BIM-5D在水利枢纽工程中成本控制的应用

耿琳苑，张丽华，沈 晨，刘 琨

(1.华北科技学院，北京 东燕郊 065201; 2.中国建筑西北设计研究院 陕西 西安 712000)

0 引言

信息技术已经在制造业、电子业等行业带来了变革，然而建筑业的信息化程度并没有因此有飞跃发展。1975年，乔治亚理工大学的Chuck Eastman教授创建了BIM理念，该理念为了提高工程建设效率，通过实现建筑工程的可视化和量化分析来达到这一目的。BIM全称为“Building Information Modeling”，其中的核心在于“Information”，即信息。简而言之，BIM是以三维模型为载体，根据项目需求可以将项目进度、成本、质量、安全等信息集成于同一平台项目各参与方共同进行管理和交互，是信息化在建筑行业的直接应用，可服务于建设项目的全生命期[1]。

目前的问题是我国BIM技术还局限在阶段化的应用，设计阶段与施工阶段存在长久的脱节问题，设计方和施工方很难从原有的思维模式发展出新的模式，很难真正将BIM的落地应用价值最大化，例如设计阶段的模型很难传递到施工阶段，在施工阶段造成“没法用、用不了”的问题。在传统模式下项目的施工阶段会出现工程变更，返工、窝工现象也会随之增加，这不仅会造成工期延误也会增加施工成本，对于工程承包商的工程结算也增加了难度。

在南水北调工程中，长江勘测设计研究院将BIM理念引入其承建的南水北调中线工程的勘察设计工作中，利用BIM相关软件快速完成勘察测绘、土方开挖、场地规划和道路建设等的三维建模、设计和分析工作，提高设计效率和质量；在云南金沙江阿海水电站的设计过程中，引入BIM技术进行各专业的三维形体建模，并且机电专业借助Autodesk Revit MEP 软件平台建立完备的机电设备三维族库，最终完成整个水电站的BIM设计工作。由此可见，目前在水利工程建设项目中BIM技术在设计阶段应用较为广泛，后期施工阶段的BIM应用尚为薄弱[5]。

1 研究意义及内容

1.1 研究意义

水利枢纽工程施工难度较高，存在很多专业性的大体积混凝土浇筑工程，大部分的异形构件施工过程中存在施工难点，这些技术难点仅靠现场的技术负责人及工程师很难解决，并且仅凭人力对未来可能存在的问题无法形成预判。BIM技术的引入可以通过虚拟建造的方式对工程施工过程进行模拟，并且对可能存在的问题进行预控，可以辅助工程师指导一线工人施工。

对于工程总承包商来说工程结算及分阶段支付一直以来都是个难点，工程的变更导致进度延误成本增加，从而总包商无法准确地向分包商支付工程款。在整个项目的BIM应用研究过程中，通过5D平台实时更新模型获取准确的工程量、工程结算款及资金资源曲线，在工程总包商工程结算分阶段支付的流程中起到辅助决策的作用，站在EPC工程总承包商的角度重点分析BIM理念和技术在EPC工程项目成本控制中的具体应用，使整个项目的投入产出收益比达到最高，让BIM技术可以发挥更大的价值。

1.2 研究内容

本研究以精细化管理的理念为指导，BIM技术从水利枢纽工程的设计阶段介入深入到施工阶段，除传统的设计阶段的BIM应用点外，深入挖掘在施工阶段关键节点的其他BIM应用点。因此本研究以广西邕宁水利枢纽工程为例，重点研究在水利工程建设项目施工过程中成本的动态管控，旨在降低施工成本，缩短施工工期，以提高水利项目成本管理效率，实现项目增值。

2 项目简介

邕宁水利枢纽工程位于邕江干流南宁邕江河段下游青秀区仙葫开发区牛湾半岛处，上距老口航运枢纽74 km，下距西津水电站124 km。邕宁枢纽是一座改善城市环境、水景观、航运为主，兼顾水力发电及其他的综合性水利枢纽工程。

本项目在保证南宁市防洪排涝安全的前提下，适当抬高江河段的城市景观水位，改善南宁市的水环境，解决西津至老口河段航运水位衔接问题，兼顾水力发电，对加快推进南宁“中国水城”建设，打造西江黄金水道和百里秀美邕江，进一步提高南宁城市生态环境建设，都具有重要意义。(图1.水利枢纽1期工程效果图)

本工程按水库库容划分，属大型水库，枢纽工程等别为Ⅱ等。主要建设内容有：拦河坝、13孔闸坝、发电厂房、航运船闸及进场交通公路，正常蓄水位67 m，总库容7.1亿m3，电站装机容量57.6 MW(6×9.6 MW)，为灯泡贯流式机组，多年平均发电量2.206亿千瓦时。

3 成本动态管理的实现过程

3.1 二维图纸整合校核

与传统民用建筑相比，水利枢纽工程的二维图纸更为复杂量大，专业构建较多且庞杂，传统二维图纸表达方法不详细、不准确，因此需要对大量的图纸进行进行整合和校核，为建模做充足的准备工作，包括检验图纸的完整性、编排建模计划等工作(如图2所示)。图纸的整合校核也是为后期的三维模型的准确度提供前提，提升工程量汇总的准确度。

图2 二维图纸校核

3.2 三维模型的创建

大坝整体模型展示(如图3所示)，整体模型中主要包括接头重力坝、鱼道、安装间、上下游尾水、发电厂房、溢流坝等分部工程。

四孔闸坝部分：采用WES实用堰开敞式弧型门泄水闸坝，孔口尺寸为20 m×12.5 m(宽×高)；5#闸墩处设6 m宽的纵向导墙相隔，坝顶设交通桥。溢流坝堰顶高程55.0 m，最大堰高11.0 m，坝顶高程81.8 m，最大坝高37.80 m，整体模型如图4所示，细部构造如图5所示。

