基于BIM的裝配式建筑施工成本管理研究

張林

（重慶市黔江區(qū)城市建設(shè)投資（集團(tuán)）有限公司，重慶 409000）

0.引言

根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局相關(guān)數(shù)據(jù)，我國(guó)建筑業(yè)總產(chǎn)值穩(wěn)步提升，建筑業(yè)在我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要性愈發(fā)重要[1]。為了可持續(xù)發(fā)展，我國(guó)強(qiáng)調(diào)建筑應(yīng)該具有綠色環(huán)保的特性[2]。裝配式施工符合國(guó)家倡導(dǎo)的綠色高效施工以及資源節(jié)約、環(huán)保健康的要求[3]。與傳統(tǒng)施工相比，裝配式施工能夠有效節(jié)約工期，減少施工過(guò)程中的損耗。2016年9月國(guó)務(wù)院辦公廳明確指出，以2026年為關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)，爭(zhēng)取將裝配式建筑占新建建筑面積的比例提高到30%[4]。傳統(tǒng)現(xiàn)澆施工因其污染較大已經(jīng)不再滿足綠色可持續(xù)化發(fā)展的需要，發(fā)展裝配式建筑是建筑行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的必由之路。但目前裝配式建筑造價(jià)整體高于傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑造價(jià)，從而導(dǎo)致了我國(guó)裝配式建筑發(fā)展較為緩慢[5]。BIM技術(shù)擁有把工程項(xiàng)目中各個(gè)施工環(huán)節(jié)的信息匯總協(xié)調(diào)能力，利用建筑物的實(shí)際信息，為項(xiàng)目各參與方提供必要的信息，從而實(shí)現(xiàn)一體化建設(shè)[6]。將BIM技術(shù)應(yīng)用于裝配式建筑，實(shí)現(xiàn)信息高效傳遞，促進(jìn)各個(gè)階段參與方的合作，減少設(shè)計(jì)變更，有效進(jìn)行裝配式建筑的成本控制[7]。

1.裝配式建筑與現(xiàn)澆式建筑的建造模式比較分析

現(xiàn)澆式建筑的建造模式在我國(guó)有很長(zhǎng)的歷史，裝配式建筑與現(xiàn)澆式建筑在建造模式上存在較大差異，以下從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與施工、現(xiàn)場(chǎng)管理3方面闡述：

1.1 規(guī)劃設(shè)計(jì)階段分析

在項(xiàng)目初期的首先要進(jìn)行的是設(shè)計(jì)階段。在現(xiàn)澆式建筑的建造模式中設(shè)計(jì)方在完成設(shè)計(jì)階段后，需要向施工方提供設(shè)計(jì)圖紙。除了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)出圖，裝配式建筑的建造模式中，設(shè)計(jì)方還需要根據(jù)圖紙將建筑拆解成適合預(yù)制的構(gòu)件，并將預(yù)制構(gòu)件的形狀尺寸、預(yù)留孔洞的位置及大小等信息提供給預(yù)制構(gòu)件廠。預(yù)制構(gòu)件廠需要針對(duì)每一種不同的預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行開(kāi)模工作。

裝配式建筑的建造模式對(duì)設(shè)計(jì)階段的準(zhǔn)確性提出了更高的要求。在施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)圖紙存在的部分錯(cuò)誤，對(duì)現(xiàn)澆式建造的施工進(jìn)度與造價(jià)影響不大，可以立即對(duì)圖紙進(jìn)行修改變更，但對(duì)裝配式建造而言，預(yù)制構(gòu)件存在的偏差可能會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件與構(gòu)件無(wú)法拼接，需要重新預(yù)制構(gòu)件，增加造價(jià)的同時(shí)也延長(zhǎng)了工期。

1.2 生產(chǎn)施工階段分析

在現(xiàn)澆式建筑的生產(chǎn)施工階段，需要大量的工人在工地現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行綁鋼筋、搭模板、澆混凝土等工作，因?yàn)榛炷劣不_(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度需要一定的時(shí)間與溫度，因此整個(gè)施工過(guò)程受到天氣與氣溫的影響較大。工地現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)專業(yè)的施工設(shè)備進(jìn)行構(gòu)件吊裝，整個(gè)施工過(guò)程需要的設(shè)備多工人少，混凝土已經(jīng)硬化，受環(huán)境影響較小。

