基于 BIM 技術(shù)的裝配式建筑 EPC 成本管理分析

付 澳，郭 然，閆可心，蔡 紅

（北京聯(lián)合大學(xué)，北京 100000）

0 引言

由于我國政府大力支持發(fā)展裝配式建筑，裝配式建筑已成為現(xiàn)階段建筑市場的熱門話題。然而，時至今日，還有一些因素在影響著裝配式建筑的發(fā)展，裝配式建筑的成本管理也是影響裝配式建筑發(fā)展的主要原因之一。本文重點(diǎn)論述了在裝配式建筑中采用 EPC 工程總承包模式中引用 BIM 技術(shù)，通過分析裝配式建筑 EPC 模式下的設(shè)計采購施工三個階段的成本影響因素，結(jié)合 BIM 技術(shù)模型的特點(diǎn)，有針對性地提出解決裝配式建筑 EPC 模式中的相關(guān)問題，可以達(dá)到降低成本，提高利潤的目的。BIM 技術(shù)在全產(chǎn)業(yè)鏈的應(yīng)用，提高了建筑工業(yè)化的水平，裝配式建筑占比越來越大，進(jìn)而推動了裝配式建筑的發(fā)展。除此之外，國外關(guān)于 EPC 總承包模式研究比較深入，發(fā)展也都比較成熟。

本文針對基于 BIM 技術(shù)的裝配式建筑 EPC 模式成本管理體系研究，對于降低管理項目成本費(fèi)用，促進(jìn)裝配式建筑的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的實現(xiàn)都具有十分重要的作用。

1 裝配式建筑 EPC 成本管理體系問題分析

1.1 裝配式建筑 EPC 成本管理 WBS 工作分解結(jié)構(gòu)

裝配式建筑成本是指從整個項目建造中使用的費(fèi)用。這些費(fèi)用可分為三個階段主要是設(shè)計階段、采購階段和施工階段。對這三大階段進(jìn)行成本控制，是降低裝配式建筑成本的核心。由于設(shè)計階段處于第一階段，所以設(shè)計階段還對采購階段和施工階段的費(fèi)用產(chǎn)生影響。采取 WBS 工作分解結(jié)構(gòu)對裝配式建筑 EPC 模式進(jìn)行工作分解。工作分解圖如圖 1 所示。

圖1 裝配式建筑 EPC 成本管理 WBS 分解圖

WBS 分解結(jié)構(gòu)將裝配式建筑建造分為設(shè)計、采購、施工三個階段，這三個不同階段在成本控制方向也有不同的側(cè)重。設(shè)計階段費(fèi)用占整個工程中的費(fèi)用的比重小，但是對成本的影響很大，因為設(shè)計階段是整個工程的開端，也是關(guān)乎到后期成本控制好壞的直接因素。采購階段費(fèi)用占整個工程中的費(fèi)用的比重較大，對成本影響也是較大的，這主要是因為采購階段包含材料以及設(shè)備的購買費(fèi)用、運(yùn)輸費(fèi)用以及在現(xiàn)場存儲時產(chǎn)生的費(fèi)用。在這個階段的成本控制，不是指以降低質(zhì)量的前提來降低成本，而是在保證質(zhì)量的前提下選擇最優(yōu)的供貨廠商、最優(yōu)的構(gòu)件生產(chǎn)及配送批次，有效降低成本。施工階段費(fèi)用占整個工程中的費(fèi)用的比重最大，但是影響是最小的，這原因主要是因為該階段的核心是在解決業(yè)主與分包商的問題上，對工程施工中的工程變更所引起的費(fèi)用問題及控制。在下文中將詳細(xì)分析裝配式建筑 EPC 模式下設(shè)計、采購、施工三個階段的影響成本控制的因素，有助于在第三章中針對不同階段的不同問題提出基于 BIM 的裝配式建筑 EPC 成本管理體系，有效地解決裝配式建筑 EPC 模式成本管理中出現(xiàn)的問題，提高成本管理的效果。

