BIM技術在水利泵站施工與成本管理中的實踐

劉洪君

(中正信造價咨詢有限公司，山東 濟南 250000)

0 引言

山東省人民政府關于印發山東省“十四五”水利發展規劃的通知中提到，“推進數字水利建設，提高水利智慧化水平”，在新建重大水利工程規劃建設管理同步落實智能化要求，積極推進BIM(建筑信息模型)技術在水利工程全生命周期運用，推進實體工程和數字孿生工程同步建設，提升水利工程建設運行管理智能化水平。《山東省水利工程建設項目法人管理辦法》中提到“鼓勵應用新材料、新設備、新工藝、新技術，加大BIM技術在設計、施工等環節的應用，旨在提升建設管理的技術含量和科技水平”[1]。

BIM技術在房屋建筑工程中已經得到了較為廣泛的應用，在水利工程建設中也在逐步展開推廣[2]。本次研究采用BIM可視化技術進行施工管理及造價管理的項目為清湖水庫至鵲山水廠調水工程中的泵站工程。

1 工程概況

為有力地緩解市區的缺水狀況,促進濟南經濟建設發展，遠期解決新舊動能先行區供水問題，立項批復建設玉清清湖水庫至鵲山水廠調水工程。文章研究的內容主要為三期工程，工程建設內容為新建取水泵站1座，設計規模40萬m3/d，敷設原水管線6 949 m，其中取水泵站至黃河大堤管道長956 m，黃河大堤至明里莊東管道長度為2 478 m，明里莊東至濟齊路管道長度3 515 m，管徑DN1 200 mm～DN2 000 mm；同步實施翻越黃河堤防補救工程。采用BIM技術進行施工和成本管理的單位工程為玉清湖水庫泵站。該泵站是玉清湖水庫至鵲華水廠調水工程的源頭泵站，建設位置位于山東省濟南市槐蔭區，取水泵站位于玉清湖水庫東入口南側，占地面積6 000 m2，取水方式采用虹吸取水的方式。主要建設內容包括取水頭、虹吸取水管和取水泵房，其中取水頭部采用箱式，平面尺寸4.0 m×33.0 m；虹吸取水管道8根，管徑DN1 000 mm；泵房為兩層，平面尺寸為60.5 m×27.6 m，首層為設備間，2層為變配電室、控制室；泵房內設置6臺臥式變頻離心泵，4用2備，單臺水泵流量4 600 m3/h，揚程為33 m，功率560 kW。泵站基礎采用樁基礎及筏板基礎形式，首層為鋼筋混凝土剪力墻結構，二層為鋼筋混凝土框架結構。

2 建模軟件介紹

2.1 廣聯達BIM土建計量平臺GTJ2021介紹

本項目建模軟件采用廣聯達BIM土建計量平臺GTJ2021進行土建建模，運行平臺為Windows系統，GTJ2021利用大數據、BIM、云等技術，為國內工程造價領域的企業和從業者提供BIM土建計量產品，幫助客戶解決項目全過程計量業務，持續提升工作效能，運行平臺為Windows10操作系統[3]。

2.2 建模構件介紹

本項目建模構件主要考慮樁基、基礎、柱、梁、墻、板、砌體墻等構件。樁基主要采用樁徑1 000 mm鋼筋混凝土灌注端承摩擦樁，長度26 m。筏形基礎厚度1 000 mm，鋼筋混凝土錯臺結構。柱均為普通矩形現澆鋼筋混凝土柱。梁以普通矩形梁為主，另有部分異形梁結構。鋼筋混凝土墻采用直行墻加腋構造，板為普通混凝土現澆結構板，砌體為加氣砌塊結構。

構件建模主要采用軟件內置的識別功能進行不同構件的識別與繪制。構件繪制順序為導入圖紙、識別基礎、識別柱、識別梁、識別墻、布置鋼筋。最終形成完整的構件模型。

3 BIM技術在施工管理中的應用

3.1 施工圖圖紙會審應用

借助BIM技術，將項目實施過程中的海量信息進行集成并可視化[4]，可以在項目正式開工前將建筑物直觀的呈現出來，提高圖紙會審階段的效率和準確率，提高項目進度管理階段的效率和成本管理階段的效率。模型繪制過程同時也是對施工圖的詳細圖審過程，模型繪制需要將圖紙完整的構件信息全部輸入到BIM算量軟件中，軟件自動提示部分設計圖紙錯誤。

