基于BIM技术综合管廊进度成本优化研究

曾平镇

摘要：在建设工程项目中，传统的进度和成本控制具有计划灵活性差、资源配置不合理等问题，而BIM技术的应用，可以大大提高工程的生产效率、节约成本、缩短工期。本文通过对比传统技术和应用BIM技术在进度与成本方面的控制，结合某地下综合管廊工程，进而阐述BIM技术在地下综合管廊工程项目中对于进度和成本控制的应用研究。

Abstract： In construction engineering project， the traditional schedule and cost control has plans such as poor flexibility， unreasonable resource allocation problems， and the application of BIM technology， can greatly improve the production efficiency， saving of engineering cost， shorten the construction period.This paper compares the progress and cost control of traditional technology and applied BIM technology， cmbined with shuanghe lake underground comprehensive pipe gallery project， the application research of BIM technology in the progress and cost control of the underground comprehensive pipe gallery project is described.

关键词：BIM技术;地下綜合管廊工程;进度;成本

Key words： BIM technology;Underground comprehensive pipe corridor project;Progress;Cost

中图分类号：TU17                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）01-0277-03

0  引言

建设工程项目具有投资金额大、持续时间长、不可预见因素多、组织关系复杂等特点[1]，使得建筑业虽发展迅速但仍然存在着技术水平低、施工效率低下等问题。传统的进度和成本控制都是在二维CAD图纸的基础上编制进度计划并计算工程量，这也给施工管理人员带来了巨大的负担。建筑信息模型（BIM）技术作为一种多维模型信息集成技术，是以三维数字技术为基础，对工程项目实体与功能特性的数字化表达[2]，将BIM技术在4D进度和5D成本方面的控制与双鹤湖地下综合管廊工程进行尝试性运用研究，进而消除建设工程项目施工管理过程中各专业沟通不足、信息孤岛等问题。

1  传统建筑进度与成本控制概述

1.1 施工进度控制

建设工程项目的实施不是一成不变的，进度管理作为四大控制之一，会随项目管理进行动态调整的。进度计划贯穿于工程项目建设的整个过程中，不同于一般工程项目，建筑工程规模大，需要耗费大量物资和人力资源，同时施工周期比较长，增加了其施工管理的难度。

进度管理作为施工管理的重要组成部分，是决定工程项目能否按照合同上规定日期按期交付成品的关键，否则可能会增加项目建设成本，降低施工单位经济效益[3]。传统施工进度控制存在的问题如下：

①计划灵活性差。

建设工程进度计划的实施受多方面因素的影响，传统进度管理虽然可以利用网络图以及进度管理软件制订出进度计划，但是计划缺乏灵活性，一旦施工环境发生变化，进度计划无法做出及时调整，就可能导致工期目标无法实现。

②协调管理效率低。

无论是小型工程项目还是大型重点项目都要涉及多个参与主体，如承包、设计、监理、采购等。由于参与主体众多，各方管理者业务水平良莠不齐，这为各单位之间管理工作的搭接又增加了难度。因此，传统的进度管理模式在协同方面处于劣势。

③进度、成本不均衡。

进度和成本是工程项目管理的两大目标，与质量并称为“黄金三角”。三者之间相互影响、相互制约。传统进度管理方法只单纯的考虑了进度对施工过程的影响，却忽略了进度与成本之间的关联，进度与成本之间是相辅相成的，但传统方法却无法实现两者之间的均衡。

1.2 传统成本控制概述

1.2.1 施工成本控制

成本管理，贯穿于建设项目实施的全过程，项目成本费用越高，相应的经济效益就会越低。传统施工成本控制一般都是通过编制施工图预算和施工过程中成本数据的收集，分析实际与计划成本偏差，然后达到成本控制的目的。

1.2.2 传统施工成本控制存在问题

大型建设工程项目实施的工程量一般较大，投资额也会随之增加，如果项目成本脱离控制，资源配置无法到位，很可能会导致工程进度拖延或停工，甚至出现豆腐渣工程，工程质量无法得到有效的保证，危害企业声誉与利益。

①资源配置不合理。

对于建设工程的成本控制要注意资源的合理配置问题，杜绝由于资源的不合理配置而造成成本增加的现象。许多建设项目因为对于资源的不合理配置而使工程的进度也受到影响，甚至会导致成本最终无法控制的结果。

②成本管理体制不健全。

成本控制，归根结底还是要落实在管理人员头上，只有提高对管理人员的要求，做到权责统一[4]，才能更好的做到成本控制。但传统的成本管理模式责、权、利并没有落实到项目负责人处，各部门之间责任划分不清，项目的经济成本与项目管理人员的利益没有很好的联系。因此，在进行管理活动的时候，工作遗漏、重复时有发生，效率低下。

