BIM技術(shù)在水利泵站施工與成本管理中的實踐

劉洪君

(中正信造價咨詢有限公司，山東 濟南 250000)

0 引言

山東省人民政府關(guān)于印發(fā)山東省“十四五”水利發(fā)展規(guī)劃的通知中提到，“推進數(shù)字水利建設(shè)，提高水利智慧化水平”，在新建重大水利工程規(guī)劃建設(shè)管理同步落實智能化要求，積極推進BIM(建筑信息模型)技術(shù)在水利工程全生命周期運用，推進實體工程和數(shù)字孿生工程同步建設(shè)，提升水利工程建設(shè)運行管理智能化水平。《山東省水利工程建設(shè)項目法人管理辦法》中提到“鼓勵應(yīng)用新材料、新設(shè)備、新工藝、新技術(shù)，加大BIM技術(shù)在設(shè)計、施工等環(huán)節(jié)的應(yīng)用，旨在提升建設(shè)管理的技術(shù)含量和科技水平”[1]。

BIM技術(shù)在房屋建筑工程中已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用，在水利工程建設(shè)中也在逐步展開推廣[2]。本次研究采用BIM可視化技術(shù)進行施工管理及造價管理的項目為清湖水庫至鵲山水廠調(diào)水工程中的泵站工程。

1 工程概況

為有力地緩解市區(qū)的缺水狀況,促進濟南經(jīng)濟建設(shè)發(fā)展，遠期解決新舊動能先行區(qū)供水問題，立項批復(fù)建設(shè)玉清清湖水庫至鵲山水廠調(diào)水工程。文章研究的內(nèi)容主要為三期工程，工程建設(shè)內(nèi)容為新建取水泵站1座，設(shè)計規(guī)模40萬m3/d，敷設(shè)原水管線6 949 m，其中取水泵站至黃河大堤管道長956 m，黃河大堤至明里莊東管道長度為2 478 m，明里莊東至濟齊路管道長度3 515 m，管徑DN1 200 mm～DN2 000 mm；同步實施翻越黃河堤防補救工程。采用BIM技術(shù)進行施工和成本管理的單位工程為玉清湖水庫泵站。該泵站是玉清湖水庫至鵲華水廠調(diào)水工程的源頭泵站，建設(shè)位置位于山東省濟南市槐蔭區(qū)，取水泵站位于玉清湖水庫東入口南側(cè)，占地面積6 000 m2，取水方式采用虹吸取水的方式。主要建設(shè)內(nèi)容包括取水頭、虹吸取水管和取水泵房，其中取水頭部采用箱式，平面尺寸4.0 m×33.0 m；虹吸取水管道8根，管徑DN1 000 mm；泵房為兩層，平面尺寸為60.5 m×27.6 m，首層為設(shè)備間，2層為變配電室、控制室；泵房內(nèi)設(shè)置6臺臥式變頻離心泵，4用2備，單臺水泵流量4 600 m3/h，揚程為33 m，功率560 kW。泵站基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)及筏板基礎(chǔ)形式，首層為鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，二層為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。

2 建模軟件介紹

2.1 廣聯(lián)達BIM土建計量平臺GTJ2021介紹

本項目建模軟件采用廣聯(lián)達BIM土建計量平臺GTJ2021進行土建建模，運行平臺為Windows系統(tǒng)，GTJ2021利用大數(shù)據(jù)、BIM、云等技術(shù)，為國內(nèi)工程造價領(lǐng)域的企業(yè)和從業(yè)者提供BIM土建計量產(chǎn)品，幫助客戶解決項目全過程計量業(yè)務(wù)，持續(xù)提升工作效能，運行平臺為Windows10操作系統(tǒng)[3]。

2.2 建模構(gòu)件介紹

本項目建模構(gòu)件主要考慮樁基、基礎(chǔ)、柱、梁、墻、板、砌體墻等構(gòu)件。樁基主要采用樁徑1 000 mm鋼筋混凝土灌注端承摩擦樁，長度26 m。筏形基礎(chǔ)厚度1 000 mm，鋼筋混凝土錯臺結(jié)構(gòu)。柱均為普通矩形現(xiàn)澆鋼筋混凝土柱。梁以普通矩形梁為主，另有部分異形梁結(jié)構(gòu)。鋼筋混凝土墻采用直行墻加腋構(gòu)造，板為普通混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)板，砌體為加氣砌塊結(jié)構(gòu)。

