BIM在建筑施工全過程成本控制中的應(yīng)用前景分析

0 引言

隨著城市的快速發(fā)展，建筑行業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱，正面臨著前所未有的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。在追求高效、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的今天，如何有效控制建筑施工成本，提高項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益，成為建筑行業(yè)普遍關(guān)注的焦點(diǎn)問題[1-2]。傳統(tǒng)的成本控制手段主要依賴于人工統(tǒng)計和二維圖紙，不僅效率低下，而且難以實(shí)現(xiàn)對項(xiàng)目全過程的精細(xì)化管理。因此，探索和應(yīng)用新技術(shù)、新方法，以實(shí)現(xiàn)建筑施工全過程成本控制的優(yōu)化升級，成為建筑行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵所在[3]。在此背景下，BIM技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并迅速在建筑領(lǐng)域展現(xiàn)出其獨(dú)特的優(yōu)勢和廣闊的應(yīng)用前景。

BIM技術(shù)是一種集成了建筑設(shè)計、施工、運(yùn)營及維護(hù)等全生命周期信息的數(shù)字化模型，其打破了傳統(tǒng)二維圖紙的局限，以三維可視化的方式呈現(xiàn)了建筑項(xiàng)目的全貌，極大地提高了信息溝通和理解的效率[4-5]。BIM技術(shù)不僅能夠顯著提高工程量計算的準(zhǔn)確性和效率，減少設(shè)計變更和返工，還能夠優(yōu)化施工組織設(shè)計，實(shí)現(xiàn)資源的合理配置和高效利用，從而在多個維度上促進(jìn)了建筑施工成本的有效控制[6]。因此深入研究BIM技術(shù)在建筑施工全過程成本控制中的應(yīng)用策略，探討其在實(shí)際應(yīng)用中的效果，對于推動BIM技術(shù)在建筑行業(yè)的廣泛應(yīng)用，提升建筑施工成本控制水平，具有重要意義。

1工程概況及成本控制難點(diǎn)

1.1 工程概況

某文化藝術(shù)中心位于大型城市市中心區(qū)域，占地面積約 50000m² ，總建筑面積約20萬 m² ，地上12層，地下3層。主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，包含多個大跨度空間（如劇院、展覽廳），采用鋼結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)。屋頂部分采用懸挑設(shè)計，以增強(qiáng)建筑的現(xiàn)代感和視覺沖擊力。該建筑集成了多種功能于一體，包括但不限于可容納2000人的劇院、多功能展廳、藝術(shù)工作室、圖書館、商業(yè)區(qū)以及停車場。該設(shè)計旨在成為城市的文化地標(biāo)，不僅為市民提供豐富的文化活動空間，同時也作為文化交流的重要平臺。

1.2工程成本控制難點(diǎn)

1.2.1基礎(chǔ)工程不可預(yù)見導(dǎo)致成本提高

由于地質(zhì)條件復(fù)雜，基礎(chǔ)工程施工過程中可能會出現(xiàn)不可預(yù)見的情況，如地下水位變化、土壤承載力不足等問題。這些問題往往需要額外的工程措施來解決，從而增加了成本。

1.2.2施工技術(shù)要求高導(dǎo)致成本上升

大跨度空間及特殊結(jié)構(gòu)的設(shè)計（例如劇院、展覽廳以及屋頂懸挑部分），不僅對施工技術(shù)提出了更高要求，而且這些特殊結(jié)構(gòu)的材料與施工方法通常比普通建筑更昂貴。同時，為保證施工精度而進(jìn)行的精密測量和監(jiān)控也會增加額外費(fèi)用。

1.2.3環(huán)境保護(hù)要求高導(dǎo)致成本上升

在城市中心建設(shè)，必須嚴(yán)格遵守環(huán)保法規(guī)，要采取有效措施減少噪音污染和灰塵排放。比如，設(shè)置隔音屏障、灑水降塵等措施，這些都會增加項(xiàng)目的額外成本。

1.2.4多工種協(xié)調(diào)作業(yè)導(dǎo)致成本上升

本項(xiàng)目涉及到土建、鋼結(jié)構(gòu)、幕墻、機(jī)電安裝等多個專業(yè)領(lǐng)域的工作，如何高效地協(xié)調(diào)這些工種之間的進(jìn)度安排、避免交叉作業(yè)沖突，并確保每個環(huán)節(jié)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，是成本控制的一大挑戰(zhàn)。任何協(xié)調(diào)不暢都可能導(dǎo)致工期延誤或返工，進(jìn)而造成成本超支。

1.2.5不可預(yù)見因素導(dǎo)致成本提高

市場波動導(dǎo)致的原材料價格上漲、匯率變動影響進(jìn)□材料設(shè)備成本、政策調(diào)整帶來的附加費(fèi)用等，都是難以預(yù)測但可能顯著影響項(xiàng)目總成本的因素。

