基于BIM平臺的項目安全與成本控制

吳明亞，卜俊銘，許娜，田靜雅 （合肥工業大學 土木與水利工程學院，安徽 合肥 230009）

0 前言

城市化進程的逐步加快，帶動了建筑業及相關產業的發展，相應的建筑數量也在不斷增加。因此，人們對現代建筑設施的性能要求也越來越高。優勢多樣，建筑工程中重要綜合管線的整合也越來越復雜。傳統的綜合管線在設計和施工過程中，大多處于管理混亂的狀態。各部門之間的管線埋設數據相互隔離，綜合管線的實際可用空間越來越小。在維修改造過程中，為了保證施工方案的科學性，通常需要單獨進行檢測工作，對檢測設備要求較高[1-2]。

BIM 技術可以將工程數據轉變成可視化模型，方便管理人員掌握工程情況，實現成本全過程控制，提高建筑企業在成本控制方面的能力。此外，建立BIM 模型，可以在施工安裝前進行方案預覽，準確規劃，準確放置各專業，及時發現和解決各專業的沖突問題，最大程度地實現施工安裝零碰撞[3]，減少施工過程中存在的問題。因此，將BIM 技術合理應用于建筑中的不同協作單位，可以對整個施工周期進行信息化和科學化的操作，實現施工的動態模擬操作，將工程的質量安全和成本控制達到最佳優化值。

1 BIM技術的特點與優勢

建筑信息模型（簡稱BIM）技術是利用計算機技術，通過BIM 相關軟件如Revit 來建立三維模型，利用參數、數值化等概念，實現實時提取項目人員管理、明細、成本等數據信息，并運用數據庫建立三維模型。應用BIM 技術，創建和使用建筑信息模型，并利用其可視化、協調性、信息完備性與模擬性的特點，使建筑業從傳統的二維模式進入三維模式。

1.1 可視化

在項目施工階段，運用BIM 技術建立模型并對施工過程進行模擬、多方案篩選并實行優化。傳統CAD 只能呈現二維的效果，無法清晰地將細節表達出來，需要施工人員根據經驗自行判斷，極易產生主觀上的誤差。而BIM 能夠以三維的形式全方位展現出復雜的構造節點和結構，彌補了傳統模式的不足[4]。簡而言之，也就是BIM 通過模擬施工過程，達到了施工組織可視化的目標。

圖1 傳統CAD中復雜的結構體現

圖2 BIM中復雜節點的立體體現

1.2 協調性

在施工階段，建設單位、業主、項目單位等各方的有效協作對項目的整個施工過程起著至關重要的作用，因此協調工作非常重要。BIM 可以通過初步建模解決建筑施工前期各專業的碰撞問題，減少在施工過程中因設計階段發現的結構與構件之間的沖突而導致的設計變更。在項目設計階段，各相關專業的設計人員信息交流不及時極有可能造成嚴重后果，甚至影響工程進度。例如，一張圖紙是由不同專業的設計師單獨設計并組合而成的，如果水暖專家在實際工程中放置管道，可能會出現管道的位置與結構設計中梁的位置相沖突的情況，應用BIM 可以避免這些常見的問題。換言之，BIM 可以在施工前階段用來解決不同專業之間溝通不充分而造成的矛盾問題。

1.3 信息完備性

BIM 技術可以應用于工程項目的各個方面，包括三維幾何信息的描述、拓撲關系的描述和完整工程信息的描述[5]。能夠為后期的建模提供信息建模、出圖以及后續的施工、運行和維護，可以在工程項目建模的同時輸入相關的模型信息，包括信息名稱、類型、材料、性能等。

圖3 給排水管道的屬性體現

1.4 模擬性

應用BIM 技術，對建筑模型的相關構建屬性、材料性能等信息。在進行模擬時，可直接將模型導入到分析模擬軟件中進行性能分析，極大地提高了工作效率。

2 BIM技術在工程設計階段的安全控制

2.1 BIM碰撞檢測的概念及應用原理

BIM 碰撞檢測就是在三維建模中直觀地展示出建筑結構的相關參數，通過碰撞仿真實驗來提前把握和調整施工計劃。

傳統行業的做法大多是先繪制出二維平面圖紙，再將各專業圖紙進行匯總。施工人員多依靠經驗和主觀想象來實施建設，與實際設計圖紙會產生一定誤差，從而引發碰撞。而BIM 碰撞檢測技術實現了各構件的可視化，能提前使施工人員發現可能存在的硬碰撞、軟碰撞問題，從而做出應對措施來實行優化。

