王春偉，王永明，孫穎娜，孫玉慧，張 勇

(黑龍江大學水利電力學院，黑龍江哈爾濱 150080)

工程造價指的是項目在建設(shè)過程中所花費的成本，貫穿建設(shè)工程項目的整個生命周期。尤其在設(shè)計階段，投入的成本僅為總成本的3%，卻對工程造價的影響達80%左右[1]。由于近年來我國城鎮(zhèn)化蓬勃興起，固定資產(chǎn)投資額也隨之增加，同時，投資超額的現(xiàn)象也時常發(fā)生，使工程項目經(jīng)濟和資源損失嚴重，不得不進行成本管控[2]。在整個項目全壽命周期成本管控中，由于對設(shè)計階段造價控制的認識不足，大多數(shù)企業(yè)將造價控制的重點放在了施工階段，一旦項目進入施工階段并投入生產(chǎn)使用，因圖紙設(shè)計不合理而導致成本增加的問題將無法彌補。因此在項目動工之前，就要及時進行成本管控。價值工程自21世紀40年代被提出以來，不少學者對其進行分析研究應用，有學者將價值工程應用于成本控制中，實現(xiàn)項目功能與成本的辯證統(tǒng)一[3-4]；也有學者將價值工程應用于方案優(yōu)選中，解決了設(shè)計方案受設(shè)計者主觀影響造成的方案不夠經(jīng)濟、不夠安全等問題，通過采用價值工程法，選取符合美觀、經(jīng)濟、安全等多重目標設(shè)計方案[5-7]。但是價值工程的可視化功能較低、具體方法手段操作性不強且信息化應用水平較低，效果卻并不理想。BIM技術(shù)的到來，猶如一股熱潮，不少學者對BIM技術(shù)的研究與應用進行探討并將其應用歸納為三點[8]：首先是信息技術(shù)類，基于BIM平臺軟件的二次開發(fā)；其次是解決方案類，即BIM技術(shù)在項目各個階段的具體應用；最后是BIM技術(shù)在實際案例中的具體技術(shù)的應用和價值研究。BIM技術(shù)雖然取得了不錯的效果，但是對于一些受主觀因素較大的項目使得BIM技術(shù)應用受到限制，而價值工程能表現(xiàn)出較好的量化性，將BIM技術(shù)與價值工程結(jié)合用于建設(shè)工程設(shè)計階段的造價控制中，促使項目工程能發(fā)揮良好的經(jīng)濟效益與社會效益[9]。

1 設(shè)計階段造價控制存在的問題

建筑工程設(shè)計階段是整個項目全生命周期中對工程造價影響最關(guān)鍵的一個階段，設(shè)計階段一般分為初步設(shè)計階段和施工圖設(shè)計階段，由于大多數(shù)設(shè)計人員對成本控制意識不足，大多將關(guān)注點放在了設(shè)計方案功能結(jié)構(gòu)是否滿足要求，以至于產(chǎn)生功能過剩，功能與成本不協(xié)調(diào)等情況，工程項目實際成本常常發(fā)生超支現(xiàn)象[10]，下面主要從初步設(shè)計階段以及施工圖設(shè)計階段兩個方面來分析設(shè)計階段造價控制存在的問題。

(1)初步設(shè)計階段

傳統(tǒng)設(shè)計階段主要通過以CAD軟件為主的二維圖紙計算工程量，效率低下，雖然CAD也可以創(chuàng)建三維模型，但是無法對每個構(gòu)建添加材料信息和價格信息，無法進行設(shè)計方案的優(yōu)化調(diào)整，無法快速出工程量明細，并且如果一旦發(fā)生設(shè)計變更，就需要重新更改二維圖紙，重新計算工程量，使得時間成本增加。

