基于 BIM 技术的装配式建筑 EPC 成本管理分析

付 澳，郭 然，闫可心，蔡 红

（北京联合大学，北京 100000）

0 引言

由于我国政府大力支持发展装配式建筑，装配式建筑已成为现阶段建筑市场的热门话题。然而，时至今日，还有一些因素在影响着装配式建筑的发展，装配式建筑的成本管理也是影响装配式建筑发展的主要原因之一。本文重点论述了在装配式建筑中采用 EPC 工程总承包模式中引用 BIM 技术，通过分析装配式建筑 EPC 模式下的设计采购施工三个阶段的成本影响因素，结合 BIM 技术模型的特点，有针对性地提出解决装配式建筑 EPC 模式中的相关问题，可以达到降低成本，提高利润的目的。BIM 技术在全产业链的应用，提高了建筑工业化的水平，装配式建筑占比越来越大，进而推动了装配式建筑的发展。除此之外，国外关于 EPC 总承包模式研究比较深入，发展也都比较成熟。

本文针对基于 BIM 技术的装配式建筑 EPC 模式成本管理体系研究，对于降低管理项目成本费用，促进装配式建筑的经济效益和社会效益的实现都具有十分重要的作用。

1 装配式建筑 EPC 成本管理体系问题分析

1.1 装配式建筑 EPC 成本管理 WBS 工作分解结构

装配式建筑成本是指从整个项目建造中使用的费用。这些费用可分为三个阶段主要是设计阶段、采购阶段和施工阶段。对这三大阶段进行成本控制，是降低装配式建筑成本的核心。由于设计阶段处于第一阶段，所以设计阶段还对采购阶段和施工阶段的费用产生影响。采取 WBS 工作分解结构对装配式建筑 EPC 模式进行工作分解。工作分解图如图 1 所示。

图1 装配式建筑 EPC 成本管理 WBS 分解图

WBS 分解结构将装配式建筑建造分为设计、采购、施工三个阶段，这三个不同阶段在成本控制方向也有不同的侧重。设计阶段费用占整个工程中的费用的比重小，但是对成本的影响很大，因为设计阶段是整个工程的开端，也是关乎到后期成本控制好坏的直接因素。采购阶段费用占整个工程中的费用的比重较大，对成本影响也是较大的，这主要是因为采购阶段包含材料以及设备的购买费用、运输费用以及在现场存储时产生的费用。在这个阶段的成本控制，不是指以降低质量的前提来降低成本，而是在保证质量的前提下选择最优的供货厂商、最优的构件生产及配送批次，有效降低成本。施工阶段费用占整个工程中的费用的比重最大，但是影响是最小的，这原因主要是因为该阶段的核心是在解决业主与分包商的问题上，对工程施工中的工程变更所引起的费用问题及控制。在下文中将详细分析装配式建筑 EPC 模式下设计、采购、施工三个阶段的影响成本控制的因素，有助于在第三章中针对不同阶段的不同问题提出基于 BIM 的装配式建筑 EPC 成本管理体系，有效地解决装配式建筑 EPC 模式成本管理中出现的问题，提高成本管理的效果。

1.2 装配式建筑 EPC 设计阶段成本问题分析

装配式建筑项目成本居高不下，设计图纸费用占有一定的比重，专业性等问题依然十分突出，分析其中的原因是由于在装配式建筑的建造模式下，其建造前期所涉及的设计方法没有随着生产方式的变化而进行变革，成为影响装配式建筑全面发展的前期因素。根据研究相关的文章将设计阶段分为技术策划、方案设计、初步设计、施工图设计和构件加工图深化设计五个阶段，建立相关的流程图如图 2 所示。

图2 设计阶段技术协同图

在图纸深化设计中，需要体现预制构件的大小体量、配筋率以及在在墙板等处的预留洞口或预埋件。由于装配式建筑设计中需要考虑的因素比 CAD 多，并且多了一项预制构配件的拆分和深化设计，因此导致装配式建筑在设计阶段的费用比传统现浇结构相比每 m2要高出 20～4 0元［1］。构配件的拆分图设计如图 3 所示。

