□ 胡小玲 賴婧婷 農(nóng)日東

隨著社會的發(fā)展和科技的進(jìn)步，我國建筑工業(yè)化與信息化也得到快速推進(jìn)，建筑業(yè)迎來新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。然而傳統(tǒng)建筑生產(chǎn)方式過于粗放，導(dǎo)致社會資源浪費(fèi)嚴(yán)重，環(huán)境污染嚴(yán)重，成為發(fā)展綠色建筑的絆腳石，在一定程度上阻礙了國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。裝配式建筑憑借著損耗低、工期短等諸多優(yōu)點(diǎn)得到眾多學(xué)者和工程師的青睞，國家積極推廣裝配式建筑、大力發(fā)展裝配式混凝土，通過工廠生產(chǎn)好裝配式構(gòu)件后再運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進(jìn)行組裝，可以有效縮短工期、降低成本，減少資源浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)社會資源優(yōu)化配置[1]。但是目前我國裝配式建筑施工成本居高不下，嚴(yán)重限制施工企業(yè)發(fā)展應(yīng)用，如何以最低的施工成本提供最優(yōu)質(zhì)的建筑，成為裝配式建筑可持續(xù)發(fā)展的根本動力。作為建筑信息化產(chǎn)業(yè)革命的推動者，BIM技術(shù)具有可視化、協(xié)同化、模擬化、標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化等特點(diǎn)，并為降低裝配式建筑施工成本提供有效的信息化手段，促進(jìn)裝配式建筑施工成本管理控制水平的提升，有利于推動我國綠色建筑的發(fā)展。本文旨在研究預(yù)制建筑物的建筑成本管理，并使用BIM技術(shù)對施工成本進(jìn)行建模，包括預(yù)制建筑物的基本理論、成本管理理論、BIM的基本理論[2]，以及預(yù)制建筑物的成本分析、控制，這將為施工企業(yè)施工成本精細(xì)化管理提供借鑒[3]，也拓寬了BIM應(yīng)用領(lǐng)域，使其具有更廣闊的發(fā)展空間和推廣前景。

1 裝配式建筑施工項目成本管理存在的問題

裝配式建筑產(chǎn)業(yè)鏈的設(shè)計生產(chǎn)階段屬于成本控制的前期階段，也是非常重要的階段。裝配式建筑設(shè)計階段存在的問題是：一是與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆建筑設(shè)計相比，裝配式建筑的深化設(shè)計費(fèi)用在原基礎(chǔ)上提升30%～40%[4]。二是國內(nèi)針對預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計與生產(chǎn)還沒有完整的或者統(tǒng)一的參照標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)件類型存在單一性[4]。三是針對預(yù)制的建筑構(gòu)件，梁、板等水平構(gòu)件較多，對于柱、樓梯等垂直部件的生產(chǎn)量不大。四是裝配式建筑模具利用率低，在設(shè)計中較難及時發(fā)現(xiàn)問題，如在裝配中發(fā)現(xiàn)安裝不合適導(dǎo)致增加成本等。五是裝配式建筑需要長途運(yùn)輸，這也是一項不可消除的費(fèi)用[5]。如果現(xiàn)場生產(chǎn)，會增加維護(hù)成本，且效率低。據(jù)了解，在裝配式構(gòu)件生產(chǎn)方面，我國具備相應(yīng)資質(zhì)進(jìn)行設(shè)計與生產(chǎn)的單位較少，部分企業(yè)沒有與專業(yè)相結(jié)合，專業(yè)間對接較差。

裝配式建筑施工階段存在的問題有：一是因保留傳統(tǒng)的現(xiàn)澆建筑模式，在現(xiàn)場布置和施工順序上考慮不周全，導(dǎo)致建筑成本大幅增加。二是裝配式建筑需要大量的吊裝工具，垂直運(yùn)費(fèi)高。三是裝配式構(gòu)件采購進(jìn)度與施工進(jìn)度相結(jié)合，需要管理者有一定的把控經(jīng)驗。四是裝配式建筑安裝技術(shù)有一定的難度，若工人操作不當(dāng)，則會增加不必要的開銷。

