基于BIM模型的裝配式建筑工程全流程造價控制方法研究

李世杰

相對于傳統的磚混結構而言，裝配式建筑的發展仍處在起步階段，并沒有在市場內形成工業化規模。同時，由于裝配式結構建筑中的部分預制件生產制造成本較高，導致此類建筑開發過程中的經濟成本遠高于傳統結構建筑，而要推動裝配式建筑的發展，最有效的方法就是降低建筑建造的成本。在深入建筑市場的研究中發現，目前國內裝配式建筑的建造規模還很小、預制件的制造廠家也較少，制造工廠在地域的分布上較為集中。因此，在裝配式建筑建造施工中，還需要考慮到預制件的運輸成本。而將建筑項目所在地與建造區的距離拉近，將工廠建造在施工區，則會增加額外的建廠費用，從而提高工程項目總造價。總之，控制并合理管理建筑工程造價，按照規范科學調度、配置建筑建造過程中的人力、物力等資源，對于降低建筑施工總成本而言，具有顯著的現實意義。為落實此項工作，工程方提出了多種可用于控制工程造價的方法與技術，但根據目前相關工作的實施現狀可知，大部分控制方法在投入使用后無法發揮預期的效果。因此，工程方在綜合商議后，提出了BIM建筑模型，利用此模型的透明化優勢與特點，以某裝配式建筑工程項目為例，開展全流程造價控制方法的設計研究，旨在通過此次設計，降低并控制工程施工中一些不合理或不必要的損失，實現在控制項目造價的同時，提升工程質量，并為承包方創造更高的收益。

一、工程空間虛擬漫游與信息全過程交互

為實現對裝配式建筑在建造中造價成本的全面優化，開展相關研究前，引進BIM模型，設計工程空間虛擬漫游與信息全過程交互。在此過程中，利用BIM模型采集建設項目中的所有節點關鍵信息，包括所用材料、性能、構件造價、采購信息及施工建設等非幾何要素信息等。通過對關鍵信息與節點的適配，使建筑建造全過程可視化。

在BIM-3D建筑信息模型的基礎上，添加不同節點的“費用”信息與“時間”信息，從而構建5D建筑信息模型。運用5D模型中的進度線，對工程的實施方案進行空間模擬與漫游，使各專業工作人員對整個工程有一個全面的認識，通過對各個節點進行更深入的分析，計算出關鍵節點與不同環節的工程費用。通過掌握每一個時間節點的造價信息，對工程進行實時調整，達到最大限度地利用建筑材料、節省建筑費用的目的，從而實現對建筑建造過程中的造價成本控制。為確保上述工作的達成，建設單位的各個參與方與技術人員可以利用BIM建筑模型進行溝通，將模型作為一個信息集成體，實現各個方面信息的傳遞、共享，使項目總體投資達到最小。此過程如下圖1所示。

圖1 以BIM模型為載體的參與方信息交互

在此基礎上，對建筑物內部空間進行虛擬漫游設計。考慮到裝配式建筑結構比較復雜，僅憑借空間想象能力，施工人員很難對建筑的內部狀況做出準確的判斷。利用BIM模型中的空間虛擬漫游功能，技術人員可以在軟件虛擬情境下，自定義漫游路徑，了解到建筑內部的狀況，更加直觀地指導施工。

同時，將漫游結果與建筑設計圖紙進行匹配，及時發現設計圖紙中存在的問題。由于二維圖紙是將各個專業分別進行設計和繪制的，因此在完成設計并進行成果拼湊時，難免會存在不同專業之間的空間位置發生沖突的情況。利用BIM模型中的碰撞檢查功能，可以快速發現矛盾點，在施工前采取相應的措施進行，防止由于工程施工過程中的設計變更，增加額外的人力成本與時間成本。

二、建立BIM構件與計價信息映射關系

在上述內容的基礎上，為實現各個節點之間造價支出的控制，應建立BIM構件與計價信息映射關系，通過此種方式，將造價控制工作落實到項目具體節點上。在此過程中，根據建筑BIM構件的生產制造材料，在空間漫游中，抓取對應的字段，與屬性集合相對應，并建立關聯。考慮到BIM構件在結構中是有數量要求的，將工程量和外界的價格信息之間形成了一種映射關系，并定義BIM構件的計量規則，可以使建筑在預期范圍內出量。在此基礎上，通過對應字段和編碼，將工程量與計價信息聯系起來，由BIM軟件二次開發便可以實現對節點BIM構件的計價。以C30混凝土預制件為例，建立預制件與計價信息的映射關系。此過程如下圖2所示。

圖2 BIM構件與計價信息映射關系構建

按照上述方式，實現對BIM構件與計價信息映射關系的建立，通過此種方式，掌握不同節點位置所有使用C30混凝土預制件施工所需要的實際造價成本，為節點造價控制工作的規范化實施提供全面的技術指導與幫助。

