BIM技術(shù)在施工成本控制中存在問(wèn)題與對(duì)策研究

文_陳永康（廣西建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新校區(qū)建設(shè)指揮部副指揮長(zhǎng)，高級(jí)工程師，碩士）

建筑信息模型（Building Information Model）作為一種信息化管理工具，對(duì)施工建設(shè)起到輔助和優(yōu)化作用。近年來(lái)，隨著B(niǎo)IM技術(shù)的加速推廣以及針對(duì)其在多類型房建項(xiàng)目實(shí)際應(yīng)用的深層次研究增多，BIM技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用取得了一定的進(jìn)展。學(xué)者霍曉科通過(guò)將進(jìn)度計(jì)劃與BIM模型相關(guān)聯(lián)，構(gòu)建4D-BIM模型，對(duì)施工進(jìn)度進(jìn)行跟蹤分析，快速準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)偏差和問(wèn)題。學(xué)者徐艷俠針對(duì)傳統(tǒng)建筑工程造價(jià)管理中心的靜態(tài)滯后、方式耗時(shí)耗力、信息閉塞等問(wèn)題，利用BIM技術(shù)推薦造價(jià)管理模式變革。學(xué)者俞添瀧針對(duì)建筑施工中管理人員缺乏安全意識(shí)、法律法規(guī)不完善的問(wèn)題，提出利用BIM技術(shù)進(jìn)行有效識(shí)別危害因素、動(dòng)態(tài)布置場(chǎng)地、數(shù)字化安全培訓(xùn)以及數(shù)字信息化管理。學(xué)者劉洋、路慧喜對(duì)建筑工程質(zhì)量管理制度和體系不完善、管理信息平臺(tái)建設(shè)滯后、管理隊(duì)伍的專業(yè)性落后等問(wèn)題提出基于BIM的建筑工程質(zhì)量管理的優(yōu)化方案。

專家學(xué)者的研究現(xiàn)狀表明，BIM技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用研究應(yīng)從起始的構(gòu)建建筑信息模型問(wèn)題到對(duì)施工管理所面臨的成本、進(jìn)度、質(zhì)量等都給出成熟、有效的解決方案。BIM技術(shù)在建筑工程領(lǐng)域的成功推廣、深化落實(shí)、成熟運(yùn)用并取得的一定效益，給基礎(chǔ)設(shè)施工程項(xiàng)目帶來(lái)了啟示和借鑒，政府部門、相關(guān)企業(yè)等都在研究如何將BIM技術(shù)落實(shí)深化于基礎(chǔ)設(shè)施工程項(xiàng)目中以獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。政府部門通常以政策或者規(guī)范等形式，鼓勵(lì)和推進(jìn)BIM技術(shù)落實(shí)。

鄰近營(yíng)業(yè)線施工作為基礎(chǔ)設(shè)施工程領(lǐng)域的一部分，是指在營(yíng)業(yè)線鄰近區(qū)域，影響或可能影響鐵路營(yíng)業(yè)線設(shè)備穩(wěn)定、使用和行車安全的作業(yè)。下穿鐵路工程作為鄰近營(yíng)業(yè)線施工的施工類型，一般為市政道路、公路等穿越既有線，需要在保證鐵路安全運(yùn)輸?shù)耐瑫r(shí)，將公鐵平面交通的形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒚娼煌ǎ蟹植糠猪?xiàng)工程多、施工環(huán)境復(fù)雜、施工工期長(zhǎng)等特點(diǎn)。施工企業(yè)作為工程建設(shè)項(xiàng)目生產(chǎn)建設(shè)的直接主體，既要按時(shí)按質(zhì)按量保證工程項(xiàng)目完工，又要節(jié)約成本。因?yàn)樵谌斯ぁ⒉牧稀⒓夹g(shù)等信息逐漸透明化的情況下，施工企業(yè)對(duì)施工成本的有效控制直接影響施工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。現(xiàn)階段大部分施工企業(yè)的成本控制仍然比較粗獷，BIM技術(shù)應(yīng)用較少，存在較大研究空白。因此，找出傳統(tǒng)施工成本控制中存在的問(wèn)題并提供相應(yīng)的解決措施，能為其他同類型或者相似類型的工程項(xiàng)目在應(yīng)用BIM技術(shù)方面提供一定的參考和借鑒。

一、傳統(tǒng)施工成本控制存在問(wèn)題和BIM技術(shù)落實(shí)難點(diǎn)

