基于BIM技術的裝配式建筑造價精益管理分析

費立勇

(中鐵十六局集團有限公司 北京 100018)

1 引言

BIM技術可以更準確、快速地獲取各種造價信息，提高項目成本管理和信息化水平[1-2]，具有較高的應用價值[3]。基于此，許多研究人員利用BIM技術對建筑工程開展了多角度精細化管理[4-6]。盡管如此，目前結合BIM技術對建筑工程的造價進行精細化管控仍然缺乏。本文依托BIM技術，分析裝配式建筑設計、生產、物流和裝配四個階段的成本管理問題[7]，提出了基于BIM技術的裝配式預制構件成本控制策略。

2 建筑造價控制與BIM技術結合效率分析

2.1 提高裝配式建筑設計效率

設計過程中，各專業的設計人員都可以通過BIM平臺實現自己的訴求。通過對BIM模型的碰撞仿真模擬，查缺疏漏，降低設計變更成本。

2.2 降低裝配式建筑設計誤差

精益設計預制構件的尺寸、混凝土保護層厚度、鋼筋直徑及間距，避免因為粗糙設計問題，導致預制構件在吊裝過程，直接影響預制件的成本控制。

3 建筑造價綜合分析

3.1 設計階段

裝配式預制構件的設計方案是否合理，將直接影響其總造價。同傳統現澆式建筑設計方案不同，預制構件除了要實現標準化設計外，還要綜合分析設計、生產制造、設備運輸以及施工現場裝配的關系是否合理。即使是設計人員和造價工程師存在不能完全掌握的方面，裝配式建筑設計人員也應將造價控制的思想貫穿設計全過程。利用BIM技術建立由構件和部件組成的信息交流和共享平臺，降低成本。

3.2 生產階段

裝配式預制能有效控制常見的混凝土質量通病，但缺點是造價要比現澆式構件高出不少。

(1)人工費

預制過程中增加了機械設備的使用量，使勞動力消耗降低。但是由于裝配式建筑推廣不夠廣泛，大多建造形式還是傳統的現澆式，熟練從事裝配式構件生產的工人數量有限，導致勞動力成本相對較高[8]。

(2)材料費

同一構件的工廠預制與施工現場使用的材料量差別很小。但是，工廠預制生產制造管理更為精細，材料浪費減少。因此，工廠化預制的材料成本相對于現澆構件有所降低[9]。

(3)模具攤銷費

預制件形式多樣，種類復雜，部分模具使用次數不高，導致材料攤銷成本相應增加[10]。

(4)預埋件成本

在預制構件的生產過程中，預埋管線也同時放置，該成本也納入預制構件的生產成本中。

(5)水電費

裝配式構件在集中工廠化生產制造中的水電用量均低于傳統的現澆式構件。

3.3 倉儲運輸階段

通過分析倉儲運輸成本的每一個過程階段的預制件，可以看出運輸階段的成本主要是由業主、供應商和承包商承擔，但具體的運輸成本應根據簽署的合同為依據。一般來說，倉儲和直接運輸到組裝現場的費用應由預制工廠承擔。施工現場裝配的臨時保管費用和二次吊裝費用由承包商承擔。然而，從裝配式建筑的總成本來看，倉儲和運輸的成本基本上通過合同轉移到裝配式總成本中。如果任何部分的倉儲運輸成本過高，將不利于倉儲運輸階段總成本的控制。

3.4 裝配階段

(1)垂直運輸費

預制構件裝配式施工現場主要采用垂直運輸方式，成本與工作量成正比增加關系。

(2)吊裝人員人工費

預制構件吊裝需要機械操作人員具有更高技術，人工費也會有所提高。熟練的機械操作人員能夠加快預制構件的吊裝速度，降低裝配式拼裝的成本。

(3)現澆部分工料機

在裝配式建筑中仍有一些現澆構件。由于這些構件分布分散且混凝土用量較少，一般采用塔機與吊桶聯合澆筑，施工效率不高。

(4)措施費

不需逐層搭設腳手架，腳手架用量減少，措施費用相對降低。

4 工程實例分析

4.1 工程背景

曹妃甸海語昕居房建項目位于曹妃甸新城，項目占地面積100畝，建筑面積為157 621.04 m2，其中地上119 998.39 m2，地下37 622.65 m2，容積率1.80。住宅樓為鋼筋混凝土剪力墻結構，其中4#樓、14#、15#樓為裝配式建筑。為了更好地實現本項目各項既定建設目標及為本項目裝配式建筑評定增加優勢，將BIM技術應用到本裝配式建筑項目的整個建造過程。

