基于 BIM 技術的裝配式建筑 EPC 成本管理分析

付 澳，郭 然，閆可心，蔡 紅

（北京聯合大學，北京 100000）

0 引言

由于我國政府大力支持發展裝配式建筑，裝配式建筑已成為現階段建筑市場的熱門話題。然而，時至今日，還有一些因素在影響著裝配式建筑的發展，裝配式建筑的成本管理也是影響裝配式建筑發展的主要原因之一。本文重點論述了在裝配式建筑中采用 EPC 工程總承包模式中引用 BIM 技術，通過分析裝配式建筑 EPC 模式下的設計采購施工三個階段的成本影響因素，結合 BIM 技術模型的特點，有針對性地提出解決裝配式建筑 EPC 模式中的相關問題，可以達到降低成本，提高利潤的目的。BIM 技術在全產業鏈的應用，提高了建筑工業化的水平，裝配式建筑占比越來越大，進而推動了裝配式建筑的發展。除此之外，國外關于 EPC 總承包模式研究比較深入，發展也都比較成熟。

本文針對基于 BIM 技術的裝配式建筑 EPC 模式成本管理體系研究，對于降低管理項目成本費用，促進裝配式建筑的經濟效益和社會效益的實現都具有十分重要的作用。

1 裝配式建筑 EPC 成本管理體系問題分析

1.1 裝配式建筑 EPC 成本管理 WBS 工作分解結構

裝配式建筑成本是指從整個項目建造中使用的費用。這些費用可分為三個階段主要是設計階段、采購階段和施工階段。對這三大階段進行成本控制，是降低裝配式建筑成本的核心。由于設計階段處于第一階段，所以設計階段還對采購階段和施工階段的費用產生影響。采取 WBS 工作分解結構對裝配式建筑 EPC 模式進行工作分解。工作分解圖如圖 1 所示。

圖1 裝配式建筑 EPC 成本管理 WBS 分解圖

WBS 分解結構將裝配式建筑建造分為設計、采購、施工三個階段，這三個不同階段在成本控制方向也有不同的側重。設計階段費用占整個工程中的費用的比重小，但是對成本的影響很大，因為設計階段是整個工程的開端，也是關乎到后期成本控制好壞的直接因素。采購階段費用占整個工程中的費用的比重較大，對成本影響也是較大的，這主要是因為采購階段包含材料以及設備的購買費用、運輸費用以及在現場存儲時產生的費用。在這個階段的成本控制，不是指以降低質量的前提來降低成本，而是在保證質量的前提下選擇最優的供貨廠商、最優的構件生產及配送批次，有效降低成本。施工階段費用占整個工程中的費用的比重最大，但是影響是最小的，這原因主要是因為該階段的核心是在解決業主與分包商的問題上，對工程施工中的工程變更所引起的費用問題及控制。在下文中將詳細分析裝配式建筑 EPC 模式下設計、采購、施工三個階段的影響成本控制的因素，有助于在第三章中針對不同階段的不同問題提出基于 BIM 的裝配式建筑 EPC 成本管理體系，有效地解決裝配式建筑 EPC 模式成本管理中出現的問題，提高成本管理的效果。

1.2 裝配式建筑 EPC 設計階段成本問題分析

裝配式建筑項目成本居高不下，設計圖紙費用占有一定的比重，專業性等問題依然十分突出，分析其中的原因是由于在裝配式建筑的建造模式下，其建造前期所涉及的設計方法沒有隨著生產方式的變化而進行變革，成為影響裝配式建筑全面發展的前期因素。根據研究相關的文章將設計階段分為技術策劃、方案設計、初步設計、施工圖設計和構件加工圖深化設計五個階段，建立相關的流程圖如圖 2 所示。

圖2 設計階段技術協同圖

在圖紙深化設計中，需要體現預制構件的大小體量、配筋率以及在在墻板等處的預留洞口或預埋件。由于裝配式建筑設計中需要考慮的因素比 CAD 多，并且多了一項預制構配件的拆分和深化設計，因此導致裝配式建筑在設計階段的費用比傳統現澆結構相比每 m2要高出 20～4 0元［1］。構配件的拆分圖設計如圖 3 所示。

