基于BIM技术装配式建筑工程造价全过程精细化管理的应用研究
时间：2023-06-29 16:40:03 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
文＿王万春（广西生态工程职业技术学院，讲师、工程师，一级造价工程师）
朱 丽（通讯作者）（广西生态工程职业技术学院，讲师、工程师，硕士）
崔 玉（广西交通职业技术学院，副教授、高级工程师，硕士）
杨 宇（柳州市兴佳房地产开发有限责任公司，技术负责人，工程师）
近年来，随着我国城市化发展、科技进步及“十四五”规划阶段的全面展开，国家对建筑行业的信息化与工业化提出了新要求。2022年初住房城乡建设部发布了《“十四五”建筑业发展规划》，其中针对装配式建筑的大力发展提出了“构建装配式建筑标准化设计生产体系，推进生产施工智能化，拓展标准化构件和部品部件应用，增强装配式建筑综合效益”等明确要求。将BIM技术在原有基础上加入全过程精细化管理和工程造价两个维度，包含了工程的合同预算、时间范围、空间几何、WBS节点和施工预算等五大信息，并进一步封装成五维信息载体，是BIM技术将传统项目工程造价推向智能化、智慧化发展的有效应用。文中以广西装配式试点项目为案例，研究BIM技术如何在装配式项目中展现高度可视化、协同化、仿真化、标准化和精细化，如何采用高效的信息化手段智能降低装配式施工成本。本文希望通过对装配式建筑工程造价全过程的精细化管理研究，对装配式建筑造价控制水平的提高、修订装配式技术地方标准或提升预制装配率提供一些参考。
虽然装配式建筑的规模在逐年增大，工程施工技术及工艺操作规范也有了明显变化，但是由于缺乏先进性的政策，不够完善的规范标准，较落后的设计、生产、施工水平，较弱的信息共享平台以及运用管理能力和较之传统建筑过高的施工成本等问题的影响，我国依然与美国、日本、英国、新加坡和瑞典等经济先进国家有着很大的差距。发达国家的绿色装配式建筑工程不仅将装配率提高到70%，还将其建设成了构件标准化、平台系统化、预制专业化、建造商品化的大宗商品。有研究表明影响装配式建筑建造阶段成本的三个主要因素是施工设计变更、各专业协同程度和安装装配率。在装配式建筑建造成本控制中运用BIM技术可获得较好的经济效益，因此，基于BIM技术的工程造价全过程精细化管理将是我们国家装配式建筑发展的有力突破口。
（一）全过程参与深度欠缺
工程的执行呈现“碎片化”特征。目前我国装配式建筑的造价管理工作基本上还停留在项目建设阶段和竣工结算阶段，在项目前期推进以及中、后期的优化过程中造价部门无法有效参与到项目的决策、设计等其他阶段，造价工作相对零散化。全过程造价管理应以控制工程造价为中心，控制目标成本使之处于核准的投资限额之内，在保证直接工程费足够完成项目建设的前提下，项目还要获得较好的社会效益和经济效益。而装配式建筑项目的性能决定了必须将决策设计、构件制造、产品运输、施工吊装等一系列操作联动起来，全过程造价精细化管理更是必要且关键的一环。然而现实环境是装配式建筑人才缺乏，国内技术标准和规范不够完善，国内欠发达地区产品制造的结构强度不符合规范要求，装配率低于国家软性要求的30%。
（二）全过程控制力度不足
施工项目中成本控制涉及的各部门关系错综复杂（见图1），全过程精细化管理工作无法统筹全局开展。虽然项目人员可以互相沟通且都具备一定的专业知识，但缺乏同时精通施工建造及装配式造价的行内人才。项目通常的做法是引进外部造价咨询公司实行内部全过程造价管理控制，本身的预算部门很难再对项目进行精细化管理。虽仍可就招标流程、设计方案、采购计划、工程推进及构件质量控制等进行把控，然而造价咨询公司由于其外包的局限性，往往很难在全过程成本把控中以业主的视野精细化地展开工作，加之日常事务中又与施工、设计乃至业主方工作渠道不同，最后极容易变成只能局部管控的状态。尽管可以正常进行下一步工作，但就装配式的全过程造价管理而言，始终欠缺整体调度，更难实现精细化管理。
图1 项目成本控制涉及各部门关系图
（三）造价信息“孤岛化”突出