2  基于BIM技术的进度与成本模型构建

2.1 4D-BIM进度模型建立

2.1.1 WBS分解

WBS（Work Breakdown Structure）是工作结构分解的有效方法，基于BIM技术正向建模前，首先需要对项目进行系统分解和任务分配。通过结构图的方式罗列出各个小项目的具体工作，可直观反映出其中的内在联系。在进度计划编制之前，制作出详细的WBS分解图，可有效减少漏洞错误的出现概率，从而依照项目结构图编制进度计划，更加有效的提高工作效率。

WBS的应用十分广泛，可针对不同的项目制定出适合此项目的分解结构，可根据项目的从属关系分级别构件，也可根据业主的要求构建或添加独特的层级。但是，过于复杂的分类反而会导致工程项目变得零散、琐碎，并不是层级越多的WBS分解就越有效，简洁且富有概括性的结构图更具备实用性。

利用WBS的创建原则及流程，以某地下综合管廊项目为例，进行项目进度分解如图1所示。

2.1.2 进度模型构建

在整个地下综合管廊三维模型中，将传统3D模型与时间轴相结合生成4D进度模型，将项目的进度模型化，可视化地展现出来。如此，可直观地发现模型和进度中存在的漏洞，进而可对其进行进一步的优化处理。

进度计划是后续进度管理的基础，目前应用于进度计划编制的软件有很多，例如Project、P6、斑马等。其中P6主要利用关键路径法，基于WBS进行进度计划的编制。在P6中不仅涉及到项目进度管理，还与资源、成本相关联，实现多方位的管理。

在3D模型以及进度计划的基础上，4D进度模型是基于BIM技术建立的。4D模型的建立，将传统的双代号网络图控制模式进行优化，打破了传统模式的局限性。将两个原本独立的模块合二为一，使信息达到高度集中，能使工作人员更加直观地发现问题、解决问题，将实时分析和协同控制同时进行，大幅度提高现场施工效率。（图1）

2.1.3 基于BIM技术的进度优化

在实际施工过程中，某一时间段所能提供的各种资源（劳动力、机械设备、材料等）往往具有一定的上限，过度的资源配置会引起成本的增加，而资源过少又会导致进度延迟。因此，资源配置的优化是进度优化调整中不可缺少的一环。进度优化主要涉及工期优化、工期-资源优化两个方面。

基于BIM技術的进度管理在三维模型的基础上增加了时间的维度，创立了4D模型平台，利用BIM的可视化功能对4D模型进行虚拟施工模拟和错漏碰撞，收集进度数据，实时反馈，及时更新进度计划和模型。当进度出现偏差的时候，还可以在Navisworks中调整工作逻辑关系和自由时差，然后重新进行模拟，得到最优的施工顺序，或者调整各工作的时间参数，重新输入，在软件中可以快速算出工期，直至得到符合要求的工期。

2.2 5D-BIM成本模型的构建

若要想用BIM技术来进行成本控制，须先把施工进度与施工项目的成本信息关联起来。通过WBS分解各个族、构件、工作来实现进度与成本的关联。将WBS分解得到的工作、进度计划、各项工作的数据相关联，结合相关软件生成的BIM模型工程量与事前编制好的施工进度计划，二者相结合便形成进度-成本关联模型。

将项目的资金链导入到已经建好的4D-BIM进度模型中，把编制的工程量清单与施工成本计划相结合，利用工程量清单，进而得出相应成本。5D-BIM模型中的多项数据为动态变化（例如施工进度数据、成本数据以及材料的消耗量），这些数据的动态变化能够为成本控制提供实时的数据支持，根据工程实际施工情况、资源的需求量以及成本费用，在施工过程中进行实时调整、更改与优化，从而保证三维信息模型在时间与资金和数据上具有协同性，满足进度-成本控制需求。

在工程开工之前对工程项目进行施工成本预测，不仅要满足施工单位和业主的需求，而且还要在效益与成本之上同样最优，通过这样的成本预测选出来的方案才是最优的。在管理者管理过程中，使用此方案可以快速有效的解决突发事件，从而提高了决策者的决策效率。从而保证了管理者可以有针对性的解决实现成本预测出来的一些弊端，在施工过程中有针对性的进行解决，进行成本控制。

在建安费的五项费用中，规费和税金为非竞争性费用，间接费和企业利润与企业相关技术与管理水平有关，为短时间无法降低的费用。由以上分析可得，成本预测的关键便是工程量与资源消耗量的预测。

3  案例分析

将某地下综合管廊工程利用GIS技术得到航空港基础地形数据和地上道路、建筑设施等数据整合，对综合管廊及联络道进行设计时将三维数据模型导入为项目线路规划提供参考，生成准确的管廊与周围环境的航空港三维CIS模型，用Infraworks软件做出航空港项目沙盘图。

