BIM技術在裝配式建筑施工成本管控中的應用

□ 崔 玉 彭 來 陳鈺婷

隨著新時代的發展和科技進步，我國建筑工業化與信息化也迎來快速發展，建筑行業迎來新的機遇和挑戰。然而傳統建筑生產方式過于粗放而導致的社會資源浪費嚴重、環境污染嚴重問題，成為發展綠色建筑的絆腳石，也在一定程度上阻礙國民經濟可持續發展。因此，預制裝配式建筑工程憑借著損耗較少、工期短等多項特點而受到許多專家學者和工程師的廣泛關注。目前，我國已經積極引進預制裝配式建筑物，并大力推廣裝配式建筑，通過生產設備制造好構件后將運送到施工現場進行安裝，有效縮短工期、降低成本，減少對環境污染、節約材料，實現社會資源優化配置[1]。但是，我國當下裝配式建筑施工成本居高不下，嚴重制約施工企業應用發展，如何以最低的施工成本提供最優質的建筑，是裝配式建筑發展的根本動力。作為中國建設信息化產業革命的主要推動力，BIM信息技術必須具備高度可視化、協同化、仿真化、標準化、精細化等特點，為降低裝配式建筑施工成本提供有效的信息化手段，促進裝配式建筑施工成本控制水平的提升，有利于推動我國綠色建筑的發展[2]。本文的研究內容針對裝配式施工成本管控管理，并為建筑施工公司開展式施工成本管控的精細化管理工作提供了參考，也拓寬BIM應用領域，具有廣闊的發展空間和推廣前景。

1 影響裝配式建筑施工成本的關鍵因素

預制建筑物，是在施工現場由預制部件制成的建筑物[3]，工廠生產并向施工現場提供標準的預制部件，組織工人進行現場安裝，并構造結構部件。常見的預制建筑物類型包括砌塊建筑物、板式建筑物、箱形建筑物、骨架板式建筑物以及立管。影響裝配式建筑施工成本的關鍵因素包括預制構件的標準化、現場布置的最優化、進度管理的高效化、成本管理的精細化、數據信息的集成化。

預制組件的標準是工業化生產的先決條件，在工業化生產條件下沒有不同形狀和大小各異的建筑模塊，這不可避免地導致因模具和后續機械設備的多樣化而生產困難，并且嚴重影響建筑物的結構。合理布局施工區域，可以極大提高施工效能，保證施工質量，減少工程建設風險。在施工過程中，要進行動態控制調整，制訂施工進度表，分階段進行施工，調整施工方案，以便協調過程可以同時進行多個工作面，確保施工質量和安全管理。從預制零件的定價到建筑圖紙的預算，從工人和機械的組織到現場，以及臨時施工和建筑措施的實施，WBS方法用于對預制建筑成本進行精細管理分類，并分解預制建筑成本的管理內容。由此可見，預制房屋的建設離不開各方的合作，信息渠道的暢通是各方合作的基礎，數據信息的整合將帶來各種專業壁壘和隔墻。

2 BIM信息技術在裝配式建筑施工成本管理中的優勢

2.1 圖紙優化設計

BIM的實際應用始于模具車鎖，即根據現有圖紙構建BIM模型。建筑物、構筑物、給水和污水、暖通空調、電力等專業根據現有圖紙（尤其是管道的綜合布置）在不同階段生成BIM模型，而工作集方法允許相互獨立的模型互換位置和屬性，BIM3D軟件基于2D圖紙創建3D模型，以實現圖紙的處理和加深，及時發現圖紙中的問題，并向設計機構反饋，且還可通過BIM 3D可視化實現更多操作[4]。通過BIM建模，使用碰撞檢查功能解決所有碰撞問題，除了實際的碰撞問題，還可以檢查由于工作面不足而導致的安裝錯誤問題。

2.2 施工強化管理

創建BIM施工現場模型，可優化施工道路，確保施工機械和運輸車輛順利進入施工現場；合理堆放物料，以免發生火災；合理安排各功能區，使現場運輸經濟合理高效，接近服務目標。根據每個階段的建筑特點，合理劃分建筑面積，有效管理各種職業和工作面的協調運作。

2.3 成本精細管控

使用BIM核心建模軟件的統計功能—進度表，可準確計算工程量。基于BIM技術的施工物料動態管理模式實現物料信息全面管理，綜合BIM輕量級模型集成，通過二維代碼和網頁實現對關鍵物料的跟蹤，始終關注物料進度和物料交付時間并建設工地資料。BIM5D模型可以隨時識別資源需求并提供數據支持，以制訂未來的材料使用計劃和配額選擇，同時跟蹤項目開發，將計劃數量與實際數量進行比較，并直觀、清晰地讀取差異，采取及時糾正措施，以實現有效的成本控制。

