BIM技術在施工成本控制中存在問題與對策研究

文_陳永康（廣西建設職業技術學院，新校區建設指揮部副指揮長，高級工程師，碩士）

建筑信息模型（Building Information Model）作為一種信息化管理工具，對施工建設起到輔助和優化作用。近年來，隨著BIM技術的加速推廣以及針對其在多類型房建項目實際應用的深層次研究增多，BIM技術在建筑工程中的應用取得了一定的進展。學者霍曉科通過將進度計劃與BIM模型相關聯，構建4D-BIM模型，對施工進度進行跟蹤分析，快速準確地發現偏差和問題。學者徐艷俠針對傳統建筑工程造價管理中心的靜態滯后、方式耗時耗力、信息閉塞等問題，利用BIM技術推薦造價管理模式變革。學者俞添瀧針對建筑施工中管理人員缺乏安全意識、法律法規不完善的問題，提出利用BIM技術進行有效識別危害因素、動態布置場地、數字化安全培訓以及數字信息化管理。學者劉洋、路慧喜對建筑工程質量管理制度和體系不完善、管理信息平臺建設滯后、管理隊伍的專業性落后等問題提出基于BIM的建筑工程質量管理的優化方案。

專家學者的研究現狀表明，BIM技術在建筑工程中的應用研究應從起始的構建建筑信息模型問題到對施工管理所面臨的成本、進度、質量等都給出成熟、有效的解決方案。BIM技術在建筑工程領域的成功推廣、深化落實、成熟運用并取得的一定效益，給基礎設施工程項目帶來了啟示和借鑒，政府部門、相關企業等都在研究如何將BIM技術落實深化于基礎設施工程項目中以獲得良好的經濟效益。政府部門通常以政策或者規范等形式，鼓勵和推進BIM技術落實。

鄰近營業線施工作為基礎設施工程領域的一部分，是指在營業線鄰近區域，影響或可能影響鐵路營業線設備穩定、使用和行車安全的作業。下穿鐵路工程作為鄰近營業線施工的施工類型，一般為市政道路、公路等穿越既有線，需要在保證鐵路安全運輸的同時，將公鐵平面交通的形式轉變為立面交通，有分部分項工程多、施工環境復雜、施工工期長等特點。施工企業作為工程建設項目生產建設的直接主體，既要按時按質按量保證工程項目完工，又要節約成本。因為在人工、材料、技術等信息逐漸透明化的情況下，施工企業對施工成本的有效控制直接影響施工企業的經濟效益。現階段大部分施工企業的成本控制仍然比較粗獷，BIM技術應用較少，存在較大研究空白。因此，找出傳統施工成本控制中存在的問題并提供相應的解決措施，能為其他同類型或者相似類型的工程項目在應用BIM技術方面提供一定的參考和借鑒。

一、傳統施工成本控制存在問題和BIM技術落實難點

（一）傳統工程施工成本控制存在的問題

成本控制應在事前、事中、事后各階段對施工期間下穿類型的鄰近營業線工程進行影響成本控制因素的識別，并提出相應的解決措施。但下穿類型鄰近營業線的施工過程需要多類專業工程協同，因施工過程復雜，易出現事前和事中成本控制缺失，具體表現在實際項目施工過程中，項目經理部的管理人員往往重視工程完工事后核算步驟，對于工程開工前的事前測算過程和施工過程中的成本檢查及相關糾偏措施不重視，使得成本控制的效果較差。

成本、進度、質量作為施工管理的三大目標本應相互依存、相互作用，工程項目經理部經常將管理人員歸入安全質量部、技術部、材料設備部等部門以方便理清任務安排和職責劃分，但施工現場的管理人員往往缺乏協同控制的意識，不利于成本控制措施的實施。此外，成本控制不能僅依靠工程項目經理部門的審核，施工方案的優劣，相應設備材料的種類、數量等因素也時刻影響著施工成本的有效控制。