1.3 現(xiàn)場(chǎng)管理分析

現(xiàn)澆式建筑的現(xiàn)場(chǎng)工人較多，需要不同工種分配不同的工作內(nèi)容，要求工程現(xiàn)場(chǎng)管理應(yīng)具有較高的水平，合理安排工人的工作內(nèi)容。對(duì)于裝配式建筑而言，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行濕作業(yè)的工人較少，大量的構(gòu)件已經(jīng)在完成預(yù)制，運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)的指點(diǎn)擺放位置，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求的吊裝順序開(kāi)展工作，整個(gè)過(guò)程的機(jī)械化程度較高，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)管理人員的技術(shù)水平提出了更高的要求。

2.裝配式建筑成本分析

基于裝配式建筑的成本總體偏高的現(xiàn)狀，為了達(dá)到裝配式建筑的成本控制的目的，以下分析設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸和施工階段的成本。

2.1 設(shè)計(jì)階段成本

在設(shè)計(jì)階段，構(gòu)件由預(yù)制構(gòu)件廠完成生產(chǎn)工作，不同形狀尺寸的構(gòu)件需要使用不同的模具，每劃分出一種新構(gòu)件都需要制造出特定的新模具，在拆解預(yù)制構(gòu)件的深化設(shè)計(jì)階段直接關(guān)系到工程造價(jià)。目前針對(duì)裝配式建筑深化設(shè)計(jì)的水平仍有待提高是其成本居高不下的原因之一。

2.2 生產(chǎn)階段成本

生產(chǎn)階段成本主要可以分為人工費(fèi)、材料費(fèi)?，F(xiàn)階段存在預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)人員的專業(yè)能力不足，需要進(jìn)行員工培訓(xùn)的問(wèn)題，并且預(yù)制構(gòu)件的拆解一般以鋼筋分布為依據(jù)，為保障預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量，會(huì)改變節(jié)點(diǎn)處使用的材料，從而增加成本。

2.3 運(yùn)輸階段成本

預(yù)制構(gòu)件廠一般距離施工現(xiàn)場(chǎng)有一定的距離，因此需要將構(gòu)件運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)。在運(yùn)輸過(guò)程中需要保障構(gòu)件完好，從而保障預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量。運(yùn)輸具有一定體積和重量的預(yù)制構(gòu)件的費(fèi)用占工程總造價(jià)的比例不可忽略，控制運(yùn)輸成本也是控制總成本的重要一環(huán)。

2.4 施工階段成本

裝配式建筑施工階段的主要工作內(nèi)容是使用專業(yè)的設(shè)備將預(yù)制構(gòu)件按一定順序吊裝拼接。與傳統(tǒng)施工相比，裝配式建筑的施工階段需要施工人員具有更高的專業(yè)技能，確保施工過(guò)程的安全與建筑物的質(zhì)量。預(yù)制構(gòu)件之間的現(xiàn)澆連接質(zhì)量直接關(guān)系到建筑物的整體性，采用較可靠的工藝技術(shù)來(lái)加強(qiáng)構(gòu)件之間的連接會(huì)增加施工階段的成本。

3.基于BIM技術(shù)的裝配式建筑成本控制分析

BIM 技術(shù)運(yùn)用到裝配式建筑中可以為成本控制提供思路[8]。利用BIM技術(shù)的相關(guān)特點(diǎn)，可以準(zhǔn)確匯總工程信息，并實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)，提高施工安裝效率、盡可能避免原有設(shè)計(jì)變更，為降低裝配式建筑的造價(jià)提供可能[9]。

