基于BIM技術的工程成本控制方式應用研究

閆文凱　劉濟王禹　張弋丹

(中國建筑科學研究院建筑設計院BIM工程設計中心，北京　100013)

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基于BIM技術的工程成本控制方式應用研究

閆文凱劉濟王禹張弋丹

(中國建筑科學研究院建筑設計院BIM工程設計中心，北京100013)

現階段的工程概預算一般基于設計師提供的二維圖紙，重建模型，計算匯總得到最終數據，工程造價人員一般從施工圖環節介入，具體的工程設計決策常忽略其經濟合理性的比較。尋找BIM模型與常用造價軟件的對接模式，以實現設計方案討論時成本控制因素參與決策，省去常規工程造價計算中的建模流程，提升工作效率，同時挖掘BIM模型豐富的信息。

設計-算量模型； 建模標準； 成本控制

引言

實際工程中，工程造價人員一般從施工圖環節介入，具體的工程設計決策常忽略其經濟合理性的比較?；贐IM技術的三維模型可以自動生成物料清單，并隨設計變化時時更新，因此充分利用模型的物料清單，研究其與傳統工程量清單的對應關系，找出BIM技術成本控制的問題與研究結論，以實現設計方案討論時成本控制因素參與決策。同時尋找BIM模型與常用造價軟件的對接模式，省去常規工程造價計算中的建模流程，提升工作效率，以及挖掘BIM模型豐富的信息，為工程的其他參與方提供更多有效地服務信息。

結合實際項目的應用研究，通過BIM模型對不同設計方案進行工程量計算，找出BIM模型工程量與常用算量軟件計算成果的對應關系，利用BIM模型在專業算量軟件中算量，省去算量建模過程，對比過程數據，研究BIM模型與常用算量軟件的導入方式。但在這個過程中遇到諸多的困難，隨著關注度的提高，這些困難也將會逐步解決。

1　BIM設計算量與項目環境介紹

1.1算量技術介紹

隨著時代的不斷發展，近年來市場對于項目復雜性的要求不斷增加，項目體量規模越來越大，項目中異型異構也大量出現，這些情況的產生使得傳統的二維圖紙不能清晰完整地表達設計信息，正是由于二維圖紙的缺陷，對項目工期及造價造成了挑戰，不利于產品的質量把控。另一方面，使用方對于產品的要求越來越高，不僅要保證質量、經濟性，還包括節能、綠色建筑、可持續建筑等。BIM就在這種強烈的市場需求下應運而生。

BIM是以三維數字技術為基礎、集成建筑工程項目各種相關信息的工程數據模型，是對該工程項目相關信息詳盡的數字化表達。它為設計和施工中建設項目的建立和使用提供相互協調、內部一致且可運算的信息。

1.2工作平臺介紹

Autodesk Revit作為BIM三維設計的軟件之一，其在國外的發展已經非常成熟，近幾年在國內的發展也非常迅速，盡管其本地化程度還有待于進一步地提高。國外軟件在中國的發展勢必會遇到本地化的問題，這是不可避免的。然而，Revit作為設計建模的首選平臺,目前能基本解決各專業在設計過程中的大部分問題，還有通過第三方軟件的支持能更好地實現工程師們的要求。

廣聯達土建算量軟件GCL是在造價行業中秉承專業、準確、簡單、高效的原則，在業務和技術方面做了重大突破，實現了斜拱構件的建模和計算、三維設計模型的一鍵導入、二維CAD圖紙的識別率的大幅提升以及單構件和單圖元的高效計算等功能,能夠快速精確處理復雜模型、復用多種設計模型實現高效建模，并且可以靈活計算匯總。全面提高了建模和計算的效率，讓用戶快速地輸出所需工程量。GCL作為土建算量平臺進行建模與數據導出。配套計價軟件選用廣聯達軟件。

1.3項目環境介紹與設置

針對不同的項目，在設計工作平臺和算量、計價平臺上都要設置相應的項目環境。在設計工作平臺上，建筑不同的形式直接決定了在Revit平臺上項目樣板的不同，同時根據項目規模的不同，對環境設置也有不同的要求，這次設計環境設計對后期報表要求與統一功能有較高的需求，這些都在工作平臺層面上的項目環境； 在算量平臺上，根據項目的不同，算量方式也不盡相同，土建與精裝、機電環境設置有不同的要求，同時賦予各專業算量人員不同的工作任務。以上兩個都是在管理層面上的項目環境，二者共同組成了這個項目環境。項目環境的設置是項目順利進行的前提。

