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        基于 BIM 技術(shù)的裝配式建筑 EPC 成本管理分析

        2020-07-10 08:26:36閆可心
        工程質(zhì)量 2020年1期
        關(guān)鍵詞:構(gòu)配件設(shè)計階段裝配式

        付 澳,郭 然,閆可心,蔡 紅

        (北京聯(lián)合大學(xué),北京 100000)

        0 引言

        由于我國政府大力支持發(fā)展裝配式建筑,裝配式建筑已成為現(xiàn)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(fā)展,裝配式建筑的成本管理也是影響裝配式建筑發(fā)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(shù),通過分析裝配式建筑 EPC 模式下的設(shè)計采購施工三個階段的成本影響因素,結(jié)合 BIM 技術(shù)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(guān)問題,可以達到降低成本,提高利潤的目的。BIM 技術(shù)在全產(chǎn)業(yè)鏈的應(yīng)用,提高了建筑工業(yè)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(fā)展。除此之外,國外關(guān)于 EPC 總承包模式研究比較深入,發(fā)展也都比較成熟。

        本文針對基于 BIM 技術(shù)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(jīng)濟效益和社會效益的實現(xiàn)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(jié)構(gòu)

        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(shè)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(shè)計階段處于第一階段,所以設(shè)計階段還對采購階段和施工階段的費用產(chǎn)生影響。采取 WBS 工作分解結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)將裝配式建筑建造分為設(shè)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(cè)重。設(shè)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(shè)計階段是整個工程的開端,也是關(guān)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(shè)備的購買費用、運輸費用以及在現(xiàn)場存儲時產(chǎn)生的費用。在這個階段的成本控制,不是指以降低質(zhì)量的前提來降低成本,而是在保證質(zhì)量的前提下選擇最優(yōu)的供貨廠商、最優(yōu)的構(gòu)件生產(chǎn)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(yè)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(shè)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(xiàn)的問題,提高成本管理的效果。

        1.2 裝配式建筑 EPC 設(shè)計階段成本問題分析

        裝配式建筑項目成本居高不下,設(shè)計圖紙費用占有一定的比重,專業(yè)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(shè)計方法沒有隨著生產(chǎn)方式的變化而進行變革,成為影響裝配式建筑全面發(fā)展的前期因素。根據(jù)研究相關(guān)的文章將設(shè)計階段分為技術(shù)策劃、方案設(shè)計、初步設(shè)計、施工圖設(shè)計和構(gòu)件加工圖深化設(shè)計五個階段,建立相關(guān)的流程圖如圖 2 所示。

        圖2 設(shè)計階段技術(shù)協(xié)同圖

        在圖紙深化設(shè)計中,需要體現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件的大小體量、配筋率以及在在墻板等處的預(yù)留洞口或預(yù)埋件。由于裝配式建筑設(shè)計中需要考慮的因素比 CAD 多,并且多了一項預(yù)制構(gòu)配件的拆分和深化設(shè)計,因此導(dǎo)致裝配式建筑在設(shè)計階段的費用比傳統(tǒng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相比每 m2要高出 20~4 0元[1]。構(gòu)配件的拆分圖設(shè)計如圖 3 所示。

        圖3 構(gòu)配件拆分圖設(shè)計

        根據(jù)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(shù)策劃階段需要考慮到規(guī)定的預(yù)制率,因為預(yù)制率、預(yù)制構(gòu)件不同導(dǎo)致項目成本增量不同,具體到項目中就會體現(xiàn)到構(gòu)件成本的不同,產(chǎn)生的利益也就不同;在技術(shù)策劃階段還需要考慮到產(chǎn)業(yè)政策,在滿足政策要求的同時實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化目標(biāo),以此來調(diào)整相關(guān)的設(shè)計方案。前期的技術(shù)策劃,是影響裝配式建筑的技術(shù)方向,是影響整個項目建造成本的首要關(guān)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(shè)計的五個階段中有四個階段出現(xiàn)協(xié)同,包含勘察單位、設(shè)計單位、施工單位、監(jiān)理單位、造價單位、咨詢單位等多家單位共同進行深化設(shè)計、預(yù)估生產(chǎn)能力,但是這幾家單位都是分散地進行深化設(shè)計并沒有真正地同步,沒有節(jié)省時間成本和溝通成本。在各家單位的協(xié)同合作中,各家單位的交接以及單位內(nèi)部的交接的準(zhǔn)確性不能很好地保證,設(shè)計和施工無法完美契合,會導(dǎo)致建造成本增加。