3.1 規(guī)劃設(shè)計(jì)階段成本控制

在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，可以使用BIM技術(shù)建立起建筑物的立體模型，便于設(shè)計(jì)方能夠準(zhǔn)確且直觀的解決預(yù)制構(gòu)件的拆解、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的連接、預(yù)留孔洞的定位等問(wèn)題。設(shè)計(jì)階段涉及的各個(gè)專業(yè)，可以在同一個(gè)Revit模型中得到實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的項(xiàng)目信息，避免出現(xiàn)不同專業(yè)溝通不及時(shí)不準(zhǔn)確的問(wèn)題，有效降低后期的返工率，達(dá)到控制造價(jià)的目的。

基于BIM技術(shù)進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件庫(kù)建設(shè)與完善?，F(xiàn)在裝配式建筑設(shè)計(jì)常見(jiàn)的模式是按傳統(tǒng)方法完成設(shè)計(jì)圖紙，再由構(gòu)件廠按照該施工圖進(jìn)行構(gòu)件設(shè)計(jì)。存在的最大問(wèn)題就是構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化程度不足，無(wú)法實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件的大規(guī)模生產(chǎn)，對(duì)不同構(gòu)件要采用不同的模具，造成裝配式建筑在設(shè)計(jì)階段成本較高。在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段依托BIM平臺(tái)建設(shè)規(guī)范化構(gòu)件庫(kù)，深化設(shè)計(jì)拆解預(yù)制構(gòu)件時(shí)盡可能從該構(gòu)件庫(kù)中選擇標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件，達(dá)到減少特殊預(yù)制構(gòu)件數(shù)量的目的?；贐IM 技術(shù)的優(yōu)越性，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件模型庫(kù)，為構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化和模具通用化提供可能。構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化是實(shí)現(xiàn)構(gòu)件批量生產(chǎn)和模具重復(fù)使用的前提，因此建設(shè)并完善預(yù)制構(gòu)件庫(kù)能夠?qū)崿F(xiàn)有效成本控制。

基于BIM技術(shù)進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，各個(gè)專業(yè)使用不同的設(shè)計(jì)工具，依據(jù)不同的專業(yè)知識(shí)對(duì)同一個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)，不同專業(yè)之間存在天然的信息壁壘，相關(guān)工程信息的傳遞存在不及時(shí)、不準(zhǔn)確的問(wèn)題，導(dǎo)致最終的設(shè)計(jì)結(jié)果存在錯(cuò)漏。這種錯(cuò)誤在現(xiàn)澆式建筑中可能會(huì)造成局部返工，對(duì)整體影響不大，但是在裝配式建筑中大量的構(gòu)件已經(jīng)預(yù)制完成，構(gòu)件需要按照設(shè)計(jì)順序進(jìn)行吊裝拼接，并且需要精確的定位以確保工程質(zhì)量，出現(xiàn)的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤可能會(huì)造成整體工期延遲和成本的提高?；贐IM技術(shù)的優(yōu)越性，為設(shè)計(jì)的各個(gè)參與方提供一個(gè)共享資源的平臺(tái)，為便于信息傳遞，實(shí)現(xiàn)各個(gè)專業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)提供可能，降低設(shè)計(jì)的失誤率，減少不必要的返工和成本浪費(fèi)。

基于BIM技術(shù)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，裝配式建筑在設(shè)計(jì)階段比現(xiàn)澆式建筑多一個(gè)深化設(shè)計(jì)的工作內(nèi)容，在深化設(shè)計(jì)中需要完成預(yù)制構(gòu)件的拆分、預(yù)留孔洞的定位、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的連接設(shè)計(jì)等，對(duì)建筑物的質(zhì)量與造價(jià)都具有相當(dāng)?shù)闹匾?。目前的裝配式建筑深化設(shè)計(jì)構(gòu)件拆解工作合理性有待提高，預(yù)制構(gòu)件合理拆解關(guān)系到工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性。利用BIM技術(shù)直觀的劃分預(yù)制構(gòu)件，有利于構(gòu)件拆解方案優(yōu)化，通過(guò)Revit模型準(zhǔn)確地向預(yù)制構(gòu)件廠傳遞構(gòu)件信息，盡可能降低失誤風(fēng)險(xiǎn)。在施工之前，使用BIM模型對(duì)設(shè)計(jì)成果進(jìn)行碰撞檢查，預(yù)先解決設(shè)計(jì)中各專業(yè)存在的沖突碰撞，設(shè)計(jì)好預(yù)制構(gòu)件的預(yù)留孔洞的位置與大小，對(duì)關(guān)鍵連接節(jié)點(diǎn)位置進(jìn)行局部深化設(shè)計(jì)，確保建筑物的質(zhì)量，避免不必要的成本損失。

