基于BIM的裝配式混凝土建筑項目成本控制研究

朱德銘

(廣東省建筑工程集團有限公司 廣東 廣州 510000)

前言

裝配式建筑作為一種新型的建筑模式,按照設(shè)計圖紙在構(gòu)件預(yù)制廠內(nèi)生產(chǎn)出預(yù)制構(gòu)件,再將預(yù)制構(gòu)件運輸?shù)绞┕龅睾笥玫跹b設(shè)備進行安裝,減少了施工垃圾,避免了環(huán)境污染,提高了機械化程度,有利于貫徹落實綠色循環(huán)低碳發(fā)展理念,推進建設(shè)領(lǐng)域生態(tài)文明建設(shè)。因此,全面推進裝配式建筑發(fā)展是建筑行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的最佳選擇。BIM技術(shù)作為當(dāng)前建筑業(yè)發(fā)展的一種重要信息技術(shù)手段,可以將工程項目的各個參與方聯(lián)系起來,建立一個信息共享的建筑信息模型,將BIM技術(shù)運用到裝配式混凝土建筑項目的全生命周期中,可以有效提高裝配式混凝土建筑的生產(chǎn)效率、工程質(zhì)量,并降低成本,提升裝配式建筑企業(yè)的綜合競爭力。裝配式建筑作為當(dāng)前建筑業(yè)發(fā)展的趨勢,具有節(jié)約勞動力,提高建筑質(zhì)量,縮短項目工期等優(yōu)點,符合我國高質(zhì)量發(fā)展的要求。

1 裝配式建筑概述

裝配式建筑是以構(gòu)件工廠預(yù)制化生產(chǎn),現(xiàn)場裝配式安裝為模式,以標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工、一體化裝修和信息化管理為特征,整合從研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造、現(xiàn)場裝配等各個業(yè)務(wù)領(lǐng)域,實現(xiàn)建筑產(chǎn)品節(jié)能、環(huán)保、全周期價值最大化的可持續(xù)發(fā)展的新型建筑生產(chǎn)方式。按照主體結(jié)構(gòu)材料可以分為裝配式混凝土建筑、裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑和裝配式木結(jié)構(gòu)建筑。現(xiàn)階段我們主要研究的裝配式建筑是用鋼筋混凝土預(yù)制構(gòu)件裝配形成,在施工現(xiàn)場進行澆筑養(yǎng)護成型的建筑。相較于現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu),裝配式混凝土建筑具有以下四點優(yōu)勢。

1.1 設(shè)計方面。傳統(tǒng)的現(xiàn)澆式建筑的優(yōu)勢是由其設(shè)計的隨意性決定的,承重墻多、開間較小,房間的空間布局無法靈活分割。而裝配式建筑在設(shè)計戶型時就采用大開間,可以實現(xiàn)設(shè)計模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化,其標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計可以從源頭開始減少預(yù)制構(gòu)件的類型,從而可以達到節(jié)省成本的目的。

1.2 生產(chǎn)方面。隨著住宅現(xiàn)代化的要求越來越高,建筑物的墻體結(jié)構(gòu)材料和內(nèi)部裝飾材料要求綠色環(huán)保。而傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑物的施工工藝,難以保證建筑物美麗色彩的持久性。裝配式建筑根據(jù)設(shè)計出的構(gòu)件拆分圖,在預(yù)制廠內(nèi)用模具進行大批量生產(chǎn),能夠更好地控制建筑材料的穩(wěn)定性,如防水性、耐火性、隔音性、保溫性、強度等,可以滿足建筑物的功能需求。

1.3 施工方面。裝配式建筑在施工方面最大的特點是將部分工作轉(zhuǎn)移到工廠中完成,節(jié)省了在施工現(xiàn)場的施工時間。傳統(tǒng)的現(xiàn)澆施工方法要求設(shè)計方、施工方等前面的工序完成后才能繼續(xù)下一階段的工作,而預(yù)制構(gòu)件在工廠生產(chǎn),可以允許多個分包商同時進行不同的工作,這樣縮短了工期。同時,將部分工作轉(zhuǎn)移到工廠內(nèi),可以減少現(xiàn)場施工人員的數(shù)量,避免受到不利天氣的影響,提高了工人安全生產(chǎn)的系數(shù),能夠更高質(zhì)高效地完成工作,可以節(jié)省一定的人力、物力和財力。

