基于BIM构件的装配式建筑动态计价方法研究

张小楠，郭婧娟，楼 娜

（1. 北京交通大学 经济管理学院，北京 100044，E-mail：jjguo@bjtu.edu.cn；2. 中国建筑第八工程局有限公司，上海 201206）

我国树立了力求10年左右，将装配式建筑占比提升至30%的发展目标，各地也在不断加大装配式建筑推动力度，但由于在设计和生产上仍未做到模块化、标准化、产业化，从而导致了成本过高的问题。有文献研究表明，装配式建筑土建成本高出现浇建筑土建成本约62%[1]，极大制约了其发展。有效降低装配式建筑造价不仅关系到全社会投资节约的问题，也成为实现装配式建筑推广目标面临的严峻挑战。我国的造价管理一直在向市场化发展的方向改革[2]，住建部发布《关于印发工程造价改革工作方案的通知》（建办标[2020]38号）的核心就是建立市场形成价格机制，将数字化和信息化作为重构计价模式的主要途径[3]。

依托BIM进行数据共享和协同管理，是建筑业发展的必然趋势。随着BIM的发展，基于其面向实体的特征，BIM存在大量构件库可使用[4]。这类特征与装配式建筑在构件厂生产构件、施工现场装配的建造理念相吻合，可在一定程度上提升计价效率。且BIM平台也被认为是解决装配式建筑全过程造价管理的有利工具[5]。Hammad A W A等[6]应用BIM分析装配式建筑的社会、经济、环境因素；Li X等[7]将BIM和RFID技术结合应用于装配式建筑精细化管理。李海燕等[8]在BIM平台中建立了一套造价估算体系。BIM平台能完成协同动态的管理[9]，但目前研究大多针对BIM的实施和应用[10]，而且依然受困于装配式建筑的设计阶段，其在造价管理方面的应用还存在缺失。当前将BIM应用于装配式建筑造价管理的最大障碍是BIM与现行清单计价规范在工程分解结构、项目编码设置、计量方式及计量计价规则等方面都存在较大差异，这使得BIM与现在的计价软件无法进行数据共享和交换，造成计量结果偏差，计价流程繁琐。同时，装配式建筑原则上要求总承包模式，这更突出了全过程造价管理的重要性。而适合总承包的计量计价规则至今还未出台，传统的计价方法仅适用于招投标阶段，无法满足这一精度和动态要求；使用指数指标调整市场价格波动的方法仍在研发当中，同样不足以支持工程总承包计价。而与定额象征的平均水平很难跟上市场动态变化的静态计价模式，基于实物量的测算可体现市场和企业的实际水平，更有实际意义。

综上，本文提出一种新思路，面向BIM实体量构造一种与装配式建筑更匹配，更适宜市场交易模式的动态计价方法来改变计价方式，应当能够解决装配式建筑造价管理目前存在的问题。

1 动态计价方法总体设计

1.1 均衡价值论下的工程计价原理

工程计价是工程价值的货币表现形式[11]。马歇尔均衡价值论认为：其他条件不变时，商品价值由供求共同决定，通过其供需均衡价格来衡量。建筑工程是一种先定价后生产的特殊商品。按照工程计价基本原理，工程计价是以计价单元为对象，按照资源要素的投入进行计价，或者按照市场单价进行计价。因而，完成计价的基础是明确工程的计价单元。建筑产品具有分层次计价的特点，表现为在正确划分工程分解结构基础之上的分部组合计价。则均衡价值论下的计价原理为：工程造价=计价单元工程量×计价单元综合单价。

1.2 基于BIM的装配式建筑计价机制

在市场中，装配式建筑的计价对象为建筑实体，计价单元为实体构件。本文的计价方法是以资源为对象进行定价，即抛弃项目，仅以资源定价，由项目所消耗人工、材料、机械费和管理费、利润、税金等汇总得到总价。这种面向构件实体的计价方法更加直观精确贴合实际，以产品本身为中心，符合市场特点，计算过程虽然繁琐，但随着BIM这种可视简便手段的深度应用、建筑装配化的推进，其优势会越来越突出。基于BIM构件的装配式建筑计价机理，重点研究是BIM实体量的确定和综合单价的确定，主要应用如图1所示。

