BIM正向設計在EPC項目中成本控制的應用分析

刁寶軍 趙國華 楊凱泉 耿言坤 楊方玉

1 引言

2020 年政府工作報告提出，重點支持“兩新一重”建設（即新型基礎設施建設、新型城鎮化建設以及交通、水利等重大工程建設），標志著建筑行業又將迎來新的發展機遇。同時，國家對建筑行業中節能減排、避免資源浪費也提出了更高的要求，其中，項目成本控制顯得尤為重要。EPC 工程總承包模式以其統籌規劃、高效實施、節省投資的特點，越來越多地被運用到大型工程建設項目中，但仍面臨過分依賴傳統成本控制手段、新技術運用不足的問題。無法有效節約資金和提高資金的利用效率，勢必導致整個工程資源的浪費、工期的延誤，而當下廣泛應用于建筑工程項目的BIM技術，以其信息化、協同化、可視化等優點為建設帶來了新的選擇。

2 EPC 項目成本控制的傳統方式

2.1 設計階段

設計階段的傳統成本控制，關鍵在于設計單位要明確項目需求和使用功能，在滿足使用功能的基礎上最大程度地提高空間利用效率，同時還要注重各個專業和業主對接充分，避免設計漏項，并且了解項目的各項指標，避免冗余設計。在此過程中需綜合考慮設計的采購成本和施工成本，同時，借助BIM 手段盡早發現問題，不斷優化設計方案，完成最終的施工圖設計，作為現場施工的依據。

2.2 采購階段

材料成本是工程項目成本的重要組成部分，傳統的材料成本控制過程是先熟悉各項材料的市場價格，再對比不同供應商的價格、質量以及運輸成本確定合適的材料供應商，然后根據施工圖所提供的信息手動算量，最終形成材料成本。對于能周轉使用的材料提前規劃好施工順序，提高周轉材料的利用效率，確定采購數量，以避免材料浪費。

2.3 施工階段

建筑工程項目的成本支出主要產生于施工階段，但此階段的成本控制更多依賴于項目管理者的經驗配置人、機、料等各項資源。但當項目遇到問題無法推進時，只能聯系業主、設計、施工等各個項目參與單位共同協商處理，若問題無法解決，只能由其中一方妥協來保證項目繼續推進。

2.4 存在問題

2.4.1 數據統計準確性差

工程建設階段的工程量統計管理周期長，涵蓋了工程建設的每個階段。當施工圖完成時配置專業人員手動算量，而算量依賴二維圖紙，一方面圖紙數量繁多、內容復雜，工作量巨大；另一方面人工處理數據，工作效率低，難免出現失誤，導致最終數據產生較大誤差[1]。

2.4.2 各階段數據整合協同性差

EPC工程總承包項目作為一個整體，設計、采購、施工各個環節息息相關，但在推進成本控制時，各項數據往往是獨立處理，缺乏協同。由于各方面的原因，工程變更往往無法避免，任何變更都會導致成本的變化，使得成本控制更加復雜，無法及時將數據進行整合來分析成本動態，致使無法對成本偏差進行及時調整。這也使得在工程項目推進中，各種糾紛頻繁發生。EPC 項目能在一定程度上緩解各參建單位的溝通問題，但在非總承包模式下遇到此類情況只會使推進更加困難[2]。

2.4.3 缺乏高效的管理模式

大部分工程項目前期都未能制定嚴格的成本控制模式，一方面過度依賴項目管理者的專業水平，依靠其工作經驗來分析處理各項信息和數據，這種低效的手段無法被精細化控制。而且實際實施項目的主體多為小型工程承包隊，不同承包隊人員素質不同、管理水平不一，當工程項目全面推進，各項數據不斷產生需管理者去處理時，往往會導致生產資源調配不及時，最終造成不同程度的資源浪費[3]。

2.4.4 BIM 運用的缺陷

現在越來越多的設計單位開始采用BIM 來輔助設計，但傳統的BIM 工作流程是各專業施工圖完成后再開始建模及深化，這時候圖紙往往已提交現場準備施工，留給BIM 團隊的時間十分有限。當BIM 最終提交分析報告交由設計解決時，無形之中又造成了時間成本的增加。上述種種原因使得所謂提高工作效率的工具反而降低了效率。

3 基于BIM 正向設計的技術驗證

3.1 項目介紹

中建五局承接的江蘇省康復醫院項目為大型EPC 項目，位于南京市溧水區，總建筑面積為21 萬平方米。中建五局需承擔項目的設計、采購、施工等各階段的工作。項目專業全面，為了避免后期各環節配合協調出現問題導致成本及工期增加，管理人員決定采用BIM 正向設計來協助項目實施。

表1 編號B01-015 區域方案對比清單

3.2 BIM 正向設計的基本概念

傳統的BIM 實施手段是先進行施工圖設計，再根據圖紙建立三維模型，即所謂翻模，繼而進行BIM 優化的逆向設計。BIM 正向設計采用三維模型到二維圖紙的方式來決定設計方案，依靠其在專業協同、信息集成、可視化等方面的優點，將項目各階段容易發生的問題集中在施工圖設計階段集中解決。

3.3 BIM 正向設計的實施

（1）組建BIM 設計團隊。項目的設計團隊由可熟練使用BIM 軟件的各專業人員組成，通過搭建BIM 服務器和BIM中心文件，在同一個平臺上進行協同設計。首先由建筑結構專業完成土建模型的設計與建模，再由設備專業設計人員根據不同空間的使用要求進行設計建模，設計過程中根據實際條件調整優化管線路由和預留結構洞口，當設備專業無法提出合理解決方案時，則由建筑專業進行建筑布局上的優化。