1.4 能源方面。現(xiàn)澆建筑物由于在現(xiàn)場施工,產(chǎn)生的廢棄物、噪音、建筑污染較多。而裝配式建筑在工廠生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件,在生產(chǎn)過程中建筑垃圾相應(yīng)的減少,而且可以減少現(xiàn)場泵送混凝土的工作量,這些可以降低資源和能源的消耗量。根據(jù)研究結(jié)果可知,采用裝配式建筑可以在建造階段節(jié)水、節(jié)能、節(jié)材和減少建筑垃圾。

2 裝配式混凝土建筑項目施工成本分析

2.1 裝配式混凝土建筑與現(xiàn)澆建筑成本對比分析

為了達到降低裝配式建筑成本的目的,首先需要將裝配式建筑和現(xiàn)澆建筑成本進行對比,找到裝配式建筑成本過高的原因,進而采取有效措施和方法。本文按照同樣的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量要求,列舉某項目裝配式建筑和現(xiàn)澆建筑兩種不同的施工工藝下的施工成本,更加直觀的比較兩者的差異。

對總成本對比分析發(fā)現(xiàn),主要偏差部分為預(yù)制構(gòu)件部分。其中,預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)的人工費比現(xiàn)澆建筑降低35.70%,主要原因是裝配式建筑將一部分生產(chǎn)工作轉(zhuǎn)移到工廠內(nèi),預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)更加機械化,人工成本相對減少。

材料費部分,預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)比現(xiàn)澆建筑高53.70%,主要是由于裝配式建筑對預(yù)制構(gòu)件的需求量較大,構(gòu)件的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一,構(gòu)件廠沒有形成較大的規(guī)模,深化設(shè)計能力不足,導(dǎo)致構(gòu)件生產(chǎn)材料成本較高。

機械費部分,裝配式建筑比現(xiàn)澆建筑增加了25.50%,除了生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件所需要的機械費增加以外,在施工現(xiàn)場安裝預(yù)制構(gòu)件時需要大型塔吊設(shè)備,該設(shè)備的費用會比現(xiàn)澆項目高,因此裝配式建筑結(jié)構(gòu)的機械費相對較高。

措施項目費部分,裝配式建筑措施項目費比現(xiàn)澆建筑降低了8.80%,這是由于現(xiàn)澆建筑在澆筑混凝土?xí)r需要較多的腳手架和模板,而裝配式建筑將預(yù)制構(gòu)件轉(zhuǎn)移到預(yù)制工廠內(nèi)進行生產(chǎn),在施工現(xiàn)場進行吊裝,相對減少了施工現(xiàn)場的腳手架和模板的費用。

綜合來看,裝配式建筑相對于傳統(tǒng)建筑,成本較高的主要體現(xiàn)在以下三塊:

一是生產(chǎn)成本。裝配式建筑技術(shù)難度更高,前期設(shè)計、生產(chǎn)投入較大,分?jǐn)偟綐?gòu)件上的成本較高,需要提高構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化程度,當(dāng)構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化提高,構(gòu)件產(chǎn)量達到較大規(guī)模后,構(gòu)件的生產(chǎn)成本才會相應(yīng)降低。

二是運輸成本。工廠到施工現(xiàn)場的距離決定了運輸成本的高低,一般距離在100km以內(nèi)物流成本相對合適,目前可供選擇的構(gòu)件生產(chǎn)廠家較少,距離相對較遠,運輸成本較高。

三是安裝成本。構(gòu)件運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場后需要進行吊裝作業(yè),現(xiàn)階段預(yù)制構(gòu)件安裝工人不熟練以及吊裝機械設(shè)備成本相對較高。

