莫盛杰 張東林 張國(guó)興 季凡杰 羅甜湉 黃鳳玲

(1.河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 075000；2.秦皇島廣建工程項(xiàng)目管理有限公司，河北 秦皇島 066000)

1 引 言

在數(shù)字技術(shù)驅(qū)動(dòng)行業(yè)發(fā)展的大環(huán)境下，建筑實(shí)體數(shù)字化、過程數(shù)字化、管理數(shù)字化將成為推動(dòng)建筑產(chǎn)業(yè)變革與發(fā)展的主要?jiǎng)恿?但是就現(xiàn)階段而言，建筑行業(yè)整體上在數(shù)字化、信息化水平還處于非常低的水平.近年來(lái)，由于住房城鄉(xiāng)建設(shè)部和各地政府的引導(dǎo)和鼓勵(lì)建筑企業(yè)信息化發(fā)展，建筑工程行業(yè)對(duì)BIM技術(shù)的認(rèn)知水平在不斷提高，BIM技術(shù)在國(guó)內(nèi)諸多施工企業(yè)的應(yīng)用也愈來(lái)愈深入；建筑行業(yè)從業(yè)主、各專業(yè)工程師、施工方和供應(yīng)商等利益相關(guān)方角度來(lái)看，提速BIM技術(shù)在建筑企業(yè)落地應(yīng)用，盡早統(tǒng)一基于BIM的各類相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制度，在各個(gè)利益相關(guān)方之間共享使用，使BIM模型數(shù)據(jù)互用性更高，使工程各類信息在建筑工程建設(shè)中真正做到“無(wú)紙化”傳遞、“數(shù)字化”傳遞是目前進(jìn)一步探究的方向.

區(qū)塊鏈新興技術(shù)的應(yīng)用在前人的研究中對(duì)于在建筑行業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)做出一些展望，對(duì)于區(qū)塊鏈技術(shù)具體怎樣融合于建筑工程項(xiàng)目施工成本管理是亟待研究的問題.在傳統(tǒng)的工程施工成本管理中存在如下難點(diǎn)：(1)工程項(xiàng)目施工成本難以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)管理，很難在施工過程中選取一個(gè)最合理，最優(yōu)的施工成本管理方案；(2)工程施工中經(jīng)常出現(xiàn)變更問題，相關(guān)變更經(jīng)常造成工程量、進(jìn)度發(fā)生較大變化，進(jìn)而提升實(shí)際施工成本.(3)現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度體現(xiàn)在工程量的完成度，工程量的計(jì)算和工程量的匯總關(guān)系到工程進(jìn)度款的發(fā)放，但是繁雜的數(shù)據(jù)和繁重的工作量在傳統(tǒng)的工程建造方式中顯得尤為不便.(4)在提倡數(shù)字建造的時(shí)代，施工成本管理的數(shù)字化還遠(yuǎn)遠(yuǎn)停留在理論階段.

2 研究理論

2.1 BIM技術(shù)

2.1.1 BIM概念

2005年出版的《信息化建筑設(shè)計(jì)》闡述BIM的概念為：建筑信息模型，是利用已有的3D技術(shù)為基礎(chǔ)，系統(tǒng)地集合了建筑工程項(xiàng)目中各種各樣與之相關(guān)的工程信息數(shù)據(jù)模型，對(duì)建筑工程項(xiàng)目的各種相關(guān)信息進(jìn)行完整地，詳細(xì)地?cái)?shù)字化呈現(xiàn).BIM也是一種應(yīng)用在設(shè)計(jì)、建造、管理的數(shù)字化方法使整個(gè)建筑工程項(xiàng)目極大地提高工作效率和減少大量的風(fēng)險(xiǎn)[1].

2.1.2 BIM的特點(diǎn)

(1)3D可視化.

