BIM技術(shù)在裝配式建筑施工成本管控中的應(yīng)用

□ 崔 玉 彭 來(lái) 陳鈺婷

隨著新時(shí)代的發(fā)展和科技進(jìn)步，我國(guó)建筑工業(yè)化與信息化也迎來(lái)快速發(fā)展，建筑行業(yè)迎來(lái)新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。然而傳統(tǒng)建筑生產(chǎn)方式過(guò)于粗放而導(dǎo)致的社會(huì)資源浪費(fèi)嚴(yán)重、環(huán)境污染嚴(yán)重問(wèn)題，成為發(fā)展綠色建筑的絆腳石，也在一定程度上阻礙國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。因此，預(yù)制裝配式建筑工程憑借著損耗較少、工期短等多項(xiàng)特點(diǎn)而受到許多專家學(xué)者和工程師的廣泛關(guān)注。目前，我國(guó)已經(jīng)積極引進(jìn)預(yù)制裝配式建筑物，并大力推廣裝配式建筑，通過(guò)生產(chǎn)設(shè)備制造好構(gòu)件后將運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝，有效縮短工期、降低成本，減少對(duì)環(huán)境污染、節(jié)約材料，實(shí)現(xiàn)社會(huì)資源優(yōu)化配置[1]。但是，我國(guó)當(dāng)下裝配式建筑施工成本居高不下，嚴(yán)重制約施工企業(yè)應(yīng)用發(fā)展，如何以最低的施工成本提供最優(yōu)質(zhì)的建筑，是裝配式建筑發(fā)展的根本動(dòng)力。作為中國(guó)建設(shè)信息化產(chǎn)業(yè)革命的主要推動(dòng)力，BIM信息技術(shù)必須具備高度可視化、協(xié)同化、仿真化、標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化等特點(diǎn)，為降低裝配式建筑施工成本提供有效的信息化手段，促進(jìn)裝配式建筑施工成本控制水平的提升，有利于推動(dòng)我國(guó)綠色建筑的發(fā)展[2]。本文的研究?jī)?nèi)容針對(duì)裝配式施工成本管控管理，并為建筑施工公司開展式施工成本管控的精細(xì)化管理工作提供了參考，也拓寬BIM應(yīng)用領(lǐng)域，具有廣闊的發(fā)展空間和推廣前景。

1 影響裝配式建筑施工成本的關(guān)鍵因素

預(yù)制建筑物，是在施工現(xiàn)場(chǎng)由預(yù)制部件制成的建筑物[3]，工廠生產(chǎn)并向施工現(xiàn)場(chǎng)提供標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)制部件，組織工人進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝，并構(gòu)造結(jié)構(gòu)部件。常見(jiàn)的預(yù)制建筑物類型包括砌塊建筑物、板式建筑物、箱形建筑物、骨架板式建筑物以及立管。影響裝配式建筑施工成本的關(guān)鍵因素包括預(yù)制構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化、現(xiàn)場(chǎng)布置的最優(yōu)化、進(jìn)度管理的高效化、成本管理的精細(xì)化、數(shù)據(jù)信息的集成化。

預(yù)制組件的標(biāo)準(zhǔn)是工業(yè)化生產(chǎn)的先決條件，在工業(yè)化生產(chǎn)條件下沒(méi)有不同形狀和大小各異的建筑模塊，這不可避免地導(dǎo)致因模具和后續(xù)機(jī)械設(shè)備的多樣化而生產(chǎn)困難，并且嚴(yán)重影響建筑物的結(jié)構(gòu)。合理布局施工區(qū)域，可以極大提高施工效能，保證施工質(zhì)量，減少工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)。在施工過(guò)程中，要進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制調(diào)整，制訂施工進(jìn)度表，分階段進(jìn)行施工，調(diào)整施工方案，以便協(xié)調(diào)過(guò)程可以同時(shí)進(jìn)行多個(gè)工作面，確保施工質(zhì)量和安全管理。從預(yù)制零件的定價(jià)到建筑圖紙的預(yù)算，從工人和機(jī)械的組織到現(xiàn)場(chǎng)，以及臨時(shí)施工和建筑措施的實(shí)施，WBS方法用于對(duì)預(yù)制建筑成本進(jìn)行精細(xì)管理分類，并分解預(yù)制建筑成本的管理內(nèi)容。由此可見(jiàn)，預(yù)制房屋的建設(shè)離不開各方的合作，信息渠道的暢通是各方合作的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)信息的整合將帶來(lái)各種專業(yè)壁壘和隔墻。