（二）BIM技術前端落實存在的問題

為解決傳統施工成本控制的問題，可利用BIM技術信息化管理的優勢，為施工過程中出現的影響成本的相關因素提供相應的解決措施。利用BIM技術的前提是在相應的建筑信息模型上進行施工成本控制，但包含下穿類型的鄰近營業線施工BIM技術應用案例匱乏，從前期模型的搭建到后期基于模型的成本控制都缺少可參考的工程案例。

二、BIM技術成本控制措施

（一）工程概況

某市市政公路延伸下穿既有鐵路站場，上方存在多條既有線路，采用挖空現澆的方式，布置箱涵隧道的鐵路站場的下穿施工。鐵路站場段下穿長度為214.98米，采用人工挖孔樁形成澆筑支撐，上方既有營業線的支撐樁和開挖基坑后的樁板墻，又有鋼支撐構成結構受力體系的支護樁。應采用施工便梁和支撐樁的方式，形成對需要進行基坑開挖的上方既有線的線路加固結構體系，在架空區域下方進行箱涵隧道的墊層施工，布置鋼筋和模板，澆筑混凝土，達到強度后拆模，回填混凝土和道砟，恢復相應線路（見圖1）。

（二）下穿鐵路工程鄰近營業線施工建筑信息模型的構建

1.下穿鐵路工程的結構分解

下穿鐵路工程作為鄰近營業線施工的施工類型，一般為市政道路、公路等穿越既有線，要在保證鐵路安全運輸的同時，將公鐵平面交通轉變為立面交通，具備分部分項工程多、施工環境復雜、施工工期長等特點。在下穿鐵路工程的施工過程中需與多類專業工程配合，因施工步驟多，相應的施工工法復雜，構建建筑信息模型難度大，現對下穿鐵路的施工項目進行總結、分析，將整體項目初步分解為以下幾點。

圖1?鄰近營業線施工現場

（1）通信和信號工程，其中通信工程包含了既有光電纜的遷改、光電纜割接和土建期間電纜的防護；信號工程包含了局部的割接遷改和后續的信號臺柱的加固固定。

（2）接觸網工程，包含了基坑工程的施工，接觸網的基礎澆筑，以及立桿的整正和支柱腕臂的裝配。

（3）隧道、涵洞工程，鐵路段的箱涵包含了人工挖孔樁的施工、線路加固的施工、工作坑的支護和開挖和箱涵的施工，市政排水管涵包含了泵房基坑支護施工、調蓄池結構的施工、泵房施工。

依據專業工程組成，進行構建族的再次結構分解劃分。以隧道、箱涵工程為例，從箱涵工程整體結構和使用功能來看，可將整個隧道、涵洞工程分為施工便梁、鐵路段、支撐與基礎和供電輔助設施。參考住房城鄉建設部發布的《建筑信息模型分類和編碼標準》（GB/T 51269——2017）和中國鐵路BIM聯盟發布《鐵路工程信息模型信息分類和編碼標準》，進行線路加固、信息模型信息編碼和分類。在企業族庫建立過程中，添加自定義屬性集和自有屬性集，其工程結構分布圖如圖2所示。

圖2??工程結構分布圖

2.下穿鐵路工程建筑信息模型族庫的構建

下穿鐵路的施工方案是根據相關施工工法和施工現場實際條件共同決定的。實際工程項目三維信息模型族的構建與傳統二維圖紙相比，實現了三維立體實物圖可視化展示，并攜帶各類參數信息供施工方在工程項目施工過程中進行施工預建造，實現方案設計優化和包含成本控制在內的目標管控，該信息模型的核心主要由兩部分組成：（1）幾何類參數信息，三維信息模型在平臺上關于幾何尺寸、材料強度、材料消耗量等數據的表達；（2）非幾何參數信息，主要包括材料信息、時間分析信息等，供管理者在工程施工建設中進行目標管控。由于上述專業工程類型過多，下文將以隧道工程中的鐵路段箱涵工程的箱涵為例，構建建筑信息模型族庫。