(2)施工圖設(shè)計階段

施工圖設(shè)計是在初步設(shè)計的基礎(chǔ)上進一步深化設(shè)計圖紙，是連接設(shè)計和施工的橋梁，由于傳統(tǒng)建筑信息模型無法模擬真實世界的行為，無法根據(jù)現(xiàn)場實際施工情況進行方案設(shè)計，施工人員在根據(jù)設(shè)計圖紙現(xiàn)場施工時，常出現(xiàn)構(gòu)件間互相發(fā)生碰撞導致設(shè)計圖紙發(fā)生變更，并且傳統(tǒng)建筑信息模型無法關(guān)聯(lián)進度及成本，只有在項目實際施工時才意識到無法滿足進度要求，造成時間成本增加。

2 BIM簡介

從2003年開始，我國工程建設(shè)行業(yè)就引入了BIM技術(shù)，BIM表示一種概念并非一個軟件，由建筑信息模型從2D平面模型到BIM5D(3D立體模型+進度維度+成本維度)五維信息模型甚至到N維信息模型的發(fā)展[11]，BIM的使用實現(xiàn)了真正意義上的建設(shè)工程管理集成化和信息化。BIM是一種能夠存儲大量工程數(shù)據(jù)的三維模型，使各個專業(yè)在BIM平臺上協(xié)同工作。

BIM技術(shù)具有可視化、仿真、優(yōu)化、協(xié)同信息化等特點，BIM被廣泛用于工程量計算、CAD翻模、可視化、碰撞檢查、協(xié)同設(shè)計[12]等方面，體現(xiàn)了BIM技術(shù)巨大的應用價值。

3 價值工程

將價值工程引入建筑設(shè)計階段，對建筑產(chǎn)品進行精細的功能分析，力求設(shè)計出滿足產(chǎn)品需求的高性價比的設(shè)計方案，而且開展價值工程的成本也非常小僅為總造價的0.1%～0.3%[15]，盡管如此，在建筑業(yè)中引入價值工程仍存在一些障礙。主要是由于建筑工程周期長，規(guī)模大，資料收集和分析比較困難，影響建筑的風險因素隨建設(shè)工期時間而增加，為此，將BIM技術(shù)與價值工程相結(jié)合引入到建設(shè)項目價值工程，為造價控制的發(fā)展提供了新的思路[16]。

4 基于BIM與價值工程的實例分析

4.1 設(shè)計階段BIM與價值工程的應用

BIM技術(shù)將實物通過虛擬技術(shù)呈現(xiàn)，與價值工程一樣，其目的都是為了滿足用戶需求。價值工程在投資限額的控制下，通過分析功能與成本之間的關(guān)系，創(chuàng)造出令人滿意的設(shè)計方案。BIM主要為價值工程提供數(shù)據(jù)支撐，在價值工程功能分析方面，BIM技術(shù)與其他軟件結(jié)合可以對模型的環(huán)境、進度、能耗等進行分析、模擬，還可以展示效果圖，使各參與方在虛擬的模型上修改分析，節(jié)約成本同時又提高功能，在成本計算方面，BIM能夠快速匯總工程信息，查詢材料單價，統(tǒng)計工程成本，為價值工程的成本分析提供了幫助。由于一些項目受主觀因素影響，BIM技術(shù)又無法對其量化，而價值工程的專家打分法和加權(quán)平均法能夠用數(shù)據(jù)將這些因素定量的顯示出來，因此價值工程彌補了BIM技術(shù)在量化方面的薄弱，兩者優(yōu)勢互補，各取所長，對工程造價的控制具有積極的影響，如圖1所示。

圖1 基于BIM的價值工程應用流程圖

4.2 項目概況

本案例以某18層住宅樓為例，其中地上17層，地下1層，建筑總面積4857.12m2，結(jié)構(gòu)類型為剪力墻結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為50年，抗震設(shè)防烈度為7度，耐火等級為二級，本文以土建及裝飾工程部分為例，分析和探討基于BIM技術(shù)平臺的設(shè)計階段造價管理。