圖3 構配件拆分圖設計

根據圖 2 和圖 3 可得出以下幾條影響裝配式建筑成本的因素。

1）在技術策劃階段需要考慮到規定的預制率，因為預制率、預制構件不同導致項目成本增量不同，具體到項目中就會體現到構件成本的不同，產生的利益也就不同；在技術策劃階段還需要考慮到產業政策，在滿足政策要求的同時實現產業化目標，以此來調整相關的設計方案。前期的技術策劃，是影響裝配式建筑的技術方向，是影響整個項目建造成本的首要關鍵因素，同時也是影響總承包商利益的因素。

2）從圖 2 中可以看出在裝配式建筑 EPC 模式下設計的五個階段中有四個階段出現協同，包含勘察單位、設計單位、施工單位、監理單位、造價單位、咨詢單位等多家單位共同進行深化設計、預估生產能力，但是這幾家單位都是分散地進行深化設計并沒有真正地同步，沒有節省時間成本和溝通成本。在各家單位的協同合作中，各家單位的交接以及單位內部的交接的準確性不能很好地保證，設計和施工無法完美契合，會導致建造成本增加。

3）裝配式建筑的設計階段中，預制構件的深化設計是最重要的環節。因為預制構件的深化直接影響到后期的構件采購階段、運輸階段和施工階段；同時也因為同一構件采用工廠預制和現澆兩種不同生產方式的綜合單價不同而導致的成本增量不同。總承包商從自身的利益角度出發，考慮經濟效益，通過多種不同方案比較，找出性價比最高的而且滿足業主需求的方案，增加設計的深度，減少因后期的設計變更導致的成本增加。但是怎么樣進行深化設計，深化設計的深度是否能完美契合施工中的需求是未知量，所以有待改善。

1.3 裝配式建筑 EPC 采購階段成本問題分析

采購階段費用占整個工程中的費用的比重較大，對成本影響也是較大的，因為采購階段含材料以及設備的購買費用、運輸費用以及在施工現場存儲時產生的費用。但是在采購階段進行成本控制，不是指以降低質量的前提來降低成本，而是在保證質量的前提下選擇最優的供貨廠商、決定產品配送批次及產品施工現場存儲，有效降低成本。對采購階段成本分析具體如下。

1）裝配式建筑正處于發展階段，供應商預制構配件生產的能力良莠不齊，選擇優質的供應商是比較關鍵的一步，也是直接影響成本的關鍵因素。避免因為供應商生產的構配件質量不合格，導致工程驗收質量不合格而返工從而影響施工過程的費用。

2）材料費用受市場的因素影響較大，材料的價格、供求關系、突發事件等都是材料費用的因素，其中供求關系是影響材料采購單價的重要原因，比如在冬施期的材料單價就比在其他時間的材料單價便宜。材料的單價直接影響預制構配件的費用，進而影響到預制構配件的采購階段的費用。

3）預制構配件運輸階段的費用受構配件的體積大小、運輸環境的影響，而導致成本不同。預制構配件及設備運輸過程中的費用不同也會影響到采購階段的費用。構配件運輸次序和數量，應該配合施工的工藝順序，有順序地進行運輸，避免導致構配件在現場存儲和保管產生不必要的費用，同時避免工人窩工，機械設備閑置等問題。

1.4 裝配式建筑 EPC 施工階段成本問題分析

施工階段是將預制構配件吊裝成建筑物的過程，其中包含安裝過程中的費用含人工成本、預制構配件的垂直運輸成本、安裝機械攤銷費、節點區域的連接部件、嵌入式部件的材料成本以及管理費用等。分析費用組成得出影響成本的因素如下。

1）預制構配件體積大在運輸過程中容易被損壞，運輸到施工工地后，會因為預制構配件的儲存和擺放的問題導致構件損壞，影響施工；在對裝配式建筑吊裝的過程中，預制構配件和材料的運輸和吊裝可以通過起重機進行，因此合理選擇機械也是降低施工費用的一項因素。