2 BIM技術(shù)特點(diǎn)

BIM是一種先進(jìn)的數(shù)字化工具和技術(shù)框架，它在建筑、工程和施工（AEC）行業(yè)中扮演著越來越重要的角色。BIM不僅僅是一個三維的計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）模型，更是一個集成了建筑項(xiàng)目全生命周期所有相關(guān)信息的綜合數(shù)據(jù)庫。這些信息包括但不限于幾何尺寸、材料屬性、成本估算、進(jìn)度安排、維護(hù)需求以及能源消耗等[7]。BIM技術(shù)具有以下特點(diǎn)：

2.1 實(shí)現(xiàn)三維可視化

BIM技術(shù)最直觀的優(yōu)勢在于其強(qiáng)大的三維可視化能力。設(shè)計師、工程師、施工人員乃至業(yè)主都可以通過BIM模型直觀地理解建筑的空間布局、結(jié)構(gòu)形態(tài)和細(xì)部設(shè)計，極大地提高了溝通和決策的效率。

2.2實(shí)現(xiàn)信息集成

BIM模型不僅僅是視覺上的表現(xiàn)，更是一個信息的載體。所有與建筑項(xiàng)目相關(guān)的數(shù)據(jù)都被整合到這個模型中，確保了信息的準(zhǔn)確性和一致性。這種信息的集成性使得項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員可以基于同一套數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)同工作，減少了信息孤島和重復(fù)勞動。

2.3設(shè)計靈活且高效

BIM技術(shù)允許設(shè)計師通過參數(shù)來定義建筑元素，當(dāng)某個參數(shù)發(fā)生變化時，模型會自動更新與之相關(guān)的所有部分，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計的靈活性和高效性。

2.4可實(shí)現(xiàn)沖突檢測與方案優(yōu)化

BIM技術(shù)能夠在設(shè)計階段就發(fā)現(xiàn)并解決設(shè)計中的沖突，如結(jié)構(gòu)碰撞、管線沖突等，避免了施工過程中的返工和修改，節(jié)省了時間和成本。

2.5有利于實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作

BIM平臺支持多專業(yè)、多團(tuán)隊(duì)之間的協(xié)同作業(yè)，無論是設(shè)計、施工還是運(yùn)維階段，項(xiàng)目參與者都可以實(shí)時訪問和更新模型信息，促進(jìn)了團(tuán)隊(duì)間的無縫協(xié)作。

3各階段BIM技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 決策階段

3.1.1精確估算成本

在工程項(xiàng)目決策階段，BIM技術(shù)為項(xiàng)目投資者和決策者提供了前所未有的信息支持，極大提高了決策的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。通過構(gòu)建初步的項(xiàng)目BIM三維模型，能夠快速統(tǒng)計出建筑項(xiàng)目所需的各類材料和構(gòu)件的數(shù)量，包括結(jié)構(gòu)構(gòu)件、管道、電纜、門窗等，為精確成本估算提供了基礎(chǔ)。基于BIM的成本估算軟件可以自動關(guān)聯(lián)市場數(shù)據(jù)庫，根據(jù)最新的材料價格、人工成本等信息，快速生成項(xiàng)目的初步預(yù)算。此外，BIM模型具備動態(tài)更新特性，可隨設(shè)計方案的調(diào)整而動態(tài)更新成本估算，確保決策過程中信息的時效性和準(zhǔn)確性。

3.1.2多方案可視化比選

在決策階段，往往需要對比多個設(shè)計方案，以確定最優(yōu)方案。BIM技術(shù)通過構(gòu)建不同方案的模型，可以直觀地展示各方案的空間效果、功能布局、能源消耗等方面的差異。項(xiàng)目局部模型示意如圖1所示。

圖1項(xiàng)目局部模型示意

同時，結(jié)合成本估算和場地分析結(jié)果，決策者可以綜合考慮經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、環(huán)境等多方面因素，進(jìn)行更為全面的可行性研究。BIM技術(shù)的可視化功能使方案比選過程更加直觀、易懂，有助于提升決策效率和質(zhì)量。

3.2設(shè)計階段

3.2.1構(gòu)建協(xié)同設(shè)計平臺

BIM技術(shù)為設(shè)計團(tuán)隊(duì)提供一個集成的協(xié)作平臺，打破了建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電、景觀等多專業(yè)間的信息壁壘，實(shí)現(xiàn)設(shè)計信息實(shí)時共享和訪問。在此模式下，設(shè)計師可直接在BIM模型中標(biāo)注意見、修改設(shè)計，所有變更都會實(shí)時反映在模型中，確保了信息的同步更新。此外，BIM的可視化特性使得設(shè)計方案更加直觀易懂，有助于設(shè)計團(tuán)隊(duì)與業(yè)主、施工團(tuán)隊(duì)之間的溝通，提高了整個設(shè)計過程的透明度和效率，降低了工程各參建方間的溝通成本。

