蘭國冠，姜 琳

1龍巖學(xué)院,福建 龍巖 364012 2工程質(zhì)量檢測與安全評估福建省高校工程研究中心,福建 龍巖 364012

1 概述

成本管控涉及設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營多個(gè)階段.一般認(rèn)為,設(shè)計(jì)階段是工程建設(shè)成本管控的最重要階段,投入少、效益大.由圖1可知,約90 %由碰撞導(dǎo)致的成本增加由設(shè)計(jì)階段決定,設(shè)計(jì)階段對成本管控起決定性作用[1]，而綜合設(shè)計(jì)涉及建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、暖通及電氣等多個(gè)專業(yè),且各專業(yè)相互獨(dú)立完成,在工程施工集成時(shí)難免出現(xiàn)各構(gòu)件間的相互碰撞,導(dǎo)致設(shè)計(jì)變更及施工返工.據(jù)統(tǒng)計(jì),45 %的施工企業(yè)遭遇過圖紙碰撞錯(cuò)誤造成的返工損失,80 %的設(shè)計(jì)公司遇到過因二維圖紙表達(dá)欠直觀造成的損失,碰撞問題導(dǎo)致多達(dá)10 %以上的合同價(jià)損失[2].尤其是裝配式建筑,一旦有錯(cuò)漏、碰撞及不匹配等問題,將給安裝帶來巨大的困難.如何降低碰撞概率,管控碰撞成本成為學(xué)者們所關(guān)注的重要問題.

圖1 不同階段成本管控曲線

很多學(xué)者對基于BIM技術(shù)的工程項(xiàng)目成本管控進(jìn)行了研究：李茜等[3]人對基于BIM的公路項(xiàng)目的綜合造價(jià)精細(xì)化管理進(jìn)行了研究;寇雪霞等[4]人研究了BIM技術(shù)在施工階段成本控制中的應(yīng)用;王廣斌等[5]人提出了3種基于BIM的工程項(xiàng)目成本計(jì)算的技術(shù)方案;宋靖華等[6]人探討了BIM技術(shù)在工程造價(jià)管理實(shí)施的適宜性;汪茵等[7]人研究了BIM碰撞檢查技術(shù)在造價(jià)管理中的成本控制及方案比選價(jià)值;張樹捷[8]分析了其在工程造價(jià)及管理上的巨大應(yīng)用價(jià)值.在設(shè)計(jì)階段,建立精準(zhǔn)的BIM模型,在不消耗實(shí)際資源的情況下對施工方案進(jìn)行預(yù)演,通過專業(yè)間的構(gòu)件碰撞檢查,可提前發(fā)現(xiàn)構(gòu)件的重疊、錯(cuò)漏、沖突及不匹配等問題,可極大降低因碰撞造成的成本增加.但目前,國內(nèi)利用BIM碰撞檢測技術(shù)進(jìn)行工程項(xiàng)目成本管控處于起步階段,探索基于BIM碰撞檢查技術(shù)的工程項(xiàng)目成本管控方法具有重要意義.本文對基于BIM碰撞檢查技術(shù)的工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段成本管控方法進(jìn)行研究,探討B(tài)IM碰撞檢查對成本管控的效果和意義.

2 基于BIM碰撞檢查技術(shù)的項(xiàng)目成本管控實(shí)現(xiàn)路徑

由于各模型由不同專業(yè)人員分別完成,碰撞不可避免.碰撞可分為硬碰撞和軟碰撞[9],硬碰撞指各專業(yè)間空間上的交集,如圖2(a)所示.軟碰撞主要出于安全考慮,根據(jù)專業(yè)之間設(shè)定的最小間距要求,檢查最小間距是否滿足設(shè)計(jì)要求,如圖2(b)所示.通過“軟碰撞”、“硬碰撞”全面的“三維校核”,可發(fā)現(xiàn)大量設(shè)計(jì)存在的問題.在設(shè)計(jì)階段通過“軟+撞”的全面檢查,理論上可完全消除各類碰撞,減少返工,降低變更頻率,縮短工期,節(jié)約成本.