        3)裝配式建筑的設(shè)計階段中,預(yù)制構(gòu)件的深化設(shè)計是最重要的環(huán)節(jié)。因為預(yù)制構(gòu)件的深化直接影響到后期的構(gòu)件采購階段、運輸階段和施工階段;同時也因為同一構(gòu)件采用工廠預(yù)制和現(xiàn)澆兩種不同生產(chǎn)方式的綜合單價不同而導(dǎo)致的成本增量不同??偝邪虖淖陨淼睦娼嵌瘸霭l(fā),考慮經(jīng)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(yè)主需求的方案,增加設(shè)計的深度,減少因后期的設(shè)計變更導(dǎo)致的成本增加。但是怎么樣進行深化設(shè)計,深化設(shè)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(shè)備的購買費用、運輸費用以及在施工現(xiàn)場存儲時產(chǎn)生的費用。但是在采購階段進行成本控制,不是指以降低質(zhì)量的前提來降低成本,而是在保證質(zhì)量的前提下選擇最優(yōu)的供貨廠商、決定產(chǎn)品配送批次及產(chǎn)品施工現(xiàn)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(fā)展階段,供應(yīng)商預(yù)制構(gòu)配件生產(chǎn)的能力良莠不齊,選擇優(yōu)質(zhì)的供應(yīng)商是比較關(guān)鍵的一步,也是直接影響成本的關(guān)鍵因素。避免因為供應(yīng)商生產(chǎn)的構(gòu)配件質(zhì)量不合格,導(dǎo)致工程驗收質(zhì)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(guān)系、突發(fā)事件等都是材料費用的因素,其中供求關(guān)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(yù)制構(gòu)配件的費用,進而影響到預(yù)制構(gòu)配件的采購階段的費用。

        3)預(yù)制構(gòu)配件運輸階段的費用受構(gòu)配件的體積大小、運輸環(huán)境的影響,而導(dǎo)致成本不同。預(yù)制構(gòu)配件及設(shè)備運輸過程中的費用不同也會影響到采購階段的費用。構(gòu)配件運輸次序和數(shù)量,應(yīng)該配合施工的工藝順序,有順序地進行運輸,避免導(dǎo)致構(gòu)配件在現(xiàn)場存儲和保管產(chǎn)生不必要的費用,同時避免工人窩工,機械設(shè)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(yù)制構(gòu)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(yù)制構(gòu)配件的垂直運輸成本、安裝機械攤銷費、節(jié)點區(qū)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(yù)制構(gòu)配件體積大在運輸過程中容易被損壞,運輸?shù)绞┕すさ睾?,會因為預(yù)制構(gòu)配件的儲存和擺放的問題導(dǎo)致構(gòu)件損壞,影響施工;在對裝配式建筑吊裝的過程中,預(yù)制構(gòu)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(yè)性強的工人是施工現(xiàn)場最需要的人才,也是影響施工階段成本的關(guān)鍵因素之一。在裝配式建筑現(xiàn)場施工過程中,由于預(yù)制構(gòu)配件的體積較大,而且為了避免預(yù)制構(gòu)配件在施工現(xiàn)場存儲,就需要現(xiàn)場工人的安裝速度高于或者等于構(gòu)配件運輸?shù)乃俣?,這樣就減少了構(gòu)配件在施工現(xiàn)場存儲和保護的費用。裝配式建筑預(yù)制構(gòu)配件是拼裝完成的,因此構(gòu)件與構(gòu)件之間的節(jié)點連接顯得至關(guān)重要,這也是保證裝配式建筑質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此說安裝效率高、專業(yè)性強、質(zhì)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(shè)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(shè)計是合理進行施工階段的搭接,合理利用現(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)來進行管理,則會有效地節(jié)省工期,降低成本。

        2 基于 BIM 技術(shù)的裝配式建筑 EPC 成本管理體系構(gòu)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(yè)主提出投資意圖、目標(biāo)和要求,EPC 承包單位進行管理??偝邪鼏挝回撠?zé)裝配式建筑的全生命周期,并對項目的進度、質(zhì)量、成本、安全等全面負責(zé)?;?BIM 技術(shù)的裝配式建筑 EPC 成本管理內(nèi)容主要包括設(shè)計采購施工三個方面的管理(見圖 4)。

        圖4 基于 BIM 技術(shù)的裝配式建筑 EPC 成本管理內(nèi)容

        2.2 基于 BIM 技術(shù)的裝配式建筑 EPC 成本管理體系

        2.2.1 構(gòu)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(shù),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(zhǔn)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(yè)各階段信息閉塞的問題,在建造過程中打通產(chǎn)業(yè)鏈,優(yōu)化資源,促進信息共享。結(jié)合建造設(shè)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(shè)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(jiān)控管理和設(shè)備材料模型實時監(jiān)控管理兩個方面,事后分析主要是在施工進度模型和設(shè)備材料管理模型中出現(xiàn)的問題。