2 BIM信息技術(shù)在裝配式建筑施工成本管理中的優(yōu)勢(shì)

2.1 圖紙優(yōu)化設(shè)計(jì)

BIM的實(shí)際應(yīng)用始于模具車鎖，即根據(jù)現(xiàn)有圖紙構(gòu)建BIM模型。建筑物、構(gòu)筑物、給水和污水、暖通空調(diào)、電力等專業(yè)根據(jù)現(xiàn)有圖紙（尤其是管道的綜合布置）在不同階段生成BIM模型，而工作集方法允許相互獨(dú)立的模型互換位置和屬性，BIM3D軟件基于2D圖紙創(chuàng)建3D模型，以實(shí)現(xiàn)圖紙的處理和加深，及時(shí)發(fā)現(xiàn)圖紙中的問(wèn)題，并向設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)反饋，且還可通過(guò)BIM 3D可視化實(shí)現(xiàn)更多操作[4]。通過(guò)BIM建模，使用碰撞檢查功能解決所有碰撞問(wèn)題，除了實(shí)際的碰撞問(wèn)題，還可以檢查由于工作面不足而導(dǎo)致的安裝錯(cuò)誤問(wèn)題。

2.2 施工強(qiáng)化管理

創(chuàng)建BIM施工現(xiàn)場(chǎng)模型，可優(yōu)化施工道路，確保施工機(jī)械和運(yùn)輸車輛順利進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)；合理堆放物料，以免發(fā)生火災(zāi)；合理安排各功能區(qū)，使現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)合理高效，接近服務(wù)目標(biāo)。根據(jù)每個(gè)階段的建筑特點(diǎn)，合理劃分建筑面積，有效管理各種職業(yè)和工作面的協(xié)調(diào)運(yùn)作。

2.3 成本精細(xì)管控

使用BIM核心建模軟件的統(tǒng)計(jì)功能—進(jìn)度表，可準(zhǔn)確計(jì)算工程量?；贐IM技術(shù)的施工物料動(dòng)態(tài)管理模式實(shí)現(xiàn)物料信息全面管理，綜合BIM輕量級(jí)模型集成，通過(guò)二維代碼和網(wǎng)頁(yè)實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)鍵物料的跟蹤，始終關(guān)注物料進(jìn)度和物料交付時(shí)間并建設(shè)工地資料。BIM5D模型可以隨時(shí)識(shí)別資源需求并提供數(shù)據(jù)支持，以制訂未來(lái)的材料使用計(jì)劃和配額選擇，同時(shí)跟蹤項(xiàng)目開發(fā)，將計(jì)劃數(shù)量與實(shí)際數(shù)量進(jìn)行比較，并直觀、清晰地讀取差異，采取及時(shí)糾正措施，以實(shí)現(xiàn)有效的成本控制。

3 BIM技術(shù)在裝配式建筑施工成本管控中的應(yīng)用

3.1 工程概況

項(xiàng)目為廣西柳州某裝配式宿舍樓（1#、2#），2#地上6層，整體面積為4448.91m2，安裝率高達(dá)73.4%，為A類預(yù)制裝配式建筑物。該建筑物所使用的部品配件包含預(yù)制柱、預(yù)制疊合梁、預(yù)制疊合板、鋼筋預(yù)制臺(tái)階、游戲外掛樓板、預(yù)先準(zhǔn)備的沉箱、輕量化隔墻等，工期為20周，預(yù)算成本2500萬(wàn)元，其中2#樓預(yù)算成本約1200萬(wàn)元。本文以2#樓地上結(jié)構(gòu)作為研究對(duì)象，結(jié)合Revit、博奧、Navisworks軟件進(jìn)行全面的有效成本分析，達(dá)到成本管理控制要求的目的。

3.2 基于BIM技術(shù)裝配式建筑施工成本管控應(yīng)用

3.2.1 場(chǎng)地布置

合理場(chǎng)地布置可實(shí)現(xiàn)高效施工。項(xiàng)目前期通過(guò)場(chǎng)地設(shè)計(jì)，Revit建立場(chǎng)地模型，將辦公區(qū)、生活區(qū)、施工區(qū)獨(dú)立分開，繪制施工現(xiàn)場(chǎng)布置三維效果圖，對(duì)施工區(qū)內(nèi)的材料堆場(chǎng)、加工棚、塔吊位置進(jìn)行合理優(yōu)化，提升施工效率。同時(shí)，施工道路根據(jù)車輛運(yùn)輸現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行合理布置，滿足道路寬度不小于4m，轉(zhuǎn)彎半徑不小于15m，確保車輛能正常行駛。