BIM技術(shù)在建筑工程項(xiàng)目施工中具有3D模型可視的優(yōu)點(diǎn)，通過3D模型可視化特點(diǎn)的運(yùn)用，提高工程的施工設(shè)計(jì)方案的合理性，為建筑工程項(xiàng)目的順利施工打下良好的根基.

(2)模擬性.

當(dāng)BIM技術(shù)參與到建筑工程項(xiàng)目的施工中,其顯現(xiàn)最突出的特點(diǎn)是施工全真模擬性，通過施工全真模擬性特點(diǎn)可以讓建筑工程項(xiàng)目在正式施工進(jìn)行前進(jìn)行動(dòng)畫模擬，對(duì)管道綜合進(jìn)行碰撞檢測(cè)以及對(duì)設(shè)計(jì)的施工方案進(jìn)行甄選等.

(3)協(xié)調(diào)性與協(xié)同性.

工程項(xiàng)目施工周期一般較長(zhǎng)，施工內(nèi)容范圍一般也較廣，各個(gè)施工項(xiàng)目之間專業(yè)性較強(qiáng)，各專業(yè)之間差異性非常大.如果僅僅依靠工程項(xiàng)目的二維紙質(zhì)施工圖紙對(duì)工程項(xiàng)目施工進(jìn)行協(xié)調(diào)和管理，這樣對(duì)工程施工中各項(xiàng)目之間的溝通和協(xié)調(diào)的幫助是非常有限的，并且這樣的管理協(xié)調(diào)方式也是較為落后的.BIM技術(shù)的引入為建筑工程項(xiàng)目的各個(gè)利益相關(guān)方提供了一個(gè)準(zhǔn)確的，唯一且高效率的可以相互配合的工作中心平臺(tái)，其不僅極大地提高了工程項(xiàng)目的的質(zhì)量也加快了工程項(xiàng)目的施工進(jìn)度.

2.2 區(qū)塊鏈技術(shù)

2.2.1 區(qū)塊鏈的基本概念

區(qū)塊鏈的概念最初是中本聰在2008年發(fā)表的一篇關(guān)于Bitcoin論文中提出.區(qū)塊鏈，是指利用加密鏈?zhǔn)絽^(qū)塊結(jié)構(gòu)來(lái)存儲(chǔ)與驗(yàn)證數(shù)據(jù)、利用分布式共識(shí)算法來(lái)新增和更新數(shù)據(jù)、利用運(yùn)行在區(qū)塊鏈上的代碼來(lái)保證業(yè)務(wù)邏輯自動(dòng)強(qiáng)制執(zhí)行的一種全新的多中心化基礎(chǔ)與分布式計(jì)算范式[2].

2.2.2 區(qū)塊鏈的核心技術(shù)

侯周國(guó)在《區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及特色應(yīng)用研究》論文中詳細(xì)介紹了有關(guān)區(qū)塊鏈的共識(shí)機(jī)制、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、加密算法、智能合約等核心技術(shù)的內(nèi)涵[7].

3 應(yīng)用框架理論

數(shù)字建造是以BIM技術(shù)、區(qū)塊鏈技術(shù)等相關(guān)新興技術(shù)的應(yīng)用為實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，面向在施工成本管理階段，實(shí)現(xiàn)建筑工程項(xiàng)目信息的數(shù)字化、集成化以及系統(tǒng)化，以滿足項(xiàng)目施工階段成本管理各個(gè)參與方的信息管理需求.數(shù)字建造下施工成本管理概念的提出來(lái)源于BIM技術(shù)、區(qū)塊鏈技術(shù)以及新時(shí)代下建筑工程項(xiàng)目施工成本管理的基礎(chǔ)理論支撐.

圖1 基于BIM技術(shù)和區(qū)塊鏈技術(shù)成本管理框架

在數(shù)字建造理念下，在工程項(xiàng)目施工成本管理階段將傳統(tǒng)的二維紙質(zhì)圖紙轉(zhuǎn)變?yōu)?D、4D甚至5D的數(shù)字信息模型.利用BIM技術(shù)和區(qū)塊鏈技術(shù)在建筑工程施工成本管理中可以解決以下問題：

(1)施工前圖紙審核.