3 BIM技術在裝配式建筑施工成本管控中的應用

3.1 工程概況

項目為廣西柳州某裝配式宿舍樓（1#、2#），2#地上6層，整體面積為4448.91m2，安裝率高達73.4%，為A類預制裝配式建筑物。該建筑物所使用的部品配件包含預制柱、預制疊合梁、預制疊合板、鋼筋預制臺階、游戲外掛樓板、預先準備的沉箱、輕量化隔墻等，工期為20周，預算成本2500萬元，其中2#樓預算成本約1200萬元。本文以2#樓地上結構作為研究對象，結合Revit、博奧、Navisworks軟件進行全面的有效成本分析，達到成本管理控制要求的目的。

3.2 基于BIM技術裝配式建筑施工成本管控應用

3.2.1 場地布置

合理場地布置可實現高效施工。項目前期通過場地設計，Revit建立場地模型，將辦公區、生活區、施工區獨立分開，繪制施工現場布置三維效果圖，對施工區內的材料堆場、加工棚、塔吊位置進行合理優化，提升施工效率。同時，施工道路根據車輛運輸現場情況進行合理布置，滿足道路寬度不小于4m，轉彎半徑不小于15m，確保車輛能正常行駛。

3.2.2 安全管理

借助Revit的三維可視化技術實現施工現場的安全標準化建設，在施工前期統一安全標識，貼附指定位置，在“五洞口”“四臨邊”危險地帶設置防護圍欄。定期開展安全動員培訓，通過三維可視化操作，讓施工人員對工作中碰到的危險做到心中有數[5]。實施過程中對大型機械、車輛進行加載，利用明細表功能進行數量統計，更新維修日志，確保機械設備運轉正常。通過Revit實現的施工現場安全性管理以及三維科學與計算的可視化安全性培訓，可以提升安全性管理效率，增強施工人員的安全意識，從而減少安全事故的發生率，進而降低建筑施工生產成本。

3.2.3 技術交底

無論是Revit模型還是Navisworks模型，項目部都可通過開可視化交底會議，對疊合梁吊裝模擬進行深度分析，實現三維技術交底，有效地指導施工人員作業，避免因施工人員盲目作業而造成返工、停工等情況。通過動態的視頻播放，可以讓施工人員清晰直觀地了解具體構件，如柱底灌漿的供需模擬，使其生動、形象，便于理解和操作（如圖1）。同時，項目還需做預先準備的柱吊、游戲外掛地下室壁板吊、疊合梁、模板、沉箱的吊裝和現澆部分的模擬等多個錄像組。各施工隊長與施工管理人員通過手機觀看錄像了解施工方式，進一步加強工程項目管理，提高施工人員對施工方法的正確理解，從而有效減少返工現象的產生，大大提高工程建設效果和服務質量[6]。

圖1 柱底灌漿工序模擬

3.2.4 模型算量

點擊“Quantification”命令，創建“項目目錄”和“資源目錄”，關聯清單項目與模型構件，設置特征映射，建立算量模型。在關聯的過程中，可以點擊“隱藏算量”，實現關聯一個模型，同時取消一個模型，保證構件不重復、不遺漏。以其中一個標準層為例，可以顯示主體構件的統計工程，如圖2所示。

圖2 3F柱的工程量統計

計算統計標準層主要預制構件用量，如表1 所示。工程主要預制構件工程量統計如表1所示，通過Navisworks模型算量，快速生成預制構件工程量，結合企業廣聯達軟件計算進行對比，發現誤差較小，具有指導施工意義。

表1 標準層主要預制構件工程量統計

3.2.5 物料管理

項目前期對圖紙進行深化拆分，建立裝配式建筑構件標準族庫，并通過二維碼生成器，生成每個構件的二維碼，放置word文檔中，與Navisworks模型以添加鏈接的方式相關聯，并將二維碼打印貼附在實體構件表面。構件在施工的過程中，通過掃描二維碼快速找到構件并獲取位置信息，以便實施吊裝就位。在本次施工過程中，雖然前期二維碼制作相對煩瑣，但后期施工人員在調取信息時卻十分方便，總體上確保施工有效進行，提升施工效率。

3.2.6 進度管理

打開Navisworks模型，點擊“TimeLiner”命令，對工程進度進行添加任務，也可通過Project工程文件導入，自動生成，其后還需要編輯該任務的對象與模型構件相關聯，即可開始進度模擬。還可以對不同類型的外觀顏色進行設置，“結束外觀灰色，提前外觀綠色，延后外觀紅色”，即可在動態的模擬中顯示工程進度情況；綠色表示提前施工，紅色表示滯后，給施工管理提出預警；也可重新制訂施工方案，調配人力、物力控制進度和管理進度，保證施工有序進行，確保工程能夠如期交付業主。