3.2.2 安全管理

借助Revit的三維可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)的安全標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，在施工前期統(tǒng)一安全標(biāo)識(shí)，貼附指定位置，在“五洞口”“四臨邊”危險(xiǎn)地帶設(shè)置防護(hù)圍欄。定期開展安全動(dòng)員培訓(xùn)，通過(guò)三維可視化操作，讓施工人員對(duì)工作中碰到的危險(xiǎn)做到心中有數(shù)[5]。實(shí)施過(guò)程中對(duì)大型機(jī)械、車輛進(jìn)行加載，利用明細(xì)表功能進(jìn)行數(shù)量統(tǒng)計(jì)，更新維修日志，確保機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常。通過(guò)Revit實(shí)現(xiàn)的施工現(xiàn)場(chǎng)安全性管理以及三維科學(xué)與計(jì)算的可視化安全性培訓(xùn)，可以提升安全性管理效率，增強(qiáng)施工人員的安全意識(shí)，從而減少安全事故的發(fā)生率，進(jìn)而降低建筑施工生產(chǎn)成本。

3.2.3 技術(shù)交底

無(wú)論是Revit模型還是Navisworks模型，項(xiàng)目部都可通過(guò)開可視化交底會(huì)議，對(duì)疊合梁吊裝模擬進(jìn)行深度分析，實(shí)現(xiàn)三維技術(shù)交底，有效地指導(dǎo)施工人員作業(yè)，避免因施工人員盲目作業(yè)而造成返工、停工等情況。通過(guò)動(dòng)態(tài)的視頻播放，可以讓施工人員清晰直觀地了解具體構(gòu)件，如柱底灌漿的供需模擬，使其生動(dòng)、形象，便于理解和操作（如圖1）。同時(shí)，項(xiàng)目還需做預(yù)先準(zhǔn)備的柱吊、游戲外掛地下室壁板吊、疊合梁、模板、沉箱的吊裝和現(xiàn)澆部分的模擬等多個(gè)錄像組。各施工隊(duì)長(zhǎng)與施工管理人員通過(guò)手機(jī)觀看錄像了解施工方式，進(jìn)一步加強(qiáng)工程項(xiàng)目管理，提高施工人員對(duì)施工方法的正確理解，從而有效減少返工現(xiàn)象的產(chǎn)生，大大提高工程建設(shè)效果和服務(wù)質(zhì)量[6]。

圖1 柱底灌漿工序模擬

3.2.4 模型算量

點(diǎn)擊“Quantification”命令，創(chuàng)建“項(xiàng)目目錄”和“資源目錄”，關(guān)聯(lián)清單項(xiàng)目與模型構(gòu)件，設(shè)置特征映射，建立算量模型。在關(guān)聯(lián)的過(guò)程中，可以點(diǎn)擊“隱藏算量”，實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)一個(gè)模型，同時(shí)取消一個(gè)模型，保證構(gòu)件不重復(fù)、不遺漏。以其中一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層為例，可以顯示主體構(gòu)件的統(tǒng)計(jì)工程，如圖2所示。

圖2 3F柱的工程量統(tǒng)計(jì)

計(jì)算統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)層主要預(yù)制構(gòu)件用量，如表1 所示。工程主要預(yù)制構(gòu)件工程量統(tǒng)計(jì)如表1所示，通過(guò)Navisworks模型算量，快速生成預(yù)制構(gòu)件工程量，結(jié)合企業(yè)廣聯(lián)達(dá)軟件計(jì)算進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)誤差較小，具有指導(dǎo)施工意義。

表1 標(biāo)準(zhǔn)層主要預(yù)制構(gòu)件工程量統(tǒng)計(jì)

3.2.5 物料管理

項(xiàng)目前期對(duì)圖紙進(jìn)行深化拆分，建立裝配式建筑構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)族庫(kù)，并通過(guò)二維碼生成器，生成每個(gè)構(gòu)件的二維碼，放置word文檔中，與Navisworks模型以添加鏈接的方式相關(guān)聯(lián)，并將二維碼打印貼附在實(shí)體構(gòu)件表面。構(gòu)件在施工的過(guò)程中，通過(guò)掃描二維碼快速找到構(gòu)件并獲取位置信息，以便實(shí)施吊裝就位。在本次施工過(guò)程中，雖然前期二維碼制作相對(duì)煩瑣，但后期施工人員在調(diào)取信息時(shí)卻十分方便，總體上確保施工有效進(jìn)行，提升施工效率。