图3 构配件拆分图设计

根据图 2 和图 3 可得出以下几条影响装配式建筑成本的因素。

1）在技术策划阶段需要考虑到规定的预制率，因为预制率、预制构件不同导致项目成本增量不同，具体到项目中就会体现到构件成本的不同，产生的利益也就不同；在技术策划阶段还需要考虑到产业政策，在满足政策要求的同时实现产业化目标，以此来调整相关的设计方案。前期的技术策划，是影响装配式建筑的技术方向，是影响整个项目建造成本的首要关键因素，同时也是影响总承包商利益的因素。

2）从图 2 中可以看出在装配式建筑 EPC 模式下设计的五个阶段中有四个阶段出现协同，包含勘察单位、设计单位、施工单位、监理单位、造价单位、咨询单位等多家单位共同进行深化设计、预估生产能力，但是这几家单位都是分散地进行深化设计并没有真正地同步，没有节省时间成本和沟通成本。在各家单位的协同合作中，各家单位的交接以及单位内部的交接的准确性不能很好地保证，设计和施工无法完美契合，会导致建造成本增加。

3）装配式建筑的设计阶段中，预制构件的深化设计是最重要的环节。因为预制构件的深化直接影响到后期的构件采购阶段、运输阶段和施工阶段；同时也因为同一构件采用工厂预制和现浇两种不同生产方式的综合单价不同而导致的成本增量不同。总承包商从自身的利益角度出发，考虑经济效益，通过多种不同方案比较，找出性价比最高的而且满足业主需求的方案，增加设计的深度，减少因后期的设计变更导致的成本增加。但是怎么样进行深化设计，深化设计的深度是否能完美契合施工中的需求是未知量，所以有待改善。

1.3 装配式建筑 EPC 采购阶段成本问题分析

采购阶段费用占整个工程中的费用的比重较大，对成本影响也是较大的，因为采购阶段含材料以及设备的购买费用、运输费用以及在施工现场存储时产生的费用。但是在采购阶段进行成本控制，不是指以降低质量的前提来降低成本，而是在保证质量的前提下选择最优的供货厂商、决定产品配送批次及产品施工现场存储，有效降低成本。对采购阶段成本分析具体如下。

1）装配式建筑正处于发展阶段，供应商预制构配件生产的能力良莠不齐，选择优质的供应商是比较关键的一步，也是直接影响成本的关键因素。避免因为供应商生产的构配件质量不合格，导致工程验收质量不合格而返工从而影响施工过程的费用。

2）材料费用受市场的因素影响较大，材料的价格、供求关系、突发事件等都是材料费用的因素，其中供求关系是影响材料采购单价的重要原因，比如在冬施期的材料单价就比在其他时间的材料单价便宜。材料的单价直接影响预制构配件的费用，进而影响到预制构配件的采购阶段的费用。

3）预制构配件运输阶段的费用受构配件的体积大小、运输环境的影响，而导致成本不同。预制构配件及设备运输过程中的费用不同也会影响到采购阶段的费用。构配件运输次序和数量，应该配合施工的工艺顺序，有顺序地进行运输，避免导致构配件在现场存储和保管产生不必要的费用，同时避免工人窝工，机械设备闲置等问题。

1.4 装配式建筑 EPC 施工阶段成本问题分析

施工阶段是将预制构配件吊装成建筑物的过程，其中包含安装过程中的费用含人工成本、预制构配件的垂直运输成本、安装机械摊销费、节点区域的连接部件、嵌入式部件的材料成本以及管理费用等。分析费用组成得出影响成本的因素如下。

1）预制构配件体积大在运输过程中容易被损坏，运输到施工工地后，会因为预制构配件的储存和摆放的问题导致构件损坏，影响施工；在对装配式建筑吊装的过程中，预制构配件和材料的运输和吊装可以通过起重机进行，因此合理选择机械也是降低施工费用的一项因素。