3.2 生產(chǎn)運(yùn)輸階段成本控制

將具有一定體積和重量的構(gòu)件從預(yù)制構(gòu)件廠安全的運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)，其運(yùn)輸成本占總成本的比例不小?？刂坪眠\(yùn)輸成本，對(duì)成本控制具有很大幫助。

基于BIM技術(shù)提高構(gòu)件生產(chǎn)精度。設(shè)計(jì)階段采用BIM技術(shù)建立出項(xiàng)目的立體模型，利用標(biāo)準(zhǔn)化的構(gòu)件庫(kù)進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件的拆解，形成預(yù)制構(gòu)件的三維模型、詳細(xì)施工圖紙與工程量清單。在生產(chǎn)階段工人以導(dǎo)出的工程量清單為基礎(chǔ)進(jìn)行材料的采購(gòu)準(zhǔn)備工作，可以依據(jù)BIM導(dǎo)出的預(yù)制構(gòu)件圖紙完成準(zhǔn)確的預(yù)制工作，降低失誤的可能性。設(shè)計(jì)方對(duì)構(gòu)件進(jìn)行的更改變動(dòng)，都會(huì)實(shí)時(shí)進(jìn)行傳遞，減少構(gòu)件在生產(chǎn)過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生的不必要損失。

基于BIM技術(shù)增加模具周轉(zhuǎn)次數(shù)。在生產(chǎn)過(guò)程中不可避免的需要使用到模具，裝配式建筑有大量的構(gòu)件需要預(yù)制，模具的費(fèi)用必須納入成本控制的考慮范圍。不同尺寸規(guī)格的構(gòu)件需要使用到不同的模具，模具的可利用率影響生產(chǎn)過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性，相同尺寸規(guī)格的構(gòu)件越多，模具的循環(huán)使用的次數(shù)越多，平均的成本就會(huì)降低?；贐IM技術(shù)構(gòu)建出標(biāo)準(zhǔn)化的構(gòu)件庫(kù)，盡可能減少特殊構(gòu)件的數(shù)量，盡可能避免一次性模具的出現(xiàn)，控制生產(chǎn)階段成本。

基于BIM技術(shù)設(shè)計(jì)裝載運(yùn)輸方案。預(yù)制構(gòu)件廠與施工現(xiàn)場(chǎng)的距離遠(yuǎn)近和單位裝載量直接關(guān)乎運(yùn)輸成本的高低，合理設(shè)計(jì)裝載運(yùn)輸方案能使運(yùn)輸成本得到有效的控制?；贐IM平臺(tái)中的預(yù)制構(gòu)件信息與清單，綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)的施工進(jìn)度，合理選擇運(yùn)輸車(chē)輛類型與數(shù)量，實(shí)現(xiàn)載貨量的合理化。在BIM平臺(tái)中考慮不同運(yùn)輸路線的里程、路況等信息進(jìn)行模擬，選擇最優(yōu)的運(yùn)輸路線。若預(yù)制構(gòu)件在運(yùn)輸途中或裝卸過(guò)程中出現(xiàn)可能危及結(jié)構(gòu)安全的損傷，可能需要重新進(jìn)行構(gòu)件預(yù)制，增加成本，嚴(yán)重影響施工的進(jìn)度。因此使用BIM對(duì)預(yù)制構(gòu)件在運(yùn)輸途中和裝卸過(guò)程的模擬，盡可能降低構(gòu)件損傷的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)成本控制有幫助。

3.3 施工安裝階段成本控制

預(yù)制構(gòu)件的吊裝拼接效率對(duì)施工的進(jìn)度與成本影響較大。利用BIM 技術(shù)預(yù)先對(duì)預(yù)制構(gòu)件的施工過(guò)程進(jìn)行可視化模擬，明確預(yù)制構(gòu)件布置、設(shè)備安裝位置等，掌握對(duì)構(gòu)件吊裝的技術(shù)難點(diǎn)，提高效率，降低施工安裝過(guò)程的成本。

