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裝配式建筑基于BIM的全過程成本控制

為降低裝配式建筑成本運(yùn)用BIM技術(shù)對(duì)目前裝配式建筑的成本控制環(huán)節(jié)面臨的問題展開研究。通過BIM技術(shù)的全元素動(dòng)態(tài)監(jiān)控控制技術(shù)對(duì)裝配式施工進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并比較BIM技術(shù)在已知實(shí)例的可行性和效率，以獲得資源配置和施工效率兩者之間的平衡點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)最大限度地降低建筑施工成本并實(shí)現(xiàn)資源配置的最大化利益。

裝配式建筑施工設(shè)計(jì)階段

建造成本控制

在設(shè)計(jì)和施工過程中使用BIM技術(shù)管理建筑信息是今后潛在的最終用途目標(biāo)。構(gòu)件設(shè)計(jì)階段利用存儲(chǔ)在BIM軟件系統(tǒng)中的信息，利用通用設(shè)計(jì)環(huán)境中建模互操作性功能，對(duì)支持信息進(jìn)行再利用，來減少數(shù)據(jù)重復(fù)。通過以上方式，使用BIM技術(shù)對(duì)預(yù)制建筑成本進(jìn)行管理，促進(jìn)了BIM技術(shù)與性能仿真工具之間通信方法的開發(fā)，并對(duì)成本控制進(jìn)行了預(yù)測(cè)和分析，利用BIM作為平臺(tái)收集信息，并執(zhí)行建筑的性能設(shè)計(jì)和成本優(yōu)化。由于對(duì)復(fù)雜的高性能特征難以精確建模，以及優(yōu)化預(yù)測(cè)效率低下和準(zhǔn)確性不高，成本差異的可能性也會(huì)增加。BIM應(yīng)用系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1　BIM應(yīng)用系統(tǒng)示意圖

BIM模擬對(duì)象的可擴(kuò)展元數(shù)據(jù)屬性的能力被用作存儲(chǔ)和潛在地管理資產(chǎn)信息以及描述所表示的建筑系統(tǒng)和操作的結(jié)構(gòu)的手段。大多數(shù)BIM用于管理成本操作的示例是基于預(yù)測(cè)使用中的成本差異和識(shí)別與預(yù)測(cè)偏差的模擬。設(shè)計(jì)和成本管理之間的過渡是用戶熟悉新系統(tǒng)的關(guān)鍵時(shí)期，從而提高建筑運(yùn)營(yíng)管理的效率。作為BIM采用流程的一部分，政府已實(shí)施針對(duì)這些目標(biāo)的強(qiáng)制性和自愿性計(jì)劃，但仍需進(jìn)一步指導(dǎo)以改善運(yùn)營(yíng)過程中的BIM，以此提高運(yùn)營(yíng)績(jī)效。

裝配式建筑構(gòu)件生產(chǎn)制造階段

成本控制

與傳統(tǒng)建筑方式不同，在設(shè)計(jì)完成后預(yù)制建筑需在工廠內(nèi)生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件，這也是裝配式建筑獨(dú)特的環(huán)節(jié)。裝配式建筑構(gòu)件種類繁多，每一種構(gòu)件的生產(chǎn)制造過程都是一個(gè)復(fù)雜的信息集合，運(yùn)用BIM技術(shù)，以構(gòu)件和環(huán)節(jié)為單位，結(jié)合RFID技術(shù)置入信息，以便管理構(gòu)件的生產(chǎn)、存儲(chǔ)、運(yùn)輸和吊裝等過程，建筑模型示意圖如圖2所示。

圖2　BIM建筑模型示意圖

裝配式建筑構(gòu)件相比于其它產(chǎn)品具有較大區(qū)別，要求其模具外形、尺寸絕對(duì)準(zhǔn)確，誤差較大會(huì)嚴(yán)重影響后續(xù)工作。這就對(duì)模具的生產(chǎn)過程要求更加嚴(yán)格，以提高模具的可通用、可互換與實(shí)用性，從而保證模具在生產(chǎn)過程中能夠多次使用以便延長(zhǎng)其壽命周期，從而節(jié)約生產(chǎn)成本。因此，可以從引進(jìn)BIM技術(shù)、改進(jìn)生產(chǎn)工藝、優(yōu)化模具等方面入手完成對(duì)裝配式建筑構(gòu)件生產(chǎn)制造階段的成本控制。