项目各类信息无法有效协同管理，导致装配式建筑工程的造价相关信息“孤岛化”现象突出。工程造价如果要做到全过程精细化管理，需要大量的关键信息，创建——传递——交换——沟通——共享，各环节缺一不可，所以装配式建筑工程全过程精细化管理必须建立在各个阶段造价管理信息都被统一协同化的基础上。只有实现各个施工阶段造价信息的无缝链接，各参与方之间信息传播、共享、沟通无障碍，管理才能做到全过程“精细化”。众所周知，装配式建筑因其复杂程度高、设计类型繁多、工序复杂且构件与构件之间契合度要求高，对建设专业性要求极强，除常规概念设计、基础设计、详细设计外，还包括了各类不同构件的模块化专项设计及装配式构件与钢筋混凝土构件之间的拆分和联系设计。现在业内大多以统一的资料管理平台（OA）来解决这项问题，但是不同的部门使用的专业软件实际上并不兼容，OA的功能也仅局限于传递文字资料，关键造价信息依然无法第一时间得到补充和交换。项目各建造阶段会有成本部门进行目标成本调控，但是调控的参与方越多，利益关系越复杂，成本管理的目标就越难完全统一，因此一般项目难以从全局出发，综合性地考量造价全过程的精细化管理。
（一）决策分析
BIM可以科学有效地精准把握项目设计、采购、施工等各个环节全过程的关系，以效率、质量、进度为基准点，降低不良影响因素，实现投资决策的优化。装配式工程投资规模大、复杂性程度高、技术难度大，建设周期较长，在投资决策的前期受各种因素耦合的共同作用影响，不可避免地会产生严重的不确定性。工程在整个施工过程中常常很难及时把握实际施工中的动态，施工单位虽可以通过积累施工经验，做出不同的计算，但是在执行过程中，仍然很难及时发现并评价工程实际状况与设计模型状态之间存在的差异，决策需适时调整。因此，项目做出投资决策前需要利用“大数据+GIS+BIM”技术，统一数据入口和出口，利用云端数据库中累积的信息数据，实现各类申报、审批事项线上化，政府投资项目投资管理、重大项目监管、社会企业投资核准及备案管理、项目稽查验收管理等多口径数据汇总与分析，以更加“科学化、图像化、数据化”的方式辅助顶层决策，提供宏观分析数据依据。
（二）智慧设计
BIM技术可以直接构建装配式设计3D模型，实现设计效果理想化。主体钢构、装饰、外幕墙、给水排水、通风空调、强弱电等专业可以根据既有图纸将BIM模型分解于不同的阶段，根据工作集的原理，使得彼此独立的模型能够交换位置以及属性。BIM技术中采用的最新型软件可以改变原2D出图模式，直接建立3D模型，并在原有的基础上增加了时间进度、成本等维度，使其变成了名副其实的BIM5D技术，又称为GBIM-5D技术，达到了对图纸深化加工的目的。其中装配式所独有的因工作面不到位而造成管线安装等问题，均可以利用相关检查功能找出图纸上存在的碰撞问题并及时解决，而此类矛盾在2D出图模式里均需要依赖技术人员较高的专业水平才能处理。因此通过新的BIM技术可以为装配式工程全过程精细化管理提供较为全面的技术支撑，让装配式工程全过程管理走向智能化及智慧化。
（三）智慧施工
引入BIM技术可以为造价管理部门在装配式建筑施工阶段的施工进度计算、减少碰撞变更、过程结算计算等方面创造便利条件。通过时间维度与成本维度监测与模拟施工进度，把工程建设质量、进度与成本联系在一起，从而实现工程多维度管理。具体操作为施工前通过创建BIM施工现场模拟，以全局的角度设置各功能分区，例如对施工道路进行优化以确保大型机械和运输车辆在施工现场的平稳行驶，合理布置物料堆放区预防火灾事故发生等，以最节省的方式满足和管理各个环节的协调运作。在建设过程中对可能碰到的问题进行检查，并制定出对应的风险预防方案，例如依托统一的BIM模型实施实时监控，集中收集项目各参与方的时间进度、材料和成本等数据，使得项目可以实现施工各阶段的协同化和高效化，有效地节约了直接成本，规避了浪费与损失。
（四）智慧造价