1.2 裝配式建筑 EPC 設(shè)計階段成本問題分析

裝配式建筑項目成本居高不下，設(shè)計圖紙費(fèi)用占有一定的比重，專業(yè)性等問題依然十分突出，分析其中的原因是由于在裝配式建筑的建造模式下，其建造前期所涉及的設(shè)計方法沒有隨著生產(chǎn)方式的變化而進(jìn)行變革，成為影響裝配式建筑全面發(fā)展的前期因素。根據(jù)研究相關(guān)的文章將設(shè)計階段分為技術(shù)策劃、方案設(shè)計、初步設(shè)計、施工圖設(shè)計和構(gòu)件加工圖深化設(shè)計五個階段，建立相關(guān)的流程圖如圖 2 所示。

圖2 設(shè)計階段技術(shù)協(xié)同圖

在圖紙深化設(shè)計中，需要體現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件的大小體量、配筋率以及在在墻板等處的預(yù)留洞口或預(yù)埋件。由于裝配式建筑設(shè)計中需要考慮的因素比 CAD 多，并且多了一項預(yù)制構(gòu)配件的拆分和深化設(shè)計，因此導(dǎo)致裝配式建筑在設(shè)計階段的費(fèi)用比傳統(tǒng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相比每 m2要高出 20～4 0元［1］。構(gòu)配件的拆分圖設(shè)計如圖 3 所示。

圖3 構(gòu)配件拆分圖設(shè)計

根據(jù)圖 2 和圖 3 可得出以下幾條影響裝配式建筑成本的因素。

1）在技術(shù)策劃階段需要考慮到規(guī)定的預(yù)制率，因為預(yù)制率、預(yù)制構(gòu)件不同導(dǎo)致項目成本增量不同，具體到項目中就會體現(xiàn)到構(gòu)件成本的不同，產(chǎn)生的利益也就不同；在技術(shù)策劃階段還需要考慮到產(chǎn)業(yè)政策，在滿足政策要求的同時實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)，以此來調(diào)整相關(guān)的設(shè)計方案。前期的技術(shù)策劃，是影響裝配式建筑的技術(shù)方向，是影響整個項目建造成本的首要關(guān)鍵因素，同時也是影響總承包商利益的因素。

2）從圖 2 中可以看出在裝配式建筑 EPC 模式下設(shè)計的五個階段中有四個階段出現(xiàn)協(xié)同，包含勘察單位、設(shè)計單位、施工單位、監(jiān)理單位、造價單位、咨詢單位等多家單位共同進(jìn)行深化設(shè)計、預(yù)估生產(chǎn)能力，但是這幾家單位都是分散地進(jìn)行深化設(shè)計并沒有真正地同步，沒有節(jié)省時間成本和溝通成本。在各家單位的協(xié)同合作中，各家單位的交接以及單位內(nèi)部的交接的準(zhǔn)確性不能很好地保證，設(shè)計和施工無法完美契合，會導(dǎo)致建造成本增加。

3）裝配式建筑的設(shè)計階段中，預(yù)制構(gòu)件的深化設(shè)計是最重要的環(huán)節(jié)。因為預(yù)制構(gòu)件的深化直接影響到后期的構(gòu)件采購階段、運(yùn)輸階段和施工階段；同時也因為同一構(gòu)件采用工廠預(yù)制和現(xiàn)澆兩種不同生產(chǎn)方式的綜合單價不同而導(dǎo)致的成本增量不同?？偝邪虖淖陨淼睦娼嵌瘸霭l(fā)，考慮經(jīng)濟(jì)效益，通過多種不同方案比較，找出性價比最高的而且滿足業(yè)主需求的方案，增加設(shè)計的深度，減少因后期的設(shè)計變更導(dǎo)致的成本增加。但是怎么樣進(jìn)行深化設(shè)計，深化設(shè)計的深度是否能完美契合施工中的需求是未知量，所以有待改善。

