基于BIM模型的装配式建筑工程全流程造价控制方法研究

李世杰

相对于传统的砖混结构而言，装配式建筑的发展仍处在起步阶段，并没有在市场内形成工业化规模。同时，由于装配式结构建筑中的部分预制件生产制造成本较高，导致此类建筑开发过程中的经济成本远高于传统结构建筑，而要推动装配式建筑的发展，最有效的方法就是降低建筑建造的成本。在深入建筑市场的研究中发现，目前国内装配式建筑的建造规模还很小、预制件的制造厂家也较少，制造工厂在地域的分布上较为集中。因此，在装配式建筑建造施工中，还需要考虑到预制件的运输成本。而将建筑项目所在地与建造区的距离拉近，将工厂建造在施工区，则会增加额外的建厂费用，从而提高工程项目总造价。总之，控制并合理管理建筑工程造价，按照规范科学调度、配置建筑建造过程中的人力、物力等资源，对于降低建筑施工总成本而言，具有显著的现实意义。为落实此项工作，工程方提出了多种可用于控制工程造价的方法与技术，但根据目前相关工作的实施现状可知，大部分控制方法在投入使用后无法发挥预期的效果。因此，工程方在综合商议后，提出了BIM建筑模型，利用此模型的透明化优势与特点，以某装配式建筑工程项目为例，开展全流程造价控制方法的设计研究，旨在通过此次设计，降低并控制工程施工中一些不合理或不必要的损失，实现在控制项目造价的同时，提升工程质量，并为承包方创造更高的收益。

一、工程空间虚拟漫游与信息全过程交互

为实现对装配式建筑在建造中造价成本的全面优化，开展相关研究前，引进BIM模型，设计工程空间虚拟漫游与信息全过程交互。在此过程中，利用BIM模型采集建设项目中的所有节点关键信息，包括所用材料、性能、构件造价、采购信息及施工建设等非几何要素信息等。通过对关键信息与节点的适配，使建筑建造全过程可视化。

在BIM-3D建筑信息模型的基础上，添加不同节点的“费用”信息与“时间”信息，从而构建5D建筑信息模型。运用5D模型中的进度线，对工程的实施方案进行空间模拟与漫游，使各专业工作人员对整个工程有一个全面的认识，通过对各个节点进行更深入的分析，计算出关键节点与不同环节的工程费用。通过掌握每一个时间节点的造价信息，对工程进行实时调整，达到最大限度地利用建筑材料、节省建筑费用的目的，从而实现对建筑建造过程中的造价成本控制。为确保上述工作的达成，建设单位的各个参与方与技术人员可以利用BIM建筑模型进行沟通，将模型作为一个信息集成体，实现各个方面信息的传递、共享，使项目总体投资达到最小。此过程如下图1所示。

图1 以BIM模型为载体的参与方信息交互

在此基础上，对建筑物内部空间进行虚拟漫游设计。考虑到装配式建筑结构比较复杂，仅凭借空间想象能力，施工人员很难对建筑的内部状况做出准确的判断。利用BIM模型中的空间虚拟漫游功能，技术人员可以在软件虚拟情境下，自定义漫游路径，了解到建筑内部的状况，更加直观地指导施工。

同时，将漫游结果与建筑设计图纸进行匹配，及时发现设计图纸中存在的问题。由于二维图纸是将各个专业分别进行设计和绘制的，因此在完成设计并进行成果拼凑时，难免会存在不同专业之间的空间位置发生冲突的情况。利用BIM模型中的碰撞检查功能，可以快速发现矛盾点，在施工前采取相应的措施进行，防止由于工程施工过程中的设计变更，增加额外的人力成本与时间成本。

二、建立BIM构件与计价信息映射关系

在上述内容的基础上，为实现各个节点之间造价支出的控制，应建立BIM构件与计价信息映射关系，通过此种方式，将造价控制工作落实到项目具体节点上。在此过程中，根据建筑BIM构件的生产制造材料，在空间漫游中，抓取对应的字段，与属性集合相对应，并建立关联。考虑到BIM构件在结构中是有数量要求的，将工程量和外界的价格信息之间形成了一种映射关系，并定义BIM构件的计量规则，可以使建筑在预期范围内出量。在此基础上，通过对应字段和编码，将工程量与计价信息联系起来，由BIM软件二次开发便可以实现对节点BIM构件的计价。以C30混凝土预制件为例，建立预制件与计价信息的映射关系。此过程如下图2所示。

图2 BIM构件与计价信息映射关系构建

按照上述方式，实现对BIM构件与计价信息映射关系的建立，通过此种方式，掌握不同节点位置所有使用C30混凝土预制件施工所需要的实际造价成本，为节点造价控制工作的规范化实施提供全面的技术指导与帮助。