4.3 初步設(shè)計階段

在項目的初步設(shè)計階段，根據(jù)初步設(shè)計圖紙，在BIM相關(guān)軟件中迅速統(tǒng)計工程量，根據(jù)廣聯(lián)達BIM軟件具有的CAD翻模功能，在繪圖區(qū)域?qū)氲腃AD圖紙作為底圖可迅速識別相關(guān)構(gòu)建，建立三維模型，利用廣聯(lián)達BIM軟件中的匯總計算功能快速統(tǒng)計工程量信息，與廣聯(lián)達計價軟件相結(jié)合，編制的項目工程量清單，在計價軟件中能夠快速查詢?nèi)?、材、機單價，從而編制初步工程概算[17]。利用BIM軟件提供的數(shù)據(jù)庫，運用價值工程對產(chǎn)品功能進行分析，力求以較低的成本取得達標設(shè)計方案。

4.3.1 CAD翻模

BIM軟件可以將導入的CAD圖紙快速識別[18]，并根據(jù)實際工程進行完善，為造價人員節(jié)省大量的時間，通過建立三維模型能直觀的展示所要表達的項目信息，如圖2所示通過BIM模型能夠直觀看到鋼筋的布置情況，通過BIM軟件自帶的匯總計算功能可快速統(tǒng)計工程量信息，得到圖3所示BIM軟件展示的部分鋼筋明細表。

圖2 鋼筋三維模型

圖3 BIM軟件部分鋼筋明細

4.3.2 價值工程

在初步設(shè)計階段，設(shè)計單位會根據(jù)問題的實際情況設(shè)計不同的備選方案，有些方案受主觀因素影響較大或者不容易被量化，這時價值工程就發(fā)揮優(yōu)勢，利用價值工程對研究對象的功能加以量化，通過對價值指數(shù)的分析選出最佳方案。本案例以屋面工程為例進行功能分析，屋面做法有兩種方案，如表1所示。

表1 屋面做法

根據(jù)以上兩種備選方案，將屋面工程作為研究對象，結(jié)合用戶對屋面的功能需求，考慮每種方案花費的成本，通過分析計算得出價值系數(shù)，確定最終方案。價值工程分為以下幾步。

(1)確定各項功能的重要性系數(shù)即權(quán)重，功能得分以滿分10分為基準進行評分，可以通過0-1評分法或者0-4評分法計算功能權(quán)重。本案例采用0-4評分法，通過收集大量的資料及市場調(diào)查分析，得出用戶對屋面的功能需求主要有防水、排水、保溫、隔熱、美觀，其重要性程度防水=排水>保溫=隔熱>美觀。如表2所示得出各功能評分及權(quán)重。

表2 各功能評分表

計算各方案的功能加權(quán)得分，等于各方案的權(quán)重乘以各方案對應的功能評分再求和，即方案m的功能加權(quán)得分計算公式如式(1)所示。

(1)

根據(jù)式(1)計算可得，方案1的功能加權(quán)得分為7*0.3+8*0.3+8*0.175+7*0.175+8*0.05=7.525，方案2的功能加權(quán)得分為9*0.3+8*0.3+9*0.175+8*0.175+9*0.05=8.525，如表3所示為各方案的功能加權(quán)得分及價格。

表3 各方案功能評分及價格

計算各方案的功能指數(shù)FI，設(shè)有x個備選方案，第m個方案的功能指數(shù)計算公式如式(2)所示。

(2)

計算各方案成本指數(shù),方案m的成本指數(shù)計算公式如式(3)所示。

(3)

根據(jù)公式(4)計算各方案的價值指數(shù)VI。

(4)

