耿琳苑,張麗華,沈 晨,劉 琨
(1.華北科技學院,北京 東燕郊 065201; 2.中國建筑西北設計研究院 陜西 西安 712000)
信息技術已經在制造業(yè)、電子業(yè)等行業(yè)帶來了變革,然而建筑業(yè)的信息化程度并沒有因此有飛躍發(fā)展。1975年,喬治亞理工大學的Chuck Eastman教授創(chuàng)建了BIM理念,該理念為了提高工程建設效率,通過實現(xiàn)建筑工程的可視化和量化分析來達到這一目的。BIM全稱為“Building Information Modeling”,其中的核心在于“Information”,即信息。簡而言之,BIM是以三維模型為載體,根據(jù)項目需求可以將項目進度、成本、質量、安全等信息集成于同一平臺項目各參與方共同進行管理和交互,是信息化在建筑行業(yè)的直接應用,可服務于建設項目的全生命期[1]。
目前的問題是我國BIM技術還局限在階段化的應用,設計階段與施工階段存在長久的脫節(jié)問題,設計方和施工方很難從原有的思維模式發(fā)展出新的模式,很難真正將BIM的落地應用價值最大化,例如設計階段的模型很難傳遞到施工階段,在施工階段造成“沒法用、用不了”的問題。在傳統(tǒng)模式下項目的施工階段會出現(xiàn)工程變更,返工、窩工現(xiàn)象也會隨之增加,這不僅會造成工期延誤也會增加施工成本,對于工程承包商的工程結算也增加了難度。
在南水北調工程中,長江勘測設計研究院將BIM理念引入其承建的南水北調中線工程的勘察設計工作中,利用BIM相關軟件快速完成勘察測繪、土方開挖、場地規(guī)劃和道路建設等的三維建模、設計和分析工作,提高設計效率和質量;在云南金沙江阿海水電站的設計過程中,引入BIM技術進行各專業(yè)的三維形體建模,并且機電專業(yè)借助Autodesk Revit MEP 軟件平臺建立完備的機電設備三維族庫,最終完成整個水電站的BIM設計工作。由此可見,目前在水利工程建設項目中BIM技術在設計階段應用較為廣泛,后期施工階段的BIM應用尚為薄弱[5]。
水利樞紐工程施工難度較高,存在很多專業(yè)性的大體積混凝土澆筑工程,大部分的異形構件施工過程中存在施工難點,這些技術難點僅靠現(xiàn)場的技術負責人及工程師很難解決,并且僅憑人力對未來可能存在的問題無法形成預判。BIM技術的引入可以通過虛擬建造的方式對工程施工過程進行模擬,并且對可能存在的問題進行預控,可以輔助工程師指導一線工人施工。
對于工程總承包商來說工程結算及分階段支付一直以來都是個難點,工程的變更導致進度延誤成本增加,從而總包商無法準確地向分包商支付工程款。在整個項目的BIM應用研究過程中,通過5D平臺實時更新模型獲取準確的工程量、工程結算款及資金資源曲線,在工程總包商工程結算分階段支付的流程中起到輔助決策的作用,站在EPC工程總承包商的角度重點分析BIM理念和技術在EPC工程項目成本控制中的具體應用,使整個項目的投入產出收益比達到最高,讓BIM技術可以發(fā)揮更大的價值。
本研究以精細化管理的理念為指導,BIM技術從水利樞紐工程的設計階段介入深入到施工階段,除傳統(tǒng)的設計階段的BIM應用點外,深入挖掘在施工階段關鍵節(jié)點的其他BIM應用點。因此本研究以廣西邕寧水利樞紐工程為例,重點研究在水利工程建設項目施工過程中成本的動態(tài)管控,旨在降低施工成本,縮短施工工期,以提高水利項目成本管理效率,實現(xiàn)項目增值。
邕寧水利樞紐工程位于邕江干流南寧邕江河段下游青秀區(qū)仙葫開發(fā)區(qū)牛灣半島處,上距老口航運樞紐74 km,下距西津水電站124 km。邕寧樞紐是一座改善城市環(huán)境、水景觀、航運為主,兼顧水力發(fā)電及其他的綜合性水利樞紐工程。