4.2 設計階段

4.2.1 初步設計

在初步設計階段，根據裝配式建筑項目的外形及功能需求，戶型選擇一般偏重居住舒適。在海語昕居房建項目初步設計階段，為加快項目的組裝效率，兼具滿足項目功能要求，采用標準化戶型模塊設計。

在設計過程中，通過基礎模塊(標準模塊、可變模塊和固定模塊)的組合，建立了戶型數據庫，全面考慮不同居住群體的個性化需求，如圖1所示。此外，還應建立滿足工程需求的預制樓梯、疊合板以及整體廚衛等標準化圖庫來提高工程設計標準化水平，保證設計質量，降低裝配式建筑的成本，提高建筑產品的價值。

圖1 戶型模塊化設計示意

4.2.2 深化設計

在初步設計階段，裝配式建筑工程就已進行過項目預算。在滿足工程建筑功能的基礎上，通過深化設計，達到優化造價的目的。由于裝配式建筑的設計規范還不全面，在嚴格遵循已有的設計規范基礎上，建立基于BIM技術的多專業協同工作平臺，實現建筑結構、裝飾、機電等不同專業裝配式建筑工程的一體化、并行設計[11]。

在深化設計階段，基于BIM技術進行并行建模(見圖2)，及時優化碰撞檢查發現的設計問題，避免后續施工返工浪費。

圖2 建筑、結構、機電并行設計模型

現澆梁與預制墻在初步設計階段存在沖突，如圖3所示。本項目及時建立BIM模型進行碰撞檢查，發現問題并不斷優化，修正涉及碰撞問題308個。

圖3 碰撞檢查示意

4.3 構件生產階段

4.3.1 準時生產制度

根據施工現場裝配的實際情況，利用準時生產系統制定裝配式建筑預制構件的生產計劃。通過BIM信息共享平臺實時獲取裝配組裝進度，并根據施工進度及時調整生產制造計劃。為確保預制件的準時供應，形成了規范的預制件庫，既能滿足預制件工廠的大規模生產，又能滿足施工現場的安裝要求。準確反映構件、接頭樣品、吊裝點、構件支撐等規格尺寸，指導構件的生產制造。

4.3.2 供應鏈管理

基于BIM信息平臺，可以隨時確定裝配構件的實時位置，確保準時生產系統的有序實施[12]。

4.4 現場裝配階段

4.4.1 最后計劃者體系

最后計劃者體系制定的計劃具有嚴格的時空順序。

施工時每道工序都要嚴格按照設計進行，如果出現工序滯后，造成最后計劃者體系的目標無法實現。

吊裝預制件前，施工單位可通過BIM信息共享平臺，建立BIM模型仿真模擬，及時解決施工沖突，避免返工浪費。同時還可以掌握最真實的材料供應信息和工程進度信息，便于發現問題，及時糾正偏差，并確保最終計劃體系在裝配施工過程中的順利實施[13]。

4.4.2 5S+3S現場管理

目前，鑒于環境保護的重要性，各級政府部門重點監管工程項目的揚塵治理。因此，在裝配式拼裝施工現場，根據項目大小配置無人機，定期巡檢現場管理工作和項目進度，發現問題并及時糾正。

4.5 效益分析

基于BIM技術，下面以單體建筑為例，分析成本控制取得的效益。

由表1可以看出，運用BIM技術深化設計中存在的110個不合理問題，避免了相關問題的返工浪費，提高了項目管理效率。

表1 設計階段解決問題

由表2可以看出，原設計構件種類和開模數量，優化后減少21種模具加工，模具成本費用減少約25%；原設計構件數量和構件吊次，優化每層構件數量減少26個，吊裝時間減少約20%，綜合工期提前40 d，提升了管理效率，對本項目造價精益控制起到積極作用。

表2 構件優化情況

5 結論

本文依托曹妃甸海語昕居房建項目，分析了裝配式構件設計、生產制造、運輸和裝配四個階段的成本控制問題，提出了基于BIM技術的裝配式建筑成本精益控制策略，成本控制良好。

(1)單位面積造價方面，裝配式建筑要比傳統現澆式建筑高出20%左右。

(2)在裝配式建筑成本控制方面，BIM技術與精益管理思想具有良好的適用性，可以精益控制裝配式建筑成本。