2　傳統造價工作流程與BIM技術應用對比

2.1常規設計概算流程及存在的問題

傳統全過程的造價管理模式下，建筑設計大體分為三個階段：方案設計、初步設計及施工圖設計。在這三個階段的設計中，設計人員會根據業主方的描述了解設計需求，獲得必要的數據，然后開始進行更具體詳盡的設計。三個階段的方案設計、評價以及最后設計方案的選擇都是基于全過程造價控制完成的，以方案的概算是否超估算，預算是否超概算作為基本設計準則執行，整個設計流程注重建設工程造價的控制，一般不考慮或者沒有全面考慮運營維護階段成本。

在傳統的全過程造價管理模式中，造價管理決策階段開始到竣工交付階段為止，對工程造價實行合理確定和控制，其中以設計階段的設計概算作為控制工程造價的最高限額，后期的施工圖預算和竣工結算均不得突破設計概算。全過程造價管理模式以決策和設計階段為核心，其中設計階段對造價控制尤為重要，影響程度可以達到75%～95%。如圖1所示。

圖1　目標成本的確定

目前工程量計算工作一般占據整個預算工作的50%～70%，其中大部分是建模時間。

圖2　應用期望

提供快速、準確的工程量計算，實時有效地支撐變更管理，有效地提高結算效率，有效地形成數據積累，并能輔助編制經濟技術指標。由此可見，在傳統的造價流程中，每個過程的修改與實時數據更新都與設計階段息息相關，對業主來說此部分的關鍵問題就是專業間的脫節，如初步設計在進行過程中時，并沒有造價人員介入來計算與推敲算量與計價數據，在初設圖紙完成一稿后，部分項目才會委托造價咨詢或個人進行概算工作，而在這個過程中如果設計發生更改或在計算完成后設計進行調整，那計算結果只能是個參考值，想要新的數據只能重新進行建模算量計價，浪費人力和時間成本，如能夠在設計階段對方案的選擇與概算結果進行把控，項目整體工程造價的精度與可參考度將會有很大提升。

2.2BIM在設計概算工作中的應用

眾所周知，Revit是同行業中設計階段比較普及的一款軟件，一個完整的Revit模型，就是一個全專業的完整BIM模型，它包含整個建筑、結構、機電的3D造型、組成的各個構件的詳細信息和墻體材質、體積大小等細部節點信息，可以直接導出混凝土體積、墻體面積等材料清單，使工程造價可以在此基礎上進行推算，然而這種工作方式在實際工作過程中也會有問題，如三維與二維的計算方式、模型處理方式均不同，會帶來新的問題阻礙造價的快速計算與應用。

如若在設計階段采用BIM技術，對建筑結構進行完整的空間建模，并能對細部節點進行三維設計，并可以通過三維模型生成二維圖紙，不但能提升設計效率還能提供后期需要的模型信息。同時，大型復雜工程構件數據龐大，急需更多的參與方協同工作，以便質量集中把控，而這種需求又與BIM技術的優勢作用不謀而合。正是由于BIM技術能夠在設計概算中起到這么大的作用，在初步設計階段中采用BIM技術進行快速算量勢在必行。

2.3BIM在造價行業調研結論

如果模型都能夠從設計階段源頭傳遞到交易、施工階段，那能夠達到以下效果：

1)大幅度提高造價工作人員的工作效率，算量階段無需再次建模，工作量減少50%以上；

2)指導并實施于招投標、預結算，提高工作效率，各階段都基于同一模型算量，既可提前開始算量又可避免扯皮；

3)提高后續工作的工作質量。

同時我們經過調研發現，使模型數據難以向下游傳遞的主要原因有以下方面：

1)施工過程產生的成本模型在設計模型中沒有體現；

2)設計簡化表示的構件在成本BIM模型沒有體現；

3)設計BIM模型軟件與造價軟件做法沒有區分；

4)設計BIM模型軟件與造價軟件計算方式有差異。

3　項目案例測試與實踐結果

3.1項目概況

某大學附屬中學學校工程是由某大學附屬中學與教委聯合建設的中小學校園。中學主要建設內容為高中教學實驗樓、初中教學實驗樓、中學體育館、中學藝術樓、中學食堂、中學老師公寓、中學學生公寓、中學風雨連廊、中學傳達室、中學門衛室、中學看臺等； 同步實施大市政管線、紅線內室外管線、道路廣場、圍墻、大門、綠化、照明等工程。實踐內容為教師宿舍樓，建筑面積8 800m2，地下一層、地上六層，建筑高度18 m，框架結構。