美國(guó)Stanford University設(shè)施集成工程中心就建設(shè)工程項(xiàng)目使用BIM技術(shù)后調(diào)查研究后發(fā)現(xiàn)：BIM技術(shù)的使用消除了多達(dá)百分之四十的造價(jià)更改，僅僅是碰撞檢查一項(xiàng)就可以節(jié)約百分之十的成本[5].因此在建筑工程項(xiàng)目中，工程變更是增加施工成本的一個(gè)重要因素.在現(xiàn)實(shí)工程項(xiàng)目中，工程的變更往往是因?yàn)閳D紙?jiān)O(shè)計(jì)的錯(cuò)誤.施工前，經(jīng)過BIM數(shù)字信息模型的建立，再使用相關(guān)BIM軟件對(duì)數(shù)字信息模型、管道綜合進(jìn)行碰撞沖突檢測(cè)，以此來(lái)發(fā)現(xiàn)施工圖存在的不合理或者謬誤的地方.(如圖2、圖3所示)施工方在施工之前就避免因?yàn)閳D紙的錯(cuò)誤而造成工程變更而帶來(lái)成本的損失.

圖2 橋架碰撞 圖3 管板碰撞

(2)精益建造，出量精確.

建筑工程中施工材料費(fèi)和工程量是施工成本的占有重要的地位.上述調(diào)查還發(fā)現(xiàn)，在建立BIM模型時(shí)合理控制建模的精度，可以將造價(jià)估算精度控制在百分之三范圍內(nèi).因?yàn)锽IM信息模型本身就存在大量的具體的數(shù)據(jù)信息，包含了建筑實(shí)體結(jié)構(gòu)的尺寸信息、材質(zhì)和工程材料型號(hào)等非常具體的工程數(shù)據(jù)信息，當(dāng)我們需要較為準(zhǔn)確的工程量時(shí)，我們只需要提高建模精度，這樣再使用相關(guān)BIM軟件自動(dòng)生成工程量.減少建筑工程施工材料的浪費(fèi)以便降低工程項(xiàng)目的施工成本.

結(jié)構(gòu)精益建模 建筑精益建模 機(jī)電精益建模

(3)施工方案模擬優(yōu)化.

不同的施工方案往往具有不一樣施工成本，選取最為合適的方案是降低成本的途徑之一.因?yàn)榻ㄖ锉旧淼奶攸c(diǎn)，在選擇施工方案時(shí)僅靠經(jīng)驗(yàn)并不一定是最佳選擇.施工方可以應(yīng)用BIM技術(shù)中的模擬性特點(diǎn)，對(duì)工程項(xiàng)目施工方案進(jìn)行全真模擬施工，以此對(duì)不同施工方案進(jìn)行對(duì)比，選擇最合理的施工方案.

圖5 施工動(dòng)畫模擬

(4)進(jìn)度控制，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)管理.

建筑工程項(xiàng)目施工進(jìn)度的有效控制是施工管理中的一個(gè)重要環(huán)節(jié).合理把握工程項(xiàng)目施工進(jìn)度，動(dòng)態(tài)地計(jì)算已完工程量是發(fā)放進(jìn)度款的依據(jù).但是在傳統(tǒng)施工中計(jì)算完成工程量的工作是繁重的，引入BIM技術(shù)后，BIM軟件將動(dòng)態(tài)地呈現(xiàn)施工已完工程量并進(jìn)行工程量的匯總.

(5)信息安全保護(hù).