本項目在保證南寧市防洪排澇安全的前提下,適當抬高江河段的城市景觀水位,改善南寧市的水環(huán)境,解決西津至老口河段航運水位銜接問題,兼顧水力發(fā)電,對加快推進南寧“中國水城”建設,打造西江黃金水道和百里秀美邕江,進一步提高南寧城市生態(tài)環(huán)境建設,都具有重要意義。(圖1.水利樞紐1期工程效果圖)
本工程按水庫庫容劃分,屬大型水庫,樞紐工程等別為Ⅱ等。主要建設內容有:攔河壩、13孔閘壩、發(fā)電廠房、航運船閘及進場交通公路,正常蓄水位67 m,總庫容7.1億m3,電站裝機容量57.6 MW(6×9.6 MW),為燈泡貫流式機組,多年平均發(fā)電量2.206億千瓦時。
與傳統(tǒng)民用建筑相比,水利樞紐工程的二維圖紙更為復雜量大,專業(yè)構建較多且龐雜,傳統(tǒng)二維圖紙表達方法不詳細、不準確,因此需要對大量的圖紙進行進行整合和校核,為建模做充足的準備工作,包括檢驗圖紙的完整性、編排建模計劃等工作(如圖2所示)。圖紙的整合校核也是為后期的三維模型的準確度提供前提,提升工程量匯總的準確度。
圖2 二維圖紙校核
大壩整體模型展示(如圖3所示),整體模型中主要包括接頭重力壩、魚道、安裝間、上下游尾水、發(fā)電廠房、溢流壩等分部工程。
四孔閘壩部分:采用WES實用堰開敞式弧型門泄水閘壩,孔口尺寸為20 m×12.5 m(寬×高);5#閘墩處設6 m寬的縱向導墻相隔,壩頂設交通橋。溢流壩堰頂高程55.0 m,最大堰高11.0 m,壩頂高程81.8 m,最大壩高37.80 m,整體模型如圖4所示,細部構造如圖5所示。
由于目前BIM建模的國標還不夠完善,建模過程中各人的建模細度容易產生差異,而且對模型審核環(huán)節(jié)長時間的不重視,使得建模人員的水平參差不齊,因此模型的審核是確保最終模型準確性的重要手段。該項目的圖紙復雜,三維構件大部分都是異形構件,更需要進行審核監(jiān)督,只有模型的準確度提升了才能確保工程量的準確性。由總包方主持間隔兩周組織一次會議,由各專業(yè)技術負責人和工程師共同進行審核。
與傳統(tǒng)二維模式下的工程算量相比,三維模型工程量提取準確率明顯提高。計算三維模型的工程量可以通過算量軟件進行算量也可以直接基于RVT模型統(tǒng)計工程量。
圖3 大壩整體模型
圖4 四孔閘壩整體模型
圖5 四孔閘壩細部構造
通過算量軟件進行工程量匯總,是基于外部算量軟件進行工程量統(tǒng)計,需要對算量模型設置映射規(guī)則進行映射之后導入算量軟件再進行工程量統(tǒng)計。該流程需要BIM造價人員對圖紙以及模型非常熟悉,前期必須準確地設置映射規(guī)則以確保后期算量軟件計算工程量的準確性,基本流程如圖6所示。
圖6 三維模型工程量匯總基本流程
也可以直接基于RVT模型統(tǒng)計出工程量,有兩種方式:明細表式和插件式。由于需要在后期與造價信息相關聯(lián),因此需要在模型中對構件的屬性及字段進行設置以便于后期與工程量清單相匹配,在模型中不能體現(xiàn)的工程量結合二維圖紙算量確保工程量準確,基本流程如圖7所示。
工程施工過程中的動態(tài)管理是通過三維模型將進度信息與成本信息關聯(lián)在一起,成本隨著進度的變化能發(fā)生實時的更新,并且可以根據(jù)三維模型的更新實時更新數(shù)據(jù)。該功能實現(xiàn)前提是能夠對構件可以完全識別的同時與進度信息和成本信息可以完全一一映射,當選中部分構件的同時,進度信息驅動成本信息形成動態(tài)更新的狀態(tài),以便于現(xiàn)場管理人員進行管理,并且為決策者提供輔助決策方案讓他們在同等條件下可以做出最優(yōu)的選擇。