基于BIM技術(shù)提高安裝效率?；贐IM技術(shù)進(jìn)行不同施工方案模擬，選擇吊裝時(shí)構(gòu)件的起吊點(diǎn)位置及數(shù)量，安排平行作業(yè)的不同工序，制定大型起吊設(shè)備的工作計(jì)劃?；贐IM模擬結(jié)果對(duì)比多種方案的優(yōu)劣，確定出最佳的施工方案。將確定好的施工方案通過(guò)渲染軟件制作出直觀的施工動(dòng)畫(huà)，向現(xiàn)場(chǎng)工人進(jìn)行交底，讓現(xiàn)場(chǎng)工人對(duì)施工的方案有清晰的認(rèn)知，提高施工的效率。

基于BIM技術(shù)掌握構(gòu)件管理情況。依據(jù)設(shè)計(jì)階段BIM平臺(tái)中統(tǒng)計(jì)的構(gòu)件清單，結(jié)合項(xiàng)目的實(shí)際施工區(qū)域，通過(guò)BIM技術(shù)合理選擇并布置塔吊，提前安排設(shè)計(jì)構(gòu)件的放置位置，按構(gòu)件的類型和安裝順序進(jìn)行分區(qū)，減少構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)后的再次搬運(yùn)，提高施工的效率。

基于BIM技術(shù)優(yōu)化安裝技術(shù)。裝配式建筑在施工安裝階段的垂直吊裝工作對(duì)工人的專業(yè)技術(shù)提出了更高的要求。目前現(xiàn)場(chǎng)工人對(duì)于大型構(gòu)件的吊裝拼接技術(shù)還需要進(jìn)一步掌握。在選擇了最佳施工方案后，使用BIM技術(shù)制作出直觀的施工動(dòng)畫(huà)，詳細(xì)展示施工流程，并著重介紹施工過(guò)程中的關(guān)鍵點(diǎn)和技術(shù)難點(diǎn)。讓現(xiàn)場(chǎng)工人們對(duì)施工工藝與施工任務(wù)有基本的了解，對(duì)于施工難點(diǎn)事先給出解決辦法，對(duì)于施工關(guān)鍵點(diǎn)予以足夠的重視，提高施工效率，有效控制成本。

基于BIM技術(shù)設(shè)計(jì)施工吊裝方案。在裝配式建筑的施工現(xiàn)場(chǎng)，受制于預(yù)制構(gòu)件的大體積與大重量無(wú)法實(shí)現(xiàn)人工搬運(yùn)拼裝，常常需要使用專業(yè)吊裝機(jī)械。在構(gòu)件吊裝提升的過(guò)程中，預(yù)制構(gòu)件的實(shí)際受力與設(shè)計(jì)受力存在較大不同，在一些部位會(huì)產(chǎn)生較大的彎矩與內(nèi)力，存在損壞預(yù)制構(gòu)件的可能。因此設(shè)計(jì)施工吊裝方案是非常重要的一環(huán)。使用BIM平臺(tái)對(duì)施工吊裝的過(guò)程進(jìn)行模擬，選擇最合理的吊點(diǎn)位置與數(shù)量，提高安裝的效率，保證施工的安全性，避免出現(xiàn)構(gòu)件損壞或重復(fù)吊裝帶來(lái)的成本增加。

4.結(jié)語(yǔ)

裝配式建筑造價(jià)偏高是阻礙其廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵因素之一。隨著國(guó)家大力推動(dòng)和施工技術(shù)的進(jìn)步，建筑業(yè)需要實(shí)現(xiàn)朝著可持續(xù)發(fā)展的方向進(jìn)行轉(zhuǎn)型。本文研究了裝配式建筑與現(xiàn)澆式建筑的建造模式區(qū)別，分析了裝配式建筑各個(gè)階段的成本影響因素，提出了基于BIM技術(shù)的裝配式建筑成本在各個(gè)階段的控制方法。