圖2 軟碰撞與硬碰撞

2.1 基于BIM碰撞檢查的協(xié)同設(shè)計(jì)

協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的最主要工作就是查找碰撞問題,定期協(xié)調(diào)查看各專業(yè)的設(shè)計(jì)成果,逐步消除設(shè)計(jì)階段存在的碰撞問題,BIM模型的唯一性、可視化、協(xié)同性,便于各專業(yè)設(shè)計(jì)人員共享項(xiàng)目有效信息,實(shí)現(xiàn)各專業(yè)設(shè)計(jì)成果的同步更新與完善,避免施工時(shí)出現(xiàn)設(shè)計(jì)變更及返工,縮短項(xiàng)目周期,降低項(xiàng)目建設(shè)成本[10-11].圖3為多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)示意圖,圖4為協(xié)同設(shè)計(jì)基本流程.

圖3 多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)示意圖

圖4 協(xié)同設(shè)計(jì)流程

2.2 基于BIM碰撞檢查的凈高分析

通過BIM漫游碰撞檢查技術(shù)可事先發(fā)現(xiàn)凈高不足部位,在設(shè)計(jì)階段提出處理辦法,并進(jìn)行圖紙變更,避免施工階段返工,保證工期.圖5為凈高分析流程.如圖6為某擬建建筑凈高漫游檢查示例,可先聯(lián)合管線、機(jī)電、精裝等各專業(yè)確定最低標(biāo)高,再利用設(shè)置好高度的虛擬人漫游進(jìn)行凈高碰撞檢查,發(fā)現(xiàn)碰撞點(diǎn),確定凈高不足之處[12-13]，降低因凈高不足導(dǎo)致的返工及造價(jià)增加.

圖5 凈高檢查流程

圖6 漫游凈高碰撞檢查

2.3 基于BIM碰撞檢查的管線優(yōu)化

小管讓大管、有壓讓無壓、排水管優(yōu)先、各專業(yè)管線綜合考慮支架共用,留足關(guān)鍵部位及部件的維修與維護(hù)空間,考慮部件拆卸方便等是管線設(shè)計(jì)的基本原則.但因傳統(tǒng)二維圖紙的抽象性,專業(yè)間協(xié)同設(shè)計(jì)較弱,對設(shè)計(jì)及施工人員的工程經(jīng)驗(yàn)依賴性強(qiáng),故導(dǎo)致錯(cuò)漏難以避免,而BIM三維模型的具象性,加上VR技術(shù)的可視化及交互性,使管線碰撞容易在設(shè)計(jì)階段被及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正.圖7(a)為管線碰撞示例,通過碰撞檢查發(fā)現(xiàn)風(fēng)管與消防管道發(fā)生碰撞,優(yōu)化后的模型如圖7(b)所示.此例說明,通過碰撞檢查可提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)不合理之處,避免后期的變更或返工[14-15],從而降低造價(jià).

圖7 修改后風(fēng)管與消防管

2.4 基于BIM碰撞檢查的空間優(yōu)化

為了設(shè)備維修與維護(hù)方便及滿足施工空間要求,構(gòu)件之間必須保證有足夠的距離.當(dāng)構(gòu)件間距小于規(guī)范設(shè)定的限值,即發(fā)生了間隙碰撞.對于這類碰撞,利用BIM碰撞檢查技術(shù)能夠在模型設(shè)計(jì)階段及時(shí)發(fā)現(xiàn).圖8為設(shè)計(jì)階段塔吊虛擬施工防碰撞模擬示意圖,利用BIM軟件三維動態(tài)仿真,可輕易發(fā)現(xiàn)碰撞的長度、位置,在設(shè)計(jì)階段精準(zhǔn)消除可能的碰撞隱患,大大節(jié)約方案優(yōu)化的時(shí)間,降低因碰撞增加的成本.