因此，裝配式建筑施工成本管控要解決預(yù)制構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化問題、現(xiàn)場布置的最優(yōu)化問題、進(jìn)度管理的高效化問題、成本管理的精細(xì)化以及數(shù)據(jù)信息的集成化問題。

2 BIM技術(shù)在裝配式建筑施工成本管理中的作用

2.1 有助于專業(yè)間的協(xié)同設(shè)計

在項目的預(yù)設(shè)計階段，來自各個專業(yè)工種的設(shè)計人員設(shè)計同一項目，如水、暖氣、電，并且使用建筑圖紙在不同區(qū)域進(jìn)行設(shè)計。但因水、暖氣和電3個專業(yè)相互獨(dú)立，其專業(yè)之間的信息和數(shù)據(jù)無法進(jìn)行交互，從而在后續(xù)安裝過程中出現(xiàn)各種崩潰沖突[6]。使用BIM平臺執(zhí)行協(xié)作設(shè)計可采用工作集方法，以實(shí)現(xiàn)不同專業(yè)、不同樓層和不同區(qū)域的協(xié)同設(shè)計，有助于提高設(shè)計效率并降低對計算機(jī)性能配置的要求。

2.2 有助于展現(xiàn)施工模擬

BIM是一種最新的信息技術(shù)，可以利用BIM獲取基于三維模型的施工模擬軟件，結(jié)合施工組織進(jìn)度表，并添加時間表以實(shí)現(xiàn)模型隨時間變化的動態(tài)增長，模型構(gòu)建涉及對項目進(jìn)度的實(shí)時和動態(tài)控制。與傳統(tǒng)的成本核算相比，BIM實(shí)時更新信息數(shù)據(jù)庫可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有圖紙和建筑材料的實(shí)時連接，這在快速發(fā)展的建筑時代中尤其重要?；谟嬎銠C(jī)信息數(shù)據(jù)庫的數(shù)理統(tǒng)計不僅可以執(zhí)行許多傳統(tǒng)計算，而且可以及時準(zhǔn)確地調(diào)查、檢查和分析項目所需的數(shù)據(jù)，最重要的是大大降低了錯誤計算的概率，節(jié)省大量的時間和人工成本。

2.3 有助于各構(gòu)件的碰撞檢查

在中國的建筑行業(yè)中，每年由于錯誤的圖紙而進(jìn)行設(shè)計變更或返工的情況很多，造成進(jìn)度損失和成本損失，由此啟用BIM的“碰撞檢查”[7]。操作原理是通過BIM模型檢查工具查找項目中元素之間的沖突。該元素可以是模型中的一組選定實(shí)體，也可以是所有實(shí)體。BIM模型可優(yōu)化施工階段的零部件和管線、建筑物和結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)和管線的設(shè)計，通過碰撞檢查、施工模擬等方式 ，合理規(guī)劃了施工期間的機(jī)械位置和材料放置，并在施工前盡快完成設(shè)計。通過BIM模型找到一個合理的方法來解決問題和矛盾，或者討論最佳的建筑解決方案，以減少傳統(tǒng)2D模型中錯誤、遺漏、崩潰和缺陷的發(fā)生[8]，提高施工效率和質(zhì)量，減少施工時間并節(jié)省成本。

2.4 有助于構(gòu)建3D場布

3D場布是一種在項目中支持3D視覺布局的應(yīng)用程序。借助BIM本身的分支應(yīng)用程序，其擁有豐富的組件庫，包括建筑物、綠色文明建筑、建筑機(jī)械、交通運(yùn)輸?shù)?，還具有快速構(gòu)建施工現(xiàn)場模擬3D模型以及創(chuàng)建平面布局的能力，可以有效避免視覺錯誤造成的損失?？稍诩夹g(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面及時進(jìn)行合理性分析，將VR技術(shù)與安全培訓(xùn)軟件相連接，為工人提供工程項目的VR安全培訓(xùn)。

