夏文静,周江峰,王小鹏

（四川良友建设咨询有限公司，四川 成都 610041）

   

   摘  要：本文简述了BIM技术在工程项目设计阶段造价管理中的应用及优势，并以实际项目为例详细分析了在设计阶段BIM技术在设计优化方面对设计质量、成本减少、成本管理以及设计进度的积极影响，同时通过大量项目研究对三维算量的工作效率和精确度进行了分析说明。本研究对建设工程项目成本管理具有实际指导意义。

   关键词：BIM；设计优化；三维算量；造价管理

   0 引言

   近年来，随着建筑信息模型技术（Building Information Model，BIM）的快速发展，BIM+互联网技术被广泛认为是建筑业信息化升级及创新变革的关键技术，同时也是建筑业大数据和智慧城市的数据基础和来源。因此，建筑行业对BIM技术在建筑全生命周期各阶段的管理应用进行了大量的创新尝试和探究，大多数研究都集中在如何利用一个模型及其附带的一套信息数据（包括设计、建设及运维数据）对工程项目的全生命周期进行高效、低成本、精细管理。

   1 设计阶段对工程项目投资的影响程度分析

   不同建设阶段对项目投资的影响程度是不同的，其中项目决策阶段和设计阶段对投资的影响起着关键性作用。而设计阶段则是项目决策之后投资控制的关键，可影响项目投资的可能性高达35%-75%。因此设计阶段的核心工作就是设计质量和进度控制。施工图纸的设计质量将直接影响工程造价的真实性和控制效果。同时，设计进度管控是施工进度的前提，也是设备、材料采购进度保障的前提，进而间接影响项目总体进度^[1]。

   BIM技术公认的三大特性分别是信息性、三维可视性和协同性。利用BIM技术的协同性和可视性，可解决传统二维设计专业间不可协同性、空间不直观性等问题，实现参数化三维协同设计。这有利于专业间信息实时共享，加强设计协商沟通，并通过碰撞检查以及设计问题检测实时进行设计优化，有效减少传统设计存在的错、漏、碰、缺及设计错误、设计缺陷等，从而提高设计图纸质量，保证施工图预算的合理性，减少施工过程中的设计变更，对施工过程的动态成本起到强有力的控制。同时，利用BIM技术也可大大减少叠图查错、沟通时间，加快出图速度，从而加快设计进度。

   2 BIM在工程设计阶段造价管理应用中的项目案例分析

   2.1 工程项目概况简介

   本项目位于北京市石景山区衙门口地区，是一个大型保障房安居工程，建设投资额约11.724亿元，总用地面积为29295.466㎡，总建筑面积约24.56万㎡。其中，地下车库总用地面积约为33215.79㎡，地上住宅共4栋，建筑高度为97m，建筑面积约为21.24万㎡。本项目为装配式建筑，预制装配率达50%。本工程工期较紧，且对投资控制要求高。

   本项目将BIM技术应用于设计阶段、招投标阶段、施工阶段、运维阶段。具体地讲，从设计阶段开始，就建立施工图设计模型，随着项目阶段的推移和实际应用的需求，不断地将设计模型深化为成本管理模型、施工建造模型、竣工模型，最终生成运维管理模型，力争做到全过程应用BIM信息化技术，提高项目管理效率和水平。

   2.2 项目案例分析   

   2.2.1 三维设计优化分析

   在设计阶段，由于目前国内正向设计（直接用三维绘图软件进行工程设计）技术尚不成熟，设计周期紧促，因此本项目采用二维设计+BIM技术结合的方式进行设计工作。

   2.2.1.1 传统设计项目变更及BIM技术的优化重点分析

   对本项目业主方以往的二维设计项目进行分析，发现传统设计项目需要变更的内容主要表现为以下几方面：（1）建筑方案设计缺陷：设计任务书不完善，市政资料不完善、方案改动频繁、联合审图执行不到位等；（2）施工图设计缺陷：图纸深度不够、精装点位变化大，施工图中的错漏碰缺、不满足施工规范；精装、景观设计滞后造成与建筑设计的不交圈；（3）设计优化：工艺优化、成本优化、效果优化等；（4）报规过程中政府意见调整、消防报规等意见调整方案设计；（5）施工错误：施工单位对图纸理解错误，或施工现场操作不当引起的设计变更。综上，除报规过程中政府意见调整和施工现场地质条件变化很难杜绝外，大多数变更问题都可在设计阶段通过提高设计质量、部分设计条件及专业设计前置来解决。