構(gòu)件建模主要采用軟件內(nèi)置的識別功能進行不同構(gòu)件的識別與繪制。構(gòu)件繪制順序為導(dǎo)入圖紙、識別基礎(chǔ)、識別柱、識別梁、識別墻、布置鋼筋。最終形成完整的構(gòu)件模型。

3 BIM技術(shù)在施工管理中的應(yīng)用

3.1 施工圖圖紙會審應(yīng)用

借助BIM技術(shù)，將項目實施過程中的海量信息進行集成并可視化[4]，可以在項目正式開工前將建筑物直觀的呈現(xiàn)出來，提高圖紙會審階段的效率和準(zhǔn)確率，提高項目進度管理階段的效率和成本管理階段的效率。模型繪制過程同時也是對施工圖的詳細圖審過程，模型繪制需要將圖紙完整的構(gòu)件信息全部輸入到BIM算量軟件中，軟件自動提示部分設(shè)計圖紙錯誤。

通過三維圖形算量計算軟件，按照圖形信息進行圖紙檢查。新建文件后進行工程設(shè)置：包括構(gòu)件材料的設(shè)置、工程抗震等級設(shè)置、鋼筋計算規(guī)則的設(shè)置、樓層信息設(shè)置、各樓層構(gòu)件混凝土標(biāo)號設(shè)置等。設(shè)置完成對圖紙進行初步檢查，檢查圖紙是否完整齊全、復(fù)核灰土標(biāo)準(zhǔn)，是否包含設(shè)計單位的圖章簽字等。

初步檢查完成后開始按照軟件繪圖要求進行圖紙導(dǎo)入。軟件可以按照DWG格式和PDF格式分別導(dǎo)入。通過軟件識別功能識別軸網(wǎng)并且定位。完成以后進行圖紙分解，分別按照圖號進行定位。通過定位能夠檢查不同樓層間是否有相同軸線間尺寸標(biāo)注不一致問題。可以檢查上下層墻、梁、柱的位置變化是否引起軸線編號的變化等問題。

軸網(wǎng)確定后分別按照工程建設(shè)順序，按照基礎(chǔ)、柱、梁、墻、板的順序輸入構(gòu)件并定義構(gòu)件相關(guān)屬性與做法。包括每個構(gòu)件的幾何尺寸、材料的類型、構(gòu)件施工方法的設(shè)置等。另外需要單獨設(shè)置鋼筋的錨固長度、保護層的要求、加密區(qū)的長度和搭接長度等的計算設(shè)置。通過該部分設(shè)置可以檢查平面尺寸與標(biāo)注是否一致、是否存在高程、鋼筋設(shè)計不合理情況等。本項目通過軟件檢查發(fā)現(xiàn)設(shè)計錯漏問題多處，舉例如下：

梁跨數(shù)與集中標(biāo)注不符，如圖1所示，集中標(biāo)注為4跨梁，實際為5跨，BIM軟件自動提醒該梁存在異常，并顯示深灰色(紅色)，準(zhǔn)確提示圖紙問題。

缺失原位標(biāo)注，如圖2所示，通過軟件云檢查，發(fā)現(xiàn)部分梁未輸入下部鋼筋，定位后檢查發(fā)現(xiàn)，下部鋼筋設(shè)計未標(biāo)注，及時準(zhǔn)確對缺失部分進行補正。通過標(biāo)注尺寸信息返建構(gòu)件后，采用構(gòu)件與平面設(shè)計線尺寸對比，查找設(shè)計標(biāo)注錯誤。

通過可視化檢查設(shè)計標(biāo)高標(biāo)注錯誤，模型繪制完成，觀察存在異常柱突出板頂，通過檢查為設(shè)計柱標(biāo)高標(biāo)注錯誤，及時通知設(shè)計單位進行修訂。

通過BIM軟件進行圖審，不僅能夠及時有效的檢查設(shè)計圖紙錯誤，同時能夠通過可視化效果對構(gòu)件進行準(zhǔn)確定位修改。軟件還提供云檢查、云指標(biāo)等對設(shè)計的配筋密度、配筋含量、鋼筋是否矛盾、建模的合理性等進行分析。避免圖審遺漏或未發(fā)現(xiàn)設(shè)計錯漏。