動態(tài)管理還可以單獨利用進度信息與三維模型的聯(lián)動進行虛擬建造,提前預測施工過程中可能存在的問題,現(xiàn)場技術負責人可利用施工模擬的視頻對一線工人進行指導施工[4],不僅為現(xiàn)場管理減輕工作量而且一線工人的規(guī)范施工也提高了施工質量,間接降低了事故的發(fā)生率。(如圖11、圖12所示)
圖7 基于模型匯總工程量的方法
圖8 信息之間的關聯(lián)
圖9 工程預算清單與模型的關聯(lián)
在進度信息與成本信息形成間接關聯(lián)之后,可以通過選中構件或選中進度的方式來匯總出工程量以及工程價款,為工程總承包商進行工程價款結算提供依據(jù),減輕造價人員的工作量提升工作效率,通過軟件的計算也提高了準確率(如圖13 所示)。
圖10 進度信息與模型的關聯(lián)
圖11 施工模擬動畫(瞬間)
圖12 3#~4#閘墩現(xiàn)場施工圖
圖13 工程價款結算
從項目應用來看,國內將BIM技術全面應用于水利樞紐工程的案例很少,在該項目中BIM技術的應用對進度成本的控制有著明顯的作用,在前期對大量二維圖紙的管理和校核也提供了便利,大大提升了各專業(yè)技術負責人的工作效率。構建三維模型與各類信息的關聯(lián)對項目總承包方提供輔助決策方案,在施工模擬過程中減輕了現(xiàn)場管理的工作量,間接提升了工程施工質量;在進度管理過程中,及時更新數(shù)據(jù)有效縮短了施工工期,并降低了施工成本;在成本管控方面為總包方進行工程價款的結算提供了便利。
從項目管理的理論看,將先進的項目管理工具與項目管理控制方法理論相結合,搭建成本動態(tài)控制體系,能夠豐富項目管理理論[2]。制定統(tǒng)一的標準規(guī)范,將設計階段的深化設計模型集中到管理平臺用于施工階段,更多的關注事前和事中成本控制,同時充分利用上游的設計階段成果向工作流下游傳遞,完成數(shù)據(jù)的交互,從某種意義上完善了BIM技術從設計階段向施工階段應用過渡的體系,為以后水利建設工程項目的BIM應用提供可指導性方向。
綜上所述,基于BIM-5D技術在EPC項目中的成本動態(tài)控制平臺的搭建能夠豐富項目管理和成本控制的理論,為實現(xiàn)項目施工階段的精細化管理提供可能,提高企業(yè)管理能力,增強企業(yè)效益和核心競爭力,從而促使整個建筑業(yè)生產效率的提高。
[1] 靳鳴, 李錦磊, 王曉強. 成都金融城項目設計施工一體化BIM應用[J]. 施工技術, 2014(s2):598-601.
[2] 牛萍. 淺談基于BIM5D技術的施工現(xiàn)場管理[J]. 內蒙古科技與經濟, 2016(1):82-83.
[3] 李寒哲, 蘇振民, 錢經. IPD模式下基于BIM-5D的工程成本協(xié)同控制研究[J]. 建筑經濟, 2017, 38(3):30-34.
[4] Hu Z, Zhang J. BIM-and 4D-based integrated solution of analysis and management for conflicts and structural safety problems during construction: 2. Development and site trials[J]. Automation in Construction, 2011, 20(2):155-166.
[5] 賀瑤瑤, 樊勇. BIM技術在建筑工程項目中的應用價值[J]. 城市建設理論研究:電子版, 2015(2).
[6] 劉安申. 基于BIM-5D技術的施工總承包合同管理研究[D]. 哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學, 2014.