   因此，本项目中利用BIM进行以下设计优化：（1）三维可视化，建模查找问题，辅助设计出图：保证图纸和模型的一致性，通过模型对设计图纸进行技术验证、协同解决设计问题、碰撞和问题检测、净高分析及设计优化，保证设计质量，加快设计进度；（2）各参与方工作前置：通过机电管线综合优化，将部分施工准备阶段的设计优化工作前置，以满足业主对净高的要求，同时使得机电管道及孔洞得到了准确定位，避免后期开洞带来对成本、工期的影响以及结构隐患，提升设计质量；同时，通过净高分析可以为景观设计、精装修设计提供管线及净高数据，以此将原先相对后置的景观、精装修专业设计提前至设计阶段；（3）全专业设计协同性：只要出现设计变更，相关专业也随之协同更改，实现专业间在设计过程中信息共享，提高专业间设计会签效率，使得设计进度和质量得以控制；（4）资料完整性：为了降低设计过程中的反复修改，要求方案基本确定、项目策划事项明确，拟用到的材料、工艺等数据确定，部品部件族库数据完整，为项目启动作充分准备。

   2.2.1.2 优化设计对造价管理的影响分析

   本项目应用BIM技术辅助进行三维可视化协同设计，对成本控制和项目进度都有积极作用。本文分别从以下几方面进行了分析：

   （1）成本减少可量化数值分析：上文中叙述了利用BIM技术进行的设计优化内容，对其中会在后续建设阶段中产生无效成本、返工成本、变更成本的内容进行了统计和成本计算分析。具体计算分析内容见表1。

表1 设计优化可量化节约成本计算分析表

   由上表可见，通过应用BIM技术提高了施工图设计图纸的质量，约可节约项目投资567.59万元。

  （2）对造价管理影响的分析：设计阶段利用BIM有效减少了设计图纸中的错、漏、碰、缺问题，保证了设计施工图纸的设计质量，从而确保了施工图预算和投标控制价的准确性，为施工过程投资控制提供了精确的数据基础。同时，基于BIM的设计优化使得施工过程的设计变更可能性减少，从而有效地控制了动态成本，保证了目标成本的完成。

  （3）对项目进度影响的分析：本项目通过BIM技术进行可视化三维协同设计，大大推进了项目设计进度。主要体现在：1）BIM的协同性使得设计过程的改图实时、动态、全专业联动进行；2）BIM技术为设计人员提供了一个协同作业、及时交流的平台，以此节约了沟通时间；3）模型一旦发现问题，会及时对设计修改方案进行验证，并同时将确定的方案绘制在二维图纸上，从而加快了设计节奏。因此，本项目最终设计周期缩短了10天。

   2.2.2 三维算量的BIM应用分析

   工程量是工程造价管理的关键性要素，是进行成本测算、工程招标、商务谈判、合同签订、进度款支付、竣工结算等一切造价工作的基本数据^[2]。随着BIM技术的发展，造价行业也就BIM技术在造价管理中的应用尤其是三维工程量计算方面展开了大量研究。

