BIM技术在施工阶段成本控制中的应用分析

黄凤玲 张东林 胡绍兰 季凡杰 罗甜湉 莫盛杰

(1.河北建筑工程学院，河北 张家口 075000；2.秦皇岛广建工程项目管理有限公司，河北 秦皇岛 066000)

0 引 言

在国家新政策的影响下，建筑行业快速发展的同时，也面临着诸多不可控因素.如，恶劣的天气对建筑工程进度、质量和安全的影响，多个参与方信息分享不及时对大型建筑造成的变更，大型设备租赁情况的不确定性，以及计算方法落后和可视化程度差造成的施工组织设计紊乱等问题.这些问题显著增加了施工阶段成本,因此需要对建筑施工项目成本加强控制.在此背景下，不少学者对该问题进行了研究.上海宝冶集团有限公司白小虎等利用BIM技术，减少设计变更和返工、强化建筑造价管理、促进工程设计与工程成本的结合，多途径、多维度地保障建安费的可控性和经济性[1]；吴巍霖等将BIM技术应用在城市轨道交通工程，对项目成本精细化控制[2];王健涛等将BIM技术运用在哈尔滨万达茂室内滑雪场工程中进行施工模拟、管综控制等功能提高了施工效率，控制了施工成本[3];王雁将BIM技术应用在地震灾后民用建筑的重建，在保证速度、安全的情况下，将施工成本控制在实际值的95%左右[4]，这些案例表明，BIM技术在建筑工程施工阶段成本控制过程中存在巨大价值.

1 施工阶段成本控制问题分析

建筑工程成本是指为完成一定的建筑工程和设备安装工程所消耗的生产资料价值和支付给劳动者的劳动报酬，其以货币形式表示.建筑工程成本有多种分类方式，以直接成本和间接成本作为分类方式因其较贴合建筑工程施工过程，可以直观快速进行统计等优势越来越受到业内的认可，具体分类情况如图1所示.

图1 项目成本构成

1.1 预算结果不准确，材料浪费严重

工程项目中，施工阶段是投入各种生产材料最为频繁的时期，该阶段的成本投入量占整个建筑工程项目的70%以上[5].在施工阶段，由于工程变更以及施工偏差等现象的发生，造成项目的生产资料预算数据不准确，后续的各个施工工程的需求量分配不合理，导致建筑施工材料购买过多，或者材料资源分配不均，造成材料浪费，或者工程材料分配过少，产生窝工现象，最后导致施工成本的增加.

1.2 可视化程度低,信息无法及时共享

在建筑施工过程中，基于CAD二维图纸进行的施工，在施工未完成之前，无法预测施工后的整体效果.而且由于建筑工程可视性的缺乏，大型设备的位置以及使用情况无法预测，管理人员无法指导人工、材料和机械的合理配置，容易导致施工管理紊乱.此外，一个项目有多个参与方，每个参与方对项目的了解程度、所掌握的资料和要求不同，没有一个合适的方式促使多方更好的交流商谈，最终会导致施工企业成本数据不准确，成本控制难度大，严重影响项目资金的使用[6].

1.3 技术落后，返工严重

建筑工程是复杂性较高的工程，由建筑、结构和机电三个部分组成，施工任务较重.在建筑与装饰工程施工中，由于技术落后，无法提前协调好各种施工组织设计，到后期的施工阶段，会出现各种各样的施工错误，导致施工秩序紊乱，甚至出现返工现象，拖延施工进度.在机电的建设过程中，由于机电的管线分布复杂，管线之间经常会发生碰撞，若碰撞出现，机电部分需进行返工.此外，在保证机电与建筑、结构的承重部分不发生碰撞的同时，需最大限度的减少预留洞口个数，减少出现返工现象.因为，在施工过程中，频繁的返工情况导致施工工期变长，施工进度缓慢，进而导致建筑工程项目直接成本和间接成本的增加.

2 BIM技术施工阶段成本控制的优势

2.1 实现资源的合理配置，计划施工成本

建筑工程项目资源由多个方面组成，所以对复杂建筑工程的施工项目资源进行合理配置是建筑工程施工过程中的一大难点.施工前，利用BIM进行建模，得出建筑工程工程量，然后按照施工计划和施工进度对施工阶段所用到的材料和设备进行合理采购与租赁，对所需工作人员进行合理安排，避免窝工现象的发生，进一步优化施工资源的分配情况.此外，在施工过程中，BIM能够通过实时计算某个时间段工程的施工成本，如有偏差，可以合理的对施工材料的使用计划进行调整，而不是按照项目经理的施工经验对资源分配进行调整.