科學應對洪澇干旱災害。重新修訂了《自治區防汛抗旱應急預案》，對全自治區42座水庫蓄水安全進行了專項檢查。撥付防汛經費1.41億元，取得黃河防凌和抗擊春季東部地區融雪性洪災、夏汛期嫩江流域、額爾古納河水系洪澇災害的全面勝利，最大程度地保護了受災群眾生命財產安全。申請中央特大抗旱補助費3 000萬元，自治區財政下達特大抗旱補助費2 000萬元，興建抗旱水源工程900多處，有效增強了旱災抵御能力，最大程度地避免和減輕了災害造成的損失。

2.2 BIM技術在機電綜合管線安全控制中的應用

2.2.1在綜合管線設計中的應用

傳統模式下的建筑工程平面設計工作通常無法帶來直觀感受，難以幫助設計師對建筑物的空間立體形成較強把控，在細節上容易忽視某些內容，導致設計效果不夠理想。而BIM 在管綜設計中展現得更加直觀，提升了設計工作效率。

圖4 水、電、暖專業管線設計圖

2.2.2在綜合管線碰撞檢查中的應用

上文提到，傳統設計中，施工人員在缺乏直觀感受的情況下會做出主觀上的失誤判斷，容易忽視細節上的內容，人為失誤在采用二維設計來審視是不可避免的，這不僅會造成建筑返工現象，引起巨大浪費，還影響了建筑的進度。

應用BIM 管線碰撞檢查技術，施工人員就能在施工前進行模擬碰撞檢查，運行并生成沖突報告，不但能夠徹底避免碰撞的發生，減少在建筑施工管理階段可能存在的錯誤損失以及返工的可能性，而且可以不斷優化凈空的使用情況，提高空間上的利用率，在考慮經濟性的同時優化各專業管線的排布。

碰撞監測主要是在給排水、電氣和暖通等專業之間實行檢查，在網頁版沖突報告生成后，使用構建ID 號查找可以直接定位碰撞位置,實現精確修正碰撞點，確保建筑結構的安全管理。

3 BIM技術在施工階段的成本控制

3.1 工程施工成本控制概念

圖5 運行沖突報告

施工成本控制是引用系統工程原理，加強對影響工程造價的各種因素的管理，采取有效措施，對建筑工程中產生的各種耗費進行調控的過程。成本控制過程是一個動態過程，是一個復雜的體系，在控制過程中經常遇到許多超出預期問題。因此，要將建筑工程施工成本按照不同的類型進行拆分。

3.2 BIM技術在施工成本控制上的應用

3.2.1 施工階段的應用

在施工階段，工作量巨大，種類繁多，而CAD 的顯示僅限于二維平面，所以在涉及復雜形狀的結構時，一些細節在二維平面上無法直觀地表達出來，設計師無法借此了解結構的細部結構，導致在施工過程中出現了很多問題，而有些問題是在工程完工后才發現的。應用BIM 技術可以有效避免此類問題，首先根據Revit軟件提供的圖紙創建模型，然后利用Navisworks 軟件可以直觀地了解施工階段和設計方法，可以有效避免在傳統模式下，施工人員理解時常出現錯誤，以及設計和建設單位信息交流不及時，導致設計變更，項目的成本和進度不能得到有效保證。面對工程項目的施工過程中的工作的進度、信息處理和資源安排等，二維的CAD 圖紙難以系統地表達出所有。BIM 技術可以通過相應手段與相關的計算軟件相結合，通過軟件輸入對工程項目數據信息進行控制和分析。項目所需的信息可以實時查看，可以更有效地控制施工細節、現場管理和成本控制。在成本控制的過程中，工程款的支付和工程的進度是直接相關的，業主根據工程量的大小，對目前的工程進度進行支付[6]。

3.2.2 施工變更中的應用

一般來說，建筑工程的規模大，涉及的范圍比較寬泛，從而導致工程建設中不可控因素較多，產生工程變更。一旦產生工程變更，就會對工程質量以及整體造價造成巨大的影響，而且還會影響施工進度。因此，施工負責人必須重視管控可能遇到的不可控因素。

在項目建設過程中，由于建設單位臨時設計變更、圖紙錯誤、施工方合理建議等原因，都會造成施工變更。在傳統二維處理方法中，難以對施工進程進行實時的查看與管控，而利用BIM 技術，在一定程度上能對施工現場進行有效管理與監控，具有實時性。同時，可以將施工項目更改進行及時反饋，利用BIM 技術構建的平臺，實現不同專業與專業間的查看，不同構件與構件之間預設模擬，并將建成的模型導入Navisworks 建筑建模軟件，不僅可以檢測出錯誤、遺漏和缺陷等問題，還可以提示不符合相關規定的具體區域。最終，這些問題將以結果反饋的形式報告出來，這對設計師或建筑商來說非常方便，有效地提高了效率。簡言之，在BIM 技術的作用下，防止管線出現碰撞，一次完成施工任務，減少返工次數，由此提高成本控制水平，防止出現成本超標的情況[7]。