2）安裝效率高、專業性強的工人是施工現場最需要的人才，也是影響施工階段成本的關鍵因素之一。在裝配式建筑現場施工過程中，由于預制構配件的體積較大，而且為了避免預制構配件在施工現場存儲，就需要現場工人的安裝速度高于或者等于構配件運輸的速度，這樣就減少了構配件在施工現場存儲和保護的費用。裝配式建筑預制構配件是拼裝完成的，因此構件與構件之間的節點連接顯得至關重要，這也是保證裝配式建筑質量的關鍵環節。因此說安裝效率高、專業性強、質量好的工人也是影響成本的因素之一。

3）合理有序的施工組織設計也是影響裝配式建筑施工成本的因素。良好的施工組織設計是合理進行施工階段的搭接，合理利用現場人材機，既沒有閑置的工作面也沒有閑置的工人、機械，按此標準來進行管理，則會有效地節省工期，降低成本。

2 基于 BIM 技術的裝配式建筑 EPC 成本管理體系構建

2.1 基于 BIM 的裝配式建筑 EPC 管理模式

裝配式建筑項目采用 EPC 施工總承包模式，業主提出投資意圖、目標和要求，EPC 承包單位進行管理。總承包單位負責裝配式建筑的全生命周期，并對項目的進度、質量、成本、安全等全面負責。基于 BIM 技術的裝配式建筑 EPC 成本管理內容主要包括設計采購施工三個方面的管理（見圖 4）。

圖4 基于 BIM 技術的裝配式建筑 EPC 成本管理內容

2.2 基于 BIM 技術的裝配式建筑 EPC 成本管理體系

2.2.1 構建基于 BIM 的裝配式建筑成本管理框架

成本管理主要分為事前控制、事中控制和事后分析三個階段。在 EPC 模式下，引入 BIM 技術，建立基于 BIM 的裝配式建筑 EPC 模式下成本管理模式，使得整個項目的信息，可以在各參建單位中傳遞和共享，減少信息傳遞不準確的問題。BIM 模型儲存了建筑中的所有信息，有效地打破了各專業各階段信息閉塞的問題，在建造過程中打通產業鏈，優化資源，促進信息共享。結合建造設計采購施工三個階段基于 BIM 的裝配式建筑 EPC 成本管理體系如圖 5 所示。其中事前控制主要是在設計階段、采購階段和施工場地布置模擬階段，事中控制主要是施工過程中的進度模型實時監控管理和設備材料模型實時監控管理兩個方面，事后分析主要是在施工進度模型和設備材料管理模型中出現的問題。

2.2.2 在設計階段成本控制的應用

圖5 基于 BIM 的裝配式建筑成本管理框架

1）在設計方案比選中的應用。設計方案的比選是為了從不同的設計方案中選出最優的那個方案，從而為后期的設計奠定基礎和方向。通過對建立包含建筑結構設備三類的信息的建筑模型進行比較，在三維可視的情況下對建筑模型進行比較，可以很直觀地看出設計方案的好壞。從這些模型中選擇出最優的一個設計方案，并確定為最終設計方案模型。設計方案的選擇是決定建筑物的成本控制的重要因素，因此在裝配建筑 EPC 模式中采用 BIM 技術合理分析比較設計方案，是為后期建造中減少成本的關鍵環節。方案比選過程如圖 6 所示。

圖6 BIM 技術在設計方案中比選應用

2）在施工圖階段的應用。施工圖設計是設計階段的重點，施工圖設計對項目設計階段和工程施工階段都很重要。施工圖設計階段是根據初步設計階段包含的所有專業的模型和圖紙進行深化，在 REVIT 軟件中運用三維可視化技術分析出管線碰撞的情況，針對碰撞的相應位置及時進行調整，避免管線碰撞，減少施工階段因管線碰撞問題而導致的施工問題。同時對管線進行合理有效的排列，合理降低管線排布所占的空間，從而增加房間的凈高，擴大使用范圍，從而增加利潤。相應的施工圖深化流程如圖 7 所示。

圖7 施工圖設計階段 BIM 應用圖

2.2.3 在采購階段的應用

在裝配式建筑中 EPC 模式下，設計階段、采購階段和施工階段這三個階段是相互聯系的，前一階段為后一個階段提供基礎，若前面環節準備的不好做的不充分，則會導致后面環節延誤，增加工程的工期甚至是成本增加的問題。