3 BIM技術(shù)在裝配式建筑中的成本控制應(yīng)用

項目以廣西建通公司某裝配式項目（18層住宅樓）作為研究對象，總面積8569.44㎡，其裝配率高達(dá)72.34%，根據(jù)評價等級劃分，為A級裝配式建筑。該建筑部件包含疊合板、疊合梁、預(yù)制柱、鋼管束、預(yù)制剪力墻、預(yù)制樓梯、預(yù)制陽臺等構(gòu)件[9]。項目通過建立應(yīng)用技術(shù)路徑、軟件布局、安全管理、技術(shù)分析、模型計算、材料管理、進(jìn)度管理諸如沖突檢查此類的應(yīng)用方法，并針對實(shí)際應(yīng)用過程的問題，充分利用BIM技術(shù)的優(yōu)勢，解決裝配式施工存在的問題。

3.1 基于BIM技術(shù)裝配式建筑施工成本技術(shù)路線

通過BIM技術(shù)在準(zhǔn)備工作、基礎(chǔ)建模、成本管控、評價方面提出相應(yīng)的工作基礎(chǔ)要求，在準(zhǔn)備工作階段需要構(gòu)建裝配式族庫，如預(yù)制柱、預(yù)制剪力墻、預(yù)制樓梯、陽臺等[10]；在基礎(chǔ)建模階段要協(xié)同建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、暖通、電氣等各個方面，協(xié)同完成基礎(chǔ)模型構(gòu)建；在成本管控階段，要做好場地布置、安全管理、技術(shù)交底等工作，通過Revit明細(xì)表、Navisworks構(gòu)件及材料統(tǒng)計完成模型算量、物料監(jiān)控、進(jìn)度管理、碰撞檢測等輔助工作，具體工作如圖1所示。

圖1 技術(shù)路線

3.2 基于BIM技術(shù)裝配式建筑施工模型的構(gòu)建

3.2.1 構(gòu)建 Revit建筑信息模型

依據(jù)前期的設(shè)計構(gòu)建建筑模型，創(chuàng)建標(biāo)高、軸網(wǎng)、墻柱梁、門窗等，完成建筑信息模型構(gòu)件。利用Revit的三維可視化、模擬性、參數(shù)化、優(yōu)化性等特征，完成建筑設(shè)計、深化圖紙、工程量統(tǒng)計等基礎(chǔ)應(yīng)用。通過Revit軟件，將各個專業(yè)單獨(dú)構(gòu)建的建筑、結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)模型集于一體，并通過工作集的方式協(xié)同作業(yè)，實(shí)現(xiàn)建筑信息模型全專業(yè)搭建。

3.2.2 創(chuàng)建族與族庫

族是Revit軟件獨(dú)有的功能，是建筑信息模型的基本單元，通過創(chuàng)建墻族、窗族、門族等，創(chuàng)建族庫，能提高制圖的效率。在設(shè)計階段，通過族的參數(shù)化驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件信息的修改和更新，做到“一處修改，處處修改”。在項目構(gòu)建中，盡管一個族中不同圖元的部分或者全部參數(shù)值可能不盡相同，但參數(shù)的設(shè)置是相同的，在后期修改中，可根據(jù)項目需求進(jìn)行調(diào)整。通過創(chuàng)建族及族庫可靈活運(yùn)用構(gòu)件，也可同步創(chuàng)建信息庫，如窗臺材質(zhì)、框架材質(zhì)、貼面材質(zhì)以及窗戶的寬度和高度等構(gòu)件信息一目了然，不僅可以提高建模的速度和精度，也能大大提升建筑的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