下穿箱涵在實際施工過程中，首先要進行外部鋼筋混凝土框架的施工，包含布置鋼筋、支設模板、澆筑混凝土等施工工序，達到強度后進行內部路基路面和管道設備的施工，按照不同的族樣板和族命令，進行模型族構建，具體如表1所示，構建完成的族如圖3所示。

表1 鋼筋混凝土框架涵建筑信息模型族構建參數

構建完成的模型族應滿足后續成本控制的需求，因此，要能夠隨時提取族庫有關參數信息，并與材料單元信息價結合，得出相關工程的成本造價。以構建完成的鋼筋混凝箱涵族為例，其內部的鋼筋工程族（見圖4），可使用Revit 2016中的明細表得出相關參數信息（見表2），獲取相關鋼筋的單價即能得出相應的成本。

表2 鋼筋混凝土箱涵鋼筋族明細表數

整體下穿鐵路鄰近營業線工程建筑信息模型，其建立流程如下：

在線路加固信息模型建立前，選擇Revit 2016自帶的基礎項目樣板，導入CAD圖紙，繪制好標高、軸網，建立好符合該項目的線路加固專項項目樣板。

圖3?鋼筋混凝土箱涵族

圖4?鋼筋混凝土箱涵鋼筋族

將Civil 3D中建立好的地形點云文件通過DWG格式導入Revit 2016中，經過軟件處理，得到施工地形模型文件。

分別將上述族構件加載進線路加固專項項目樣板，搭建線路加固信息模型。

（三）基于BIM技術的施工成本控制措施

1.施工技術交底

將在Revit 2016中建立的線路加固信息模型通過NVT轉FBX格式導入3ds Max中，以施工動畫的形式直接展示線路加固過程中人工挖孔樁鋼筋籠放入、混凝土砂漿的灌注、部分鐵軌的拆卸，以及不同橋跨間施工便梁、縱梁和橫梁的搭接要點等一系列施工流程。現場管理人員和一線工人認知水平層次不一，通過施工動畫進行施工技術交底，拋卻了傳統二維CAD圖紙的煩瑣性，給現場管理人員和一線施工工人更直觀的感受，幫助其更好地了解施工步驟和流程，加快工程進度，確保工程質量，減少工程返工，從而降低相應施工成本。施工現場如圖5所示，施工效果見圖6。

圖5??現場施工圖

圖6??施工效果圖

2.施工碰撞檢查

在進行下穿鐵路工程鄰近營業線施工過程中，要考慮施工過程是否會對鐵路干線造成“侵限”問題。因此，利用下穿工程建筑信息模型進行碰撞檢查，通過RVT將模型轉成NWD格式，在Navisworks中，導入加固模型和鐵路干線限界模型進行動態模擬，查看鐵路干線是否會影響線路加固施工過程，避免因碰撞而造成工程延誤、后期工程變更和成本增加。

3.施工方案對比模擬

在下穿鐵路的鄰近營業線工程中，各分項工程存在多類施工方案，使用某類施工方案能夠完成相應的施工步驟，但可能存在施工成本超標情況，利用BIM技術的實現模擬型，分別導入含有成本信息的施工方案所需的參數族，進行方案對比（見表3），下穿鐵路施工前，會對上方既有線路進行加固，通過利用BIM模型進行對比，發現利用定制D型施工便梁雖然在材料成本上會有所增加，但是以后日常養護的成本會有所降低，因此選取定制D型施工便梁方案可有效降低施工成本。

表3 利用BIM模型的施工方案對比

三、結語

下穿工程的鄰近營業線施工過程中存在缺乏相應族庫模型的問題，傳統工程的施工成本控制存在控制措施落后、協同性差的問題。通過引入BIM技術并構建相應的下穿鐵路建筑信息族庫并搭建詳細的建筑信息模型，可以做到有效統計各類專業工程的成本信息，并通過施工技術交底、施工碰撞檢查和施工方案對比等有效措施降低施工成本，提高工程效益。