应用BIM技术下的装配式建筑造价管理研究

郭旭 邓喜庆 黄迅楠 韩燕 冉尧 杨琳

摘  要：随着建筑业的不断发展，我国大力倡导推行装配式建筑。但与传统建筑相比，装配式建筑的成本居高不下已成为阻碍其发展的重要原因之一。因此本文通过找出装配式建筑现阶段在成本控制方面急需解决的问题并加以分析，确定控制装配式建筑造价管理的要点，并阐明了BIM技术在装配式建筑应用的必要性，再运用BIM技术从装配式建筑的设计、施工两个阶段分别进行分析以达到造价管理的效果。

关键词：BIM技术;装配式建筑;造价管理

1. BIM技术在装配式建筑应用的必要性

1.1装配式建筑现急需解决的问题

1.1.1技术标准的落后、规范标准缺少统一性

目前，预制建筑技术标准主要是以区域为基础的，但没有统一的国家标准。此外，由于材料的运输、生产和搬运，各地区的技术操作标准也各不相同。在某些地区，技术标准相对落后。此外，装配施工的技术过程涉及设计、批准、施工、验收等。但是，中国尚未制定这类装配技术的统一标准，技术标准也相对落后。因此，预制建筑在施工期间极易发生事故，而且发展缓慢。

1.1.2建造成本比较高

由于中国制造建筑的发展期较短，工业仍处于长期停滞状态，生产技术仍在不断改进，建筑材料的应用和布置尚不成熟，直接导致中国制造建筑的施工效率提高，从而就导致了建筑成本的提高。

1.1.3施工技術不太成熟

在预制建筑施工过程中，施工工艺直接关系到预制建筑施工的质量和效率。然而，在我国的预制建筑企业中，施工技术还不成熟，这有两个重要原因。一是预制建筑施工设备陈旧，施工过程中发现的问题无法用设备及时解决，极大地影响了施工技术的稳定发展。第二，施工技术不科学。事实上，大部分施工设备可以长期使用，但设备管理人员没有对施工设备进行维护和维修，导致设备故障，从而影响施工技术的应用。

1.2 BIM技术的特点

1.可视化

在建筑业中，传统的操作模式无法直接以三维形式显示建筑物模型，专业组织的设计评估也主要基于平面设计图整个设计过程是漫长而复杂的。BIM的出现可以改变设计师工作的方式，设计师可以使用三维方法以三维的形式显示预期的设计图，不用局限于原始的平面图形设计;同时，设计师在利用BIM技术进行模型设计时，对于构件的交互和反馈有更清晰的解释，任何阶段可以实现项目可视化，以便设计人员可以更清楚地了解设计的具体情况。

2.可协同性

对于建筑部门和设计部门来说，协调各个部门的工作非常重要。实施项目时经常会出现很多问题，因此我们需要通过协调来找到问题的原因和解决方案。在建筑设计中，由于设计师之间缺乏沟通，经常会出现诸如建筑线相交之类的问题。BIM的出现可以大大减少这种冲突的发生。

3.优化性

在整个项目中，无时无刻都需要进行项目优化，BIM的角色是为优化提供基础，以使优化过程更轻松，更完整。关于项目处理优化时，通常会遭受来自信息，复杂性和时间的影响。必须知道项目的确切细节，才能使优化结果满意，BIM会提供建筑物的实际细节，几何数据，物理数据，构造规则等。建筑设计的复杂性越高就越需要科学技术支持和高水平的工作人员，BIM越有可能为项目设计师提供工具来优化项目。

1.3 BIM技术给装配式建筑带来的机遇

1. 实现精细化建模拆模

设计院在出建筑图纸时，还会直接作出PC厂的构件加工图，在做这一步设计的时候，除了要考虑构件的种类越少越好，也就是所谓的「模数」，还需要考虑机械怎么生产，未来到现场的吊装点，模块之间该怎么连接，连接点的安全性能和防水性能，等等。

2.建立构件模块库

利用BIM技术开发出自动化的构件生产线，解决传统生产线每个构件重新设计的困难局面，实现低成本的灵活生产。

3.实现现场吊装和施工模拟

运用BIM技术模拟性的特点，优化施工顺序和界面，尤其是横竖向构件的衔接问题，提前运用BIM技术解决现场施工的问题，实现低成本高效率的成熟施工机制。

2. 设计阶段BIM技术对装配式建筑的造价管控

2.1 预制构件拆分的合理性

对工厂预制构件进行拆分是装配式建筑在设计过程中非常重要的一个环节，这个步骤的重要性在后续的生产环节以及整个装配式建筑的造价中均有所体现。

对预制构件的拆分也有一定的规律可循，不仅要考虑预制构件的种类、制作工艺、生产成本同时还要考虑预制构件在设计、生产、运输、施工过程中所面临的搬运、吊装等问题。同时拆分构件除了要满足装配式建筑的相关规范，还应该充分考虑到工程造价这个问题，在提高装配式建筑预制率的同时尽量降低装配式建筑的建设成本。构件标准化的程度对于装配式建筑的成本有着很大的影响。