3.2.3 創(chuàng)建Navisworks 建筑施工模型

Navisworks和Revit是同源軟件，Revit軟件主要定位在于核心建模軟件，重在設(shè)計與建模；Navisworks軟件主要定位在于模型的集成與施工管理，重在管理與模擬。通過Revit軟件“附加模塊”選項卡中的外部工具，找到“Navisworks 2016”[11]，隨后打開其導(dǎo)出的文件，即可在Navisworks進(jìn)行操作；通過“附加”或“合并”命令，可以實(shí)現(xiàn)建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、暖通、電氣等相關(guān)模型的集成，并實(shí)現(xiàn)輕量化；通過“Clash Detective”命令，可以實(shí)現(xiàn)各專業(yè)的沖突碰撞檢查；通過“TimeLiner”命令，可以實(shí)現(xiàn)項目進(jìn)度管理，以動畫的形式展示建筑從開始到竣工的完成情況；通過“Quantification”命令可以實(shí)現(xiàn)模型算量的工作，為工程預(yù)算提供技術(shù)支持，最終完成由Revit單個建模軟件到Navisworks集成模型的整體創(chuàng)建，實(shí)現(xiàn)項目進(jìn)度與成本相融合的管理。

3.3 基于Revit軟件的裝配式建筑施工成本管控應(yīng)用

3.3.1 場地布置

施工現(xiàn)場平面布置至關(guān)重要，涉及總圖區(qū)域的劃分，對辦公區(qū)、生活區(qū)、施工區(qū)能否獨(dú)立開展工作具有重要意義。利用Revit創(chuàng)建場地管理，依據(jù)前期的勘測，通過數(shù)據(jù)的整合，建立場地模型，將生活、學(xué)習(xí)等各區(qū)域劃分[12]。對場地的材料區(qū)、塔吊區(qū)域等進(jìn)行規(guī)劃，對施工道路等進(jìn)行合理布置。通過運(yùn)用Revit的三維可視化技術(shù)為三維場布提供有效的技術(shù)支持，讓施工布置呈現(xiàn)三維視覺直觀、清晰，有助于發(fā)現(xiàn)不合理之處，以便盡早整改。

3.3.2 安全管理

安全管理是施工生產(chǎn)的第一重要環(huán)節(jié)，是保障人員安全生產(chǎn)、維護(hù)社會穩(wěn)定的重要內(nèi)容。Revit建模過程中，利用插入貼附在建筑模型表面的圖片以及可實(shí)現(xiàn)安全標(biāo)識的標(biāo)記，對于“五洞口，四臨邊”的防護(hù)可以添加各種各樣的護(hù)欄，對于一些大型施工機(jī)械可以添加必要的維護(hù)信息，方便管理人員及時查詢和維修，避免因機(jī)械維護(hù)問題發(fā)生機(jī)械傷人事故。除此以外，對于一些危險物品的管理，實(shí)施指定拿取管理制度，并通過明細(xì)表功能進(jìn)行統(tǒng)計，做到實(shí)時更新數(shù)據(jù)。

3.3.3 技術(shù)交底

傳統(tǒng)的技術(shù)交底主要依托二維的施工圖紙開展，但圖紙比較抽象而不夠直觀，通過BIM技術(shù)的應(yīng)用不僅可以實(shí)現(xiàn)三維技術(shù)交底，還可以動畫模擬整個施工過程，達(dá)到清晰直觀、便于理解的效果，從而更好地指導(dǎo)施工，如圖2展示預(yù)制墻體的吊裝工藝。