2.2 施工可视化应用，控制施工成本

BIM技术构建的模型能够将项目中所涉及的各类信息以三维的形式呈现出来，使二维CAD图纸立体化.并对建筑工程项目进行施工模拟，将建筑工程项目施工阶段所需材料、设备、占地面积、使用情况及其各类数据之间的关系清楚的展示出来,提前发现设计图纸的缺陷和施工难点，以避免不同专业的图纸设计存在冲突矛盾的地方，减少后期的施工变更，从而有利于对成本的控制.基于BIM的可视化，可以对建筑工程的复杂部分进行节点的截取，施工操作人员可以直观的观察所截取节点的具体细节，避免发生施工错误等情况，进而减少施工变更，进一步控制建筑工程施工项目成本[7].

2.3 进度管理与优化，降低施工成本

BIM技术能够提供许多无法通过人工而获得的各类几何数据和物流资料，在这些信息的帮助下，BIM技术能够对建设项目进行有效地优化.例如，利用Navisworks软件，对机电与机电、机电与结构、机电与建筑之间进行碰撞检测，建模人员对BIM模型进行深度优化，优化后在相应位置进行开洞处理，进一步保证建筑工程项目的准确性[8].此外，通过对建筑工程项目进行施工模拟，可以清楚的了解各个施工阶段的进度情况，面对施工进度不合理的情况，及时进行修改，以保证建筑工程项目的有序进行，降低施工成本.

综上所述，通过在施工前对整个工程施工过程的模拟以及在施工过程中的实时调整，BIM技术能够通过其可视化、施工模拟以及计算的精确性等特点从多个层面优化建筑工程施工方案，达到控制施工成本的目的.

3 案例分析

3.1 工程概况

某工程建筑面积4745.6 m2，建筑高度19.6 m，建筑层数为地下1层、地上4层，框剪结构.

3.2 BIM技术应用

(1)针对上述提到的预算结果不准确，材料浪费严重、可视化程度低，信息无法及时共享等问题，本工程利用BIM技术对建筑工程项目进行建模，对本工程进行可视化展示.

首先利用CAD二维图纸，在revit软件里输入项目相关信息，定义建筑工程各构件的大小、高度以及材质信息.逐层对建筑工程进行建模，并进行工程量的提取，如表1所示，由于BIM技术的协同性，工程量数据能够随着工程的改变而改变，可以有效的解决工程量预算不准确的问题，减少材料浪费.此外，面对项目工程量计算复杂部分，还可以对其进行节点剖析与可视化，如楼梯节点的可视化，如图2所示,可以清晰地展示出该部分的具体构造，使建筑工人直观、简单、快速的进行施工，加快施工进度，缩短工期，节约成本.

图2 楼梯节点对比图

表1 项目各主体工程量的逐层提取

(2)项目设备管线较多，通风、给排水、消防喷淋、桥架等管线错综复杂，墙体留洞较多.为避免在本工程施工过程中发生返工等现象，本工程利用BIM三维技术进行逐层的管线碰撞检查，经过检查，发现碰撞532个，预留洞口124个，并将所有碰撞情况汇总成检查报告，根据检查报告对原有的管线设计进行优化.本文选取了部分碰撞点的截图，具体情况如表2所示.

表2 部分节点碰撞图

3.3 结果分析

本案例的机电部分运用BIM技术对管线进行碰撞检测，得出管线与管线、管线与结构、管线与建筑之间的碰撞点，并进行优化，在很大程度上节约了管道、桥架以及暖通等材料.此外，对建筑和结构的预留洞口，减少变更，因此保证了建筑工程项目的安全性，有效控制了建筑工程项目成本.

4 结论与展望

建筑行业正处在蓬勃发展且又迫切需要创新改革时期，BIM在建筑工程项目中的应用，在控制建筑工程项目工期的同时，有效地控制了建筑工程项目施工阶段的成本.本文主要针对其可视化、协同性、协调性与精确计算做了简单研究.本文在分析施工阶段现存问题的基础上，将BIM技术引入施工成本控制，结果表明BIM技术能够有效解决现有技术中存在的材料浪费严重、信息共享化程度低、返工严重等问题，进一步提高建筑工程的施工效率，降低施工成本，有效推动BIM技术在建筑工程中的应用.