningen pekte på ulike bakenforliggende årsaker. Et forhold berørte metoden anvendt til å kostnadsestimere konseptene, kalt «byggeklossmetoden», der byggeklossene ikke var supplert med erfaringskostnader fra nyere jernbanetiltak. Evalueringen pekte videre på at priser i jernbanesektoren indeksjusteres etter en byggekostnadsindeks fra vegsektoren, samt at det hadde vært en vesentlig økning i omfang og kompleksitet fra konseptfase til planfase.

Formålet med denne masteroppgave er å besvare følgende forskningsspørsmål: 1. Kan manglende nøyaktighet i kostnadsestimat fra tidligfase forklares med at byggeklossene ikke har blitt oppdatert med nyere erfaringskostnader? 2. Kan manglende nøyaktighet i kostnadsestimat fra tidligfase forklares med hvordan byggeklossmetoden anvendes? 3. Har indeksjustering av byggeklossene med byggekostnadsindeks for veganlegg gitt mindre nøyaktige kostnadsestimat i tidligfase? 4. Dersom manglende nøyaktighet ikke skyldes forholdene omtalt i øvrige forskningsspørsmål, hva kan mulige årsaker være?

Studien omfatter en litteraturstudie, en kvantitativ analyse og intervjuer. Gjennom litteraturstudien omtales kostnadsutvikling i samferdselssektoren og mekanismer for å kontrollere dette, samt metoder og verktøy for kostnadsestimering i tidligfase. I den kvantitative analysen er det utarbeidet kostnadsestimat for en rekke større og mindre igangsatte eller fullførte infrastrukturtiltak ved hjelp av byggeklossmetoden. Eventuelle avvik mellom kostnadsestimat og faktisk kostnad undersøkes for å identifisere underliggende årsaker og slik besvare forskningsspørsmålene. Kostnadsestimat for store tiltak er med på å angi nøyaktigheten for byggeklossene samlet sett, mens estimat for mindre tiltak synliggjør nøyaktighet for gitte byggeklosser. Analyserte tiltak omfatter fire store tiltak og syv mindre tiltak. I førstnevnte kategori faller prosjektene Farriseidet – Porsgrunn, Nykirke – Barkåker, Venjar – Langset og Kleverud – Åkersvika. De mindre tiltakene omfatter stasjonene Reinsvoll, Nittedal, Skarnes, Sørumsand og Evanger, samt kryssingssporene Monsrud og Kvam. Som del av studien ble det gjennomført intervjuer med fire intervjuobjekter med erfaring innen kostnadsestimering og tidligfase.

Studien tilsier at byggeklossene gir kostnadsestimat med god nøyaktighet for store tiltak så lenge omfang og kompleksitet er presist definert, og at elementer som ikke kan representeres med byggeklossene må estimeres på annet vis. Når nøyaktigheten er tilfredsstillende medfører det at manglende oppdatering av kostnader for byggeklossene og gjeldende indeksjustering i begrenset eller ingen grad er årsak til tidligere observert kostnadsvekst. Resultatene for de studerte tiltakene viser at endret omfang og kompleksitet i hovedsak forklarer kostnadsvekst etter KVU InterCity. Intervjuene peker på at undervurdering i tidligfase kan skyldes manglende tid og tilgang på erfarne ressurser når konseptene detaljeres og estimeres. Kostnadsveksten etter konseptvalgutredningen ser også ut til å kunne forklares med at en i KVU InterCity ikke hadde mulighet til å justere elementer for kompleksitet gjennom bruk av korreksjonsfaktor. Dette tilsvarer funnet i evalueringen av Østfoldbanen. Den senere introduksjonen av korreksjonsfaktorer er med på å bedre nøyaktigheten på estimatene, men i Jernbanedirektoratet sitt verktøy for kostnadsestimering medfører vektingen og verdiene likevel til at påvirkningen er begrenset.

Den senere inkluderingen av byggeklosser for grunnerverv i Jernbanedirektoratet sitt verktøy ser ut til å ha bedret nøyaktigheten på kostnadsestimatene noe sammenlignet med estimatene fra KVU InterCity. Hvor treffsikkert dette tillegget er framstår likevel usikkert.

Resultatene viser at byggeklosser for stasjoner ikke gir presise kostnadsestimat slik klossene er utformet og er ment å anvendes. Enten må byggeklossene for stasjoner oppdateres og endres, eller så må en estimere stasjoner med andre metoder. Byggeklossene for kryssingsspor ser ut til å gi nøyaktige kostnadsestimat gitt visse framgangsmåter. Manglende definisjon på byggeklossene er med på å åpne opp for annen og potensielt utilsiktet bruk av klossene, der dette vil resultere i mindre nøyaktige kostnadsestimat.

Studien avdekker videre at enkelte elementer kun er representert med et fåtalls byggeklosser. Sammen med at korreksjonsfaktorene i begrenset grad påvirker kostnaden på elementene, medfører dette at særlig kompliserte elementer kan bli underestimert.