3.2.6 進(jìn)度管理

打開Navisworks模型，點(diǎn)擊“TimeLiner”命令，對(duì)工程進(jìn)度進(jìn)行添加任務(wù)，也可通過(guò)Project工程文件導(dǎo)入，自動(dòng)生成，其后還需要編輯該任務(wù)的對(duì)象與模型構(gòu)件相關(guān)聯(lián)，即可開始進(jìn)度模擬。還可以對(duì)不同類型的外觀顏色進(jìn)行設(shè)置，“結(jié)束外觀灰色，提前外觀綠色，延后外觀紅色”，即可在動(dòng)態(tài)的模擬中顯示工程進(jìn)度情況；綠色表示提前施工，紅色表示滯后，給施工管理提出預(yù)警；也可重新制訂施工方案，調(diào)配人力、物力控制進(jìn)度和管理進(jìn)度，保證施工有序進(jìn)行，確保工程能夠如期交付業(yè)主。

3.2.7 動(dòng)態(tài)成本控制

動(dòng)態(tài)成本費(fèi)用管理主要指通過(guò)掙的值法對(duì)成本費(fèi)用加以管理，達(dá)到總體掌控成本費(fèi)用的目的，動(dòng)態(tài)成本控制如圖3所示。采用BIM5D模型，將物料消耗量、生產(chǎn)成本、費(fèi)用等生產(chǎn)成本關(guān)鍵數(shù)據(jù)，再利用公式編輯的方法注入實(shí)際模塊中（通過(guò)廣聯(lián)達(dá)比對(duì)發(fā)現(xiàn)，工程量相差不大），將生產(chǎn)成本數(shù)據(jù)細(xì)化至具體構(gòu)件，再利用BIM計(jì)價(jià)軟件計(jì)算出準(zhǔn)確的項(xiàng)目預(yù)算生產(chǎn)成本（BCWS=計(jì)劃實(shí)現(xiàn)實(shí)際作業(yè)數(shù)量×項(xiàng)目預(yù)算單價(jià)），如表2所示。已實(shí)現(xiàn)實(shí)際管理工作的項(xiàng)目預(yù)算生產(chǎn)成本（BCWP=現(xiàn)實(shí)達(dá)成作業(yè)數(shù)量×項(xiàng)目預(yù)算單價(jià)）和現(xiàn)實(shí)達(dá)成管理工作的現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)成本（ACWP=現(xiàn)實(shí)達(dá)成作業(yè)數(shù)量×實(shí)際價(jià)格），對(duì)比三者，利用比較結(jié)果分析現(xiàn)實(shí)管理工作時(shí)間和生產(chǎn)成本之間的偏差，并及時(shí)糾偏，實(shí)現(xiàn)過(guò)程中動(dòng)態(tài)成本控制[7]。

表2 預(yù)算生產(chǎn)成本（BCWS）

圖3 動(dòng)態(tài)成本控制

隨著項(xiàng)目工作進(jìn)度的持續(xù)更新，項(xiàng)目的進(jìn)度信息也在不斷變化，不同的進(jìn)度信息可以同時(shí)進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)物資消耗量和實(shí)際成本調(diào)查。根據(jù)項(xiàng)目的資金計(jì)劃（BCWS），結(jié)合第實(shí)際成本（ACWP）和已完工程預(yù)算成本（BCWP），進(jìn)行案例項(xiàng)目1—18周的三算對(duì)比，如表3所示，繪制出成本分析曲線如圖4所示。

表3 案例項(xiàng)目1—18周三算對(duì)比（單位/萬(wàn)元）

圖4 成本分析曲線圖

從成本分析觀察可知，項(xiàng)目在前8周進(jìn)度相對(duì)落后且出現(xiàn)費(fèi)用超支的情況，項(xiàng)目管理人員通過(guò)軟件分析落后和超支的原因，根據(jù)調(diào)查得知，出現(xiàn)此原因是因?yàn)榛A(chǔ)部分材料上漲、預(yù)留不足而導(dǎo)致出現(xiàn)碰撞、設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，應(yīng)采用新技術(shù)、新分析方法等新方案，重新加快施工進(jìn)度，節(jié)約成本。隨著新技術(shù)的使用，從第9周開始，項(xiàng)目管理人員通過(guò)該方法及時(shí)分析出原因與解決方案，此時(shí)費(fèi)用開始出現(xiàn)節(jié)約，進(jìn)度開始加快，證明所采取控制措施切實(shí)有效。