3.2.3 施工結算中的應用

在中國，目前廣泛使用的建設工程款支付方式大約有四種：按月支付、分項工程支付、單位工程支付、竣工結算支付。施工過程中記錄的工程量清單是施工單位支付工程款的主要標準，在結算過程中，施工單位先提交給監理單位審核，再由施工單位支付。校核成功后按施工合同約定的金額支付相應工程款。然而，傳統的CAD 圖紙無法表現這些細節。應用BIM 技術，在三維動態模型的基礎上，對人員、材料、技術應用、成本控制等方面實施科學管理，對各方在每個階段所需的人、物、技術和成本控制進行管理，從而及時管理好人力、物力以及財政資源。

3.2.4 竣工階段中的應用

一個工程項目的施工過程非常漫長，一旦項目定案，和項目成本相關的信息量就非常大，這個階段是非常復雜的，因為CAD 圖紙是二維的，通過應用BIM技術，可以在進入問題區域時不斷地完善項目，在最后階段形成完整的工程數據。在竣工移交的階段，項目的結算效率可以得到明顯的提高。在項目結束后，還可以通過軟件獲得具體的成本指標。獲得的指標經過匯總，最終填充到企業的BIM 數據庫中，使企業在今后的工作中可以作為參考。

4 BIM技術在安全和成本控制中的應用價值

BIM 技術是建筑業隨著時代發展的信息化產物，合理利用信息化管理能有效監控施工過程中的信息數據的變化，并進行計算累計，減少工作量，提高工作效率，降低成本。

4.1 圖紙的審查與更改

BIM 模型施工過程也是一個建筑施工的模擬過程，通過建模，可以完成對圖紙的詳細審核，在施工未進行時發現并與甲方溝通圖紙問題。甲方及時設計，提前提出修改意見，避免后續施工過程中因圖紙有誤而耽誤工期，導致成本增加。

同時，在項目管理中，各類專業模型都能利用BIM 技術，進行多專業整合，有效關聯不同專業的設計圖紙、變更、合同等方面的信息，能夠實時查詢任意時點的模型狀態及其對應的圖紙與各個施工環節的文檔資料，以此保證工程文檔在共享、流通的過程中具有一定的安全性和便捷性，降低工作成本。

4.2 結構設計的優化

BIM 模型中包含了結構構件的參數、所屬專業等信息。由于給排水、消防等專業受現場、技術等因素的影響較大，若在施工期間不能很好地協調與配合，很容易出現許多無法預見的隱患問題，導致各專業在建筑的某些平面或立面位置形成交叉、重疊等情況，使施工作業無法嚴格按照施工圖進行。通過不同專業之間的碰撞檢查，可以提前發現各專業之間的施工沖突，通過BIM 可視化功能可以直觀地識別出碰撞點是否可以自行調整，如果可以自行調整，可以在施工前做好調整和優化方案，如果不能定制則可以反饋到施工中，在施工前進行修改，避免浪費返工，節省施工成本[8]。

4.3 動態化管理

BIM 技術同時也提供了一個參建各方交流的平臺，各方都能實時掌握數據變化，增強了從設計到運維整個過程的整體控制能力。可以通過各方的參與來評定項目的支出情況，使其使用效率得到較大的提升。

5 結語

一般來說，項目的設計和施工階段是一個多專業協同合作的過程，需要各部門信息共享、各部門信息聯動。利用BIM 技術的構建建筑信息模型管理進度、成本以及安全，使其構成一個整體，在設計時及時模擬碰撞并導出碰撞沖突報告，可在一定程度上實現安全管控；然后利用模型計算項目的不同施工階段的人力、財力、物力的需求量，合理規劃成本。在施工過程中，及時統計實際成本，了解項目的盈虧情況，追溯超支的原因，并采取針對性措施將成本控制在規定范圍內，可實現動態分析成本控制。

目前，BIM 技術正在中國建筑行業中迅速推廣。隨著市場需求的增加，軟件的不斷開發和優化，以及應用理論的不斷完善，BIM 技術將更全面、更有效地應用于未來項目的安全和成本管理，建筑業可以逐步實現全面信息化。