Basert på studiens resultater anbefales følgende grep for å bedre nøyaktigheten på kostnadsestimat i tidligfase innen jernbanesektoren: 1. Dersom byggeklossmetoden skal anvendes til å utarbeide kostnadsestimat for mindre tiltak som stasjoner bør det utarbeides nye byggeklosser eller legges til grunn andre metoder for å utarbeide kostnadsestimat. Eventuelle nye byggeklosser må baseres på nøkkeltall fra nyere gjennomførte tiltak som er mer representative. 2. Definisjonen på flere byggeklosser er mangelfull og bør bedres slik at en unngår utilsiktet bruk av byggeklossene. 3. For å utarbeide kostnadsestimat med bedre nøyaktighet må omfang være representativt for ferdig anlegg. Dette kan tilsi økt grad av detaljering av konsepter i tidligfase, der den økte tids- og ressursbruken dette kan medføre må veies opp mot det overordnede nivået lagt til grunn for konseptvalgutredninger. Gitt denne målkonflikten bør det vurderes nærmere hvordan en i bedre grad kan detaljere konseptene i tidligfase innenfor rammene av hva en konseptvalgutredning tillater, slik at omfang er representativt første gang. 4. Det må sikres at Jernbanedirektoratet sin tidligere anbefaling om å vurdere tid og omfang i gjennomføringen av konseptvalgutredninger faktisk følges opp.

The InterCity project on the Østfold line experienced a major cost increase from the pre-study phase through the early planning in the pre-project phase. The cost increase resulted in an evaluation, which indicated that there were several reasons behind the cost increase. These reasons included that the elements used for the cost estimation method had not been supplemented with unit costs from newer projects. The method was based on elements, or “building blocks”, and has thus been known as the “building block method”. The evaluation also pointed out that the unit costs were adjusted based on a cost index from road projects and identified a large increase in scope and complexity after the pre-study phase.

The purpose of this study has been to answer the following research questions: 1. Can a lack of precision in cost estimates in the pre-study phase be explained by the lack of updated unit costs in the building blocks used in the building block method? 2. Can a lack of precision in cost estimates in the pre-study phase be explained by how the building block method is used? 3. Has the use of a cost index based on road projects negatively impacted the precision of cost estimates in the pre-study phase? 4. If the lack of precise cost estimates cannot be explained by the former research questions, what other possible causes could there be?

This study is comprised of a literature study, a quantitative analysis and interviews. The literature study includes common reasons for costs increase through the different design and planning phases, measures to control costs, and methods and tools to create cost estimates in the pre-study phase. The quantitative analysis consists of cost estimates made to represent several large and small infrastructure projects either undergoing construction or having been completed. Any discrepancy between the cost estimates and actual costs has been investigated to identify the underlying reasons for the discrepancy and to answer the research questions. The cost estimates for large projects helps measure the accuracy for the building blocks as a whole, while estimates for small projects helps with showing any lack of accuracy for certain building blocks. The quantitative study is conducted on four large projects and seven small projects. Projects in the first category includes Farriseidet – Porsgrunn, Nykirke – Barkåker, Venjar – Langset and Kleverud – Åkersvika. The small projects analyzed includes the stations Reinsvoll, Nittedal, Skarnes, Sørumsand and Evanger, and the passing loops Monsrud and Kvam. Four interviews were conducted as part of the study. The interviewed subjects were resources with experience in cost estimation and the pre-study phase in Norway.

The results in this master thesis indicates that the elements used in the building block method can produce cost estimates with the required accuracy, provided that the scope and complexity of the project is well defined in the pre-study phase. The results indicate that other methods must be used for elements that cannot be represented by the current building blocks. The study further indicates that the former identified cost increases cannot be explained by not having supplemented the elements with unit costs from newer projects, nor can it be explained with the use of a cost index for road projects. The results rather identify that the cost increase can be explained in a change of scope and/or an underestimation of complexity in the pre-study phase. A lack of time and experienced resources might have been a contributor in the pre-study phase.

The cost increases seen since the pre-study phase might also be explained by the lack of tools necessary to calibrate the complexity of elements. A later introduction of calibration factors seems to have improved the accuracy of the cost estimates. There are some limitations in the estimation tool used for this master thesis that limits how much these factors can improve the accuracy. This is caused by how the calibration factors are implemented in the tool and the values given to the factors.

Building blocks for land acquisition has been introduced in the estimation tool. This thesis indicates that these elements improve the accuracy of the cost estimates compared to the cost estimates from the pre-study phase, but to what degree is unclear.

The building blocks used to estimate stations seems unable to produce cost estimates with the expected accuracy for the pre-study phase. An update or change of the elements used to estimate stations, or use of another cost estimation method, will be required. The elements used to estimate passing loops can produce estimates with the expected accuracy under certain conditions. A lack of definition of the different building blocks enables different uses of the elements, where certain uses will produce cost estimates without the expected accuracy.

This master thesis further shows that certain elements in the infrastructure are represented by a limited number of building blocks. When you combine this fact with the limited influence of the calibration factors you might end up with a less accurate estimate, especially for more complex elements.

Based on the results of this master thesis, the following actions are recommended to increase the accuracy of cost estimates in the pre-study phase for the railway in Norway: 1. A new set of building blocks should be created if the building block method is to be used on smaller projects like stations. Any new building blocks must be based on unit costs from newer, completed projects. 2. The definition of several building blocks is lacking and should be improved to avoid unintentional use of the blocks. 3. Creating an accurate cost estimate requires a precise definition of a project. Improving the definition of a project in the pre-study phase will normally require more time and more resources, more than would normally be expected during the pre-study phase. This represents a potential conflict between expectations and scope for the pre-study phase. How projects can be defined more accurately within the boundaries of the pre-study phase should be examined further. 4. The Norwegian railway directorate’s former recommendation to evaluate the need for time and scope during the pre-study phase must be followed up.