圖2 預(yù)制墻體吊裝

3.4 基于Navisworks軟件裝配式建筑施工成本管控應(yīng)用

3.4.1 算量管理

項目在算量方面，可以通過Naviswoks建筑施工模型實(shí)施算量管理[13]，主要利用Quantification工作簿完成。在系統(tǒng)中創(chuàng)建“項目目錄”“資源目錄”，根據(jù)目錄對模型構(gòu)件制定WBS規(guī)則及自行添加構(gòu)件編碼。項目目錄編制可以按照不同級別分類，材料可以根據(jù)不同厚度、長度等劃分。另外，資源目錄針對該項目建造過程中所需要的材料進(jìn)行劃分，如混凝土、鋼筋、磚、水泥砂漿、玻璃等，建立建筑信息模型資源數(shù)據(jù)庫。當(dāng)完成項目目錄和資源目錄之后，還需要進(jìn)行計算規(guī)則的映射、特性映射，把構(gòu)件中的參數(shù)與Naviswoks本身的名稱進(jìn)行對應(yīng)，此映射屬于全局映射，也可以在項目目錄中找到項目映射規(guī)則進(jìn)行單獨(dú)設(shè)定。隨后通過選擇模型中的具體構(gòu)件，將其拖拽到相應(yīng)的清單條目，使得構(gòu)件與項目目錄相關(guān)聯(lián)，即可統(tǒng)計出工程量，并可將最終結(jié)果導(dǎo)出至Excel表格中。

3.4.2 物料管理

二維碼技術(shù)在物料管理中的使用已較為普遍，管理者通過手機(jī)掃二維碼即可查詢所需信息。裝配式構(gòu)件在生產(chǎn)廠家生產(chǎn)完畢之后運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，能夠讓施工人員準(zhǔn)確定位到每個構(gòu)件具體位置，二維碼技術(shù)與BIM技術(shù)的應(yīng)用可謂功不可沒?？赏ㄟ^BIM模型準(zhǔn)確定位到每個裝配式構(gòu)件，并注明該構(gòu)件所需信息，如項目名稱、構(gòu)件名稱、物料編碼、S/N號、砼強(qiáng)度、砼體積、生產(chǎn)日期、質(zhì)檢員等信息，利用二維碼生成器生成該構(gòu)件的二維碼，將信息與二維碼作為一個文檔以鏈接的方式關(guān)聯(lián)到模型構(gòu)件，便于BIM管理人員調(diào)取資料；還可將二維碼打印出來貼附在構(gòu)件上，施工人員通過手機(jī)掃碼即可查詢該構(gòu)件的定位。

3.4.3 進(jìn)度管理

進(jìn)度管理是施工管理的重要組織內(nèi)容，滯后的進(jìn)度會嚴(yán)重影響工期，增加成本投入，不利于成本管控。利用Navisworks的TimeLiner實(shí)現(xiàn)項目進(jìn)度模擬和管理[14]，通過編制橫道圖計劃或者導(dǎo)入Project文件，將模型構(gòu)件與任務(wù)選擇集關(guān)聯(lián)，并對提前、正常、滯后3種進(jìn)度情況標(biāo)記不同的顏色，通過動畫形式即可清晰展現(xiàn)項目的進(jìn)度情況，便于決策人員調(diào)整施工方案。

3.4.4 碰撞檢查

碰撞檢查主要針對管綜與結(jié)構(gòu)、管綜與管綜之間的碰撞沖突問題，傳統(tǒng)的二維圖紙由于各專業(yè)設(shè)計師彼此獨(dú)立設(shè)計，并沒有形成協(xié)同作業(yè)模式，其各專業(yè)整合一起時可能會出現(xiàn)碰撞沖突問題，給施工造成很大困擾，易導(dǎo)致材料浪費(fèi)，從而影響工期，最終增加施工成本。利用Revit碰撞檢查和Navisworks的“Clash Detective”功能，可以實(shí)現(xiàn)各專業(yè)之間的碰撞檢查，并出具碰撞檢查報告，以便設(shè)計院進(jìn)一步復(fù)核和調(diào)整，如圖3所示。

圖3 碰撞檢查

4 基于BIM技術(shù)裝配式建筑施工成本管控保障措施

在BIM技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用過程中總會存在各種各樣的問題，如人員分工不明確、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)信息丟失、軟件異常情況等，這些都影響了實(shí)施效果，給實(shí)際工作造成很大阻礙。為此，必須根據(jù)實(shí)際情況制定相應(yīng)對策和保障措施，以便讓BIM技術(shù)更好地指導(dǎo)施工，從而降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