采購階段在工程的整個建造過程中起到了承上啟下的作用。采購的構配件和設備的數量很難估算，倘如采購數量比實際需求多，則會導致材料浪費，增加成本；倘若采購數量比實際需求少，則需要補采預制構配件和設備，會增加運輸成本還耽誤工期。構建運輸階段要根據實際的工程進度來安排，若采購和施工脫節會導致現場材料存儲費用增加，或者導致窩工，兩者均會影響成本，不利于成本管理。如圖 8 所示，在生成施工深化模型后會利用 BIM 模型進行處理，然后導出預制構配件的模型圖和加工圖，并且 BIM 技術可以快速地統計數量和構配件的類型，然后根據施工需求進行預制構配件的采購和運輸，能夠方便地控制成本。

圖8 構件預制加工 BIM 應用圖

BIM 技術可以有效控制上述采購風險，在 BIM 模型中可以快速計算構配件及設備的采購數量，即使出現設計變更也能在圖中直接地表示出來，構配件及設備的采購數量也會相應地改變，提高工程量計算的時間和精確度。同時根據 BIM 模型可以導出進度計劃圖來確定構配件及設備的采購時間，運輸批次，有效避免上述問題的出現，減少采購的風險，降低成本。

2.2.4 在施工階段的應用

在施工圖設計階段 BIM 主要運用在以下四個方面：進度控制、設備與材料管理、質量與安全控制和竣工圖模型構建。進度控制主要是對實際進度和計劃進度之間進行比較，分析兩者之間產生誤差的原因，從而在 BIM 模型中對下一個階段地施工中，避免相應的問題再次出現。在設備與材料管理中的應用，從 BIM 模型中導出相關階段的材料單和設備單，也是分階段的進行控制，調整相應的設備材料供應表，通過 BIM 模型實時進行控制，減少材料的浪費，從而降低成本。竣工圖模型構建，直接從 BIM 模型中導出來就行了，這樣極大地節省了時間，提高效率。由于安全管理不包含成本問題，所以在圖 9 中僅詳細列出了進度控制流程圖和設備與材料管理流程圖。

3 結語

本文將 BIM 技術應用于裝配式建筑 EPC 成本管理模式中，結合 BIM 技術和 EPC 成本管理的優勢，從以下幾點進行了展開說明：

1）通過大量文獻閱讀，對裝配式建筑進行研究，發現到目前為止，在裝配式建筑中使用 EPC 模式成本控制的研究較少。由于裝配式建筑一般都是大型項目，所以施工過程更加復雜。想要有效地控制裝配式建筑中 EPC 模式下的成本，單獨從一方面控制是不可能的，把裝配式建筑分為設計、采購、施工三個階段，并且進行 WBS 工作分解，仔細研究不同階段的不同特點，分析得出影響 EPC 模式下裝配式建筑成本的關鍵因素。

圖9 施工階段成本管理流程圖

2）BIM 技術可以涵蓋工程建設的絕大多數環節，引入 BIM 技術可以針對性地解決一部分影響裝配式建筑 EPC 成本的問題。前期基于 BIM 模型做的越精確，對后期成本控制就越有利。在設計階段可以運用 BIM 模型經行碰撞檢測，減少設計變更。在采購和運輸階段可以應用 BIM 模型拿到料單，分階段采購、分批次合理安排，避免因采購構件問題引起的成本增加。在施工階段，通過三維圖型，可以指導工人安裝，避免因圖紙看不懂的問題，錯誤安裝導致返工而增加相應的成本。在建筑施工過程中引入 BIM 的能達到精細化控制成本，有效增加利潤。

3）裝配式建筑 EPC 成本管理模式中引入 BIM 技術，結合其各自不同的特點，在分析出的 EPC 模式下裝配式建筑成本變化的關鍵因素的基礎上，具體到每個階段，針對相關因素，結合 BIM 技術的特點構建出相應的成本管理方法，從而達到精細化控制成本、增加利潤的目的。

裝配式建筑是國家政策大力支持的，發展勢頭很猛，由于發展速度過快，很多構配件生產廠商達不到預想的生產能力，相應的預制構配件的生產標準還沒有形成。在我國目前基于 BIM 的 CAM 技術和 MES 還沒有研發成功，無法將 BIM 模型中的數據直接轉化為工廠中的構建加工信息，期望在不久的未來國內的建筑行業能夠真正實現設計—加工一體化。