2）安装效率高、专业性强的工人是施工现场最需要的人才，也是影响施工阶段成本的关键因素之一。在装配式建筑现场施工过程中，由于预制构配件的体积较大，而且为了避免预制构配件在施工现场存储，就需要现场工人的安装速度高于或者等于构配件运输的速度，这样就减少了构配件在施工现场存储和保护的费用。装配式建筑预制构配件是拼装完成的，因此构件与构件之间的节点连接显得至关重要，这也是保证装配式建筑质量的关键环节。因此说安装效率高、专业性强、质量好的工人也是影响成本的因素之一。

3）合理有序的施工组织设计也是影响装配式建筑施工成本的因素。良好的施工组织设计是合理进行施工阶段的搭接，合理利用现场人材机，既没有闲置的工作面也没有闲置的工人、机械，按此标准来进行管理，则会有效地节省工期，降低成本。

2 基于 BIM 技术的装配式建筑 EPC 成本管理体系构建

2.1 基于 BIM 的装配式建筑 EPC 管理模式

装配式建筑项目采用 EPC 施工总承包模式，业主提出投资意图、目标和要求，EPC 承包单位进行管理。总承包单位负责装配式建筑的全生命周期，并对项目的进度、质量、成本、安全等全面负责。基于 BIM 技术的装配式建筑 EPC 成本管理内容主要包括设计采购施工三个方面的管理（见图 4）。

图4 基于 BIM 技术的装配式建筑 EPC 成本管理内容

2.2 基于 BIM 技术的装配式建筑 EPC 成本管理体系

2.2.1 构建基于 BIM 的装配式建筑成本管理框架

成本管理主要分为事前控制、事中控制和事后分析三个阶段。在 EPC 模式下，引入 BIM 技术，建立基于 BIM 的装配式建筑 EPC 模式下成本管理模式，使得整个项目的信息，可以在各参建单位中传递和共享，减少信息传递不准确的问题。BIM 模型储存了建筑中的所有信息，有效地打破了各专业各阶段信息闭塞的问题，在建造过程中打通产业链，优化资源，促进信息共享。结合建造设计采购施工三个阶段基于 BIM 的装配式建筑 EPC 成本管理体系如图 5 所示。其中事前控制主要是在设计阶段、采购阶段和施工场地布置模拟阶段，事中控制主要是施工过程中的进度模型实时监控管理和设备材料模型实时监控管理两个方面，事后分析主要是在施工进度模型和设备材料管理模型中出现的问题。

2.2.2 在设计阶段成本控制的应用

图5 基于 BIM 的装配式建筑成本管理框架

1）在设计方案比选中的应用。设计方案的比选是为了从不同的设计方案中选出最优的那个方案，从而为后期的设计奠定基础和方向。通过对建立包含建筑结构设备三类的信息的建筑模型进行比较，在三维可视的情况下对建筑模型进行比较，可以很直观地看出设计方案的好坏。从这些模型中选择出最优的一个设计方案，并确定为最终设计方案模型。设计方案的选择是决定建筑物的成本控制的重要因素，因此在装配建筑 EPC 模式中采用 BIM 技术合理分析比较设计方案，是为后期建造中减少成本的关键环节。方案比选过程如图 6 所示。

图6 BIM 技术在设计方案中比选应用

2）在施工图阶段的应用。施工图设计是设计阶段的重点，施工图设计对项目设计阶段和工程施工阶段都很重要。施工图设计阶段是根据初步设计阶段包含的所有专业的模型和图纸进行深化，在 REVIT 软件中运用三维可视化技术分析出管线碰撞的情况，针对碰撞的相应位置及时进行调整，避免管线碰撞，减少施工阶段因管线碰撞问题而导致的施工问题。同时对管线进行合理有效的排列，合理降低管线排布所占的空间，从而增加房间的净高，扩大使用范围，从而增加利润。相应的施工图深化流程如图 7 所示。

图7 施工图设计阶段 BIM 应用图

2.2.3 在采购阶段的应用

在装配式建筑中 EPC 模式下，设计阶段、采购阶段和施工阶段这三个阶段是相互联系的，前一阶段为后一个阶段提供基础，若前面环节准备的不好做的不充分，则会导致后面环节延误，增加工程的工期甚至是成本增加的问题。

