基于BIM技術的裝配式建筑施工成本管控研究

張 靜

（徐州工業(yè)職業(yè)技術學院，江蘇 徐州 221000）

相較于傳統(tǒng)的現(xiàn)澆方式，裝配式建筑存在施工周期短、建造品質高、環(huán)境保護好等優(yōu)勢，但由于受多方因素約束，預制裝配式建設的生產成本普遍偏高。近年來，BIM技術已具備可視化、虛擬仿真模擬等新特性，尤其是BIM 5D技術的運用，在傳統(tǒng)的三維模型中融入進度與成本形成五維項目管理模式，其問世也給人們研究裝配式施工建設成本控制帶來了機會。本文從裝配式施工建設成本結構特點和主要影響因素入手，研究BIM技術在裝配式建筑施工階段中成本控制的有效運用。

1 裝配式建筑的特點

預制裝配式建筑有著建筑設計標準化、構件生產工廠化、現(xiàn)場施工裝配化、結構裝修一體化和過程管理信息化等特點，是建筑業(yè)發(fā)展的必然趨勢。從設計到施工，裝配式建筑構件在車間實行流水加工、機械化制造，更易于進行有效管理，可避免部分工程質量通病。另外，裝配式建筑物通過預制的鋼結構或水泥構件進行建筑主體安裝，并輔以輕型建筑材料，可使之具有優(yōu)異的保溫、隔熱、耐火、防蟲、節(jié)能、抗震和防水等功能。傳統(tǒng)施工作業(yè)效率低下、廢棄物多，浪費資源；工人夜班較頻繁，光污染嚴重。預制裝配式建筑憑借自身優(yōu)勢有效地改善了以上問題，也可以說其是綠色建筑施工的一部分[1]，以高科技制造業(yè)模式引領傳統(tǒng)建筑的轉型升級。

2 裝配式建筑和BIM技術融合的必要性

BIM技術是一種將建筑信息數(shù)字化處理的應用技術，其具有可視、可模擬、可調節(jié)和可優(yōu)化的特點，在裝配式項目建設各階段中發(fā)揮重要作用。其中，在施工建設階段，BIM技術的應用確保了整體裝配式建筑施工安裝過程的有序進展，降低施工偏差，為施工經濟性提供依據(jù)。借助BIM技術進行虛擬施工分析，為后續(xù)安裝掃清障礙[2]。另外，在施工組織方案的優(yōu)化中也可借助BIM技術，有效減少可能出現(xiàn)的返工和資金浪費問題。項目各參建方共用同一個工作平臺，可提高交流和溝通的效率，保證施工質量的同時也為后期降低施工成本奠定了基礎。

3 BIM技術在裝配式建筑施工成本管控中的應用

3.1 合理規(guī)劃平面布置，減少庫存成本

利用BIM技術進行施工場地平面布置，實現(xiàn)可視化管理。模擬現(xiàn)場道路交通狀況，對預制構件運輸路線、大型施工機械吊裝設備的作業(yè)范圍進行計算統(tǒng)計分析。確定現(xiàn)場臨時道路的寬度、回轉半徑，運輸車輛尺寸及型號，吊裝設備參數(shù)選型等具體信息，形成最優(yōu)平面布局。

預制構件進場后結合現(xiàn)場塔吊選型、道路規(guī)劃、構件堆放場地等因素。利用BIM建筑信息模型與RFID射頻識別技術相結合，將芯片植入構件，實現(xiàn)構件可追溯，構件進場的時間和采購數(shù)量均可精確管控[3]。精確定位構件運輸車輛與構件參數(shù)，合理安排運輸時間，可解決現(xiàn)場場地緊張、儲存保管難的問題，進而可實現(xiàn)零庫存的目標，減少庫存成本。

3.2 優(yōu)化施工技術方案，避免返工成本

利用工況模擬預先熟悉和掌握后期安裝環(huán)節(jié)的時間和工序節(jié)點，為現(xiàn)場構件堆放、配送、安裝、倉儲保管等相關工作提供參考依據(jù)。通過三維模擬、動畫演示技術交底至現(xiàn)場施工安裝班組人員，定位重要節(jié)點制作動態(tài)樣板，利用碰撞檢查提前解決潛在風險隱患，優(yōu)化吊裝方案[4]。并通過RFID芯片建立預制構件數(shù)據(jù)庫，可隨時調取構件相關信息，在施工安裝過程中校驗復核構件參數(shù)及安裝位置，提高構件的吊裝和拼接效率，大大降低了施工過程中的損耗、返工成本。