3.1 基于BIM的进度管理

3.1.1 进度计划编制

项目进行进度计划编制前，先根据项目施工方案与主要技术流程，确定施工关键路线。工作之间的逻辑关系由工艺关系和组织关系决定。

将地下管廊项目整个施工过程分为地下基础工程施工、地下管道工程施工、竣工验收等三个阶段。其中，暖通、给排水、电气等专业设备安装在主体结构施工完成之后即可插入土建专业施工，并随土建施工的进度计划交叉作业。在此基础上进一步确定各阶段的阶段性目标，以此作为编制项目施工进度计划的重要依据。根据施工原则和实际情况编制施工进度计划表，综合施工流程信息，依据计划进度表及项目资料应用P6编制施工进度计划。

3.1.2 进度协同平台构建

以Navisworks软件为平台，利用软件工具模块将建立的BIM三维模型及编制的进度计划链接整合，其构建步骤如下所示。

①3D模型导入Navisworks软件。

把Revit建立的三维模型导入Navisworks中，将3D模型利用Revit自带的软件工具导出NWC文件，一般情况下，此方法用时较短，族与构件不易丢失，有利于大型模型的导入。

②施工构件划分。

根据导入的3D模型中不同构件類型及管理的需要，将其与进度计划中的工作划分为不同的集合，便于后续构建信息与进度计划的关联。

③构件信息与进度关联。

通过将P6建好的进度计划在Navisworks软件中与3D模型的结合，使构建信息与进度计划相关联，4D进度模型随之创建完成，在Timeliner中数据源的任何变化都可以实时更新。通过虚拟施工对目标进度计划进行验证优化，减少施工不可控因素的影响，得到最终的进度方案。

3.2 基于BIM的成本控制

3.2.1 编制成本计划

①工程量的统计。

通过使用Revit中的橄榄山插件，可自动生成地下管廊项目的工程量清单。但需要注意：保证做到精细化建模，尽量避免出现构件搭接的情况，使导出的工程量最大程度的适配定额中给出的施工净量。

②资源配置。

资源限量与需求量都估算好之后，便需要在P6中根据资源计划创建相应的资源，赋予名称、限量等属性，然后再根据施工的需要与施工进度计划将资源调配给相应的工作，此时资源的配置便完成了。如果某个资源在某个时间点存在超限的现象，在P6中利用“削高峰法”便可以对其进行调整，实现工期固定、资源均衡的优化。

③编制成本计划。

根据工程量的统计结果与P6中的资源配置编制项目的成本计划。

3.2.2 基于BIM进度成本优化

①虚拟施工。

在构建完成的进度协同平台中对三维模型进行虚拟施工模拟，发现进度计划出现的偏差及其原因，利用Navisworks软件和P6软件的联动功能对新导入的P6进度计划进行刷新并实时修改，避免了多次导入和重新匹配。施工进度动态的可视化管理降低了传统进度的风险，保证了施工进度、节约了工期。

②错漏碰撞检查。

在Revit软件中的工具模块能帮助进行碰撞检查，并能将碰撞部位生成报告，报告中清楚的显示碰撞部位与碰撞状态[5]，不仅可以在施工之前就发现设计图纸中存在的问题，减少施工阶段由设计变更、返工带来的损失，还可以在工程施工过程中将问题反应给施工人员，进行反馈控制。

③可视化交底。

通过三维动画演示，将项目关建节点、复杂节点放样出来，利用简短的动画完整的体现节点的施工方案与工序，相比于文字描叙和二维图纸更加的直观、简单易懂，避免施工人员因对图纸和方案理解不到位产生返工和质量问题，拖慢工程进度，增加工程成本。

4  结语

随着网络技术的迅速发展，工程项目对于信息的交流要求越来越高，导致以往的项目管理方法和软件无法满足项目管理人员的真正需求。本文通过实际工程项目，对前文提到的理论进行了实例论证，首先进行了项目组织构架与三维模型的构建，然后建立了基于BIM技术的进度与成本管理平台，在项目施工之前便利用BIM技术对目标计划进行初期优化。最后，通过进行错漏碰撞和可视化模拟，有效对工程成本进行控制，实现优化项目进度成本的目的。本章将信息技术与传统控制方法有机的结合在一起应用于实际案例之中，为未来的项目管理开辟了新的思路。

参考文献：

[1]李郁楠.建设项目工程造价控制的研究[D].大连海事大学，2014.

[2]孙阳，杨静，王常亮，张慧莹.BIM技术在施工阶段对成本和进度优化管理的应用与实践[J].建材与装饰，2017（48）：190-191.

[3]王平.建筑工程项目施工进度管理分析[J].居舍，2019（21）：162.

[4]罗章海.建筑工程成本管理问题研究[J].中国住宅设施，2019（07）：14-15.

[5]姜乃煊.城市景观设计策划研究[D].哈尔滨工业大学，2016.