预制构件拆分建议：

（1）少类型、多组合原则。在对构件拆分进行设计的过程中，首先应该考虑到减少构件生产规格的可行性。然后尽量通过增加生产模具的使用率来降低构件制作的成本。另外，模数化设计还能够提高施工现场装配预制构件的效率。

（2）保障预制构件结构的稳定性。在对预制构件进行预留洞口设计时，如果开孔过多，预制构件自身结构的稳定性将会下降，因此必须严格按照建设标准来进行预留洞口设计，来保证预制构件在生产、运输以及施工吊装时的稳定性。

（3）对单块预制构件的重量进行限制。在对构件拆分进行设计的过程中，应当考虑预制构件在安装时进行吊装的难度，对于距现场吊装设备比较远的构件，在预制构件的拆分设计过程中应适当减小构件的重量，相反，对于距现场吊装设备比较近的预制构件，可以适当增大构件拆分的大小。

提升预制构件的标准化水平，选择和设计相适应的预制构件拆分方案，能为构件生产企业、现场施工单位以及业主三方带来更好的经济效益

基于BIM技术的构件拆分相较于传统的二维图纸拆分设计拥有集成化、可视化的优点点，在BIM视图下不仅能对预制构件进行更加直观的表达，而且还能利用其高度信息集成化的特点将构件的参数信息使用到构件制作阶段以及施工阶段。

2.2管线优化及碰撞检查

装配式建筑的设计图中管线部分在后期施工过程中极易因为设计不合理出现变更的现象，这将大大增加项目的成本。装配式建筑是在预制构件厂中提前制定，然后运至施工现场进行安装。预制构件包括了预留预埋部分，如果等到施工过程才发现管线问题的话，将导致所有预定的构件废弃，需重新购买。这不仅会增加费用，还会影响整个项目的工期。BIM技术可以提前避免这一现象，主要通过管线优化及碰撞检查来提高预制构件设计时的精准度。

（1）管线优化

管线的布置在满足《建筑工程建筑面积计算规范》（GB/T50353-2013）中提到的一般结构层高在2.2m以上的前提下，考虑检修和安装空间，对布置不合理的管线进行重新排布，使其既不影响建筑的美观，也不影响管线的使用。

实现管线优化的具体步骤为①通过revit软件对设计图进行模型的建立;②通过Navisworks、VR等软件进行可视化处理，检查装配式建筑中管线的空间布局;③对于不合理的地方向设计方进行反馈，也可以对建筑模型进行修改，提出自己的设计意见。

（2）碰撞检查

设计阶段由于各个专业的设计过程是分开的，导致很多部位容易出现碰撞，主要是针对管线管道、预制构件之间和预制构件与现浇部分之间。出现这一现象的重要原因是标高设计不合理。碰撞检查分为软碰撞和硬碰撞，软碰撞是实际没有发生碰撞，但间距和空间不满足施工要求，硬碰撞是实际发生的碰撞。下面分成以下两部分分别进行研究。

1）给排水、采暖、电气等管线管道出现碰撞。这类碰撞检查只需对管线管道的标高进行检测即可。

针对这类碰撞檢查由于管线可能出现未考虑保温层设置导致间隙不足的现象，因此要提前进行软碰撞（间隙碰撞）检查，对出现软碰撞的地方建立透明空间体量，将其转化为硬碰撞，再通过硬碰撞的检测方式进行碰撞检查。

2）预制构件之间或预制构件与现浇部分之间出现碰撞。这类碰撞检查不仅对构件的标高进行检测，还要对钢筋冲突节点进行检测，即保证预制构件的钢筋预留处的精准性。

此类碰撞基本只存在硬碰撞的情况。

实现碰撞检查的具体步骤为①通过revit软件进行模型建立，提交各专业模型，并对模型进行整合;②利用revit、Navisworks等具有碰撞检测功能的软件进行检测，并输出检测结果;③专业人员复查，提供最终的碰撞检查报告。

通过BIM技术对装配式建筑进行全面的“三维校审”可以发现大量隐藏在设计中的问题，在施工前大大减少了各类管线设计不合理以及出现碰撞的概率，降低了返工的可能性，节约了建造成本。

3.施工阶段BIM技术对装配式建筑的造价管控

3.1施工方案优化

装配式作为新兴产业，尽管相较于传统的混凝土建筑具有显著优势，工厂化的生产方式节省了建筑时间，但装配式建筑造价成本依然较高，需要在施工过程中寻求降低成本的有效方法。施工工序是建设工程项目施工方案的重要组成之一，施工工序的质量影响着建筑项目整体的施工质量，如果某一环节的施工工序质量不合格就会对下一工序的施工质量造成影响;日前，建筑工程中的诸多质量问题都是由于施工工序安排不合理、相互搭接有问题等原因所导致。工程施工质量一旦出现问题，就会出现返工问题，那么该建设工程就需要进行二次修复或者拆除重建，相应的建设工程的造价成本就会增加。因此，对施工工序进行优化是装配式建筑建设过程中必不可少的重要环节之一。