1.3 裝配式建筑 EPC 采購階段成本問題分析

采購階段費(fèi)用占整個工程中的費(fèi)用的比重較大，對成本影響也是較大的，因為采購階段含材料以及設(shè)備的購買費(fèi)用、運(yùn)輸費(fèi)用以及在施工現(xiàn)場存儲時產(chǎn)生的費(fèi)用。但是在采購階段進(jìn)行成本控制，不是指以降低質(zhì)量的前提來降低成本，而是在保證質(zhì)量的前提下選擇最優(yōu)的供貨廠商、決定產(chǎn)品配送批次及產(chǎn)品施工現(xiàn)場存儲，有效降低成本。對采購階段成本分析具體如下。

1）裝配式建筑正處于發(fā)展階段，供應(yīng)商預(yù)制構(gòu)配件生產(chǎn)的能力良莠不齊，選擇優(yōu)質(zhì)的供應(yīng)商是比較關(guān)鍵的一步，也是直接影響成本的關(guān)鍵因素。避免因為供應(yīng)商生產(chǎn)的構(gòu)配件質(zhì)量不合格，導(dǎo)致工程驗收質(zhì)量不合格而返工從而影響施工過程的費(fèi)用。

2）材料費(fèi)用受市場的因素影響較大，材料的價格、供求關(guān)系、突發(fā)事件等都是材料費(fèi)用的因素，其中供求關(guān)系是影響材料采購單價的重要原因，比如在冬施期的材料單價就比在其他時間的材料單價便宜。材料的單價直接影響預(yù)制構(gòu)配件的費(fèi)用，進(jìn)而影響到預(yù)制構(gòu)配件的采購階段的費(fèi)用。

3）預(yù)制構(gòu)配件運(yùn)輸階段的費(fèi)用受構(gòu)配件的體積大小、運(yùn)輸環(huán)境的影響，而導(dǎo)致成本不同。預(yù)制構(gòu)配件及設(shè)備運(yùn)輸過程中的費(fèi)用不同也會影響到采購階段的費(fèi)用。構(gòu)配件運(yùn)輸次序和數(shù)量，應(yīng)該配合施工的工藝順序，有順序地進(jìn)行運(yùn)輸，避免導(dǎo)致構(gòu)配件在現(xiàn)場存儲和保管產(chǎn)生不必要的費(fèi)用，同時避免工人窩工，機(jī)械設(shè)備閑置等問題。

1.4 裝配式建筑 EPC 施工階段成本問題分析

施工階段是將預(yù)制構(gòu)配件吊裝成建筑物的過程，其中包含安裝過程中的費(fèi)用含人工成本、預(yù)制構(gòu)配件的垂直運(yùn)輸成本、安裝機(jī)械攤銷費(fèi)、節(jié)點(diǎn)區(qū)域的連接部件、嵌入式部件的材料成本以及管理費(fèi)用等。分析費(fèi)用組成得出影響成本的因素如下。

1）預(yù)制構(gòu)配件體積大在運(yùn)輸過程中容易被損壞，運(yùn)輸?shù)绞┕すさ睾螅瑫驗轭A(yù)制構(gòu)配件的儲存和擺放的問題導(dǎo)致構(gòu)件損壞，影響施工；在對裝配式建筑吊裝的過程中，預(yù)制構(gòu)配件和材料的運(yùn)輸和吊裝可以通過起重機(jī)進(jìn)行，因此合理選擇機(jī)械也是降低施工費(fèi)用的一項因素。