3.3 模型审核机制

由于目前BIM建模的国标还不够完善，建模过程中各人的建模细度容易产生差异，而且对模型审核环节长时间的不重视，使得建模人员的水平参差不齐，因此模型的审核是确保最终模型准确性的重要手段。该项目的图纸复杂，三维构件大部分都是异形构件，更需要进行审核监督，只有模型的准确度提升了才能确保工程量的准确性。由总包方主持间隔两周组织一次会议，由各专业技术负责人和工程师共同进行审核。

3.4 三维模型提取工程量

与传统二维模式下的工程算量相比，三维模型工程量提取准确率明显提高。计算三维模型的工程量可以通过算量软件进行算量也可以直接基于RVT模型统计工程量。

图3 大坝整体模型

图4 四孔闸坝整体模型

图5 四孔闸坝细部构造

通过算量软件进行工程量汇总，是基于外部算量软件进行工程量统计，需要对算量模型设置映射规则进行映射之后导入算量软件再进行工程量统计。该流程需要BIM造价人员对图纸以及模型非常熟悉，前期必须准确地设置映射规则以确保后期算量软件计算工程量的准确性，基本流程如图6所示。

图6 三维模型工程量汇总基本流程

也可以直接基于RVT模型统计出工程量，有两种方式：明细表式和插件式。由于需要在后期与造价信息相关联，因此需要在模型中对构件的属性及字段进行设置以便于后期与工程量清单相匹配，在模型中不能体现的工程量结合二维图纸算量确保工程量准确，基本流程如图7所示。

3.5 信息关联进行动态管理

工程施工过程中的动态管理是通过三维模型将进度信息与成本信息关联在一起，成本随着进度的变化能发生实时的更新，并且可以根据三维模型的更新实时更新数据。该功能实现前提是能够对构件可以完全识别的同时与进度信息和成本信息可以完全一一映射，当选中部分构件的同时，进度信息驱动成本信息形成动态更新的状态，以便于现场管理人员进行管理，并且为决策者提供辅助决策方案让他们在同等条件下可以做出最优的选择。

动态管理还可以单独利用进度信息与三维模型的联动进行虚拟建造，提前预测施工过程中可能存在的问题，现场技术负责人可利用施工模拟的视频对一线工人进行指导施工[4]，不仅为现场管理减轻工作量而且一线工人的规范施工也提高了施工质量，间接降低了事故的发生率。(如图11、图12所示)

图7 基于模型汇总工程量的方法

图8 信息之间的关联

图9 工程预算清单与模型的关联

在进度信息与成本信息形成间接关联之后，可以通过选中构件或选中进度的方式来汇总出工程量以及工程价款，为工程总承包商进行工程价款结算提供依据，减轻造价人员的工作量提升工作效率，通过软件的计算也提高了准确率(如图13 所示)。

图10 进度信息与模型的关联

图11 施工模拟动画(瞬间)

图12 3#～4#闸墩现场施工图

图13 工程价款结算

4 结语

从项目应用来看，国内将BIM技术全面应用于水利枢纽工程的案例很少，在该项目中BIM技术的应用对进度成本的控制有着明显的作用，在前期对大量二维图纸的管理和校核也提供了便利，大大提升了各专业技术负责人的工作效率。构建三维模型与各类信息的关联对项目总承包方提供辅助决策方案，在施工模拟过程中减轻了现场管理的工作量，间接提升了工程施工质量；在进度管理过程中，及时更新数据有效缩短了施工工期，并降低了施工成本；在成本管控方面为总包方进行工程价款的结算提供了便利。

从项目管理的理论看，将先进的项目管理工具与项目管理控制方法理论相结合，搭建成本动态控制体系，能够丰富项目管理理论[2]。制定统一的标准规范，将设计阶段的深化设计模型集中到管理平台用于施工阶段，更多的关注事前和事中成本控制，同时充分利用上游的设计阶段成果向工作流下游传递，完成数据的交互，从某种意义上完善了BIM技术从设计阶段向施工阶段应用过渡的体系，为以后水利建设工程项目的BIM应用提供可指导性方向。

综上所述，基于BIM-5D技术在EPC项目中的成本动态控制平台的搭建能够丰富项目管理和成本控制的理论，为实现项目施工阶段的精细化管理提供可能，提高企业管理能力，增强企业效益和核心竞争力，从而促使整个建筑业生产效率的提高。

[1] 靳鸣, 李锦磊, 王晓强. 成都金融城项目设计施工一体化BIM应用[J]. 施工技术, 2014(s2):598-601.

[2] 牛萍. 浅谈基于BIM5D技术的施工现场管理[J]. 内蒙古科技与经济, 2016(1):82-83.

[3] 李寒哲, 苏振民, 钱经. IPD模式下基于BIM-5D的工程成本协同控制研究[J]. 建筑经济, 2017, 38(3):30-34.

[4] Hu Z, Zhang J. BIM-and 4D-based integrated solution of analysis and management for conflicts and structural safety problems during construction: 2. Development and site trials[J]. Automation in Construction, 2011, 20(2):155-166.

[5] 贺瑶瑶, 樊勇. BIM技术在建筑工程项目中的应用价值[J]. 城市建设理论研究:电子版, 2015(2).

[6] 刘安申. 基于BIM-5D技术的施工总承包合同管理研究[D]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学, 2014.