由此可見,裝配式建筑雖然能夠減少現(xiàn)場混凝土澆筑以及內(nèi)墻抹灰等的工程量,更加節(jié)能環(huán)保,但是裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)、運輸和安裝成本相對增加,這是制約裝配式建筑發(fā)展的關(guān)鍵因素。

2.2 裝配式混凝土建筑項目施工成本分析

2.2.1 預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)階段成本分析

預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)成本屬于成本占比最大的一部分,是成本控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)成本主要包括以下幾個部分:

構(gòu)件生產(chǎn)人工費。發(fā)展裝配式建筑的目標(biāo)在于推動建筑工業(yè)化的發(fā)展,其重要的標(biāo)志在于建筑業(yè)勞動生產(chǎn)率的提高,而提高勞動生產(chǎn)率的關(guān)鍵在于培育產(chǎn)業(yè)工人。預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)和制作過程需要工人具有一定的專業(yè)技能,專業(yè)水平相對傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑較高,需要達到預(yù)制構(gòu)件精細化的要求,因此產(chǎn)業(yè)工人的薪酬較高,從而使得預(yù)制構(gòu)件的人工費相對較高。

構(gòu)件生產(chǎn)材料費。生產(chǎn)成本占比最大的是材料費,主要包括混凝土、鋼筋、保溫板、EPS板和預(yù)埋件等主材,以及脫模油、緩凝劑及其它零星輔材。在工廠生產(chǎn)的精度化程度較高,能夠減少材料的損耗。

構(gòu)件生產(chǎn)機械費。對于預(yù)制構(gòu)件的機械費用主要體現(xiàn)在模具成本的增加。預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)工藝通常包括清理模具模臺、噴灑脫模緩凝劑、安裝模具、鋼筋籠安裝、預(yù)埋件安裝、混凝土澆筑申請、混凝土澆筑振搗混凝土趕平、混凝土收光、堆垛養(yǎng)護拆模、粗糙面洗水、起吊、預(yù)埋件拆除、修補緩存等階段。在這個生產(chǎn)過程中需要相應(yīng)的模具,隨著構(gòu)件種類增多和構(gòu)件復(fù)雜程度加大,模具的成本也會隨之增大。根據(jù)預(yù)制工廠調(diào)研得知,因預(yù)制構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化程度不高,不同項目的模具無法互通,模具的利用率不高。

固定資產(chǎn)折舊和設(shè)備攤銷。由于我國裝配式建筑正處于快速發(fā)展的初步階段,預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量較少、規(guī)模較小,而預(yù)制構(gòu)件廠在前期建廠時投入資金較大,這些費用都需要分?jǐn)偟綐?gòu)件的成本中。企業(yè)實際生產(chǎn)方量與構(gòu)件廠設(shè)計方量相差越大,則需要分?jǐn)偟筋A(yù)制構(gòu)件的攤銷費和折舊費就會越多,進而使得預(yù)制構(gòu)件的成本加大。

構(gòu)件深化設(shè)計費。預(yù)制構(gòu)件廠商針對設(shè)計圖紙進行深化設(shè)計,該部分的費用將分?jǐn)偟筋A(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)成本。

構(gòu)件管理費。現(xiàn)澆混凝土建筑在養(yǎng)護后可以直接形成建筑實體,不需要存放管理,在預(yù)制構(gòu)件中,對于生產(chǎn)出的構(gòu)件需要進行合理的堆放和儲存管理,這也造成了生產(chǎn)成本的增加。

2.2.2 預(yù)制構(gòu)件運輸階段成本分析

運輸成本占預(yù)制構(gòu)件成本影響較低,主要成本構(gòu)成是構(gòu)件運輸費、臨時存放費和二次搬運費。其中構(gòu)件運輸費占比最大,運輸過程中的材料費、上車費、人工費、配送運輸成本和機械費組成了構(gòu)件運輸費。在這個過程中主要受到運輸距離和裝載方案的影響。若預(yù)制廠和施工現(xiàn)場距離較遠,運輸車輛的油費、時間和人工成本會增加,運輸成本也會隨著增長。以預(yù)制外墻為例,運輸距離為30公里時,運輸費用為150元/m,30公里以外每增加1公里單方增加2元。除了受到運輸距離的影響外,預(yù)制構(gòu)件在車輛中的堆放形式、運輸車輛和路線的選擇也會對運輸費用的高低產(chǎn)生影響。要求我們在運輸前對預(yù)制構(gòu)件進行編碼和有序地擺放,提前勘察路況,選擇合適的運輸車輛和運輸路線,避免迂回運輸和過遠運輸帶來的成本增加。