所谓最优即指给定的目标在限定的情况下所能实现的最佳效果。合理、最优的施工工序是在人力、材料设备供应充足分配合理、施工进度快、不违背施工规程的情况下，对现有的施工工序进行有效调整以寻求造价成本最低的施工工序。BIM技术通过3D模型的建立，可以对施工过程进行线上模拟，发现施工工序安排的不合理之处以及施工过程中难以察觉的工程隐患，并对其进行及时调整，改良施工工序，减少施工隐患。科技进步来带动优化，运用BIM技术的可视性不仅保证各个工序的安排更加合理，而且还可以有针对性地制定施工进度计划，可以区分相应的施工环节的施工内容，对施工方案进行优化。

人材机的合理安排是施工方案的主要组成之一，传统的资源分配效率低，但如果运用BIM技术来进行资源配置，可以对不同时间段的人材机使用情况进行预测，更加合理的分配资源，减少建设资源的浪费，提高经济效益，节约建造成本，实现成本控制。BIM模型对于构件的展示更为直观，能将施工过程全面展现出来。项目建设中使用的方法体系一般为内浇外挂，铝膜板的实际空间位置难以在平面设计图纸上展现出来，需要预留的孔洞位置同理，因此预制构件就比较容易出现缺漏。为了提高构件准确率与尺寸匹配度，在设计时，可以首先利用 refit 软件和BIM技术对铝模板进行模拟拼接，保障相互之间的匹配度，提高准确度，是整个设计得到优化。同时，可以利用 BIM 模型实现施工进度信息化，实时监控施工进度，及时调整进度的停滞与提前，制定更加合理的进度计划。不仅如此，BIM 技术还可以对施工作业流程进行提升调整。BIM技术的3D模型可以转化为5D模型，施工方在5D模型的基础上，模拟资源消耗，建立可调的作业规划方案，实现资金与资源使用的最大化，降低造价成本。

3.2施工安全性问题排查

在装配式建筑施工的安全管理中，BIM可以起到很大程度上的帮助，这主要是由于BIM具有可视化的特点，可以将二维平面图像转化为三维立体图形。这就可以把施工现场出现的安全隐患进行立体化的出现，增大了隐患可能会在排查中所暴露出来的可能性，对其安全性进行排查，从而起到提高施工过程中安全性的作用。相较于传统建筑而言，装配式建筑的一大优势就是现场管理可以做到更为严格的把控。并且装配式建筑由于一部分构件已经在预制工厂制作完毕，因此现场不需要太多的预制构件，所以对于施工现场的环境也起到了很大的保护。基于装配式建筑的种种优势，BIM与装配式建筑的相结合事实上更是让装配式建筑的施工现场管理如虎添翼，增加了更大的优势。从多种角度分析BIM在施工现场所发挥的作用的可能性以及BIM在帮助施工现场进行安全管理的可能性。

首先就是BIM的5D模型可以让现场更加立体化，将二维平面图纸无法凸显的问题展现出来。并且在BIM的立体模型中，除去施工现场的安全性问题还可以解决一些设计不合理或者是恰当的问题，这部分会在本文的另外章节具体阐述。主要针对于施工现场的安全排查问题，这主要是因为BIM的5D模型再输入了一定的安全规范信息后，可以根据这些限制条件对装配式建筑中建造的每一个过程进行模拟，并且将项目已经制定好的资源配置、施工计划、工程进度等主要方案考虑进去，综合得出在建造过程中施工现场的危险源。从而可以提前制定出合理的风险管理方案。

还有就是对于BIM应用在装配式建筑施工现场的经济因素，这也是作为装配式建筑建造成的一部分。对于装配式而言，因为没有还形成成熟的标准化的预制构件标准体系导致预制构件无法大批量生产，进而导致装配式建筑的成本居高不下这也成为了阻碍装配式建筑大规模发展的主要原因。并且如果将BIM一旦应用到装配式建筑的施工管理当中，那么这部分的费用也需要同时计入到装配式建筑的整体造价中去的，况且BIM的建模过程对于计算机设备的要求较高，同时也需要会熟练应用BIM相关软件的技术人员。但是可以通过实例证明，BIM的5D建模确实可以有效降低风险，提前排查危险源的所在并及时作出风险应对以及一系列的风险管理方案，从而降低甚至消灭危险所在。这直接有效节约了工程的工期，并且大幅度减少了安全性问题所产生的的损失。甚至在工程项目进行的前期可以更加精准的确定成本估算，并且成本估算的时间也会因为BIM模型的存在而更加快速。两相对比之下，BIM在装配式建筑施工安全管理的经济性完全可行。

4.结论

预制装配式建筑是目前建筑行业的大力发展趋势。而应用BIM技术可以有效打破预制装配式建筑成本造价高的僵局，从而实现了造价管理。BIM用于对装配式建筑进行动态监控，从而使整个过程更加精细、共享和集成。今天，随着中国深化改革，应用BIM技术的预制装配式建筑应作为新型绿色环保建筑大力推广。