3.2.7 動態成本控制

動態成本費用管理主要指通過掙的值法對成本費用加以管理，達到總體掌控成本費用的目的，動態成本控制如圖3所示。采用BIM5D模型，將物料消耗量、生產成本、費用等生產成本關鍵數據，再利用公式編輯的方法注入實際模塊中（通過廣聯達比對發現，工程量相差不大），將生產成本數據細化至具體構件，再利用BIM計價軟件計算出準確的項目預算生產成本（BCWS=計劃實現實際作業數量×項目預算單價），如表2所示。已實現實際管理工作的項目預算生產成本（BCWP=現實達成作業數量×項目預算單價）和現實達成管理工作的現實生產成本（ACWP=現實達成作業數量×實際價格），對比三者，利用比較結果分析現實管理工作時間和生產成本之間的偏差，并及時糾偏，實現過程中動態成本控制[7]。

表2 預算生產成本（BCWS）

圖3 動態成本控制

隨著項目工作進度的持續更新，項目的進度信息也在不斷變化，不同的進度信息可以同時進行相對應的節點物資消耗量和實際成本調查。根據項目的資金計劃（BCWS），結合第實際成本（ACWP）和已完工程預算成本（BCWP），進行案例項目1—18周的三算對比，如表3所示，繪制出成本分析曲線如圖4所示。

表3 案例項目1—18周三算對比（單位/萬元）

圖4 成本分析曲線圖

從成本分析觀察可知，項目在前8周進度相對落后且出現費用超支的情況，項目管理人員通過軟件分析落后和超支的原因，根據調查得知，出現此原因是因為基礎部分材料上漲、預留不足而導致出現碰撞、設計錯誤，應采用新技術、新分析方法等新方案，重新加快施工進度，節約成本。隨著新技術的使用，從第9周開始，項目管理人員通過該方法及時分析出原因與解決方案，此時費用開始出現節約，進度開始加快，證明所采取控制措施切實有效。

3.2.8 碰撞檢查

用Revit軟件創建機電管綜模型，導入NWC格式，并用Navisworks打開文件（如圖5），開展機電管綜的碰撞沖突問題檢查。先選擇檢查專業內的碰撞檢測，如供水管與消防管道以及大橋梁與電纜套管之間，并形成撞擊檢查報告，才能更進一步證實其檢測的準確性；其后檢查專業間的碰撞檢測，如大橋與風管間以及管道與大橋間等（如圖6），提前發現設計中存在的錯誤，進一步優化模型，對一些施工關鍵節點進一步深化，指導施工，從而有效減少施工現場返工現象。在優化管綜的過程中，充分利用天花板下的空間，實現有限空間的合理布局，提升內部凈高，節省管線材料，以降低施工成本。本案例一共發現重大碰撞77處，經保守測算挽回經濟損失30萬元。

圖5 機電管綜模型（Navisworks模型）

圖6 噴淋管道與橋架的沖突問題

4 效果評價

通過對某裝配式建設工程項目的運用，能夠達到BIM施工對其在施工的控制，利用Revit的三維可視化技術實現場地布置、安全管理和技術交底，通過Navisworks軟件實現模型算量、進度管理、工藝模擬和碰撞檢查，對施工階段成本管控具有一定促進作用。在裝配式建筑施工成本控制方面，BIM技術的優點與實際使用效果，可概況為以下幾個方面。

（1）BIM模型信息豐富全面，且由Revit模型數據導入Navisworks模型無數據缺失，保障信息完整性、關聯性。

（2）BIM模型的三維可視化技術清晰直觀，便于理解，可以開展技術交底、安全培訓等技術指導，以及因不理解技術要點而盲目施工所導致的返工，以及不必要的材料浪費和工期拖延，降低施工成本。

（3）BIM技術解決了施工中多項技術難點，對復雜的工藝可以通過簡單動畫展示，優化復雜的施工節點、降低施工難度，促進施工正常進行。

（4）標準化構件可以多次使用，快速計算模型工程量，便于編制每月物資計劃表，結合施工進度，構建5D管理，提升工作效率。

5 結語

高昂的成本問題一直是阻礙建筑裝配式技術發展的重要因素，而能否解決成本問題直接影響著裝配式建筑工程的規模、質量、周期以及普及程度。隨著中國科技的發展和管理水平的提高，BIM技術應用在建筑裝配式領域已然成為一種趨勢。目前我國BIM技術在裝配式建筑方面應用還比較新，存在許多方法不系統、不合理的現象，本文通過查閱大量國內外相關文獻，針對裝配式建筑在施工過程中出現的成本控制問題，研究利用BIM技術對裝配式建筑實現動態成本把控。