2.2.3 預(yù)制構(gòu)件安裝階段成本分析

預(yù)制構(gòu)件的安裝成本占比相對較少,是指工程建設(shè)中安裝裝配式構(gòu)件及其輔助工作所產(chǎn)生的費用,是工程建設(shè)施工圖設(shè)計階段安裝價值的貨幣表現(xiàn)。在裝配式建筑過程中,除了現(xiàn)澆部分所產(chǎn)生的費用以外,在安裝預(yù)制構(gòu)件的過程中還會產(chǎn)生以下費用:構(gòu)件安裝人工費,安裝構(gòu)件需要使用的連接件、后置預(yù)埋件等材料費、構(gòu)件安裝機械費、構(gòu)件垂直運輸費等,其中構(gòu)件安裝人工費和構(gòu)件安裝機械費分別計入人工費和機械費中,為安裝所使用的連接件、預(yù)埋件等材料費計入材料費中,構(gòu)件垂直運輸費計入措施項目費中。由于預(yù)制構(gòu)件吊裝成本高,容易受到突發(fā)事件的影響,成本較高。其中最主要的是塔吊費和安裝人工費,安裝成本的高低取決于安裝速度。吊裝機械的選型和位平面布置位置直接影響施工安裝成本。目前現(xiàn)階段預(yù)制構(gòu)件的安裝工人經(jīng)驗較少,對預(yù)制構(gòu)件吊裝和落位的技術(shù)掌握的熟練程度較低,導(dǎo)致項目實際工期滯后,安裝成本相應(yīng)會增加。

3 基于BIM的裝配式混凝土建筑項目成本控制

3.1 投標(biāo)階段成本控制

投標(biāo)階段成本控制的主要工作內(nèi)容為運用BIM技術(shù)建立裝配式混凝土建筑三維模型,提取BIM模型明細表中工程量與招標(biāo)清單工程量進行對比,參考類似工程的成本指標(biāo),結(jié)合項目所在地人、材、機等相關(guān)費用,綜合得出成本指標(biāo),預(yù)測標(biāo)前成本,為投標(biāo)報價取得合理的利潤提供指導(dǎo)。投標(biāo)人在取得招標(biāo)文件后,需要認(rèn)真分析招標(biāo)文件中的技術(shù)規(guī)范、圖紙和工程量清單等,防止出現(xiàn)廢標(biāo)的情況或因圖紙不夠詳細影響投標(biāo)人進行估價,導(dǎo)致承包商出現(xiàn)較大虧損。其中工程量的準(zhǔn)確性直接影響承包商的經(jīng)濟利益,因此承包人在拿到招標(biāo)工程量清單后需要重新復(fù)核工程量,根據(jù)復(fù)核后的工程量與招標(biāo)工程量之間的差值,選用不同的報價策略以及合適的施工機具。在建筑信息化BIM模型中,每個構(gòu)件都帶有信息量,因此在裝配式混凝土建筑中利用BIM三維模型獲取工程量信息,與招標(biāo)工程量清單進行對比分析,成為核對招標(biāo)工程量清單的有效手段。BIM模型中獲取信息量的方法主要通過refit軟件中的明細表命令進行統(tǒng)計,可以統(tǒng)計“明細表/數(shù)量”和“材質(zhì)提取”。針對前期建模時對預(yù)制構(gòu)件設(shè)置的參數(shù)信息,可以利用明細表功能自動計算出構(gòu)件體積、構(gòu)件吊裝重量、鋼筋重量等數(shù)值。以疊合板為例,主要統(tǒng)計疊合板構(gòu)件的個數(shù),設(shè)置相應(yīng)的公式,計算出每一塊疊合板的吊裝重量,為安裝施工提供指導(dǎo)依據(jù)。除了對構(gòu)件數(shù)量、體積進行統(tǒng)計外,還可以對構(gòu)件鋼筋長度進行相應(yīng)的統(tǒng)計,根據(jù)統(tǒng)計出的鋼筋長度,查閱鋼筋容量表,在明細表中設(shè)置公式,計算出鋼筋的重量。