图1 基于BIM的装配式建筑计价机理

（1）BIM实体量的确定。基于模块化理论，构建基于BIM的多层级工程量清单，该清单分解结构需要满足装配式建筑不同阶段的设计深度和计价需求，然后BIM软件建模直接出量。

（2）综合单价的确定。其价格由各分部劳动时间决定，可按照各部分消耗资源来计算。包括人、材、机等直接资源和企业管理等间接资源投入，以及企业为市场生产优质商品而获得的利润和税金。

基于此，本文从构建基于BIM的多层级工程量清单和建立动态计价机制两方面着手。依据专为装配式建筑构建的工程分解结构重新对生产资料消耗量进行数据采集和处理，形成动态消耗量计算机制，按照全费用综合单价的思路组成清单计价子目的综合单价，使清单信息和价格都保持动态化。

2 装配式建筑的多层级工程量清单

2.1 基于BIM的多层级工程量清单分解结构

分项是对具体项目科学的认知和合理的表达[12]，本文所建工程分解结构就是利用BIM的优势，既保留装配式建筑特性，考虑总承包需求，还满足全过程造价管理发展趋势。形成以实体工程为主体的多级工程量清单可实现有效的BIM全过程动态计价。在建立工程分解结构的过程中，使用模块化操作方法，以《建筑信息模型分类和编码标准》和现行工程量清单规范作为更新依据，明确BIM模型结构和现行清单项目间的差异。使用5种操作方式：即保留、合并、扩展、添加、删除。

工程各阶段有不同的计价需求，从方案设计阶段的估算、初步设计的概算到施工图设计阶段的施工图预算，再到施工阶段的造价控制。为满足全过程、一模到底的动态计价需求，可按分层级对应各阶段来建立工程量清单。这里主要设置为三层，分别是一级、二级、三级，重点针对方案设计、初步设计和施工图设计3个阶段。其中，一级清单用于编制投资估算且需明确项目功能需求，其项目划分以分部工程为主，如将整个装配式建筑项目分为建筑、结构、幕墙等；二级清单用于编制设计概算且需明确项目特征，如结构中需包含预制混凝土柱、板等；三级清单用于编制施工图预算。项目设置以分项工程为基础，需将构件按照不同的材质/工艺进行明确划分，比如将预制梁分为预制单梁和预制叠合梁等；对更复杂一些的专业工程，清单结构需细分至四级。构建该工程量清单分解结构整体思路如图2所示。

图2 装配式建筑多层级工程量清单分解结构整体思路

2.2 工程量清单内容设置

规范要求工程量清单包含项目编码、项目名称、项目特征、计量单位、工程量和计算规则等。

（1）项目编码和项目名称设置。设置项目编码时有两点要求，一是符合BIM编码设置原理，尽量与BIM标准一致；二是为满足分阶段计价需求进行分层设计。可参考BIM标准的编码方式，对应各层级工程量清单项目分层级编码。即不同层级以数字编码，中间用“· ”连接。项目名称结合实际考虑，保证每个构件的名称各不相同。

（2）项目特征设置。需要能在BIM软件中对项目特征实现输出标准化表达及信息扩展，可设置点选模式，减少人为描述的差异性。项目特征的描述需突出装配式建筑施工特点及流程，并满足各层级相应精度要求，如图3所示。

图3 各阶段计价信息需求

（3）计量单位和规则设置。计量单位的设置需BIM支持，主要有“m3、m2、m、t、根、套、组、台、块”，也需进行分层设计。计算规则以BIM为参照标准，主要为建模实际体积。除BIM本身的规则外，还可在软件内嵌规则处设置符合需要的规则。比如对于不能建模的非实体性项目可设置属性信息来达到要求。

3 装配式建筑基于BIM构件动态计价步骤

工程计价的基本步骤包括计量和计价，首先由BIM软件完成建模计量，再从相应数据库中调取数据完成计价。BIM计量需严格遵循设计文件，在原始构件库基础上创建新型构件，并确认模型构件信息需求，赋予构件基本信息及扩展信息，然后在BIM软件实现建模。模型无误后输出计量信息，将计量信息与工程量清单进行匹配，完成计量。计价部分要从综合单价法出发，通过对直接费、管理费用、利润和税金等取费项的确认，给出符合市场和企业预期的价格。最终将量价结合，给出工程造价。