3.2.2碰撞檢測與方案優(yōu)化

以往傳統(tǒng)設(shè)計模式依賴二維圖紙疊加，難以全面識別管線碰撞問題，致使施工階段常因設(shè)計沖突返工率高達(dá) 15%～20% 。而BIM技術(shù)內(nèi)置的沖突檢測功能，能夠在設(shè)計階段精準(zhǔn)識別出設(shè)計中的潛在問題，如結(jié)構(gòu)碰撞、管線沖突、空間重疊等。項(xiàng)目機(jī)電管線優(yōu)化示意圖如圖2所示。

圖2機(jī)電管線優(yōu)化前后模型示意

通過模擬不同專業(yè)之間的交互，BIM能夠提前預(yù)警這些沖突，避免了施工過程中的返工和修改，節(jié)省了時間和成本。設(shè)計師可以根據(jù)BIM的沖突檢測報告，及時調(diào)整設(shè)計方案，優(yōu)化空間布局，確保設(shè)計方案的可行性和經(jīng)濟(jì)性。本項(xiàng)目機(jī)電系統(tǒng)較為復(fù)雜，通過BIM技術(shù)的碰撞檢測功能，實(shí)現(xiàn)多專業(yè)管線空間關(guān)系可視化，完成458項(xiàng)硬碰撞優(yōu)化，返工率降低至 3% 以下。

3.4竣工階段

在竣工決算階段，BIM模型可提供三維可視化的竣工結(jié)算資料。這些資料的自動提取能夠大大減輕造價人員的工作負(fù)擔(dān)，顯著提高結(jié)算效率，縮短付款周期。此外，BIM模型中的數(shù)據(jù)具有準(zhǔn)確性和全面性，能夠?yàn)锽IM算量計價軟件在計算工程量和成本造價時提供全面、精確的數(shù)據(jù)支持，降低數(shù)據(jù)計算失誤的概率。

通過對比實(shí)際成本與預(yù)算成本，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)可清晰了解成本超支或節(jié)約的原因，為未來的項(xiàng)目成本控制提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)。此外，通過BIM模型，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)可以輕松地獲取建筑構(gòu)件的詳細(xì)信息，包括尺寸、材質(zhì)、安裝位置等，這為后期的維護(hù)與運(yùn)營提供了極大的便利。

3.3 施工階段

3.3.1工程量統(tǒng)計與成本動態(tài)管控

通過BIM模型精確統(tǒng)計工程量，根據(jù)施工計劃生成詳細(xì)的物料需求清單，從而幫助項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)進(jìn)行準(zhǔn)確的成本預(yù)算。BIM模型不僅能夠精確預(yù)測施工階段所需的人力、材料、設(shè)備等資源需求，還能通過模擬不同資源配置方案的效果，幫助項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)制定最優(yōu)資源調(diào)配策略。這樣既避免了資源閑置又防止了過度消耗，顯著提升了資源利用效率。同時，BIM模型具有動態(tài)更新能力，當(dāng)設(shè)計方案或施工計劃發(fā)生變化時，可實(shí)時更新工程量數(shù)據(jù)并監(jiān)控成本變化，確保成本管控的時效性和準(zhǔn)確性。

3.3.2施工模擬與風(fēng)險預(yù)控

通過BIM模型，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)能夠?qū)?fù)雜施工場景進(jìn)行高精度模擬，幫助施工人員提前熟悉施工流程和技術(shù)要點(diǎn)，有效減少實(shí)際操作中的失誤和返工，從而直接降低因施工錯誤引發(fā)的成本增加。施工場地模擬示意圖如圖3所示。

圖3施工場地模擬示意

同時，施工模擬還能夠揭示項(xiàng)目潛在的施工沖突和風(fēng)險點(diǎn)，如設(shè)備碰撞、空間不足等問題。這樣可以使得項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)能夠在施工前及時調(diào)整設(shè)計方案或施工方案，避免施工過程中的設(shè)計變更和額外成本投入。

4結(jié)束語

在建筑工程成本控制中，通過BIM模型集成材料屬性、施工工藝等多維度信息，能夠快速生成基于模型的詳細(xì)成本報告。這一特性有效規(guī)避了傳統(tǒng)二維圖紙估算不準(zhǔn)確而帶來的風(fēng)險，既有助于制定合理的預(yù)算計劃，也為后續(xù)的成本監(jiān)控奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。同時，利用BIM模型結(jié)合進(jìn)度計劃，可動態(tài)呈現(xiàn)項(xiàng)目進(jìn)展，確保資源得到最優(yōu)配置。此外，針對不可避免的設(shè)計變更，模型提供的快速模擬和影響分析功能，能有效避免了因變更導(dǎo)致的成本失控。

在竣工結(jié)算環(huán)節(jié)，BIM模型提供了詳盡的工程量清單和歷史數(shù)據(jù)記錄，為結(jié)算工作提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。相較于傳統(tǒng)手工計算方式，基于BIM的結(jié)算方法不僅精確高效，還能大大縮短審計時間，減少因人為計算錯誤造成的糾紛。

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