BIM技术下物料动态管理系统能够实现对物资信息的综合管理，BIM建模软件的统计进度功能可以准确地计算出工程量，最终实现快速准确地进行过程结算。将BIM轻量级模型集成于建设过程中，以二维代码和网页的形式实现关键材料的物料跟踪，随时关注物料进度、物料交付时间及建设工地数据。GBIM-5D技术可随时确定资源需求并提供数据支持以确定今后材料使用计划中的配额（见图2），同时追踪项目开发情况，把计划数量和实际数量对比起来，直观、清楚地读出差别，及时采取措施加以改正，从而达到有效控制成本的目的。建设完成后，利用BIM5D协同平台准确定位各部分组件的工程量和造价数据，方便建设方适时分析成本费用，审查资金安排及进度款的支付情况，始终控制预算在目标成本内。竣工决算阶段采用“云加大数据”技术对行业市场价格数据进行实时采集，然后基于建成后BIM模型输入的设计变更信息及现场签证信息进行分析，形成企业定额的雏形，通过数据的互相校验来保证市场定价的合理性；
利用BIM技术对造价各分部分项费用开展研究，以市场价格数据体系为基础，结合云计算、人工智能技术实现协同工作、智能开项和智能算量等，智能组价、智能选材定价，实现造价全面智能化。
图2 材料配额领取工序模拟
（一）工程概况
本项目以广西柳州市莲花城的保障性住房工程为例。该项目是广西住宅产业化试点推广重点项目，地点位于广西柳州市柳石路，由10栋住宅组成，地下2层，地上6——18层，最大建筑高度50.7米，项目规划用地4.3万平方米，总建筑面积13万平方米，钢结构计算总用钢量1.1万吨。柱、梁采用纯钢构件、楼板则是钢筋桁架楼承板、建筑外墙使用传统页岩多孔砖、内隔墙采用石膏砌块隔墙。以6号楼作为研究对象，使用Lumion、Revit、BIM5D、斯维尔BIM计价、Navisworks、ecotect、Tekla等软件进行装配式建筑全过程精细化管理。
（二）基于BIM技术装配式建筑施工成本管控应用
1.决策优化
保障房工程决策阶段，是工程造价确定的关键阶段。借助“大数据+GIS+BIM”技术，该工程从经济、技术、环保、功能等多方面进行演算。考虑到其保障性住房的特殊性，项目通过研究柳州统计年鉴（见图3）将柳州市被调查家庭收入情况、居住需求情况、居住面积需求情况、居住类型需求情况形成数据导入BIM5D平台，再根据历史工程GIS数据综合考量其必要性、盈利性、合理性、适用性，得出可行性研究报告，根据报告数据进行造价编制（估算），再以工程文件或指标作为预警值重新审视BIM5D平台数据，最终得出合理云部署（见图4），通过云端对项目现实需求、规划、投资、结构部署等设置限定条件，并于BIM5D平台提供模型方案比选及修订估算编制等工作。
图3 柳州统计年鉴
图4 BIM5D平台云部署
2.场地布置
BIM技术可以通过合理三维场布实现高效施工。本项目前期通过无人机扫描地形得出GIS数据，结合企业族库进行三维场地规划，施工组织与重点工艺模拟，以演示动画的形式，发挥Revit与Lumion的软件特点。三维场布模型的设置简单快捷，所有族库都可以按比例调整，有效进行办公、施工和生活功能分区，绘制过程中通过渲染快速转换成三维效果图（见图5）以便随时修正，特别是施工重点位置如：材料堆放区、加工区、塔吊设置区等可以合理优化调整，从直观视觉上向业主展现工程细节。
图5 项目三维效果图
3.设计优化
项目借助Revit软件完成户型比对以及建筑设计，包括室内装饰装修的模块化。将装配式建筑与BIM技术彻底结合，目标是实现进度快、质量高及绿色环保等特色。具体是利用Revit软件建模实现可视化，再运用ecotect软件进行室内日照、采光及户型热工等节能分析，重点打造造价合理的低碳绿色建筑，利用Tekla软件进行钢结构设计与计算，对结构构件进行拆分，实现构件的标准化，并在满足使用功能的前提下进行模拟分析，借助标准设计构件库（见图6）实现工业自动加工的优势，通过综合比选获得绿色节能、成本合理的设计方案。
图6 钢结构标准化构件库
利用Navisworks碰撞检测报告检查机电管综等碰撞冲突问题。根据先检查专业内部碰撞再检查专业间碰撞的顺序依次解决设计中存在的各类错误，对于优化模型、提高深化程度、减少返工、实现有限区域充分合理布局有着较大的作用。本项目成功发现并处理碰撞700多处，节约成本150万元。
4.技术交底
项目通过Fuzor控制前面建立的Revit模型，对全专业模型进行可视化识图交底，研发并利用多媒体工具箱，通过可视化交底会议解决如叠合梁吊装模拟等技术难题，有效指导工程人员作业，避免因作业人员盲目施工而造成停工甚至返工的情况。采用Navisworks和3DMAX等软件对钢结构柱吊、叠合梁、外挂地下室壁板吊、沉箱、模板等吊装及重点现浇部位进行方案与工艺演示动画制作，并进行可视化技术交底，在现场电子显示屏循环播放以增强交底效果。