得到結(jié)果如表4所示，可知V方案1>V方案2，因此方案1為最優(yōu)方案。

表4 價值指數(shù)計算

4.4 施工圖設(shè)計階段

施工圖設(shè)計階段是對初步設(shè)計階段的擴充與完善，BIM模型隨著設(shè)計深度的增加所包含的信息也不斷的完善，主體工程、裝飾工程、安裝過程的各種明細也隨之細化[19]。施工圖設(shè)計階段是設(shè)計階段與施工階段的橋梁，將初步設(shè)計圖紙的內(nèi)容對應到現(xiàn)實場景中，為了使各個專業(yè)能夠合理布置，保證后續(xù)施工順利進行，在此階段要進行各專業(yè)間的碰撞檢查、進度控制、協(xié)同設(shè)計。

4.4.1 碰撞檢查

創(chuàng)建完模型以后緊接著就是進行碰撞檢測，將所有模型整合到一個軟件平臺，針對模型的建筑專業(yè)、結(jié)構(gòu)專業(yè)、安裝專業(yè)進行碰撞檢測。目的是使各專業(yè)之間銜接合理，無沖突情況，減少設(shè)計變更，確保施工順利進行。BIM核心建模軟件Revit自帶碰撞檢測功能，能夠檢測出重疊的構(gòu)件，與Revit軟件屬于同平臺的Navisworks軟件還能夠檢測出構(gòu)件之間空間間距是否滿足要求的軟碰撞。將廣聯(lián)達BIM模型通過IFC格式轉(zhuǎn)換導入Revit軟件中或者通過BIMMAKE插件導入Revit軟件中[20]，根據(jù)外部工具命令導入Navisworks軟件中進行碰撞檢查，并生成檢測報告，并結(jié)合實際情況進行分析修改。如圖4所示為利用BIM軟件檢測出的構(gòu)件之間的硬碰撞。

圖4 碰撞顯示

4.4.2 BIM快速出圖

BIM另一個優(yōu)勢就是可以快速、高效的出二維設(shè)計圖，不僅可以出具立面圖、平面圖，還可以出剖面圖，三維效果圖、構(gòu)建定位圖。BIM模型也可以出砌體排布圖，提前統(tǒng)計砌體用量及規(guī)格。還能夠通過BIM軟件進行可視化交底，將輕量化模型上傳云端，生成二維碼或鏈接[21]，施工人員可以通過手機移動端瀏覽模型，隨時隨地指導施工。

4.4.3 模擬施工進度控制

BIM軟件還可以進行施工的進度控制，通過將進度文件導入Navisworks軟件中，實現(xiàn)對整個施工過程進行模擬，在設(shè)計階段就對施工進行可視化模擬，提前預測施工中可能出現(xiàn)的各種問題，做到事前控制。

5 結(jié)論

工程造價的控制不局限于施工階段，還必須著重關(guān)注前期設(shè)計階段，合理的設(shè)計方案能在保證質(zhì)量的前提下以最小的成本滿足目標需求，將價值工程引入BIM技術(shù)使建筑項目在設(shè)計階段的造價成本得到有效控制。在設(shè)計階段通過BIM建立三維模型，可實現(xiàn)一模多用，減少重復建模，為設(shè)計人員節(jié)省大量時間和成本，還能夠生成項目整體效果的視頻，并為后續(xù)施工階段提供模型可視化交底。BIM建立的三維模型及儲存的大量數(shù)據(jù)為價值工程的應用提供了條件，兩者的結(jié)合不僅可以用于建筑業(yè)，也可以用于其他行業(yè)。

雖然BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域取得了一系列成就，但是還存在一些問題尚未解決，其中軟件互導會導致部分數(shù)據(jù)丟失，在CAD翻模時仍需對部分構(gòu)件手動修改，原因是設(shè)計二維圖紙不嚴謹，應該制定一系列設(shè)計標準，還有原因是因為BIM軟件不夠成熟，仍需改善。因此設(shè)計單位應該盡快完善BIM團隊，制定標準措施及審核制度，將BIM與價值工程相結(jié)合用于設(shè)計階段，更好地進行設(shè)計階段的成本控制。