圖8 塔吊防碰撞模擬

2.5 基于BIM碰撞檢查的可視化模型優(yōu)化

應(yīng)用BIM三維可視化技術(shù),直觀形象反映構(gòu)件形狀及構(gòu)件間的空間關(guān)系,可極大減小審圖難度[16].實(shí)例:如圖9(a)所示樓層外圍的異形結(jié)構(gòu)梁,由CAD識別生成的三維模型變成矩形梁;經(jīng)三維模型可視化檢查發(fā)現(xiàn)問題后,創(chuàng)建了新的梁族,并根據(jù)圖紙尺寸重新建模,得到如圖9(b)所示新模型,通過三維模型可視化檢查發(fā)現(xiàn)了問題,避免了返工造成的成本增加.

圖9 異形結(jié)構(gòu)梁模型

2.6 基于BIM碰撞檢查的可視化技術(shù)交底

傳統(tǒng)技術(shù)交底以文字描述為主,技術(shù)人員以口頭講授的方式對工人進(jìn)行交底,由于不同人員對同一道工序可能存在不同理解,傳統(tǒng)交底方式很容易出現(xiàn)理解錯(cuò)誤的情況,存在質(zhì)量和安全隱患[17].例如某砌筑工程如圖10所示,為了達(dá)到高質(zhì)量要求,建模時(shí)可對每一條拉結(jié)筋及構(gòu)造柱鋼筋進(jìn)行精準(zhǔn)放置,并對每一塊砌體的灰縫、接槎、錯(cuò)槎進(jìn)行控制,所有砌體元素均可實(shí)現(xiàn)三維可視化交底.采用三維模型進(jìn)行碰撞檢查,施工模擬,復(fù)雜節(jié)點(diǎn)可利用短視頻、小動漫等形式進(jìn)行技術(shù)交底,易于理解,避免爭議.這些措施可以大大減少施工階段的錯(cuò)誤損失及返工,降低造價(jià).

圖10 精準(zhǔn)砌筑施工

2.7 基于BIM碰撞檢查的自動審圖

以往進(jìn)行專業(yè)間的設(shè)計(jì)碰撞檢測時(shí),通常將各專業(yè)的設(shè)計(jì)圖用硫酸紙打印成圖并相互疊放,選擇公共的參照點(diǎn),按照“小管讓大管”、“有壓管讓無壓管”、“少管件管道讓多管件管道”3項(xiàng)原則進(jìn)行人工對照、檢查.該工作方式效率低,且因技術(shù)人員經(jīng)驗(yàn)水平及個(gè)人理解的不同,審圖的準(zhǔn)確性難以保證.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)軟件出現(xiàn)后,設(shè)計(jì)人員可以通過CAD軟件進(jìn)行二維電子圖紙審查,提高了圖紙的準(zhǔn)確性.但該方式仍然為二維人工審圖,極易視覺疲勞,準(zhǔn)確性仍然無法保障,設(shè)計(jì)圖紙錯(cuò)漏碰缺的現(xiàn)象仍然較多.利用BIM模型碰撞檢查的方式很好地解決了這些問題[18-19].

傳統(tǒng)的人工審圖如圖11所示,通過人工對比復(fù)核建筑圖與結(jié)構(gòu)圖的錯(cuò)漏碰撞問題,效率低、工作量大、不直觀、易漏查.圖12所示BIM模型碰撞檢查,效率高、形象直觀、不易漏查,可部分實(shí)現(xiàn)自動審圖,在成本管控上具有明顯的優(yōu)勢.

圖11 建筑圖與結(jié)構(gòu)圖人工對比審圖

圖12 BIM三維模型碰撞檢查

3 案例分析

3.1 工程概況

以某住宅小區(qū)項(xiàng)目為例,總建筑面積16 332.65 m2,地上24層,地下3層,剪力墻結(jié)構(gòu).