3.2.8 碰撞檢查

用Revit軟件創(chuàng)建機(jī)電管綜模型，導(dǎo)入NWC格式，并用Navisworks打開文件（如圖5），開展機(jī)電管綜的碰撞沖突問(wèn)題檢查。先選擇檢查專業(yè)內(nèi)的碰撞檢測(cè)，如供水管與消防管道以及大橋梁與電纜套管之間，并形成撞擊檢查報(bào)告，才能更進(jìn)一步證實(shí)其檢測(cè)的準(zhǔn)確性；其后檢查專業(yè)間的碰撞檢測(cè)，如大橋與風(fēng)管間以及管道與大橋間等（如圖6），提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的錯(cuò)誤，進(jìn)一步優(yōu)化模型，對(duì)一些施工關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)一步深化，指導(dǎo)施工，從而有效減少施工現(xiàn)場(chǎng)返工現(xiàn)象。在優(yōu)化管綜的過(guò)程中，充分利用天花板下的空間，實(shí)現(xiàn)有限空間的合理布局，提升內(nèi)部?jī)舾撸?jié)省管線材料，以降低施工成本。本案例一共發(fā)現(xiàn)重大碰撞77處，經(jīng)保守測(cè)算挽回經(jīng)濟(jì)損失30萬(wàn)元。

圖5 機(jī)電管綜模型（Navisworks模型）

圖6 噴淋管道與橋架的沖突問(wèn)題

4 效果評(píng)價(jià)

通過(guò)對(duì)某裝配式建設(shè)工程項(xiàng)目的運(yùn)用，能夠達(dá)到BIM施工對(duì)其在施工的控制，利用Revit的三維可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)場(chǎng)地布置、安全管理和技術(shù)交底，通過(guò)Navisworks軟件實(shí)現(xiàn)模型算量、進(jìn)度管理、工藝模擬和碰撞檢查，對(duì)施工階段成本管控具有一定促進(jìn)作用。在裝配式建筑施工成本控制方面，BIM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)與實(shí)際使用效果，可概況為以下幾個(gè)方面。

（1）BIM模型信息豐富全面，且由Revit模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入Navisworks模型無(wú)數(shù)據(jù)缺失，保障信息完整性、關(guān)聯(lián)性。

（2）BIM模型的三維可視化技術(shù)清晰直觀，便于理解，可以開展技術(shù)交底、安全培訓(xùn)等技術(shù)指導(dǎo)，以及因不理解技術(shù)要點(diǎn)而盲目施工所導(dǎo)致的返工，以及不必要的材料浪費(fèi)和工期拖延，降低施工成本。

（3）BIM技術(shù)解決了施工中多項(xiàng)技術(shù)難點(diǎn)，對(duì)復(fù)雜的工藝可以通過(guò)簡(jiǎn)單動(dòng)畫展示，優(yōu)化復(fù)雜的施工節(jié)點(diǎn)、降低施工難度，促進(jìn)施工正常進(jìn)行。

（4）標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件可以多次使用，快速計(jì)算模型工程量，便于編制每月物資計(jì)劃表，結(jié)合施工進(jìn)度，構(gòu)建5D管理，提升工作效率。

5 結(jié)語(yǔ)

高昂的成本問(wèn)題一直是阻礙建筑裝配式技術(shù)發(fā)展的重要因素，而能否解決成本問(wèn)題直接影響著裝配式建筑工程的規(guī)模、質(zhì)量、周期以及普及程度。隨著中國(guó)科技的發(fā)展和管理水平的提高，BIM技術(shù)應(yīng)用在建筑裝配式領(lǐng)域已然成為一種趨勢(shì)。目前我國(guó)BIM技術(shù)在裝配式建筑方面應(yīng)用還比較新，存在許多方法不系統(tǒng)、不合理的現(xiàn)象，本文通過(guò)查閱大量國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，針對(duì)裝配式建筑在施工過(guò)程中出現(xiàn)的成本控制問(wèn)題，研究利用BIM技術(shù)對(duì)裝配式建筑實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)成本把控。