3.2設計變更前BIM應用及結果

該項目是一個真實的生產項目，屬于設計階段的BIM應用，根據本次算量測試要求與目標已搭建完模型。模型搭建前，已按照我院BIM建模要求及土建算量流程中的應用點，規劃BIM模型構件的命名標準。此項目構件命名分為5段制，如混凝土柱模型為CABR-F3-KZ7-700X700-C30，由于建筑、結構兩個專業大量構件具有各自特性，所以命名原則上依照上述進行，但不拘泥于5段制?？偟脑瓌t是，單位-樓層信息-構件類型信息-規格信息-強度信息等。

圖3　Revit設計建筑、結構模型

圖4　GFC導出建筑、結構模型算量文件

經過導出文件大小已經從設計數據格式下的27.16MB變為2.37MB，輕量化達到90%?？梢钥闯鲈贐IM模型通過GFC導出后，已結合算量規則，對模型進行了智能匹配和自動處理，使模型更適合算量規則的需要。在導入導出過程中，有極其有限的部分手動修改和調整，不會超出按照傳統模式算量建模后的模型檢測調整工作量，BIM模型導入廣聯達土建算量軟件后，利用土建算量軟件進行國標工程量清單計算。如圖5所示。

圖5　設計地上建筑結構工程量

通過傳統算量工作模型，圖紙-算量的工作流程完成的算量結果如圖6所示。

圖6　算量地上建筑結構工程量

經過以上數據對比后發現，通過BIM技術導出算量的墻體與梁、板、柱部分的工程量數據比傳統算量數據小，分析原因是傳統算量方式對這部分工作量考慮了模板損耗等其他工程量，故對工程量的數據有所差異，如墻體工程中墻體工程磚墻、砌塊墻及磚柱自保溫砌塊外墻厚度200mm條目中前者為3 584.7m2，后者為4 084.16m2。

3.3設計變更后BIM應用及結果

僅僅通過正常設計過程數據，不能滿足此次成本控制需求的研究目標，于是在項目進行過程中發生變更時，我們對BIM設計過程中導出統計工程量與相應的傳統算量過程投入與結果進行了對比。

變更說明：因甲方原因，局部房間功能發生變化，建筑隔墻位置調整，層高由2.9m變為3.0m，結構荷載發生變化，經計算，局部梁高相應發生變化。首層C-D/1-2軸，房間功能原為倉庫，現改為宿舍。-0.1m范圍內梁高增高100mm，相應隔墻減少。

Revit設計房間功能變更如圖7-8所示。

圖7　房間功能為倉庫

圖8　房間功能為宿舍

導出到算量軟件中設計房間功能變更如圖9-10所示。

圖9　房間功能為倉庫

圖10　房間功能為宿舍

BIM模型導入廣聯達土建算量軟件后，利用土建算量軟件進行國標工程量清單計算。

圖11　設計地上建筑結構工程量

通過傳統算量工作模型，圖紙-算量的工作流程完成的算量結果如圖12所示。

圖12　地上建筑結構工程量

對此發現變更量相對比例并未發生變化，與變更前保持一致，說明結果是穩定的。那我們來看看過程中的數據對比，用傳統算量方式進行變更算量時的人力資源數據如表1所示。

用BIM設計導入算量模型后，再次進行變更算量時的人力資源數據如表2所示。

通過兩組數據對比，在人力消耗方面，時間的耗費主要表現在設計師和預算員之間的溝通方面，而且差距非常明顯，在確定好變更內容，除去重新更改模型后，剩下算量與計價部分的工作量基本沒變。