        2.2.2 在設(shè)計階段成本控制的應(yīng)用

        圖5 基于 BIM 的裝配式建筑成本管理框架

        1)在設(shè)計方案比選中的應(yīng)用。設(shè)計方案的比選是為了從不同的設(shè)計方案中選出最優(yōu)的那個方案,從而為后期的設(shè)計奠定基礎(chǔ)和方向。通過對建立包含建筑結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)計方案的好壞。從這些模型中選擇出最優(yōu)的一個設(shè)計方案,并確定為最終設(shè)計方案模型。設(shè)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(shù)合理分析比較設(shè)計方案,是為后期建造中減少成本的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。方案比選過程如圖 6 所示。

        圖6 BIM 技術(shù)在設(shè)計方案中比選應(yīng)用

        2)在施工圖階段的應(yīng)用。施工圖設(shè)計是設(shè)計階段的重點,施工圖設(shè)計對項目設(shè)計階段和工程施工階段都很重要。施工圖設(shè)計階段是根據(jù)初步設(shè)計階段包含的所有專業(yè)的模型和圖紙進行深化,在 REVIT 軟件中運用三維可視化技術(shù)分析出管線碰撞的情況,針對碰撞的相應(yīng)位置及時進行調(diào)整,避免管線碰撞,減少施工階段因管線碰撞問題而導(dǎo)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(yīng)的施工圖深化流程如圖 7 所示。

        圖7 施工圖設(shè)計階段 BIM 應(yīng)用圖

        2.2.3 在采購階段的應(yīng)用

        在裝配式建筑中 EPC 模式下,設(shè)計階段、采購階段和施工階段這三個階段是相互聯(lián)系的,前一階段為后一個階段提供基礎(chǔ),若前面環(huán)節(jié)準(zhǔn)備的不好做的不充分,則會導(dǎo)致后面環(huán)節(jié)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(gòu)配件和設(shè)備的數(shù)量很難估算,倘如采購數(shù)量比實際需求多,則會導(dǎo)致材料浪費,增加成本;倘若采購數(shù)量比實際需求少,則需要補采預(yù)制構(gòu)配件和設(shè)備,會增加運輸成本還耽誤工期。構(gòu)建運輸階段要根據(jù)實際的工程進度來安排,若采購和施工脫節(jié)會導(dǎo)致現(xiàn)場材料存儲費用增加,或者導(dǎo)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(dǎo)出預(yù)制構(gòu)配件的模型圖和加工圖,并且 BIM 技術(shù)可以快速地統(tǒng)計數(shù)量和構(gòu)配件的類型,然后根據(jù)施工需求進行預(yù)制構(gòu)配件的采購和運輸,能夠方便地控制成本。

        圖8 構(gòu)件預(yù)制加工 BIM 應(yīng)用圖

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

        2.2.4 在施工階段的應(yīng)用

        在施工圖設(shè)計階段 BIM 主要運用在以下四個方面:進度控制、設(shè)備與材料管理、質(zhì)量與安全控制和竣工圖模型構(gòu)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(chǎn)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(yīng)的問題再次出現(xiàn)。在設(shè)備與材料管理中的應(yīng)用,從 BIM 模型中導(dǎo)出相關(guān)階段的材料單和設(shè)備單,也是分階段的進行控制,調(diào)整相應(yīng)的設(shè)備材料供應(yīng)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??⒐D模型構(gòu)建,直接從 BIM 模型中導(dǎo)出來就行了,這樣極大地節(jié)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(shè)備與材料管理流程圖。

        3 結(jié)語

        本文將 BIM 技術(shù)應(yīng)用于裝配式建筑 EPC 成本管理模式中,結(jié)合 BIM 技術(shù)和 EPC 成本管理的優(yōu)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(fā)現(xiàn)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(fù)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(shè)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(guān)鍵因素。

        圖9 施工階段成本管理流程圖

        2)BIM 技術(shù)可以涵蓋工程建設(shè)的絕大多數(shù)環(huán)節(jié),引入 BIM 技術(shù)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(shè)計階段可以運用 BIM 模型經(jīng)行碰撞檢測,減少設(shè)計變更。在采購和運輸階段可以應(yīng)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(gòu)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(dǎo)工人安裝,避免因圖紙看不懂的問題,錯誤安裝導(dǎo)致返工而增加相應(yīng)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(shù),結(jié)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(guān)鍵因素的基礎(chǔ)上,具體到每個階段,針對相關(guān)因素,結(jié)合 BIM 技術(shù)的特點構(gòu)建出相應(yīng)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(fā)展勢頭很猛,由于發(fā)展速度過快,很多構(gòu)配件生產(chǎn)廠商達不到預(yù)想的生產(chǎn)能力,相應(yīng)的預(yù)制構(gòu)配件的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)還沒有形成。在我國目前基于 BIM 的 CAM 技術(shù)和 MES 還沒有研發(fā)成功,無法將 BIM 模型中的數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)化為工廠中的構(gòu)建加工信息,期望在不久的未來國內(nèi)的建筑行業(yè)能夠真正實現(xiàn)設(shè)計—加工一體化。

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