项目的钢结构方案深化问题则通过提高预拼装精度来解决。继续采用Tekla设计的钢结构模型，对连接节点（见图7）进行二次深化设计，将深化设计结果导入数控机床，进行钢结构预制构件的加工，工厂采集构件实际尺寸，虚拟预拼装，再与实际预拼装对比，提升预制加工的精度，从而有效降低返工现象的产生，克服了钢结构尺寸精度不够的难题，侧面提高工程建设的效果以及服务质量。
图7 柱连接节点模拟
5.模型计算
Revit平台上的直接算量要达到精细化成本管控的目的，需要实现全专业BIM快速建模计算并实现快速“查模”和“调模”的功能。该项目运用BIM算量for Revit软件直接选取Revit设计图纸模型与名称，根据选择的规则库对构件进行特征关联映射，将rvt模型直接转化为算量模型。通过“新建工程”“工程设置”“识别构件”“布置构件”“工程合并”“合理检查”“分析统计”“导出报表”“输出excel”的具体操作可以实现：自动生成钢筋，查看钢筋三维及计算式；
自动套取工程做法，减少套项时间；
链接时间维度，将三维算量变成四维项目管理；
自动对焦历史数据（模型数据、钢筋数据），快速查出历史工程量的差异；
漏项检查，一次性筛查绘制错误或未绘制构件，方便补充和修正等操作。
基于上述算量模块，项目的计价部分直接采用斯维尔BIM计价软件。软件携带自检功能，可以首先检测出清单定额未套项以及错误（重复）套用等问题，提高计价准确率。湎琐的信息价也可以通过在工料机界面统一调整，减少操作步骤。计算结果有多重报表形式，可以让造价人员快速查看各类指标、数据的差异（见图8）。
图8 软件算量流程图
6.构件精细化管理
项目运用具备高水平数据存储及数据处理能力的物联网管理平台。对前期图纸深度拆分并建立装配式构件标准族库，利用二维码生成器把构件尺寸、材料和具体用途位置等有关重要信息汇集到二维码中（见图9），附贴到各构件的实体表面并经由office工具来编辑链接至Navisworks模型，安装全过程均可追溯管理并及时调整，为构件出入库、运输及使用的全过程数字化管理营造有利条件，实现构件级别的精细化管理。
图9 构件二维码
7.进度管理
利用Navisworks模型的“TimeLiner”指令，新增加工程进度任务并根据BIM合理分割流水段，修改并导入Project工程文件可实现4D模拟建造自动生成。之后，若仍需编辑该任务，则可关联该模型的各构件；
仿真时可外观设置为灰色代表完成、绿色代表超前、红色代表推后，仿真中可通过颜色展示对工程进度进行动态监测，一旦发生预警可对施工方案进行再修改；
在BIM5D平台及远程视频监控系统中进行进度动态管理，通过以上功能实现进度的可视化实时管理。
8.动态成本控制
项目通过上述BIM5D模型，将人工、材料、机械等直接费用成本生成关键数据，再利用公式编辑器导入实际模块中，将其细化到具体的构件，再结合斯维尔BIM计价软件及平台云计算功能计算出准确的实际成本（BCWP）、计划成本（BCWS）和实际计划成本（ACWP），通过三算对比，得出分析表（SV、CV、SPI、CPI），分析有无进度落后或者费用超支情况，从材料费用上涨、储备金额不足、设计施工错误等原因进行分析，通过修订新方案（新技术、成本分析等）来调整施工进度，控制成本，最终达到资金流向把控的目的。
本文研究探讨了基于BIM技术装配式建筑工程造价全过程精细化管理的方法，理论结合实际案例表明，该技术不仅解决了实际现场工程造价管理问题，还有效提高了装配式钢结构的前期决策分析、深化设计、目标成本；
中期施工建造、阶段性结算；
后期决算、智慧运维等全过程管理工作。其全面的管理运维能力可以迅速提取现有及未来在建构件的关键信息，并做出精细化的分析，如果有明显的构件隐患问题可以快速锁定并解决，既降低了人为失误的成本又全面提高了问题处理的效率，可以为未来制定技术标准、提高预制装配率、提升项目工程造价全过程精细化管理水平等技术提供一定的参考。