通過三維圖形算量計算軟件，按照圖形信息進行圖紙檢查。新建文件后進行工程設置：包括構件材料的設置、工程抗震等級設置、鋼筋計算規則的設置、樓層信息設置、各樓層構件混凝土標號設置等。設置完成對圖紙進行初步檢查，檢查圖紙是否完整齊全、復核灰土標準，是否包含設計單位的圖章簽字等。

初步檢查完成后開始按照軟件繪圖要求進行圖紙導入。軟件可以按照DWG格式和PDF格式分別導入。通過軟件識別功能識別軸網并且定位。完成以后進行圖紙分解，分別按照圖號進行定位。通過定位能夠檢查不同樓層間是否有相同軸線間尺寸標注不一致問題。可以檢查上下層墻、梁、柱的位置變化是否引起軸線編號的變化等問題。

軸網確定后分別按照工程建設順序，按照基礎、柱、梁、墻、板的順序輸入構件并定義構件相關屬性與做法。包括每個構件的幾何尺寸、材料的類型、構件施工方法的設置等。另外需要單獨設置鋼筋的錨固長度、保護層的要求、加密區的長度和搭接長度等的計算設置。通過該部分設置可以檢查平面尺寸與標注是否一致、是否存在高程、鋼筋設計不合理情況等。本項目通過軟件檢查發現設計錯漏問題多處，舉例如下：

梁跨數與集中標注不符，如圖1所示，集中標注為4跨梁，實際為5跨，BIM軟件自動提醒該梁存在異常，并顯示深灰色(紅色)，準確提示圖紙問題。

缺失原位標注，如圖2所示，通過軟件云檢查，發現部分梁未輸入下部鋼筋，定位后檢查發現，下部鋼筋設計未標注，及時準確對缺失部分進行補正。通過標注尺寸信息返建構件后，采用構件與平面設計線尺寸對比，查找設計標注錯誤。

通過可視化檢查設計標高標注錯誤，模型繪制完成，觀察存在異常柱突出板頂，通過檢查為設計柱標高標注錯誤，及時通知設計單位進行修訂。

通過BIM軟件進行圖審，不僅能夠及時有效的檢查設計圖紙錯誤，同時能夠通過可視化效果對構件進行準確定位修改。軟件還提供云檢查、云指標等對設計的配筋密度、配筋含量、鋼筋是否矛盾、建模的合理性等進行分析。避免圖審遺漏或未發現設計錯漏。

3.2 工程量計算

工程量的計算是項目造價成本控制的核心任務之一，精準快速的完成工程量計算是造價成本管理的最基礎工作。但工程量計算具有工作量大、工作煩瑣、工作費時的特點，占據成本管理控制總工作量的60%左右。如何準確快速的完成工程量計算變得尤為重要。對于提高預算質量、施工造價成本管控有著極為突出的作用。目前我國的工程量計算主要為手工繪制草稿計算工程量、電腦表格計算工程量、簡單小型算量軟件、混凝土鋼筋安裝分離式算量軟件、量筋合一軟件、BIM模型化平臺的演變過程。實行BIM平臺化管理對于工程量計算是一個數量級的飛躍式發展。

BIM軟件提供各種類別的構件工程量匯總，對鋼筋、混凝土、砌體、裝飾裝修等進行分類匯總，同時提供按構件、樓層等進行工程量提取的功能。大量節約人工手算的時間，并能夠保證工程量的準確性。

算量更加準確，從而推算出更加準確的工程成本投入，如果在計算過程中數據的準確得不到保證，將會直接影響工程建筑的質量及后期的成本投入，基于BIM技術的三維算量可以完全擺脫人工算量的錯誤及誤差，使得更好的對成本進行控制。

算量更加高效，完成該泵站的主體結構算量，若采用手工計算約15 d時間， BIM技術算量僅需要3 d時間，效率得到大幅提升，從而節約時間投入到其他造價管理工作中。

完成三維模型建模轉化后，軟件分別內置了按照圖元模型提取工程量、按照樓層提取工程量、按照工程范圍提取工程量等多種工程量提取方法，同時帶有完整的工程量計算公式，并可以反查三維模型。鋼筋報表中可以提供按照鋼筋不同直徑、不同材質、不同級別的提量方式，還可以提供鋼筋的接頭數量、接頭形式、鋼筋的損耗數量等基礎數據。鋼筋算量也提供了編輯鋼筋的操作，可以通過三維模型查看單根鋼筋的具體布置位置及鋼筋彎鉤樣式等。

3.3 優化物資材料采購管理

重視采購計劃的編制與管理，采用BIM軟件按照工期進行工程量提取，進行分批編制采購計劃。在物資采購前根據項目實際情況及預算分析提供的工料分析編制合理的物資采購計劃。并通過各部門間的聯動協作，實現物資的動態化管理。

