基于BIM的結構施工工程管理研究

(華南理工大學 廣東 廣州 510640)

引言

近年來，建筑信息模型(BIM)在建筑工程中使用的深度與廣度不斷拓展，為工程建設節省了大量人力與物力。與此同時，人們對BIM的建模精度的要求越來越高，以滿足日益提高的工程質量與速度的要求。

隨著中國城市化和現代化的發展，土木工程在房屋建筑、道路工程和橋梁工程蓬勃發展。如何將設計、施工和成本計算高效結合，是土木工程繼續發展的難題之一。為解決這一難題，BIM應運而生，它可以幫助建筑信息的集成，從建筑的設計、施工、運行直到建筑全壽命周期成本，都匯集在同一個三維模型信息庫中，有效提高工程各階段的完成效率。

成本估算是一種預測過程，該過程需要對前期投資、各項項目及活動所需的資源及成本進行量化。此過程完成得越準確，項目的可實施性就越強。不同文獻針對結構成本估算建立了不同的模型。建筑信息模型(BIM)是一款可以模擬工程建設和運營的計算機軟件模型(AGC，2006)。BIM所具備的優勢能幫助項目參與者進行工程全生命周期的管理(ASHARE，2010)[1]。并且BIM的應用已經擴展到4D和5D層面，在4D方面的使用即為將時間表與3D模型相結合；在5D方面的使用即為在4D的基礎上量化材料信息并且進行成本估算(McCuen，2008)[2]。

本文提出了將BIM與成本估算有效結合的方法，建立CEM模型，并且實現分組、可視化與數據導出功能，同時建立了一種能考慮特定日期的現金流與項目成本計算方法。

一、在成本估算中使用BIM

成本估算過程中，通常需要工程師對圖紙進行手算，這樣的計算方式效率和準確率都比較低，一為人為計算失誤的可能性較高，二為原始圖紙也可能存在不準確之處。針對圖紙的成本手算時間取決于圖紙的復雜程度，其中工程師50～80%的時間花費在了量化構件信息這一過程中(Autodesk AutoCAD)。和參考圖紙相比，本文提出的子程序可以直接讀取BIM模型，量化材料用量，進行成本估算，可視化同時可以導出到Excel表格中，并且成本能隨時與模型修改進行同步修改。避免了人為的計算失誤，同時極大地節省時間和計算成本[3]。

當然，BIM也有一定的局限性，包括：BIM模型豐富程度不足，無法涵蓋真實市場情況和更多施工細節，缺乏從不同工程參與方角度的進行成本估算等Shen et al.同時BIM生成的材料用量因為缺乏相關施工方法和設備的知道，這些材料量無法直接用于生產活動(Shen&Issa，2010)[4]，為解決此問題，他們提出BIM-輔助細節估算(BADE)方法，該方法能幫助專業人員借助BIM模型的3D可視化和參數化功能，將其專業知識與BIM模型相結合。

二、詳細成本估算的CEM法

本文提出的方法是一種適用于幾乎所有工程的方法論，它集成了：自動提取BIM的數量特征；結構施工方法的建模工具和庫；可視化功能，以便提供準確的詳細成本估算。包括以下四個步驟：1)開發3D CEM模型；2)可視化施工步驟和創建組；3)信息導出；4)進行成本估算。

(一)3D CEM模型

3D結構模型不可由其他軟件進行開發的，因CEM軟件是為了輔助REVIT軟件而開發的或可說CEM是為了開發REVIT的3D模型設計，其不只能夠為您計算，還可以告訴您每種材料的本質，如材料種類、型號、長短、切面面積、容積(水泥，鐵).

REVIT能表示結構的三維模型，本文開發的CEM能儲存3D模型中所包含的模型信息，包括材料種類、型號、長短、切面面積、容積(水泥，鋼)等。

(二)可視化施工步驟和創建組

本文通過集成多項內容來實現施工的可視化，包括：3D-CEM模型、施工方法建模工具和相應的庫等。

本文提出的方法考慮了混凝土結構和鋼結構施工方法上和步驟上的不同，對結構部件進行分組，從而進行施工分階段的成本估算。對于混凝土結構，考慮的方法為：固定模版現場澆筑、分部施工、預制組裝。對于鋼結構，考慮方法為預制組裝。

(三)信息導出

大多數成本估算建模軟件都允許使用應用程序編程接口(API)，可以將多種編程語言(例如C#和Visual Basic)創建的子程序通過API來擴展軟件的使用用途。本文使用C#編程語言創建子程序，其功能為：添加信息與估算結論；總結組件屬性，包括ID、材料屬性、幾何屬性等。工程估算人員需要使用上述信息來進行材料、人工和設備成本的估算。

(四)成本估算

本節介紹4D CEM建模方法，即利用API和MS Excel工作表計算特定日期的現金支出。4D建模需要將時間表與CEM模型連接在一起，由此將所需數據在特定的時間點可視化，包括顯示該日期需要完成的工作，并將實際工作與計劃工作進行比較。

本文提出的方法和步驟包括：1)使用Revit Structures中“任務管理器”模塊制定項目時間表；2)將CEM模型組件鏈接到相關任務；3)確定支出計算日期；4)使用C#開發的子程序將模型組件的數量及用戶定義的信息提取到MS Excel工作表中，再使用開發的宏鏈接到項目BOQ。該宏用于執行鏈接的屬性是BOQ的編號，使用“Export to Excel”功能。然后通過從BOQ檢索到的單價與所有模型組件的API提取的數量的乘積之和計算總現金支出。

三、結論

本文介紹了CEM在詳細成本估算和現金流計算中的使用。提出一種詳細成本估算的方法，該方法依賴于向模型組件添加新信息，而這些信息可以從可視化過程中獲得，該過程可以通過集成3D模型和CEM模型來應用，也借助專業人員的知識經驗獲得。添加的信息包括：施工方法(混凝土和鋼結構)、與合同文件相關的信息(承包商、分包商、供應商名稱)、工程量清單(BOQ)中項目對象的標號。通過使用C#語言開發的程序，將模型組件的屬性(ID、體積、長度、澆筑類型和材料類型等)導出到Excel工作表，通過該工作表可以執行成本估算流程。在現金流計算中，提出一種依賴于CEM 4D功能的方法，即在考察日期與組件信息提取到Excel工作表，使用宏將該工作表與項目得BOQ鏈接起來，由此計算該日期的總現金支出，以進行更精確的成本估算，從而提高工程管理效率。