表1　用傳統算量方式進行變更算量時的人力資源數據

表2　用BIM設計導入算量模型后進行變更算量時的人力資源數據

3.4項目實踐總結

實踐證明BIM模型一模多用，實現設計模型和算量模型的互用，在技術路線上是完全可行的，同時驗證了在設計過程中能夠對工程量更加快速地進行反饋，對于業主、設計師來說都是非常重要的。當然在具體實踐中，模型互用對模型的規范度有較高的要求，需要通過嘗試和探索總結出一套方法規則，這種規則方法還需要更多的項目實踐來驗證和修改。

4　BIM技術對于項目成本控制的關鍵點

4.1設計圖紙建模要求

通過Revit本身具備明細表功能，把模型構件按各種屬性信息進行篩選、匯總，排列表達出來。但是模型中的構件完全取決于建模的方法和精細度，所以明細表中列出的工程量為“凈量”，即模型構件的凈幾何尺寸，與我們傳統的工程量清單還有一定差距，所以設計建模規則是非常重要的一環，只有不斷完善建模規則，才能實現設計模型向算量模型等深層次應用的順利傳遞，增加模型的附加值。

4.2設計過程標準化

此BIM技術要想在設計行業內得到大力地發展，首要解決的問題是設計過程標準化問題，包括效率問題，效率在一定程度上取決于BIM軟件能否快速的通過標準化設計實現快速建模操作。如能實現快速批量創建和編輯模型，同時能準確、快速賦予模型非幾何信息，因為設計對于標準化尚未實行，再加上目前軟件本身不能很好地實現效率建模問題，需要設計流程與軟件自身的改進來解決這些最關鍵的問題。

4.3構件庫標準化

構件庫是三維設計過程中最基本的單元，完善的構件庫對工作效率的提高是至關重要的。系統自身的族遠遠不能滿足設計的需求，只有構件庫完善，才能極大地提高工作效率。完善構件庫是一個循序漸進的過程，隨著設計過程標準化、圖紙標準化、項目積累構件庫越來越完善，之前的構件也會在使用的過程中不斷的改進。

4.4鋼筋部分要求

目前Revit對混凝土用量能基本準確統計，然而對于鋼筋用量的統計存在一定的問題。鑒于目前軟件對于構件鋼筋的繪制功能還不夠智能，鋼筋的繪制基本上是通過設計師根據規范的要求去調整，這項工作任務量極其龐大。如能在軟件中嵌入了符合國內設計的各種結構鋼筋規范，這樣在繪制鋼筋的過程中能直接考慮到鋼筋的錨固長度和彎鉤要求，進而在設計過程中加入鋼筋部分算量應用，使得我們的成本控制更加精確實用。

7　總結

BIM技術是設計行業的又一次變革，同時在設計行業全生命周期中作用是不言而喻的。BIM技術貫穿于設計、施工和后期運維整個全生命周期，對結構設計帶來挑戰，同時也給予了另一種工作模式。雖然各種BIM軟件仍存在有一定缺陷，如三維建模軟件和計算軟件之間數據交換還不夠完美等，但隨著軟件的逐步完善和本地化程度的提升，相信三維設計-造價技術會像傳統設計-造價技術一樣完善和成熟，BIM技術運用于各個階段的阻礙必定會被各個擊破，未來BIM技術必定會在設計-造價領域大顯身手并提供強大的支持，其優勢在未來幾年一定會有明顯的體現。

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Research on Engineering Cost Control based on BIM Technology

Yan Wenkai，Liu Jiyu，Zhang Yidan

(ArchitecturalDesignInstitute,ChinaAcademyofBuildingResearch，Beijing100013,China)

At present, based on 2D drawings, the project budget usually gets final data through model reconstruction, summary and calculation . The project budget often begins from the stage of drawings and engineering design decisions often ignore the economic rationality. This article aims to find out the mode to connect BIM model with the common cost software, to realize that designers can participate in cost control, to eliminate the work of building model for engineering cost calculation, to improve work efficiency, and meanwhile to explore the rich information of BIM model.

Design-Cost model; Modeling Standards; Cost Control

閆文凱(1985-)，男，建筑設計院BIM工程設計中心副主任，主任工程師，PMP。主要研究方向：BIM技術與項目實施、應用推廣。

TU17

A

1674-7461(2016)01-0001-06

10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.01.01