（一）傳統(tǒng)工程施工成本控制存在的問(wèn)題

成本控制應(yīng)在事前、事中、事后各階段對(duì)施工期間下穿類型的鄰近營(yíng)業(yè)線工程進(jìn)行影響成本控制因素的識(shí)別，并提出相應(yīng)的解決措施。但下穿類型鄰近營(yíng)業(yè)線的施工過(guò)程需要多類專業(yè)工程協(xié)同，因施工過(guò)程復(fù)雜，易出現(xiàn)事前和事中成本控制缺失，具體表現(xiàn)在實(shí)際項(xiàng)目施工過(guò)程中，項(xiàng)目經(jīng)理部的管理人員往往重視工程完工事后核算步驟，對(duì)于工程開(kāi)工前的事前測(cè)算過(guò)程和施工過(guò)程中的成本檢查及相關(guān)糾偏措施不重視，使得成本控制的效果較差。

成本、進(jìn)度、質(zhì)量作為施工管理的三大目標(biāo)本應(yīng)相互依存、相互作用，工程項(xiàng)目經(jīng)理部經(jīng)常將管理人員歸入安全質(zhì)量部、技術(shù)部、材料設(shè)備部等部門以方便理清任務(wù)安排和職責(zé)劃分，但施工現(xiàn)場(chǎng)的管理人員往往缺乏協(xié)同控制的意識(shí)，不利于成本控制措施的實(shí)施。此外，成本控制不能僅依靠工程項(xiàng)目經(jīng)理部門的審核，施工方案的優(yōu)劣，相應(yīng)設(shè)備材料的種類、數(shù)量等因素也時(shí)刻影響著施工成本的有效控制。

（二）BIM技術(shù)前端落實(shí)存在的問(wèn)題

為解決傳統(tǒng)施工成本控制的問(wèn)題，可利用BIM技術(shù)信息化管理的優(yōu)勢(shì)，為施工過(guò)程中出現(xiàn)的影響成本的相關(guān)因素提供相應(yīng)的解決措施。利用BIM技術(shù)的前提是在相應(yīng)的建筑信息模型上進(jìn)行施工成本控制，但包含下穿類型的鄰近營(yíng)業(yè)線施工BIM技術(shù)應(yīng)用案例匱乏，從前期模型的搭建到后期基于模型的成本控制都缺少可參考的工程案例。

二、BIM技術(shù)成本控制措施

（一）工程概況

某市市政公路延伸下穿既有鐵路站場(chǎng)，上方存在多條既有線路，采用挖空現(xiàn)澆的方式，布置箱涵隧道的鐵路站場(chǎng)的下穿施工。鐵路站場(chǎng)段下穿長(zhǎng)度為214.98米，采用人工挖孔樁形成澆筑支撐，上方既有營(yíng)業(yè)線的支撐樁和開(kāi)挖基坑后的樁板墻，又有鋼支撐構(gòu)成結(jié)構(gòu)受力體系的支護(hù)樁。應(yīng)采用施工便梁和支撐樁的方式，形成對(duì)需要進(jìn)行基坑開(kāi)挖的上方既有線的線路加固結(jié)構(gòu)體系，在架空區(qū)域下方進(jìn)行箱涵隧道的墊層施工，布置鋼筋和模板，澆筑混凝土，達(dá)到強(qiáng)度后拆模，回填混凝土和道砟，恢復(fù)相應(yīng)線路（見(jiàn)圖1）。

（二）下穿鐵路工程鄰近營(yíng)業(yè)線施工建筑信息模型的構(gòu)建

1.下穿鐵路工程的結(jié)構(gòu)分解

下穿鐵路工程作為鄰近營(yíng)業(yè)線施工的施工類型，一般為市政道路、公路等穿越既有線，要在保證鐵路安全運(yùn)輸?shù)耐瑫r(shí)，將公鐵平面交通轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒚娼煌ǎ邆浞植糠猪?xiàng)工程多、施工環(huán)境復(fù)雜、施工工期長(zhǎng)等特點(diǎn)。在下穿鐵路工程的施工過(guò)程中需與多類專業(yè)工程配合，因施工步驟多，相應(yīng)的施工工法復(fù)雜，構(gòu)建建筑信息模型難度大，現(xiàn)對(duì)下穿鐵路的施工項(xiàng)目進(jìn)行總結(jié)、分析，將整體項(xiàng)目初步分解為以下幾點(diǎn)。