建筑信息模型中工程數(shù)據(jù)信息內(nèi)容龐大、各種信息之間關(guān)聯(lián)性強(qiáng)且往往需要多方協(xié)同工作，這樣一來(lái)，信息的安全是一個(gè)亟待解決的問題.利用區(qū)塊鏈技術(shù)和BIM技術(shù)相結(jié)合，增加一個(gè)安全信息維度和智能合約[6]等便可保證建筑工程全壽命期的安全和智能控制.區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N去中心化、無(wú)需信任的分布式賬簿技術(shù)，具有公開透明、防篡改、可追溯、可靠性高等特點(diǎn)[4].建筑信息模型中有了區(qū)塊鏈技術(shù)的加持，有望解決BIM建筑發(fā)展中的大數(shù)據(jù)管理、信任、安全和隱私等關(guān)鍵問題.

(6)信息共識(shí)機(jī)制.

在建筑數(shù)字信息模型中，這個(gè)建筑工程項(xiàng)目的所有工程量、建造材料、成本等信息是均可在項(xiàng)目參與方之間共享.如果在施工過程中材料價(jià)格有波動(dòng)、工程量有變化時(shí)，各個(gè)利益相關(guān)方(如業(yè)主，施工單位與供應(yīng)商等)信息是共享的.此時(shí)利用區(qū)塊鏈技術(shù)中共識(shí)機(jī)制的特點(diǎn)，在三方面對(duì)材料價(jià)格波動(dòng)，工程量變化進(jìn)行驗(yàn)證識(shí)別，達(dá)成一致意見時(shí)將形成新的信息區(qū)塊被存儲(chǔ)起來(lái).這樣一來(lái)，工程中任何的變化三方是知曉的，一方面避免了當(dāng)工程中出現(xiàn)成本變化時(shí)的爭(zhēng)執(zhí)，另一方面也避免了工程管理人員利用自己手中權(quán)力為己尋租.這其中工程承包方進(jìn)行非法轉(zhuǎn)包、發(fā)包方惡意拖欠工程款、施工方偷工減料、采購(gòu)方壓價(jià)要回扣等違法情況將會(huì)得到有效遏制.

(7)信息可追溯性.

區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)行的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是不可更改的，信息一旦確認(rèn)將被永久保存不能被任意第三方任意改變[3].區(qū)塊鏈上的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)信息的改變都可以根據(jù)時(shí)間順序、更改數(shù)據(jù)對(duì)信息更改源頭進(jìn)行追溯，從而保證了項(xiàng)目中數(shù)據(jù)的可信性.除此之外，區(qū)塊鏈的加密方法也確保了建筑工程項(xiàng)目信息的保密性.除非授權(quán)他人很難破解區(qū)塊鏈中存儲(chǔ)的信息，以此確保了在數(shù)字建造下資料的安全性.

4 總 結(jié)

綜上所述，基于BIM和區(qū)塊鏈技術(shù)的數(shù)字建造在施工成本管理應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)如下：

(1)提高了建筑施工中數(shù)字化水平，使得原本需要紙質(zhì)記錄的資料以數(shù)字資料的形式存儲(chǔ)、傳遞.改變了傳統(tǒng)二維紙質(zhì)信息交互途徑和方式，提升了工程項(xiàng)目信息交互質(zhì)量和精度水平；更進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)建筑工程項(xiàng)目施工成本的信息化管理，提升工程項(xiàng)目信息可追溯的便利性水平；提高建筑行業(yè)的數(shù)字化程度，為數(shù)字建造給予了強(qiáng)有力的支持.

(2)利用BIM技術(shù)對(duì)圖紙審核，進(jìn)行碰撞檢查和漫游，減少了在施工進(jìn)行中的工程變更，節(jié)省了工期、人工、施工材料費(fèi)用等成本費(fèi)用.

(3)模擬施工選擇最優(yōu)施工方案，進(jìn)度控制進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理使施工費(fèi)用趨于合理化.

(4)BIM技術(shù)結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)，在建筑施工信息化進(jìn)程中保證了工程項(xiàng)目中大數(shù)據(jù)的管理、信任、安全和隱私等重要問題.