根據BIM軟件提供的準確工程量，精準推算物料的采購用量，避免超量采購的浪費以及缺量采購而導致的運費增加等情況出現，從而達到控制造價成本的目的。

幫助提高物資管理水平，預制構件、門窗等進行編碼處理，方便到貨清點、現場安裝等，結合工程真實情況科學判別工程的建設內容，使物料管理支出更加明確、簡潔。

通過精準的算量結果，實施限額領料制度，BIM為限額領料提供了技術及數據支撐，造價預算人員為物資管理人員提供準確的物料用量，提高倉管物料管理水平。

3.4 降低工程造價成本

施工造價成本的控制是施工階段工程造價管理的主要任務，利用BIM技術進行模擬施工，預測并避免可能發生的工程變化,減少工程變更、重復施工等現象，控制施工成本。

利用BIM軟件查找挖掘出可能影響工程造價的因素，根據風險特征采取相應的規避方案，針對技術性的風險，可結合BIM模型進行先期調整,以便從技術角度減少風險，同時可以確定并積極使用有利的成本因素，從而增加利潤。

本項目通過BIM技術優化模板配模方案，提高模板周轉效率；通過鋼筋模型優化接頭方案；利用BIM可視化技術精準布置各項預留洞口，避免后期二次開洞開槽；優化分包隊伍進場施工順序，避免出現窩工現象。

通過BIM技術應用，可以降低項目管理強度，減少管理人員數量，降低管理人員工資成本支出，節約管理費用，降低工程造價成本。

3.5 提高合同計量支付管理質量

合同管理是建設工程實施過程中最重要的環節之一，所有的項目建設都圍繞著合同管理展開。利用BIM技術充分提高合同計量支付管理質量尤為重要。

住房和城鄉建設部在2017年下發文件《關于加強和改善工程造價監管的意見》中，提出要推行工程價款施工過程結算制度；住房和城鄉建設部2019年12月24日再次在《關于進一步加強房屋建筑和市政基礎設施工程招標投標監管的指導意見》中提出：嚴格合同履約管理和工程變更，強化工程進度款支付和工程結算管理，招標人不得將未完成審計作為延期工程結算、拖欠工程款的理由。施工過程結算，即是指在工程項目實施過程中，發承包雙方依據施工合同，對約定結算周期(時間或進度節點)內完成的工程內容(包括現場簽證、工程變更、索賠等)開展工程價款計算、調整、確認及支付等的活動。過程中精準計量支付更為重要。施工過程中的合同計量管理主要圍繞工程進度款支付展開，按照合同約定按月進行已完工程量支付，根據現場進度可以通過BIM模型輕松提取已完構件的詳細工程量，再通過計價軟件進行工程款計量、準確無誤，避免重復計量、錯漏計量等情況出現；BIM技術為合同實施過程中分段結算做出了重要貢獻。

驗收完成后，利用BIM技術能夠快速完成合同結算，常規結算方式為完工以后按照設計圖紙進行重新算量計價，通過BIM可視化技術在施工管理過程中已經完成算量工作，結算時可以迅速提取響應工程量，充分利用過程中結算的精準數據，完成計價結算工作。并且通過BIM可視化應用技術在工程竣工結算時，充分檢查并復核過程中結算的依據是否充分，是否存在錯漏工程量等。對工程竣工結算數據中的信息進行有效收集、整理和分析，以獲取準確的工程結算數據。在對工程量計算的底稿進行全面系統的分析后，做出準確的結算價款認定。

交工驗收后，另外利用BIM模型，對鋼筋、模板、混凝土等單平方建筑面積的含量指標、造價指標進行分析，為以后的項目投標報價、設計優化及限額設計做好經驗數據積累。

4 結語

通過BIM算量軟件在本工程中的應用，有效的降低了工程造價成本，提高了合同管理水平。隨著現代科學的不斷進步，智慧工程、數字工程不斷發展，BIM應用技術將不再局限于三維算量階段。伴隨工程技術以及互聯網的發展，水利工程項目BIM全過程管理的時代將要到來，BIM應用將不再受限于BIM設計軟件與施工管理、造價管理軟件無法直接互相轉換使用的情況。通過相關政策引導，逐步全面展開從方案開始到初步設計到施工圖設計，再到施工管理、竣工驗收、交付運營等的全周期BIM應用技術時代會很快到來。全周期應用中實現對BIM模型進行進一步深度開發，不僅能在水利工程項目實施過程中各種構件進行復用，而且可以大大提高模型的復用率，降低BIM研發應用的綜合成本。