4.1 完善制度，明確分工

項目應(yīng)用BIM技術(shù)過程中應(yīng)實(shí)行項目經(jīng)理制，以BIM經(jīng)理統(tǒng)籌BIM技術(shù)實(shí)施，實(shí)際建造責(zé)任由項目經(jīng)理落實(shí)，虛擬建造責(zé)任由BIM經(jīng)理落實(shí)，并受到項目經(jīng)理的管理和協(xié)調(diào)。BIM建模、BIM應(yīng)用應(yīng)由專員負(fù)責(zé)，同時配有專門協(xié)調(diào)員，處理現(xiàn)場與模型的溝通協(xié)調(diào)問題。與此同時，項目內(nèi)部的一些制度，如考勤制度、文明施工制度、安全生產(chǎn)制度、保衛(wèi)制度等，應(yīng)與BIM技術(shù)充分融合并進(jìn)一步完善和修訂，確保BIM技術(shù)應(yīng)用能夠獲得最大效益。

4.2 制定標(biāo)準(zhǔn)，協(xié)作統(tǒng)一

應(yīng)針對BIM建模和應(yīng)用制定統(tǒng)一，有效的項目標(biāo)準(zhǔn)是制定企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的重要依據(jù)。參照的項目標(biāo)準(zhǔn)ISO、IFC等國際標(biāo)準(zhǔn)，適應(yīng)國內(nèi)應(yīng)用思維和習(xí)慣，結(jié)合項目本身應(yīng)用條件制定應(yīng)用流程和策略，以便更好的實(shí)施及推廣BIM技術(shù)，擴(kuò)大BIM技術(shù)的應(yīng)用范圍。

4.3 共享數(shù)據(jù)，安全保密

由于施工過程中參與方較多，且不同的人員分工不一，既需要一定的數(shù)據(jù)共享，也要建立好安全保密機(jī)制。盡量實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)的協(xié)同作業(yè)，或采用加密的移動存儲設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，并做好備份工作，以便保證數(shù)據(jù)完整且保密不丟失。

4.4 人才培養(yǎng)，提升創(chuàng)新

BIM技術(shù)在國內(nèi)發(fā)展還不成熟，有很多應(yīng)用領(lǐng)域有待挖掘與探索。一是需加強(qiáng)人才的培養(yǎng)，通過定期開展技能培訓(xùn)，鼓勵員工大膽創(chuàng)新。二是進(jìn)一步加強(qiáng)信息化技術(shù)在施工領(lǐng)域中的應(yīng)用，降低成本，提高效率，提升企業(yè)在行業(yè)的競爭力。

4.5 經(jīng)費(fèi)投入，持續(xù)穩(wěn)定

加強(qiáng)項目績效管理，適當(dāng)對BIM技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行經(jīng)費(fèi)的支持，一方面對設(shè)備性能的升級，另一方面對員工的業(yè)績的肯定和鼓勵，保障團(tuán)隊作業(yè)持續(xù)穩(wěn)定。

5 結(jié)語

居高不下的成本問題一直是困擾建筑裝配式技術(shù)發(fā)展的重要因素，而能否解決成本問題直接決定了裝配式建筑工程的規(guī)模、質(zhì)量、周期以及普及程度，是這項技術(shù)成功的關(guān)鍵所在。隨著中國科技的發(fā)展和管理水平的提高，BIM技術(shù)應(yīng)用在建筑裝配式領(lǐng)域已然成為一種趨勢。通過運(yùn)用BIM技術(shù)在施工階段所建立的成本控制體系、BIM施工模型及項目管理技術(shù)，驗證BIM技術(shù)在工程項目成本控制中的可行性，為降低裝配式建筑建造成本提供了一種實(shí)用方法。