3.1 工程建模及计量

在BIM建模软件的实操中，对于实体性项目，基于BIM的装配式建筑需按照设计图纸从构件库中挑选需要的构件，并对其进行参数化数据设置。然后将各个构件进行装配搭接得到符合设计要求的模型。对于非实体性项目直接添加费用项目，定义无三维数据的“族”。或者将其与实体项目进行关联，设置关联规则后自动生成。工程计量采用净量原则，即直接由BIM软件输出。

3.2 综合单价的组价

基于BIM的装配式建筑清单计价法，以构件为基础，充分考虑工程单价与构件之间的关联，采用全费用综合单价思路，其构成与现有的费用构成不同。即单价包含整个构件的直接费、以管理费为主的间接费、利润和税金等所有费用。直接费包括人工费、材料费、机械费和其他直接费。人工费包括与施工人员直接相关的全部人工成本，除了直接现金报酬外还包含社会保险费、住房公积金、劳动保险费和职工福利费、职工教育经费、工会经费等费用。材料费以构件进场价格为准。一些与构件直接相关的措施费计入其他直接费中，如模板费用、脚手架费用和其他工业化措施费用。间接费构成主要以企业管理费为主。

对于综合单价的形成，计算方法也是一个重点。直接费由投入资源的消耗量和单价相乘计算而得。价格数据从市场采集，至于消耗量来源，鼓励企业建立消耗量计算机制来形成消耗量标准库。企业可通过物联网设备、施工组织设计、成本管理等BIM应用终端自动采集实际消耗量及费用数据，将做过的有代表性的装配式建筑项目资料整理成库。并不断将新项目在施工现场采集到的数据通过统一的数据接口上传到以BIM平台为基础的智慧工地系统，通过预设算法，进行资源消耗量到BIM实体量的分配运算，建立BIM构件的资源消耗量标准。结合实时动态更新的资源单价信息，建立成一个可实时采集、可视表达、动态调整的已完工程造价数据库。具体的数据采集及处理如图4所示。

图4 数据采集处理流程

（1）人工消耗量数据采集和处理。人工消耗量可利用劳务管理系统和智能安全帽等传感器自动采集，然后将所有工种的配置和作业情况快速传递到智慧工地系统，便于实时监管、查询、统计。具体计算机制：先通过施工组织设计确定目标构件的吊装日期，确定工作班组，再回溯工效情况和施工人数，计算目标构件的单位人工工日消耗量。

（2）材料消耗量数据采集和处理。材料消耗量的计算较为复杂。先以构件为单位创建物料清单，构建物料跟踪系统。可利用RFID电子标签、智能地磅等技术进行数据收集。RFID技术可对构件二维码挂牌进行唯一身份标识，再通过手持机扫描二维码，完成从原料进厂到成品的数据追溯。智能地磅是对进出场车辆的装载物料称重，自动采集材料信息。材料消耗量数据处理的难点在于如何高效收集精度较高的物料信息并形成每日物料清单。目前一种效率较高的方式是使用基于LOD400的BIM平台[13~15]。需要依据不同构件分析综合单价构成，然后在LOD400基础上，分析批处理的最小工作面边界。由施工工长完成当日LOD400物料的数据输入，从而批量处理形成清单。工长还需于次日确认物料清单数量从而核算相应消耗量。通过对多个项目材料管理数据的比对分析即可形成企业材料消耗量标准。

（3）机械消耗量数据采集和处理。机械消耗量可采用智慧工地的设备监控系统，配合GPS确定运行位置、情况，来实时采集数据。具体计算机制与人工类似，不再赘述。

（4）费用数据采集和处理。管理费用主要产生于管理人员的费用。在劳务系统依据作业内容采集对应管理人员数量及作业时间，通过计算管理人员各项应得费用来确定构件管理费用。计算构件管理费用费率计算公式：费率=企业管理费/（人工费+材料费+机械费）。由于不同项目结果存在区别，需要对构件管理费率加权平均计算，从而得出科学合理的费率。