裝配式建筑施工階段

成本控制

基于BIM技術(shù)的裝配式建筑施工階段的成本控制是應(yīng)用3D模型添加時(shí)間和成本所形成的BIM的5D模型，進(jìn)而進(jìn)行動(dòng)態(tài)成本控制。通過BIM技術(shù)虛擬建模，可以在施工前階段模擬物料堆放、項(xiàng)目進(jìn)度和資金消耗等，并有利于提前了解施工過程中可能存在的問題，優(yōu)化施工順序，通過進(jìn)行合理的資源配資來優(yōu)化BIM模型，引導(dǎo)實(shí)施施工。圖3所示為BIM技術(shù)工程量示意圖。

圖3　工程量示意圖

由圖3可知，在施工過程中可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)施工進(jìn)度、成本計(jì)劃和工序邏輯關(guān)系，并可及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工過程中可能出現(xiàn)的問題和風(fēng)險(xiǎn)，提出解決方案，實(shí)時(shí)調(diào)整施工進(jìn)度安排以及資源和成本投入計(jì)劃。此外，利用BIM技術(shù)可以更加便捷地處理施工過程中出現(xiàn)的變更，當(dāng)施工過程中發(fā)生設(shè)計(jì)變更時(shí)，可利用BIM技術(shù)將變更關(guān)聯(lián)到模型中，同時(shí)反映出變更后的工程量及造價(jià)的變化情況，使決策者能夠更清晰地掌握變更情況對(duì)造價(jià)的影響，及時(shí)調(diào)整資金籌措和投入計(jì)劃。

應(yīng)用BIM技術(shù)的裝配式建筑

成本控制實(shí)例分析

上海某工業(yè)化住宅示范項(xiàng)目。由于項(xiàng)目的設(shè)計(jì)在項(xiàng)目設(shè)計(jì)和計(jì)劃批準(zhǔn)完成后開始，因此，項(xiàng)目設(shè)計(jì)必須在原設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上執(zhí)行所有的變更，從而導(dǎo)致工業(yè)設(shè)計(jì)中產(chǎn)生一定的限制和困難。該項(xiàng)目采用BIM技術(shù)進(jìn)行建筑，圖4所示為采用BIM技術(shù)的建筑模型，采用結(jié)構(gòu)和機(jī)電一體化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)整個(gè)建設(shè)過程的控制。

圖4　BIM建筑模型

在項(xiàng)目的初始階段，將BIM技術(shù)與地理信息系統(tǒng)（GIS）相結(jié)合，獲取現(xiàn)場(chǎng)信息和數(shù)據(jù)，其中GIS技術(shù)用于數(shù)據(jù)分析，BIM技術(shù)用于建模，因此，決策者可以進(jìn)行合理地規(guī)劃。針對(duì)組件的信息，BIM技術(shù)也可用于確定組件和材料數(shù)據(jù)庫(kù)的大小。同時(shí)由于BIM建模能夠提供完整的工程量數(shù)據(jù)，造價(jià)人員在造價(jià)預(yù)算階段可利用BIM技術(shù)進(jìn)行計(jì)算，既減少工作強(qiáng)度又可提高造價(jià)精度，圖5所示為BIM技術(shù)計(jì)算匯總概覽圖。

圖5　BIM 技術(shù)計(jì)算匯總表概覽圖

在施工階段，采用BIM技術(shù)的5D可視化管理，將施工過程中的勞動(dòng)力、材料和機(jī)械等相關(guān)資源進(jìn)行整合，如圖6所示，隨時(shí)將施工情況與施工方案進(jìn)行比較，并有效地進(jìn)行協(xié)調(diào)與調(diào)整。為了保證施工方、監(jiān)理方、業(yè)主等多方人員能夠清楚了解項(xiàng)目情況，整個(gè)建筑的數(shù)據(jù)也將被長(zhǎng)期存儲(chǔ)，以便于建筑施工的后期管理。

圖６　建筑成本控制

該項(xiàng)目將BIM技術(shù)與裝配式建筑結(jié)合，相比于傳統(tǒng)建造方式具有以下優(yōu)勢(shì)：

1.可分別節(jié)約耗材70%、用水36%、能耗30%，并可節(jié)省工期31%：可將陽(yáng)臺(tái)、墻板、樓板和樓梯等作為統(tǒng)一構(gòu)件，利用BIM技術(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件模塊設(shè)計(jì)后交由工廠生產(chǎn)。

2.集成性：預(yù)制建筑的核心是整合。設(shè)計(jì)師采用Revit建筑結(jié)構(gòu)機(jī)電一體化設(shè)計(jì)，從解決方案到施工圖、工廠生產(chǎn)、運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)組裝的全過程，并考慮到未來建筑物的拆除，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)建筑生命周期使用的集成設(shè)計(jì)和控制，如圖7所示。