   从三维算量研究的成果和效应角度分析，大致可将三维算量的研究分为三个阶段：探索研究阶段、应用修正阶段与应用成熟阶段。这三个阶段的定义如下：      （1）第一研究阶段——探索研究阶段：主要研究内容包括如何在设计施工图模型中添加和提取工程量清单编制所需的关键信息；如何将设计模型转化为符合工程量提取的成本模型；如何建立数据接口将设计模型导入行业成熟算量软件中进行计算等。（2）第二研究阶段——应用修正阶段：主要表现为对前一阶段研究成果的应用、验证、修正和补充完善，以及对算量流程的调整等。（3）第三研究阶段——应用成熟阶段：主要指工程量提取的效率、精确度均符合先行标准，并且真正实现设计+造价的结合，即直接应用正向设计模型而不需重复建模或进行大量模型修正工作便可直接进行工程量计算。

   针对以上三个阶段，通过大量实际工程项目，分别进行了工程量计算效率和精确度的研究。研究结果如下：

  （1）三维工程量计算效率研究分析

   针对同一套确定的施工图纸，在保证工程量偏差在可控范围内，一般取5%以内，对传统算量方式和三维算量方式的工作效率进行对比分析，分析成果见图1。其中，传统算量方式是指基于二维图纸在国内成熟的算量软件中建模进行工程量的计算方式。

   由上图可看出，在探索研究阶段工作效率α大于等于1.0（α=传统算量工作效率/三维算量工作效率）时，表明三维算量相比传统算量工作效率是降低的；随着研究的深入和成果的应用，在应用修正阶段工作效率比α小于1.0，且随着研究的深入，三维算量技术逐渐趋于成熟，工作效率也随之增加；在应用成熟阶段，当基本实现直接利用设计模型进行工程量提取时，α基本稳定在0.2左右。这与斯坦福大学综合设施工程中心（CIFE）2007年的BIM算量研究成果——基于 BIM 的工程成本估算耗费时间缩短了80%相符合^[3],[4]。本项目的三维算量工作效率相对于传统算量时间减少了近60%。

  （2）工程量计算精度研究分析

   本项目是将利用Revit软件创建的设计模型导入RIB i-TWO成本计算软件，完成工程量计算、组价和清单编制的。其算量流程如下：

   其中，Revit软件导入RIB i-TWO算量软件的中间文件是一个模型轻量化的.cpi文件。模型检测的内容主要包括重叠构件、构件命名及构件属性检测，目的是检测其是否满足软件工程量提取的规则。构件归集是将工程量清单模板中的每个工程量项目计算所包含的相关构件进行归类汇总。

   成本计算软件RIB i-TWO将国家规范、算量规则、企业定额或国家定额内置于软件，从模型中提取算量所需的构件信息，并通过精确的3D布尔运算和实体扣减进行工程量计算。理论上其计算精度远大于人工计算。实际上通过与传统算量进行对比，计算误差均在1%以内。其中，机电安装工程中以个数计量的清单项计算误差为0，建筑与装饰工程中结构专业清单项目计算误差也几乎为0。

   3 结语

   本文将理论与项目实际应用分析相结合，详细分析了在设计阶段BIM技术在设计优化方面对设计质量、成本减少、成本管理以及设计进度的积极影响，同时通过大量项目研究对三维算量的工作效率和精确度进行了分析说明。同时也发现无论是设计质量、设计进度还是算量效率及精度要求，都对设计阶段的正向设计有迫切需求。

   项目的造价管理是从项目策划开始到建筑交付后的运营维护贯穿建筑的全生命周期的，是一个持续的项目投资管控过程。因此，设计阶段的成本模型要在之后的施工、运维阶段持续使用，只有在一个数据源即一个模型上根据应用需求和目的对模型进行调整和持续更新，才能保证成本数据的精确性，做到工程项目精细化管理。

   参考文献：

   [1]周和生，尹贻林. 以造价为核心的项目管理[M]. 天津：天津大学出版社，2015：137

   [2]叶树娟. BIM技术在建筑工程造价管理中的应用[J].中国高薪技术企业.2015，28(343)：51-53

   [3] National Institute of Building Sciences.United States National Building Information Modeling Standard, Version Part 1[R].2007．

   [4]汪茵，高平，宋蓉．BIM在工程前期造价管理中的应用研究.建筑经济.2014，8（382）：64-67