三、装配式建筑工程造价效益模型构建与造价成本控制

在上述内容的基础上，考虑到建筑工程全流程造价控制工作会受到多种因素的影响。因此，在完成BIM构件与计价信息映射关系的构建后，可以采用建立装配式建筑工程造价效益模型的方式，进行造价成本的合理化控制。在此过程中，提取建筑工程中影响造价效益的多项参数，将造价效益影响参数表示为A，则A由a1、a2、a3……构成。为实现在控制建筑造价支出的基础上，提高工程质量，可以将最小造价成本与最大收益作为目标，建立如下计算公式所示的造价效益有限元分析模型。

公式（1）中：Q表示造价效益有限元分析模型；f(0)表示节点BIM构件材料市场单价；C表示成本感知信息；χj表示第j个节点的造价期望支出。在此基础上，提取效益模型中的特征参数，建立造价效益特征密度函数，函数表达式如下计算公式所示：

公式（2）中：q表示造价效益特征密度函数；∅k表示经验矢量；qk表示第k个效益特征的密度函数；Δt表示施工时间；εk表示建筑强度应力比。掌握造价效益特征密度与分布后，建立装配式建筑工程造价效益分配方程，方程表达式如下。

公式（3）中：K表示工程造价效益分配方程；ρ表示造价消耗情况；m 表示不同成本项目所对应的权重；δ表示效益扩散系数。在工程实施中，根据设计方与业主方的要求，设计装配式建筑工程造价成本支出的最大造价阈值与最小造价阈值，设定K在阈值范围内，通过对阈值的收敛，得到工程项目在实施过程中的最优效益分配，以此实现对装配式建筑工程造价效益模型构建与造价成本控制研究。

四、实例分析

上文引进BIM模型，完成了造价控制方法的设计，为实现对该方法在实际应用中效果的检验，下述将以某地区大型装配式建筑工程项目为例，根据本文提出的方法，进行该建筑工程项目建造全流程的造价控制研究，以此种方式，实现对本文方法的测试。为确保工程建造过程的规范性，控制前，由实验方负责人与此项目承包单位管理人员进行信息对接，通过对该工程项目的技术交底，掌握工程项目概况信息，具体内容如下表1所示。

表1 工程项目概况

除上述提出的预制件，该建筑的其他部位采取现浇的方式进行施工。

按照上述方式，在完成实验前的准备工作后，使用本文设计的方法，进行工程全流程造价控制。在控制过程中，根据装配式建筑的基本结构，生成与此建筑适配的BIM结构模型，在模型中，进行工程空间虚拟漫游与信息全过程交互。为实现在此过程中对全流程施工造价的控制，应建立BIM构件与计价信息映射关系，最后，通过构建装配式建筑工程造价效益模型，实现对建筑造价支出各个阶段的合理分配，以此达成对造价成本的控制需求。

完成本文方法的应用后，根据工程设计的全过程，将全流程造价控制划分为四个阶段，通过对四个阶段预期造价支出与控制后造价支出的比对，掌握本文方法在工程项目全流程造价控制中的应用效果，统计实验结果，如下表2所示。

表2 工程全流程造价控制效果

从上述表2所示的实验结果可以看出，按照本文方法进行建筑工程全流程造价控制，控制后各个阶段的造价支出＜该建筑项目与造价预期支出，即每个建造阶段都节约了一定的造价成本，统计上表中数据可知，该装配式建筑的预期总造价为1072.6万元，控制后建筑的实际支出造价为1323.2万元，共节约397.4万元。综合上述实验结果，得到如下结论：本文设计的基于BIM模型的全流程造价控制方法在实际应用中的效果良好，应用该方法，可以有效控制工程项目建造过程中的成本支出，通过此种方式，节约工程成本，避免不必要的经济支出，实现为工程施工方创造更高的利益。

五、结束语

为满足群体的生活与居住需求，建筑工程开始逐步向大型、高层方向发展。为实现对此过程中，提高建筑工程的质量，深化建筑行业的发展，工程方在综合商议与研究后，提出了可用于建筑工程建造的装配式技术。但装配式建筑建造成本过高，一直是影响其发展的主要原因，为实现对此类建筑工程造价的合理化控制，本文引进BIM建筑模型，以某装配式建筑工程项目为例，通过工程空间虚拟漫游与信息全过程交互、建立BIM构件与计价信息映射关系、装配式建筑工程造价效益模型构建，完成了全流程造价控制方法的设计研究。完成对该方法的设计后，通过实例应用的方式，将该方法投入使用，通过实践证明，本文设计的方法可以有效控制工程项目建造过程中的成本支出。通过此种方式，实现对建筑建造过程中预制方面相关工作的进一步优化。