圖1?鄰近營(yíng)業(yè)線施工現(xiàn)場(chǎng)

（1）通信和信號(hào)工程，其中通信工程包含了既有光電纜的遷改、光電纜割接和土建期間電纜的防護(hù)；信號(hào)工程包含了局部的割接遷改和后續(xù)的信號(hào)臺(tái)柱的加固固定。

（2）接觸網(wǎng)工程，包含了基坑工程的施工，接觸網(wǎng)的基礎(chǔ)澆筑，以及立桿的整正和支柱腕臂的裝配。

（3）隧道、涵洞工程，鐵路段的箱涵包含了人工挖孔樁的施工、線路加固的施工、工作坑的支護(hù)和開(kāi)挖和箱涵的施工，市政排水管涵包含了泵房基坑支護(hù)施工、調(diào)蓄池結(jié)構(gòu)的施工、泵房施工。

依據(jù)專業(yè)工程組成，進(jìn)行構(gòu)建族的再次結(jié)構(gòu)分解劃分。以隧道、箱涵工程為例，從箱涵工程整體結(jié)構(gòu)和使用功能來(lái)看，可將整個(gè)隧道、涵洞工程分為施工便梁、鐵路段、支撐與基礎(chǔ)和供電輔助設(shè)施。參考住房城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布的《建筑信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51269——2017）和中國(guó)鐵路BIM聯(lián)盟發(fā)布《鐵路工程信息模型信息分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》，進(jìn)行線路加固、信息模型信息編碼和分類。在企業(yè)族庫(kù)建立過(guò)程中，添加自定義屬性集和自有屬性集，其工程結(jié)構(gòu)分布圖如圖2所示。

圖2??工程結(jié)構(gòu)分布圖

2.下穿鐵路工程建筑信息模型族庫(kù)的構(gòu)建

下穿鐵路的施工方案是根據(jù)相關(guān)施工工法和施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件共同決定的。實(shí)際工程項(xiàng)目三維信息模型族的構(gòu)建與傳統(tǒng)二維圖紙相比，實(shí)現(xiàn)了三維立體實(shí)物圖可視化展示，并攜帶各類參數(shù)信息供施工方在工程項(xiàng)目施工過(guò)程中進(jìn)行施工預(yù)建造，實(shí)現(xiàn)方案設(shè)計(jì)優(yōu)化和包含成本控制在內(nèi)的目標(biāo)管控，該信息模型的核心主要由兩部分組成：（1）幾何類參數(shù)信息，三維信息模型在平臺(tái)上關(guān)于幾何尺寸、材料強(qiáng)度、材料消耗量等數(shù)據(jù)的表達(dá)；（2）非幾何參數(shù)信息，主要包括材料信息、時(shí)間分析信息等，供管理者在工程施工建設(shè)中進(jìn)行目標(biāo)管控。由于上述專業(yè)工程類型過(guò)多，下文將以隧道工程中的鐵路段箱涵工程的箱涵為例，構(gòu)建建筑信息模型族庫(kù)。

下穿箱涵在實(shí)際施工過(guò)程中，首先要進(jìn)行外部鋼筋混凝土框架的施工，包含布置鋼筋、支設(shè)模板、澆筑混凝土等施工工序，達(dá)到強(qiáng)度后進(jìn)行內(nèi)部路基路面和管道設(shè)備的施工，按照不同的族樣板和族命令，進(jìn)行模型族構(gòu)建，具體如表1所示，構(gòu)建完成的族如圖3所示。

表1 鋼筋混凝土框架涵建筑信息模型族構(gòu)建參數(shù)

構(gòu)建完成的模型族應(yīng)滿足后續(xù)成本控制的需求，因此，要能夠隨時(shí)提取族庫(kù)有關(guān)參數(shù)信息，并與材料單元信息價(jià)結(jié)合，得出相關(guān)工程的成本造價(jià)。以構(gòu)建完成的鋼筋混凝箱涵族為例，其內(nèi)部的鋼筋工程族（見(jiàn)圖4），可使用Revit 2016中的明細(xì)表得出相關(guān)參數(shù)信息（見(jiàn)表2），獲取相關(guān)鋼筋的單價(jià)即能得出相應(yīng)的成本。

表2 鋼筋混凝土箱涵鋼筋族明細(xì)表數(shù)