3.3 工程合价

在最后合价前，还需将BIM构件与综合单价建立映射关系。建立映射关系的核心是在BIM平台中建立一个底层体系，对构件进行结构化数据的处理。用数据模板的方式，将所有静态的工程对象和计价信息，藉以项目编码和项目特征为中介进行动态信息交互。每类构件都存在一一对应的构件属性集。属性集是按照上述工程量清单对构件的划分和计价信息需求建立的。以预制混凝土桩为例，可划分桩长、直径、土质类别等信息，再按实际进行取值，应用BIM软件导出IFC文件。在此基础上提取属性信息，即可匹配单价。这就是以计价信息为基础，按照项目特征一一映射，从而自动匹配综合单价。综合单价组合完毕，再对应构件项目编码及名称一一映射到BIM模型中，完成构件和综合单价的挂接。

合价，即在BIM平台以构件为单位进行量价组合，以及非实体项目的计算，最终形成装配式建筑工程造价。

4 工程计价实例

以北京市某装配式高层建筑为例进行应用。该建筑共20层（标准层13层），结构为混凝土剪力墙结构，适用北京的市场价格及标准文件。

4.1 BIM建模

在BIM软件Revit中按照前文所建工程分解结构，对不同构件新建相应族文件从而建立构件库。在Revit软件中，新建项目，依据图纸建模。

依据计价需求，建模的同时可直接在软件中对构件编辑属性来对其项目特征进行表达或者信息扩展。赋予构件结构材质、编码、名称、成本、砼等级、模板类型等信息。对一些精度要求更高的详细信息可通过编辑共享参数赋予的方式进行信息扩展。

4.2 导出工程量清单

通过Revit的“常规模型明细表”功能，可以导出工程量清单。

4.3 确定资源对象和资源单价

依据相应的清单，可以确定资源对象，围绕装配式建筑构件的资源，分析施工方法，确定工程费用项，再结合市场及企业情况，确定价格。以预制混凝土板为资源对象，借由企业在类似项目收集的数据，给出相应的直接费用项目；结合现场测算的数据，确定材料消耗量和起重机消耗量；并通过市场调查，获取相应材料与机械单价如表1所示。

表1 材料料与机械费用

通过智慧工地系统追踪到人工消耗量为1.25工日/m3。将人工单价以100元/工日计算。结合企业管理费8%，利润5%，税金以增值税10%，最终得出的资源单价如表2所示。

表2 预制混凝土板综合单价

4.4 与常规计价方法进行造价结果对比

以预制混凝土板构件为对象进行合价。一层叠合板工程量为12m3，综合单价为4888.54元/m³。总计13层标准层，则总工程量为156m3，最终总价估计为156×4888.54=762612.24（元）。

同样，以预制楼板为主要计算对象按照现行计价方法计算。以本身报价情况作为定额法的计算依据，并加入措施项目费用、企业管理费、利润、规费、税金等计算定额法下的计算结果为779607.69元。从计算结果上看，二者偏差为2.18%。理论上基于BIM构件的计价方法计算结果更加精确，但是实际计算中，二者结果差异并不明显。说明仅从计算层面，以定额法为对照，这种计算方法实际应用是科学可行的。而且以构件为基本单元，更彻底地将直接与间接费用都归入到相应的构件或者资源单价中，可将原本复杂的工程进行更加市场化的处理，符合市场特点且与BIM信息化手段更加适应。

动态化的使用模型，能精确跟踪工程量的变化和价格的波动，保证总价变动在可控范围内。在应用过程中，发现工程取费是一个较为复杂的过程，需要结合市场价格和企业自身情况。而且部分费用如何合理分配到构件是一个难点，这需要企业提升自身水平以获取市场竞争优势。采用信息化手段达到数据留痕、自动学习组价，是以后计价管理的发展方向。

5 结语

本文在当前市场化、信息化改革大背景下，从制定新的装配式建筑工程量清单动态计价方法的角度，研究BIM与工程计价标准差异带来的协同障碍问题。结合工程量清单计价理论和均衡价值论，在产业数字化变革的市场经济背景下，装配式建筑适用于以实体构件为核心的动态多层级工程量清单计价模式。将BIM应用于装配式建筑造价管理的有效途径是，构建适应BIM的工程分解结构，对其工程量清单计价信息进行描述和设置，从根本上消除BIM与传统计价模式间的差异。结合全过程造价管理发展需求，基于BIM的综合单价法要适应基于现场和市场数据采集加工的动态计价方式。利用以BIM平台为基础的集成管理系统可实现信息的有效收集处理和价格的实时变动。本文所设计的动态计价方法，给装配式建筑工程计价管理带来先进的技术融合，为实现直接使用BIM进行全过程计价提供参考。