基于BIM的结构施工工程管理研究

(华南理工大学 广东 广州 510640)

引言

近年来，建筑信息模型(BIM)在建筑工程中使用的深度与广度不断拓展，为工程建设节省了大量人力与物力。与此同时，人们对BIM的建模精度的要求越来越高，以满足日益提高的工程质量与速度的要求。

随着中国城市化和现代化的发展，土木工程在房屋建筑、道路工程和桥梁工程蓬勃发展。如何将设计、施工和成本计算高效结合，是土木工程继续发展的难题之一。为解决这一难题，BIM应运而生，它可以帮助建筑信息的集成，从建筑的设计、施工、运行直到建筑全寿命周期成本，都汇集在同一个三维模型信息库中，有效提高工程各阶段的完成效率。

成本估算是一种预测过程，该过程需要对前期投资、各项项目及活动所需的资源及成本进行量化。此过程完成得越准确，项目的可实施性就越强。不同文献针对结构成本估算建立了不同的模型。建筑信息模型(BIM)是一款可以模拟工程建设和运营的计算机软件模型(AGC，2006)。BIM所具备的优势能帮助项目参与者进行工程全生命周期的管理(ASHARE，2010)[1]。并且BIM的应用已经扩展到4D和5D层面，在4D方面的使用即为将时间表与3D模型相结合；在5D方面的使用即为在4D的基础上量化材料信息并且进行成本估算(McCuen，2008)[2]。

本文提出了将BIM与成本估算有效结合的方法，建立CEM模型，并且实现分组、可视化与数据导出功能，同时建立了一种能考虑特定日期的现金流与项目成本计算方法。

一、在成本估算中使用BIM

成本估算过程中，通常需要工程师对图纸进行手算，这样的计算方式效率和准确率都比较低，一为人为计算失误的可能性较高，二为原始图纸也可能存在不准确之处。针对图纸的成本手算时间取决于图纸的复杂程度，其中工程师50～80%的时间花费在了量化构件信息这一过程中(Autodesk AutoCAD)。和参考图纸相比，本文提出的子程序可以直接读取BIM模型，量化材料用量，进行成本估算，可视化同时可以导出到Excel表格中，并且成本能随时与模型修改进行同步修改。避免了人为的计算失误，同时极大地节省时间和计算成本[3]。

当然，BIM也有一定的局限性，包括：BIM模型丰富程度不足，无法涵盖真实市场情况和更多施工细节，缺乏从不同工程参与方角度的进行成本估算等Shen et al.同时BIM生成的材料用量因为缺乏相关施工方法和设备的知道，这些材料量无法直接用于生产活动(Shen&Issa，2010)[4]，为解决此问题，他们提出BIM-辅助细节估算(BADE)方法，该方法能帮助专业人员借助BIM模型的3D可视化和参数化功能，将其专业知识与BIM模型相结合。

二、详细成本估算的CEM法

本文提出的方法是一种适用于几乎所有工程的方法论，它集成了：自动提取BIM的数量特征；结构施工方法的建模工具和库；可视化功能，以便提供准确的详细成本估算。包括以下四个步骤：1)开发3D CEM模型；2)可视化施工步骤和创建组；3)信息导出；4)进行成本估算。

(一)3D CEM模型

3D结构模型不可由其他软件进行开发的，因CEM软件是为了辅助REVIT软件而开发的或可说CEM是为了开发REVIT的3D模型设计，其不只能够为您计算，还可以告诉您每种材料的本质，如材料种类、型号、长短、切面面积、容积(水泥，铁).

REVIT能表示结构的三维模型，本文开发的CEM能储存3D模型中所包含的模型信息，包括材料种类、型号、长短、切面面积、容积(水泥，钢)等。

(二)可视化施工步骤和创建组

本文通过集成多项内容来实现施工的可视化，包括：3D-CEM模型、施工方法建模工具和相应的库等。

本文提出的方法考虑了混凝土结构和钢结构施工方法上和步骤上的不同，对结构部件进行分组，从而进行施工分阶段的成本估算。对于混凝土结构，考虑的方法为：固定模版现场浇筑、分部施工、预制组装。对于钢结构，考虑方法为预制组装。

(三)信息导出

大多数成本估算建模软件都允许使用应用程序编程接口(API)，可以将多种编程语言(例如C#和Visual Basic)创建的子程序通过API来扩展软件的使用用途。本文使用C#编程语言创建子程序，其功能为：添加信息与估算结论；总结组件属性，包括ID、材料属性、几何属性等。工程估算人员需要使用上述信息来进行材料、人工和设备成本的估算。

(四)成本估算

本节介绍4D CEM建模方法，即利用API和MS Excel工作表计算特定日期的现金支出。4D建模需要将时间表与CEM模型连接在一起，由此将所需数据在特定的时间点可视化，包括显示该日期需要完成的工作，并将实际工作与计划工作进行比较。

本文提出的方法和步骤包括：1)使用Revit Structures中“任务管理器”模块制定项目时间表；2)将CEM模型组件链接到相关任务；3)确定支出计算日期；4)使用C#开发的子程序将模型组件的数量及用户定义的信息提取到MS Excel工作表中，再使用开发的宏链接到项目BOQ。该宏用于执行链接的属性是BOQ的编号，使用“Export to Excel”功能。然后通过从BOQ检索到的单价与所有模型组件的API提取的数量的乘积之和计算总现金支出。

三、结论

本文介绍了CEM在详细成本估算和现金流计算中的使用。提出一种详细成本估算的方法，该方法依赖于向模型组件添加新信息，而这些信息可以从可视化过程中获得，该过程可以通过集成3D模型和CEM模型来应用，也借助专业人员的知识经验获得。添加的信息包括：施工方法(混凝土和钢结构)、与合同文件相关的信息(承包商、分包商、供应商名称)、工程量清单(BOQ)中项目对象的标号。通过使用C#语言开发的程序，将模型组件的属性(ID、体积、长度、浇筑类型和材料类型等)导出到Excel工作表，通过该工作表可以执行成本估算流程。在现金流计算中，提出一种依赖于CEM 4D功能的方法，即在考察日期与组件信息提取到Excel工作表，使用宏将该工作表与项目得BOQ链接起来，由此计算该日期的总现金支出，以进行更精确的成本估算，从而提高工程管理效率。