3.2 工程量計算

工程量的計算是項目造價成本控制的核心任務(wù)之一，精準(zhǔn)快速的完成工程量計算是造價成本管理的最基礎(chǔ)工作。但工程量計算具有工作量大、工作煩瑣、工作費時的特點，占據(jù)成本管理控制總工作量的60%左右。如何準(zhǔn)確快速的完成工程量計算變得尤為重要。對于提高預(yù)算質(zhì)量、施工造價成本管控有著極為突出的作用。目前我國的工程量計算主要為手工繪制草稿計算工程量、電腦表格計算工程量、簡單小型算量軟件、混凝土鋼筋安裝分離式算量軟件、量筋合一軟件、BIM模型化平臺的演變過程。實行BIM平臺化管理對于工程量計算是一個數(shù)量級的飛躍式發(fā)展。

BIM軟件提供各種類別的構(gòu)件工程量匯總，對鋼筋、混凝土、砌體、裝飾裝修等進行分類匯總，同時提供按構(gòu)件、樓層等進行工程量提取的功能。大量節(jié)約人工手算的時間，并能夠保證工程量的準(zhǔn)確性。

算量更加準(zhǔn)確，從而推算出更加準(zhǔn)確的工程成本投入，如果在計算過程中數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確得不到保證，將會直接影響工程建筑的質(zhì)量及后期的成本投入，基于BIM技術(shù)的三維算量可以完全擺脫人工算量的錯誤及誤差，使得更好的對成本進行控制。

算量更加高效，完成該泵站的主體結(jié)構(gòu)算量，若采用手工計算約15 d時間， BIM技術(shù)算量僅需要3 d時間，效率得到大幅提升，從而節(jié)約時間投入到其他造價管理工作中。

完成三維模型建模轉(zhuǎn)化后，軟件分別內(nèi)置了按照圖元模型提取工程量、按照樓層提取工程量、按照工程范圍提取工程量等多種工程量提取方法，同時帶有完整的工程量計算公式，并可以反查三維模型。鋼筋報表中可以提供按照鋼筋不同直徑、不同材質(zhì)、不同級別的提量方式，還可以提供鋼筋的接頭數(shù)量、接頭形式、鋼筋的損耗數(shù)量等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。鋼筋算量也提供了編輯鋼筋的操作，可以通過三維模型查看單根鋼筋的具體布置位置及鋼筋彎鉤樣式等。

3.3 優(yōu)化物資材料采購管理

重視采購計劃的編制與管理，采用BIM軟件按照工期進行工程量提取，進行分批編制采購計劃。在物資采購前根據(jù)項目實際情況及預(yù)算分析提供的工料分析編制合理的物資采購計劃。并通過各部門間的聯(lián)動協(xié)作，實現(xiàn)物資的動態(tài)化管理。

根據(jù)BIM軟件提供的準(zhǔn)確工程量，精準(zhǔn)推算物料的采購用量，避免超量采購的浪費以及缺量采購而導(dǎo)致的運費增加等情況出現(xiàn)，從而達到控制造價成本的目的。

幫助提高物資管理水平，預(yù)制構(gòu)件、門窗等進行編碼處理，方便到貨清點、現(xiàn)場安裝等，結(jié)合工程真實情況科學(xué)判別工程的建設(shè)內(nèi)容，使物料管理支出更加明確、簡潔。

通過精準(zhǔn)的算量結(jié)果，實施限額領(lǐng)料制度，BIM為限額領(lǐng)料提供了技術(shù)及數(shù)據(jù)支撐，造價預(yù)算人員為物資管理人員提供準(zhǔn)確的物料用量，提高倉管物料管理水平。

3.4 降低工程造價成本

施工造價成本的控制是施工階段工程造價管理的主要任務(wù)，利用BIM技術(shù)進行模擬施工，預(yù)測并避免可能發(fā)生的工程變化,減少工程變更、重復(fù)施工等現(xiàn)象，控制施工成本。

利用BIM軟件查找挖掘出可能影響工程造價的因素，根據(jù)風(fēng)險特征采取相應(yīng)的規(guī)避方案，針對技術(shù)性的風(fēng)險，可結(jié)合BIM模型進行先期調(diào)整,以便從技術(shù)角度減少風(fēng)險，同時可以確定并積極使用有利的成本因素，從而增加利潤。

本項目通過BIM技術(shù)優(yōu)化模板配模方案，提高模板周轉(zhuǎn)效率；通過鋼筋模型優(yōu)化接頭方案；利用BIM可視化技術(shù)精準(zhǔn)布置各項預(yù)留洞口，避免后期二次開洞開槽；優(yōu)化分包隊伍進場施工順序，避免出現(xiàn)窩工現(xiàn)象。