3.2 BIM碰撞檢查結(jié)果

綜合采用以上七種方法進(jìn)行碰撞檢測分析,消除人工較難發(fā)現(xiàn)的碰撞點(diǎn)數(shù)共603個(gè),按每個(gè)碰撞點(diǎn)協(xié)調(diào)所需時(shí)長平均0.3 h,節(jié)約工期總時(shí)間約180.9 h,按每天8 h算,共節(jié)約工期約22 d,碰撞檢測帶來的直接工期效益明顯.

圖13為除塵排煙管、噴淋管、消防管等構(gòu)件復(fù)雜碰撞點(diǎn)碰撞示例.

圖13 項(xiàng)目-1層復(fù)雜碰撞點(diǎn)示例1

圖14為除塵排煙管、給水管、電氣橋架、噴淋管等構(gòu)件復(fù)雜碰撞點(diǎn)的碰撞示例.

圖14 項(xiàng)目-1層復(fù)雜碰撞點(diǎn)示例2

3.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

根據(jù)平均工藝,發(fā)生碰撞時(shí),電管避讓水管平均增加綜合單價(jià)320元/點(diǎn),水管避讓風(fēng)管平均增加綜合單價(jià)360元/點(diǎn),電管避讓風(fēng)管平均增加綜合單價(jià)380元/點(diǎn),乘以對應(yīng)的碰撞點(diǎn)數(shù),合計(jì)節(jié)約造價(jià)約211萬元,項(xiàng)目總投資約17 800萬元,通過碰撞檢測,施工圖設(shè)計(jì)階段就可節(jié)約因碰撞造成的成本約1.18 %，見表1，BIM設(shè)計(jì)時(shí)長占傳統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)長的比較見表2.

表1 直接經(jīng)濟(jì)效益

表2 BIM設(shè)計(jì)時(shí)長占傳統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)長的比例

表1和表2分析數(shù)據(jù)顯示,碰撞檢測帶來的直接經(jīng)濟(jì)效益顯著.根據(jù)分析比對,BIM詳圖設(shè)計(jì)時(shí)間約為傳統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)間的50 %,BIM整體設(shè)計(jì)時(shí)間約為傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的6 %.

比對結(jié)果繪成如圖15所示.采用BIM碰撞檢查所需時(shí)間約為傳統(tǒng)人工審圖的9 %,大大節(jié)約了時(shí)間和人工成本.

圖15 BIM設(shè)計(jì)時(shí)長與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)長之比

有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明[20-21],利用BIM碰撞檢查技術(shù),其排誤率比傳統(tǒng)CAD高約30 %,減少60 %的返工,縮短項(xiàng)目建設(shè)周期達(dá)9 %,降低超過10 %合同價(jià)款額,節(jié)約預(yù)算外浮動造價(jià)約36 %.

圖16為BIM碰撞檢查與傳統(tǒng)碰撞檢查部分指標(biāo)的對比,通過BIM碰撞檢查及時(shí)修改設(shè)計(jì)模型,可降低設(shè)計(jì)變更及返工率,從而降低因碰撞造成的成本增加.

圖16 BIM碰撞檢查與傳統(tǒng)碰撞檢查的對比

4 結(jié)論

(1)利用BIM碰撞檢查技術(shù)進(jìn)行虛擬施工預(yù)演,可實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目施工進(jìn)度計(jì)劃、質(zhì)量與成本管控深度關(guān)聯(lián).

(2)相比傳統(tǒng)2D碰撞檢查,利用BIM碰撞檢查技術(shù),其排誤率高出30 %,返工減少60 %,合同價(jià)款額降低超過10 %,節(jié)約預(yù)算外浮動造價(jià)約36 %,大大減少因碰撞引起的成本增加.

(3)與傳統(tǒng)2D人工審圖相比,三維模型的可視化碰撞檢查技術(shù)提高了審圖效率,極大地方便了施工現(xiàn)場技術(shù)交底,縮短因碰撞造成的成本增加,成本管控效益明顯.