基于BIM的装配式建筑施工成本管理研究

2022-11-15张林

中国科技纵横 2022年15期

张林

（重庆市黔江区城市建设投资（集团）有限公司，重庆 409000）

0.引言

根据国家统计局相关数据，我国建筑业总产值稳步提升，建筑业在我国经济发展中的重要性愈发重要[1]。为了可持续发展，我国强调建筑应该具有绿色环保的特性[2]。装配式施工符合国家倡导的绿色高效施工以及资源节约、环保健康的要求[3]。与传统施工相比，装配式施工能够有效节约工期，减少施工过程中的损耗。2016年9月国务院办公厅明确指出，以2026年为关键时间节点，争取将装配式建筑占新建建筑面积的比例提高到30%[4]。传统现浇施工因其污染较大已经不再满足绿色可持续化发展的需要，发展装配式建筑是建筑行业转型升级的必由之路。但目前装配式建筑造价整体高于传统现浇建筑造价，从而导致了我国装配式建筑发展较为缓慢[5]。BIM技术拥有把工程项目中各个施工环节的信息汇总协调能力，利用建筑物的实际信息，为项目各参与方提供必要的信息，从而实现一体化建设[6]。将BIM技术应用于装配式建筑，实现信息高效传递，促进各个阶段参与方的合作，减少设计变更，有效进行装配式建筑的成本控制[7]。

1.装配式建筑与现浇式建筑的建造模式比较分析

现浇式建筑的建造模式在我国有很长的历史，装配式建筑与现浇式建筑在建造模式上存在较大差异，以下从设计、生产与施工、现场管理3方面阐述：

1.1 规划设计阶段分析

在项目初期的首先要进行的是设计阶段。在现浇式建筑的建造模式中设计方在完成设计阶段后，需要向施工方提供设计图纸。除了传统的设计出图，装配式建筑的建造模式中，设计方还需要根据图纸将建筑拆解成适合预制的构件，并将预制构件的形状尺寸、预留孔洞的位置及大小等信息提供给预制构件厂。预制构件厂需要针对每一种不同的预制构件进行开模工作。

装配式建筑的建造模式对设计阶段的准确性提出了更高的要求。在施工过程中发现设计图纸存在的部分错误，对现浇式建造的施工进度与造价影响不大，可以立即对图纸进行修改变更，但对装配式建造而言，预制构件存在的偏差可能会导致构件与构件无法拼接，需要重新预制构件，增加造价的同时也延长了工期。

1.2 生产施工阶段分析

在现浇式建筑的生产施工阶段，需要大量的工人在工地现场进行绑钢筋、搭模板、浇混凝土等工作，因为混凝土硬化达到设计强度需要一定的时间与温度，因此整个施工过程受到天气与气温的影响较大。工地现场通过专业的施工设备进行构件吊装，整个施工过程需要的设备多工人少，混凝土已经硬化，受环境影响较小。

1.3 现场管理分析

现浇式建筑的现场工人较多，需要不同工种分配不同的工作内容，要求工程现场管理应具有较高的水平，合理安排工人的工作内容。对于装配式建筑而言，现场进行湿作业的工人较少，大量的构件已经在完成预制，运输至现场的指点摆放位置，严格按照设计要求的吊装顺序开展工作，整个过程的机械化程度较高，对现场管理人员的技术水平提出了更高的要求。

2.装配式建筑成本分析

基于装配式建筑的成本总体偏高的现状，为了达到装配式建筑的成本控制的目的，以下分析设计、生产、运输和施工阶段的成本。

2.1 设计阶段成本

在设计阶段，构件由预制构件厂完成生产工作，不同形状尺寸的构件需要使用不同的模具，每划分出一种新构件都需要制造出特定的新模具，在拆解预制构件的深化设计阶段直接关系到工程造价。目前针对装配式建筑深化设计的水平仍有待提高是其成本居高不下的原因之一。

2.2 生产阶段成本

生产阶段成本主要可以分为人工费、材料费。现阶段存在预制构件生产人员的专业能力不足，需要进行员工培训的问题，并且预制构件的拆解一般以钢筋分布为依据，为保障预制构件的质量，会改变节点处使用的材料，从而增加成本。

2.3 运输阶段成本

预制构件厂一般距离施工现场有一定的距离，因此需要将构件运输至现场。在运输过程中需要保障构件完好，从而保障预制构件的质量。运输具有一定体积和重量的预制构件的费用占工程总造价的比例不可忽略，控制运输成本也是控制总成本的重要一环。

2.4 施工阶段成本

装配式建筑施工阶段的主要工作内容是使用专业的设备将预制构件按一定顺序吊装拼接。与传统施工相比，装配式建筑的施工阶段需要施工人员具有更高的专业技能，确保施工过程的安全与建筑物的质量。预制构件之间的现浇连接质量直接关系到建筑物的整体性，采用较可靠的工艺技术来加强构件之间的连接会增加施工阶段的成本。