整體下穿鐵路鄰近營(yíng)業(yè)線工程建筑信息模型，其建立流程如下：

在線路加固信息模型建立前，選擇Revit 2016自帶的基礎(chǔ)項(xiàng)目樣板，導(dǎo)入CAD圖紙，繪制好標(biāo)高、軸網(wǎng)，建立好符合該項(xiàng)目的線路加固專項(xiàng)項(xiàng)目樣板。

圖3?鋼筋混凝土箱涵族

圖4?鋼筋混凝土箱涵鋼筋族

將Civil 3D中建立好的地形點(diǎn)云文件通過(guò)DWG格式導(dǎo)入Revit 2016中，經(jīng)過(guò)軟件處理，得到施工地形模型文件。

分別將上述族構(gòu)件加載進(jìn)線路加固專項(xiàng)項(xiàng)目樣板，搭建線路加固信息模型。

（三）基于BIM技術(shù)的施工成本控制措施

1.施工技術(shù)交底

將在Revit 2016中建立的線路加固信息模型通過(guò)NVT轉(zhuǎn)FBX格式導(dǎo)入3ds Max中，以施工動(dòng)畫的形式直接展示線路加固過(guò)程中人工挖孔樁鋼筋籠放入、混凝土砂漿的灌注、部分鐵軌的拆卸，以及不同橋跨間施工便梁、縱梁和橫梁的搭接要點(diǎn)等一系列施工流程。現(xiàn)場(chǎng)管理人員和一線工人認(rèn)知水平層次不一，通過(guò)施工動(dòng)畫進(jìn)行施工技術(shù)交底，拋卻了傳統(tǒng)二維CAD圖紙的煩瑣性，給現(xiàn)場(chǎng)管理人員和一線施工工人更直觀的感受，幫助其更好地了解施工步驟和流程，加快工程進(jìn)度，確保工程質(zhì)量，減少工程返工，從而降低相應(yīng)施工成本。施工現(xiàn)場(chǎng)如圖5所示，施工效果見(jiàn)圖6。

圖5??現(xiàn)場(chǎng)施工圖

圖6??施工效果圖

2.施工碰撞檢查

在進(jìn)行下穿鐵路工程鄰近營(yíng)業(yè)線施工過(guò)程中，要考慮施工過(guò)程是否會(huì)對(duì)鐵路干線造成“侵限”問(wèn)題。因此，利用下穿工程建筑信息模型進(jìn)行碰撞檢查，通過(guò)RVT將模型轉(zhuǎn)成NWD格式，在Navisworks中，導(dǎo)入加固模型和鐵路干線限界模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，查看鐵路干線是否會(huì)影響線路加固施工過(guò)程，避免因碰撞而造成工程延誤、后期工程變更和成本增加。

3.施工方案對(duì)比模擬

在下穿鐵路的鄰近營(yíng)業(yè)線工程中，各分項(xiàng)工程存在多類施工方案，使用某類施工方案能夠完成相應(yīng)的施工步驟，但可能存在施工成本超標(biāo)情況，利用BIM技術(shù)的實(shí)現(xiàn)模擬型，分別導(dǎo)入含有成本信息的施工方案所需的參數(shù)族，進(jìn)行方案對(duì)比（見(jiàn)表3），下穿鐵路施工前，會(huì)對(duì)上方既有線路進(jìn)行加固，通過(guò)利用BIM模型進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)利用定制D型施工便梁雖然在材料成本上會(huì)有所增加，但是以后日常養(yǎng)護(hù)的成本會(huì)有所降低，因此選取定制D型施工便梁方案可有效降低施工成本。

表3 利用BIM模型的施工方案對(duì)比

三、結(jié)語(yǔ)

下穿工程的鄰近營(yíng)業(yè)線施工過(guò)程中存在缺乏相應(yīng)族庫(kù)模型的問(wèn)題，傳統(tǒng)工程的施工成本控制存在控制措施落后、協(xié)同性差的問(wèn)題。通過(guò)引入BIM技術(shù)并構(gòu)建相應(yīng)的下穿鐵路建筑信息族庫(kù)并搭建詳細(xì)的建筑信息模型，可以做到有效統(tǒng)計(jì)各類專業(yè)工程的成本信息，并通過(guò)施工技術(shù)交底、施工碰撞檢查和施工方案對(duì)比等有效措施降低施工成本，提高工程效益。