2）安裝效率高、專業(yè)性強(qiáng)的工人是施工現(xiàn)場最需要的人才，也是影響施工階段成本的關(guān)鍵因素之一。在裝配式建筑現(xiàn)場施工過程中，由于預(yù)制構(gòu)配件的體積較大，而且為了避免預(yù)制構(gòu)配件在施工現(xiàn)場存儲，就需要現(xiàn)場工人的安裝速度高于或者等于構(gòu)配件運(yùn)輸?shù)乃俣龋@樣就減少了構(gòu)配件在施工現(xiàn)場存儲和保護(hù)的費(fèi)用。裝配式建筑預(yù)制構(gòu)配件是拼裝完成的，因此構(gòu)件與構(gòu)件之間的節(jié)點(diǎn)連接顯得至關(guān)重要，這也是保證裝配式建筑質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此說安裝效率高、專業(yè)性強(qiáng)、質(zhì)量好的工人也是影響成本的因素之一。

3）合理有序的施工組織設(shè)計也是影響裝配式建筑施工成本的因素。良好的施工組織設(shè)計是合理進(jìn)行施工階段的搭接，合理利用現(xiàn)場人材機(jī)，既沒有閑置的工作面也沒有閑置的工人、機(jī)械，按此標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行管理，則會有效地節(jié)省工期，降低成本。

2 基于 BIM 技術(shù)的裝配式建筑 EPC 成本管理體系構(gòu)建

2.1 基于 BIM 的裝配式建筑 EPC 管理模式

裝配式建筑項目采用 EPC 施工總承包模式，業(yè)主提出投資意圖、目標(biāo)和要求，EPC 承包單位進(jìn)行管理?？偝邪鼏挝回?fù)責(zé)裝配式建筑的全生命周期，并對項目的進(jìn)度、質(zhì)量、成本、安全等全面負(fù)責(zé)。基于 BIM 技術(shù)的裝配式建筑 EPC 成本管理內(nèi)容主要包括設(shè)計采購施工三個方面的管理（見圖 4）。

圖4 基于 BIM 技術(shù)的裝配式建筑 EPC 成本管理內(nèi)容

2.2 基于 BIM 技術(shù)的裝配式建筑 EPC 成本管理體系

2.2.1 構(gòu)建基于 BIM 的裝配式建筑成本管理框架

成本管理主要分為事前控制、事中控制和事后分析三個階段。在 EPC 模式下，引入 BIM 技術(shù)，建立基于 BIM 的裝配式建筑 EPC 模式下成本管理模式，使得整個項目的信息，可以在各參建單位中傳遞和共享，減少信息傳遞不準(zhǔn)確的問題。BIM 模型儲存了建筑中的所有信息，有效地打破了各專業(yè)各階段信息閉塞的問題，在建造過程中打通產(chǎn)業(yè)鏈，優(yōu)化資源，促進(jìn)信息共享。結(jié)合建造設(shè)計采購施工三個階段基于 BIM 的裝配式建筑 EPC 成本管理體系如圖 5 所示。其中事前控制主要是在設(shè)計階段、采購階段和施工場地布置模擬階段，事中控制主要是施工過程中的進(jìn)度模型實時監(jiān)控管理和設(shè)備材料模型實時監(jiān)控管理兩個方面，事后分析主要是在施工進(jìn)度模型和設(shè)備材料管理模型中出現(xiàn)的問題。

2.2.2 在設(shè)計階段成本控制的應(yīng)用

圖5 基于 BIM 的裝配式建筑成本管理框架

1）在設(shè)計方案比選中的應(yīng)用。設(shè)計方案的比選是為了從不同的設(shè)計方案中選出最優(yōu)的那個方案，從而為后期的設(shè)計奠定基礎(chǔ)和方向。通過對建立包含建筑結(jié)構(gòu)設(shè)備三類的信息的建筑模型進(jìn)行比較，在三維可視的情況下對建筑模型進(jìn)行比較，可以很直觀地看出設(shè)計方案的好壞。從這些模型中選擇出最優(yōu)的一個設(shè)計方案，并確定為最終設(shè)計方案模型。設(shè)計方案的選擇是決定建筑物的成本控制的重要因素，因此在裝配建筑 EPC 模式中采用 BIM 技術(shù)合理分析比較設(shè)計方案，是為后期建造中減少成本的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。方案比選過程如圖 6 所示。