3.2 施工準(zhǔn)備階段成本控制

施工準(zhǔn)備階段成本控制的主要工作內(nèi)容是指利用BIM優(yōu)化預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)、運輸和安裝施工方案,編制基于BIM的施工成本計劃,確定項目目標(biāo)成本,將目標(biāo)成本作為成本費用控制標(biāo)準(zhǔn)。工程項目成本計劃是指在對工程項目所需成本總額作出合理估計的前提下,為了確定項目實際執(zhí)行情況的基準(zhǔn),保證項目投資目標(biāo)的實現(xiàn),而把整個項目成本分配到各個任務(wù)單元上去的工作。編制成本計劃的目的是在此基礎(chǔ)上進行成本控制工作,保證在可承受的成本范圍內(nèi)實現(xiàn)項目。對于現(xiàn)代工程項目來說,成本計劃不僅包括按照已確定的技術(shù)設(shè)計、合同、工期、實施方案和環(huán)境預(yù)算工程成本,而且包括對不同的方案進行技術(shù)經(jīng)濟分析,從總體上考慮工期、成本、質(zhì)量以及實施方案等之間的互相影響和平衡,以尋求最優(yōu)的解決。編制成本計劃的程序,因項目的規(guī)模大小、管理要求不同而不同,大中型項目一般采用分級編制的方式,即先由各個部門提出部門成本計劃,小型項目一般采用集中編制方式,即由項目經(jīng)理部先編制各部門成本計劃,再匯總編制項目的成本計劃。

3.3 施工實施階段成本控制

成本核算是指在計算工程成本的過程中,將施工過程中發(fā)生的各項生產(chǎn)費用,如支付給工人的工資、耗用的各種材料、使用機械設(shè)備所發(fā)生的相關(guān)費用等,根據(jù)內(nèi)部有關(guān)部門提供的手續(xù)完備的憑證資料,通過“工程施工”科目進行匯總,然后再直接計入或分配計入有關(guān)的成本核算對象,計算出各工程的實際成本。它能夠反映和監(jiān)督項目成本計劃的完成情況,為項目成本預(yù)測和參與項目施工生產(chǎn)、技術(shù)和經(jīng)營決策提供可靠的成本報告和有關(guān)資料,促進項目改善經(jīng)營管理、降低成本、提高經(jīng)濟效益。成本核算是指在計算工程成本的過程中,將施工過程中發(fā)生的各項生產(chǎn)費用,如支付給工人的工資、耗用的各種材料、使用機械設(shè)備所發(fā)生的相關(guān)費用等,根據(jù)內(nèi)部有關(guān)部門提供的手續(xù)完備的憑證資料,通過“工程施工”科目進行匯總,然后再直接計入或分配計入有關(guān)的成本核算對象,計算出各工程的實際成本。它能夠反映和監(jiān)督項目成本計劃的完成情況,為項目成本預(yù)測和參與項目施工生產(chǎn)、技術(shù)和經(jīng)營決策提供可靠的成本報告和有關(guān)資料,促進項目改善經(jīng)營管理、降低成本、提高經(jīng)濟效益。

結(jié)束語

BIM技術(shù)是裝配式建筑發(fā)展的助燃劑,運用BIM技術(shù)可以實現(xiàn)裝配式建筑全過程成本的可視化,并通過模擬化和精細化協(xié)同管控,可完成裝配式建筑成本控制。在裝配式建筑中引入BIM技術(shù),可以對成本投入計劃進行實時高效監(jiān)測與管控;在裝配式施工中嵌入BIM技術(shù)的全員動態(tài)監(jiān)測控制,可以獲取資源分配與施工效率的平衡點,進而實現(xiàn)成本最低及效益最大化。