通過BIM技術(shù)應(yīng)用，可以降低項目管理強度，減少管理人員數(shù)量，降低管理人員工資成本支出，節(jié)約管理費用，降低工程造價成本。

3.5 提高合同計量支付管理質(zhì)量

合同管理是建設(shè)工程實施過程中最重要的環(huán)節(jié)之一，所有的項目建設(shè)都圍繞著合同管理展開。利用BIM技術(shù)充分提高合同計量支付管理質(zhì)量尤為重要。

住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部在2017年下發(fā)文件《關(guān)于加強和改善工程造價監(jiān)管的意見》中，提出要推行工程價款施工過程結(jié)算制度；住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部2019年12月24日再次在《關(guān)于進一步加強房屋建筑和市政基礎(chǔ)設(shè)施工程招標(biāo)投標(biāo)監(jiān)管的指導(dǎo)意見》中提出：嚴(yán)格合同履約管理和工程變更，強化工程進度款支付和工程結(jié)算管理，招標(biāo)人不得將未完成審計作為延期工程結(jié)算、拖欠工程款的理由。施工過程結(jié)算，即是指在工程項目實施過程中，發(fā)承包雙方依據(jù)施工合同，對約定結(jié)算周期(時間或進度節(jié)點)內(nèi)完成的工程內(nèi)容(包括現(xiàn)場簽證、工程變更、索賠等)開展工程價款計算、調(diào)整、確認及支付等的活動。過程中精準(zhǔn)計量支付更為重要。施工過程中的合同計量管理主要圍繞工程進度款支付展開，按照合同約定按月進行已完工程量支付，根據(jù)現(xiàn)場進度可以通過BIM模型輕松提取已完構(gòu)件的詳細工程量，再通過計價軟件進行工程款計量、準(zhǔn)確無誤，避免重復(fù)計量、錯漏計量等情況出現(xiàn)；BIM技術(shù)為合同實施過程中分段結(jié)算做出了重要貢獻。

驗收完成后，利用BIM技術(shù)能夠快速完成合同結(jié)算，常規(guī)結(jié)算方式為完工以后按照設(shè)計圖紙進行重新算量計價，通過BIM可視化技術(shù)在施工管理過程中已經(jīng)完成算量工作，結(jié)算時可以迅速提取響應(yīng)工程量，充分利用過程中結(jié)算的精準(zhǔn)數(shù)據(jù)，完成計價結(jié)算工作。并且通過BIM可視化應(yīng)用技術(shù)在工程竣工結(jié)算時，充分檢查并復(fù)核過程中結(jié)算的依據(jù)是否充分，是否存在錯漏工程量等。對工程竣工結(jié)算數(shù)據(jù)中的信息進行有效收集、整理和分析，以獲取準(zhǔn)確的工程結(jié)算數(shù)據(jù)。在對工程量計算的底稿進行全面系統(tǒng)的分析后，做出準(zhǔn)確的結(jié)算價款認定。

交工驗收后，另外利用BIM模型，對鋼筋、模板、混凝土等單平方建筑面積的含量指標(biāo)、造價指標(biāo)進行分析，為以后的項目投標(biāo)報價、設(shè)計優(yōu)化及限額設(shè)計做好經(jīng)驗數(shù)據(jù)積累。

4 結(jié)語

通過BIM算量軟件在本工程中的應(yīng)用，有效的降低了工程造價成本，提高了合同管理水平。隨著現(xiàn)代科學(xué)的不斷進步，智慧工程、數(shù)字工程不斷發(fā)展，BIM應(yīng)用技術(shù)將不再局限于三維算量階段。伴隨工程技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，水利工程項目BIM全過程管理的時代將要到來，BIM應(yīng)用將不再受限于BIM設(shè)計軟件與施工管理、造價管理軟件無法直接互相轉(zhuǎn)換使用的情況。通過相關(guān)政策引導(dǎo)，逐步全面展開從方案開始到初步設(shè)計到施工圖設(shè)計，再到施工管理、竣工驗收、交付運營等的全周期BIM應(yīng)用技術(shù)時代會很快到來。全周期應(yīng)用中實現(xiàn)對BIM模型進行進一步深度開發(fā)，不僅能在水利工程項目實施過程中各種構(gòu)件進行復(fù)用，而且可以大大提高模型的復(fù)用率，降低BIM研發(fā)應(yīng)用的綜合成本。