圖6 BIM 技術(shù)在設(shè)計方案中比選應(yīng)用

2）在施工圖階段的應(yīng)用。施工圖設(shè)計是設(shè)計階段的重點(diǎn)，施工圖設(shè)計對項目設(shè)計階段和工程施工階段都很重要。施工圖設(shè)計階段是根據(jù)初步設(shè)計階段包含的所有專業(yè)的模型和圖紙進(jìn)行深化，在 REVIT 軟件中運(yùn)用三維可視化技術(shù)分析出管線碰撞的情況，針對碰撞的相應(yīng)位置及時進(jìn)行調(diào)整，避免管線碰撞，減少施工階段因管線碰撞問題而導(dǎo)致的施工問題。同時對管線進(jìn)行合理有效的排列，合理降低管線排布所占的空間，從而增加房間的凈高，擴(kuò)大使用范圍，從而增加利潤。相應(yīng)的施工圖深化流程如圖 7 所示。

圖7 施工圖設(shè)計階段 BIM 應(yīng)用圖

2.2.3 在采購階段的應(yīng)用

在裝配式建筑中 EPC 模式下，設(shè)計階段、采購階段和施工階段這三個階段是相互聯(lián)系的，前一階段為后一個階段提供基礎(chǔ)，若前面環(huán)節(jié)準(zhǔn)備的不好做的不充分，則會導(dǎo)致后面環(huán)節(jié)延誤，增加工程的工期甚至是成本增加的問題。

采購階段在工程的整個建造過程中起到了承上啟下的作用。采購的構(gòu)配件和設(shè)備的數(shù)量很難估算，倘如采購數(shù)量比實際需求多，則會導(dǎo)致材料浪費(fèi)，增加成本；倘若采購數(shù)量比實際需求少，則需要補(bǔ)采預(yù)制構(gòu)配件和設(shè)備，會增加運(yùn)輸成本還耽誤工期。構(gòu)建運(yùn)輸階段要根據(jù)實際的工程進(jìn)度來安排，若采購和施工脫節(jié)會導(dǎo)致現(xiàn)場材料存儲費(fèi)用增加，或者導(dǎo)致窩工，兩者均會影響成本，不利于成本管理。如圖 8 所示，在生成施工深化模型后會利用 BIM 模型進(jìn)行處理，然后導(dǎo)出預(yù)制構(gòu)配件的模型圖和加工圖，并且 BIM 技術(shù)可以快速地統(tǒng)計數(shù)量和構(gòu)配件的類型，然后根據(jù)施工需求進(jìn)行預(yù)制構(gòu)配件的采購和運(yùn)輸，能夠方便地控制成本。

圖8 構(gòu)件預(yù)制加工 BIM 應(yīng)用圖

BIM 技術(shù)可以有效控制上述采購風(fēng)險，在 BIM 模型中可以快速計算構(gòu)配件及設(shè)備的采購數(shù)量，即使出現(xiàn)設(shè)計變更也能在圖中直接地表示出來，構(gòu)配件及設(shè)備的采購數(shù)量也會相應(yīng)地改變，提高工程量計算的時間和精確度。同時根據(jù) BIM 模型可以導(dǎo)出進(jìn)度計劃圖來確定構(gòu)配件及設(shè)備的采購時間，運(yùn)輸批次，有效避免上述問題的出現(xiàn)，減少采購的風(fēng)險，降低成本。