（2）優化流程。一般情況下，精裝單位進場時間過晚，提出的裝飾凈高要求常與機電管線的凈高沖突，為避免此種情況發生，總包單位要提前確定精裝單位并確認各區域的凈高要求，使各專業設計人員在優化管線時可參考裝飾凈高要求進行規劃，避免將機電管線抬至極限高度而帶來成本和施工難度的增加。

（3）整合數據。在設計過程中，總包單位安排專業技術人員配合各項信息的錄入，包括各項材料的定額及內部采購價，在優化設計方案的同時可以對比成本。專業技術人員也對復雜區域的施工流程提出指導意見，協助制訂這些區域的人工的工期規劃清單。同時，總包單位也搭建BIM 綜合管理平臺，將人工、工期、材料等各項數據統一到同一平臺上進行統籌管理。

（4）方案對比。對于復雜節點，設計將會綜合考慮不同方案的成本及效果，提出多套方案供業主及總包單位選擇，這一方式的關鍵在于將施工過程中會產生的問題提前到設計階段解決，避免后期反復開會討論解決方案，以此有效提高項目推進的效率。

3.4 效益分析

3.4.1 經濟效益

（1）節約工期。第一，本EPC 項目共計21 萬平方米，若采用傳統的BIM推進流程，BIM 翻模及優化預計需要40 天，并會導致問題后置。本項目采用BIM 正向設計，雖然在設計階段增加了30 天時間，但整體共計節約10 天時間。第二，BIM 在正向設計過程不斷與精裝單位溝通協調吊頂凈高與機電凈高沖突區域，最終解決此類問題共計36 處，以后期每處占用0.5 天時間計算，共節約18 天。第三，通過BIM 正向設計，共發現420 處碰撞問題，由于此類問題在設計階段解決，以后期此類每處問題占用0.05 天計算，共節省21 天。第四，BIM共提出58 處機電復雜節點的施工優化方案，58 處復雜階段的合理規劃共節約58 天。綜上所述，通過BIM 正向設計，本項目在施工階段預計共節約工期約90天。以每天節約2.5 萬元計算，共計節約225 萬元。

（2）節約施工成本。本項目共提供58 處復雜區域方案對比方案，根據與總包單位多次協商，其中40 處方案采納施工難度小、綜合成本低的方案，40 處方案綜合計算顯示共計節約85 萬元。

3.4.2 管理效益

（1）提高設計質量。BIM 正向設計的實施將問題解決在設計階段，最終由BIM 出具的施工圖保證了圖紙一次成型，避免由于設計問題導致的后期調整及窩工，極大地提升了設計質量，各個關鍵節點的三維模型也為施工單位施工時提供了有效的參考，避免由于復雜區域協調不及時產生的施工糾紛[4]。

（2）提高管理效率。通過BIM 正向設計能使項目管理者盡早了解項目中的難點，及時優化施工組設計，通過BIM綜合管理平臺，整合工程項目中各項梳理，提前對項目的人員、材料、設備安排作出合理規劃，對不合理的成本項目及時糾偏，保證項目實施過程中合理高效的推進。

4 BIM 正向設計應用障礙

江蘇省康復醫院項目通過BIM 正向設計達到了預期的效果，也為其他項目的BIM 運用提供了有效參考。但要正視的是，在BIM 正向設計的實施過程中，仍存在一些新的問題需要深入思考。

4.1 各參建單位協同性不及預期

在設計單位實施BIM 正向設計的過程中，各單位各部門獨立運行，溝通與信息共享上存在障礙。同時，在設計院內部推行正向設計時，由于缺乏主導整個項目的BIM 負責人和協同化的成本管理機制，導致解決問題時，缺乏決策者協調各個專業的設計調整，嚴重影響了設計優化的效率。本項目為EPC 項目，能夠在一定程度上緩解各參建單位的溝通問題，但在非總承包模式下推進BIM正向設計，遇到此類情況只會變得更加復雜。

4.2 缺乏有效的數據共享方式

BIM 在實施正向設計時，在數據錄入環節需要總承包單位安排專業技術人員進行對接，各項材料的數據需要單獨整理錄入，數據量極為龐大，使得這一過程尤為復雜。企業內部定額也會隨著時間動態調整，調整后的數據BIM 往往無法及時更新，這也導致BIM 導出的數據存在誤差，造成潛在風險，將造價數據與BIM 軟件進行有效整合，是推行BIM正向設計時亟待解決的問題。

4.3 BIM 正向設計人才短缺

目前絕大多數專業設計人員還是依托CAD 等平面設計軟件進行設計，能夠使用BIM 軟件進行正向設計的人才稀缺。即使掌握了BIM 軟件，在與其他專業協同設計的過程中也會因缺乏有效溝通降低效率，而且目前總承包單位缺乏BIM 項目負責人這類角色，無人統籌協調EPC 項目各階段多部門的BIM 工作。

5 結語

通過江蘇省康復醫院項目能驗證BIM正向設計技術在建筑工程項目上的積極作用，帶來的價值可供從業人員參考借鑒。在項目實際應用過程中，團隊仍遇到了各參建單位協同性不及預期，缺乏有效的數據共享方式[5]，及BIM 正向設計人才短缺等問題。但這些問題并非無法解決，這需要全體從業者積極思考、不斷摸索，探索出更科學的方式，讓BIM 正向設計更有效地服務于建筑工程項目。