3.3 動態(tài)跟蹤現(xiàn)場情況，提高管理質量

結合裝配式建筑構件生產工廠化的優(yōu)勢，通過利用BIM技術與RFID技術，當預制構件在生產、配送、倉儲、安裝等過程中出現(xiàn)異常情況導致構件無法正常使用時，構件生產廠商可第一時間提取芯片信息定向加工生產，避免影響工期進度和成本的浪費。另外，運用BIM技術關聯(lián)3D實體模型、導入進度計劃，可視化模擬現(xiàn)場施工方案，實時調整、優(yōu)化、跟蹤現(xiàn)場施工狀況[5]。技術人員可遠程指導施工，亦可實時查看構件參數(shù)信息、完成質量等現(xiàn)場情況，上傳施工質量記錄、整合竣工資料。

利用BIM技術的可模擬功能，預先檢查施工方案的合理性，識別安全風險隱患，有針對性地提供應急預案。結合現(xiàn)場攝像監(jiān)控可動態(tài)觀察施工人員所在位置及施工效果，有效識別風險因素、提高現(xiàn)場安全管理質量，進而減少不必要的損失。

3.4 四維模擬進度計劃，優(yōu)化資源配置

運用BIM技術建立項目模型，使得現(xiàn)場構件參數(shù)化。通過模型可提取相對準確的工程量，為招采部門制定采購計劃提供依據(jù)。招采專員可根據(jù)實際需求選擇按照實體樓層或相應流水段的工序進展，依次調取周、月、季、年等階段的材料用量，生成物資需求計劃表，配合預制構件進場施工[6]。此外，BIM技術的3D模型結合進度計劃形成的4D模型，可模擬協(xié)調現(xiàn)場施工進度計劃，推進項目進展、優(yōu)化管理模式、提高管理效率。關注項目重要節(jié)點及里程碑事件的進展情況，與進度計劃模型相對比，做到物盡其用、合理規(guī)劃?，F(xiàn)場如遇突發(fā)情況，造成工程停滯等現(xiàn)象時，及時結合實際狀況基于BIM模型多方案調整進度計劃，對現(xiàn)場資金、人員、物料重新規(guī)劃，最大限度地減少工程停滯帶來的經濟損失。

3.5 協(xié)同平臺統(tǒng)一管理，降低管理成本

BIM技術的問世，讓項目各參建方的組織管理工作得到了較大改善。基于傳統(tǒng)的BIM三維模型，關聯(lián)進度與成本信息形成5D模型，集成土建、鋼筋、給排水、機電和供暖通風等多專業(yè)的實體模型，以其為載體，以WBS項目結構分解為依托，運用BIM 5D數(shù)據(jù)信息協(xié)同平臺項目各參建方管理及技術人員通過權限設置可隨時掌控項目的全過程查看及管理工作，了解項目實時進度、成本支出、物資采購及運輸?shù)裙ぷ鞯倪M展情況，及時有效地調整前期策劃，對目前項目成本進行偏差分析、三算對比，運用項目資金曲線與資源曲線分析現(xiàn)階段成本管控情況，發(fā)現(xiàn)問題并有針對性地采取糾偏措施多方案解決問題[7]。同時，也為下一階段成本偏差和管控方法提供可靠依據(jù)，完善成本考核機制。

4 案例分析

4.1 項目概況

江蘇某國際醫(yī)院總建筑面積約44 000 m2，容積率1.21；地下汽車庫1層，地面7層，1—3層為門診醫(yī)技樓，4—7層為住院病房；地下室面積約15 400 m2，地上建筑面積約29 000 m2，建筑總高度39 m，結構形式為鋼筋混凝土框架結構。醫(yī)院初步計劃開放300張床位和7間手術室，配備MRI、CT、四維超聲等國際領先醫(yī)療設備，設置腦病中心、創(chuàng)傷中心、高端婦兒、骨科、泌尿外科、普外科、普內科、內鏡中心、血透中心和健康管理等臨床科室，總投資金額超過1億美金。

4.2 BIM技術在項目成本管控中的應用

BIM標準模型計劃如圖1所示。

圖1 BIM標準模型計劃

本項目在設計階段應用了碰撞檢查、管線綜合等BIM管理功能，通過建立包含建筑、結構、機電等完整的BIM實體模型、場地布置模型、進度計劃模型和預算模型文件形成關聯(lián)實現(xiàn)模型整合，形成信息集成為后續(xù)深化設計提供數(shù)據(jù)支撐。利用漫游路徑、碰撞檢查等管理工具對現(xiàn)場柱、墻、梁、管線等設備構件進行檢查提出圖紙優(yōu)化建議，制作標注族包括配電箱編號、類型，橋架材質、尺寸、標高、系統(tǒng)等，最終使模型深度滿足施工圖深度規(guī)范要求完成出圖。施工單位、設計單位、建設單位、監(jiān)理單位等項目各參與單位均在三維模型基礎之上進行圖紙會審、深化等工作，為該工程深化調整、施工研討、成本預估提供準確的項目信息、精準決策。在預制構件生產階段將構件的幾何尺寸、材料、種類、型號和安裝位置等參數(shù)信息錄入系統(tǒng)形成數(shù)據(jù)庫，為后期施工過程中信息提取、構件跟蹤做好準備工作。