2.2.4 在施工階段的應(yīng)用

在施工圖設(shè)計階段 BIM 主要運(yùn)用在以下四個方面：進(jìn)度控制、設(shè)備與材料管理、質(zhì)量與安全控制和竣工圖模型構(gòu)建。進(jìn)度控制主要是對實際進(jìn)度和計劃進(jìn)度之間進(jìn)行比較，分析兩者之間產(chǎn)生誤差的原因，從而在 BIM 模型中對下一個階段地施工中，避免相應(yīng)的問題再次出現(xiàn)。在設(shè)備與材料管理中的應(yīng)用，從 BIM 模型中導(dǎo)出相關(guān)階段的材料單和設(shè)備單，也是分階段的進(jìn)行控制，調(diào)整相應(yīng)的設(shè)備材料供應(yīng)表，通過 BIM 模型實時進(jìn)行控制，減少材料的浪費(fèi)，從而降低成本。竣工圖模型構(gòu)建，直接從 BIM 模型中導(dǎo)出來就行了，這樣極大地節(jié)省了時間，提高效率。由于安全管理不包含成本問題，所以在圖 9 中僅詳細(xì)列出了進(jìn)度控制流程圖和設(shè)備與材料管理流程圖。

3 結(jié)語

本文將 BIM 技術(shù)應(yīng)用于裝配式建筑 EPC 成本管理模式中，結(jié)合 BIM 技術(shù)和 EPC 成本管理的優(yōu)勢，從以下幾點(diǎn)進(jìn)行了展開說明：

1）通過大量文獻(xiàn)閱讀，對裝配式建筑進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)到目前為止，在裝配式建筑中使用 EPC 模式成本控制的研究較少。由于裝配式建筑一般都是大型項目，所以施工過程更加復(fù)雜。想要有效地控制裝配式建筑中 EPC 模式下的成本，單獨(dú)從一方面控制是不可能的，把裝配式建筑分為設(shè)計、采購、施工三個階段，并且進(jìn)行 WBS 工作分解，仔細(xì)研究不同階段的不同特點(diǎn)，分析得出影響 EPC 模式下裝配式建筑成本的關(guān)鍵因素。

圖9 施工階段成本管理流程圖

2）BIM 技術(shù)可以涵蓋工程建設(shè)的絕大多數(shù)環(huán)節(jié)，引入 BIM 技術(shù)可以針對性地解決一部分影響裝配式建筑 EPC 成本的問題。前期基于 BIM 模型做的越精確，對后期成本控制就越有利。在設(shè)計階段可以運(yùn)用 BIM 模型經(jīng)行碰撞檢測，減少設(shè)計變更。在采購和運(yùn)輸階段可以應(yīng)用 BIM 模型拿到料單，分階段采購、分批次合理安排，避免因采購構(gòu)件問題引起的成本增加。在施工階段，通過三維圖型，可以指導(dǎo)工人安裝，避免因圖紙看不懂的問題，錯誤安裝導(dǎo)致返工而增加相應(yīng)的成本。在建筑施工過程中引入 BIM 的能達(dá)到精細(xì)化控制成本，有效增加利潤。

3）裝配式建筑 EPC 成本管理模式中引入 BIM 技術(shù)，結(jié)合其各自不同的特點(diǎn)，在分析出的 EPC 模式下裝配式建筑成本變化的關(guān)鍵因素的基礎(chǔ)上，具體到每個階段，針對相關(guān)因素，結(jié)合 BIM 技術(shù)的特點(diǎn)構(gòu)建出相應(yīng)的成本管理方法，從而達(dá)到精細(xì)化控制成本、增加利潤的目的。

裝配式建筑是國家政策大力支持的，發(fā)展勢頭很猛，由于發(fā)展速度過快，很多構(gòu)配件生產(chǎn)廠商達(dá)不到預(yù)想的生產(chǎn)能力，相應(yīng)的預(yù)制構(gòu)配件的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)還沒有形成。在我國目前基于 BIM 的 CAM 技術(shù)和 MES 還沒有研發(fā)成功，無法將 BIM 模型中的數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)化為工廠中的構(gòu)建加工信息，期望在不久的未來國內(nèi)的建筑行業(yè)能夠真正實現(xiàn)設(shè)計—加工一體化。