三、裝配式建筑工程造價效益模型構建與造價成本控制

在上述內容的基礎上，考慮到建筑工程全流程造價控制工作會受到多種因素的影響。因此，在完成BIM構件與計價信息映射關系的構建后，可以采用建立裝配式建筑工程造價效益模型的方式，進行造價成本的合理化控制。在此過程中，提取建筑工程中影響造價效益的多項參數，將造價效益影響參數表示為A，則A由a1、a2、a3……構成。為實現在控制建筑造價支出的基礎上，提高工程質量，可以將最小造價成本與最大收益作為目標，建立如下計算公式所示的造價效益有限元分析模型。

公式（1）中：Q表示造價效益有限元分析模型；f(0)表示節點BIM構件材料市場單價；C表示成本感知信息；χj表示第j個節點的造價期望支出。在此基礎上，提取效益模型中的特征參數，建立造價效益特征密度函數，函數表達式如下計算公式所示：

公式（2）中：q表示造價效益特征密度函數；?k表示經驗矢量；qk表示第k個效益特征的密度函數；Δt表示施工時間；εk表示建筑強度應力比。掌握造價效益特征密度與分布后，建立裝配式建筑工程造價效益分配方程，方程表達式如下。

公式（3）中：K表示工程造價效益分配方程；ρ表示造價消耗情況；m 表示不同成本項目所對應的權重；δ表示效益擴散系數。在工程實施中，根據設計方與業主方的要求，設計裝配式建筑工程造價成本支出的最大造價閾值與最小造價閾值，設定K在閾值范圍內，通過對閾值的收斂，得到工程項目在實施過程中的最優效益分配，以此實現對裝配式建筑工程造價效益模型構建與造價成本控制研究。

四、實例分析

上文引進BIM模型，完成了造價控制方法的設計，為實現對該方法在實際應用中效果的檢驗，下述將以某地區大型裝配式建筑工程項目為例，根據本文提出的方法，進行該建筑工程項目建造全流程的造價控制研究，以此種方式，實現對本文方法的測試。為確保工程建造過程的規范性，控制前，由實驗方負責人與此項目承包單位管理人員進行信息對接，通過對該工程項目的技術交底，掌握工程項目概況信息，具體內容如下表1所示。

表1 工程項目概況

除上述提出的預制件，該建筑的其他部位采取現澆的方式進行施工。

按照上述方式，在完成實驗前的準備工作后，使用本文設計的方法，進行工程全流程造價控制。在控制過程中，根據裝配式建筑的基本結構，生成與此建筑適配的BIM結構模型，在模型中，進行工程空間虛擬漫游與信息全過程交互。為實現在此過程中對全流程施工造價的控制，應建立BIM構件與計價信息映射關系，最后，通過構建裝配式建筑工程造價效益模型，實現對建筑造價支出各個階段的合理分配，以此達成對造價成本的控制需求。

完成本文方法的應用后，根據工程設計的全過程，將全流程造價控制劃分為四個階段，通過對四個階段預期造價支出與控制后造價支出的比對，掌握本文方法在工程項目全流程造價控制中的應用效果，統計實驗結果，如下表2所示。

表2 工程全流程造價控制效果

從上述表2所示的實驗結果可以看出，按照本文方法進行建筑工程全流程造價控制，控制后各個階段的造價支出＜該建筑項目與造價預期支出，即每個建造階段都節約了一定的造價成本，統計上表中數據可知，該裝配式建筑的預期總造價為1072.6萬元，控制后建筑的實際支出造價為1323.2萬元，共節約397.4萬元。綜合上述實驗結果，得到如下結論：本文設計的基于BIM模型的全流程造價控制方法在實際應用中的效果良好，應用該方法，可以有效控制工程項目建造過程中的成本支出，通過此種方式，節約工程成本，避免不必要的經濟支出，實現為工程施工方創造更高的利益。

五、結束語

為滿足群體的生活與居住需求，建筑工程開始逐步向大型、高層方向發展。為實現對此過程中，提高建筑工程的質量，深化建筑行業的發展，工程方在綜合商議與研究后，提出了可用于建筑工程建造的裝配式技術。但裝配式建筑建造成本過高，一直是影響其發展的主要原因，為實現對此類建筑工程造價的合理化控制，本文引進BIM建筑模型，以某裝配式建筑工程項目為例，通過工程空間虛擬漫游與信息全過程交互、建立BIM構件與計價信息映射關系、裝配式建筑工程造價效益模型構建，完成了全流程造價控制方法的設計研究。完成對該方法的設計后，通過實例應用的方式，將該方法投入使用，通過實踐證明，本文設計的方法可以有效控制工程項目建造過程中的成本支出。通過此種方式，實現對建筑建造過程中預制方面相關工作的進一步優化。