項目施工階段通過BIM軟件對工程項目空間、時間、成本等要素進行綜合分析，選擇合適的構件吊裝工具，設置現(xiàn)場構件堆放、儲存位置及運輸路線，運用模擬施工現(xiàn)場重要工作節(jié)點，制定適合工程特點的施工方案，精簡施工工序，避免由施工方案的不合理造成重復、過度使用工人、窩工等情況，從而降低人工費的開支；可利用軟件按照單體、專業(yè)、部位、構件等個性化要求，自動識別提取當月已完成工程量為進度款支付和結算、決算及期間的變更核對工程量提供可靠依據(jù)；針對現(xiàn)場產生的變更簽證，更改相應參數(shù)，在模型中可實現(xiàn)自動更新與之相關聯(lián)的數(shù)據(jù)，避免重復建模的成本，提高工作效率；通過BIM集成平臺將計劃進度和成本與現(xiàn)場實際進度和成本進行對比，形成實時跟蹤數(shù)據(jù)，利用資金曲線與資源曲線掌握現(xiàn)場資金流入與流出、資源配置等情況，合理安排項目的投入與支出和物料及人員的分配。

項目管理模式的創(chuàng)新提高了項目各參與方的協(xié)作和溝通效率，是項目施工現(xiàn)場交流的重要渠道，使溝通、討論、決策都能在可視化的狀態(tài)下進行，使原本復雜的項目管理工作變得更為高效、快捷，是裝配式建筑成本精準管控、項目管理工作流程的創(chuàng)新。

5 BIM技術在項目運用上的效果分析

基于模型預制加BIM技術，直接從三維模型生成施工所需要的施工圖和工藝詳圖；利用BIM技術細化局部的施工工藝，明確各構件所選用的材料、型號等具體參數(shù)；支吊架在管綜結束后，根據(jù)業(yè)主及規(guī)范要求布置組合支吊架，布置完成后出具支吊架平面圖紙，為各吊架編號，出具支吊架加工表格；根據(jù)甲方設計院提供的線型、線寬、圖層名稱、顏色、打印線寬和畫圖線寬進行設置包括設計院單獨的樣本文件設置等工作；使用BIM技術讓企業(yè)收集項目數(shù)據(jù)更加簡便，有效地把控現(xiàn)場成本，為后期維修、運維提供更大幫助，質量安全管理的能力顯著加強；使用BIM技術有效減少返工，提前模擬施工進度，合理的現(xiàn)場材料預制加工，有效地節(jié)省了10%的工期；項目施工階段由于施工圖紙、作業(yè)人員素質、交底不清等問題常在，往往存在大量返工現(xiàn)象，本工程使用BIM技術有效減少了60%返工；BIM模型形成項目信息樞紐中心，改變點對點溝通方式，減少溝通誤解，項目各個參與方在同一個協(xié)同平臺交流工作，提升辦公效率。

（1）減少設計周期25%，減少翻模成本。利用BIM軟件直接設計、優(yōu)化、再出圖，避免翻模不必要的重復勞動。BIM在建模階段發(fā)現(xiàn)設計問題時應用模型解決，由于圖、模之間的聯(lián)動性，所以同時也解決了圖紙問題，無需單獨給BIM留出時間，始終跟著設計進度的步伐。

（2）提升圖紙質量40%，減少返工成本。提前發(fā)現(xiàn)二維圖紙表達不清楚的錯漏碰缺等問題，大量減少以后施工中的變更、洽商、返工等問題。100%實現(xiàn)圖模一致，大大地提高了設計圖紙的質量。

（3）減少返工簽證40%，減少投入成本。解放設計師的雙手，減少大量設計畫圖成本，提升設計院的設計產能。利用碰撞檢查實現(xiàn)提前預測施工方案中的漏洞，實現(xiàn)項目施工前及施工中的PDCA有效循環(huán)管控，降低了施工過程中的返工與簽證變更數(shù)量。

6 結束語

BIM技術在裝配式施工階段成本管控的應用中發(fā)揮著舉足輕重的作用。其繼承并填補了CAD技術的缺陷，為建筑行業(yè)帶來了巨大而又深遠的影響。近年出現(xiàn)的BIM 5D技術基于項目三維模型信息數(shù)據(jù)，利用項目協(xié)同平臺的PC端、Web端與移動端實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，可視化的實體模型與大數(shù)據(jù)統(tǒng)計云計算相結合，為現(xiàn)場裝配式建筑的施工進行有效指導，實現(xiàn)資源最大化。裝配式建筑作為建筑工業(yè)化的必然形式，通過BIM技術的運用，在施工階段對前期準備中優(yōu)化項目施工組織設計，包括場地布置、吊裝設備的選型、運輸路線及車輛的規(guī)劃，到具體施工安裝過程中的吊裝方案、構件跟蹤、過程管理都起到了關鍵作用，使得裝配式建筑成本管控得到有效完善。