采购阶段在工程的整个建造过程中起到了承上启下的作用。采购的构配件和设备的数量很难估算，倘如采购数量比实际需求多，则会导致材料浪费，增加成本；倘若采购数量比实际需求少，则需要补采预制构配件和设备，会增加运输成本还耽误工期。构建运输阶段要根据实际的工程进度来安排，若采购和施工脱节会导致现场材料存储费用增加，或者导致窝工，两者均会影响成本，不利于成本管理。如图 8 所示，在生成施工深化模型后会利用 BIM 模型进行处理，然后导出预制构配件的模型图和加工图，并且 BIM 技术可以快速地统计数量和构配件的类型，然后根据施工需求进行预制构配件的采购和运输，能够方便地控制成本。

图8 构件预制加工 BIM 应用图

BIM 技术可以有效控制上述采购风险，在 BIM 模型中可以快速计算构配件及设备的采购数量，即使出现设计变更也能在图中直接地表示出来，构配件及设备的采购数量也会相应地改变，提高工程量计算的时间和精确度。同时根据 BIM 模型可以导出进度计划图来确定构配件及设备的采购时间，运输批次，有效避免上述问题的出现，减少采购的风险，降低成本。

2.2.4 在施工阶段的应用

在施工图设计阶段 BIM 主要运用在以下四个方面：进度控制、设备与材料管理、质量与安全控制和竣工图模型构建。进度控制主要是对实际进度和计划进度之间进行比较，分析两者之间产生误差的原因，从而在 BIM 模型中对下一个阶段地施工中，避免相应的问题再次出现。在设备与材料管理中的应用，从 BIM 模型中导出相关阶段的材料单和设备单，也是分阶段的进行控制，调整相应的设备材料供应表，通过 BIM 模型实时进行控制，减少材料的浪费，从而降低成本。竣工图模型构建，直接从 BIM 模型中导出来就行了，这样极大地节省了时间，提高效率。由于安全管理不包含成本问题，所以在图 9 中仅详细列出了进度控制流程图和设备与材料管理流程图。

3 结语

本文将 BIM 技术应用于装配式建筑 EPC 成本管理模式中，结合 BIM 技术和 EPC 成本管理的优势，从以下几点进行了展开说明：

1）通过大量文献阅读，对装配式建筑进行研究，发现到目前为止，在装配式建筑中使用 EPC 模式成本控制的研究较少。由于装配式建筑一般都是大型项目，所以施工过程更加复杂。想要有效地控制装配式建筑中 EPC 模式下的成本，单独从一方面控制是不可能的，把装配式建筑分为设计、采购、施工三个阶段，并且进行 WBS 工作分解，仔细研究不同阶段的不同特点，分析得出影响 EPC 模式下装配式建筑成本的关键因素。

图9 施工阶段成本管理流程图

2）BIM 技术可以涵盖工程建设的绝大多数环节，引入 BIM 技术可以针对性地解决一部分影响装配式建筑 EPC 成本的问题。前期基于 BIM 模型做的越精确，对后期成本控制就越有利。在设计阶段可以运用 BIM 模型经行碰撞检测，减少设计变更。在采购和运输阶段可以应用 BIM 模型拿到料单，分阶段采购、分批次合理安排，避免因采购构件问题引起的成本增加。在施工阶段，通过三维图型，可以指导工人安装，避免因图纸看不懂的问题，错误安装导致返工而增加相应的成本。在建筑施工过程中引入 BIM 的能达到精细化控制成本，有效增加利润。

3）装配式建筑 EPC 成本管理模式中引入 BIM 技术，结合其各自不同的特点，在分析出的 EPC 模式下装配式建筑成本变化的关键因素的基础上，具体到每个阶段，针对相关因素，结合 BIM 技术的特点构建出相应的成本管理方法，从而达到精细化控制成本、增加利润的目的。

装配式建筑是国家政策大力支持的，发展势头很猛，由于发展速度过快，很多构配件生产厂商达不到预想的生产能力，相应的预制构配件的生产标准还没有形成。在我国目前基于 BIM 的 CAM 技术和 MES 还没有研发成功，无法将 BIM 模型中的数据直接转化为工厂中的构建加工信息，期望在不久的未来国内的建筑行业能够真正实现设计—加工一体化。