3.基于BIM技术的装配式建筑成本控制分析

BIM 技术运用到装配式建筑中可以为成本控制提供思路[8]。利用BIM技术的相关特点，可以准确汇总工程信息，并实时更新数据，提高施工安装效率、尽可能避免原有设计变更，为降低装配式建筑的造价提供可能[9]。

3.1 规划设计阶段成本控制

在规划设计阶段，可以使用BIM技术建立起建筑物的立体模型，便于设计方能够准确且直观的解决预制构件的拆解、关键节点的连接、预留孔洞的定位等问题。设计阶段涉及的各个专业，可以在同一个Revit模型中得到实时准确的项目信息，避免出现不同专业沟通不及时不准确的问题，有效降低后期的返工率，达到控制造价的目的。

基于BIM技术进行预制构件库建设与完善。现在装配式建筑设计常见的模式是按传统方法完成设计图纸，再由构件厂按照该施工图进行构件设计。存在的最大问题就是构件的标准化程度不足，无法实现预制构件的大规模生产，对不同构件要采用不同的模具，造成装配式建筑在设计阶段成本较高。在规划设计阶段依托BIM平台建设规范化构件库，深化设计拆解预制构件时尽可能从该构件库中选择标准构件，达到减少特殊预制构件数量的目的。基于BIM 技术的优越性，构建标准构件模型库，为构件标准化和模具通用化提供可能。构件标准化是实现构件批量生产和模具重复使用的前提，因此建设并完善预制构件库能够实现有效成本控制。

基于BIM技术进行协同设计。在传统设计中，各个专业使用不同的设计工具，依据不同的专业知识对同一个项目进行设计，不同专业之间存在天然的信息壁垒，相关工程信息的传递存在不及时、不准确的问题，导致最终的设计结果存在错漏。这种错误在现浇式建筑中可能会造成局部返工，对整体影响不大，但是在装配式建筑中大量的构件已经预制完成，构件需要按照设计顺序进行吊装拼接，并且需要精确的定位以确保工程质量，出现的设计错误可能会造成整体工期延迟和成本的提高。基于BIM技术的优越性，为设计的各个参与方提供一个共享资源的平台，为便于信息传递，实现各个专业的协同设计提供可能，降低设计的失误率，减少不必要的返工和成本浪费。

基于BIM技术进行深化设计，装配式建筑在设计阶段比现浇式建筑多一个深化设计的工作内容，在深化设计中需要完成预制构件的拆分、预留孔洞的定位、关键节点的连接设计等，对建筑物的质量与造价都具有相当的重要性。目前的装配式建筑深化设计构件拆解工作合理性有待提高，预制构件合理拆解关系到工程的安全性和经济性。利用BIM技术直观的划分预制构件，有利于构件拆解方案优化，通过Revit模型准确地向预制构件厂传递构件信息，尽可能降低失误风险。在施工之前，使用BIM模型对设计成果进行碰撞检查，预先解决设计中各专业存在的冲突碰撞，设计好预制构件的预留孔洞的位置与大小，对关键连接节点位置进行局部深化设计，确保建筑物的质量，避免不必要的成本损失。

3.2 生产运输阶段成本控制

将具有一定体积和重量的构件从预制构件厂安全的运输到现场，其运输成本占总成本的比例不小。控制好运输成本，对成本控制具有很大帮助。

基于BIM技术提高构件生产精度。设计阶段采用BIM技术建立出项目的立体模型，利用标准化的构件库进行预制构件的拆解，形成预制构件的三维模型、详细施工图纸与工程量清单。在生产阶段工人以导出的工程量清单为基础进行材料的采购准备工作，可以依据BIM导出的预制构件图纸完成准确的预制工作，降低失误的可能性。设计方对构件进行的更改变动，都会实时进行传递，减少构件在生产过程中可能会产生的不必要损失。

基于BIM技术增加模具周转次数。在生产过程中不可避免的需要使用到模具，装配式建筑有大量的构件需要预制，模具的费用必须纳入成本控制的考虑范围。不同尺寸规格的构件需要使用到不同的模具，模具的可利用率影响生产过程的经济性，相同尺寸规格的构件越多，模具的循环使用的次数越多，平均的成本就会降低。基于BIM技术构建出标准化的构件库，尽可能减少特殊构件的数量，尽可能避免一次性模具的出现，控制生产阶段成本。

基于BIM技术设计装载运输方案。预制构件厂与施工现场的距离远近和单位装载量直接关乎运输成本的高低，合理设计装载运输方案能使运输成本得到有效的控制。基于BIM平台中的预制构件信息与清单，综合考虑现场的施工进度，合理选择运输车辆类型与数量，实现载货量的合理化。在BIM平台中考虑不同运输路线的里程、路况等信息进行模拟，选择最优的运输路线。若预制构件在运输途中或装卸过程中出现可能危及结构安全的损伤，可能需要重新进行构件预制，增加成本，严重影响施工的进度。因此使用BIM对预制构件在运输途中和装卸过程的模拟，尽可能降低构件损伤的风险，对成本控制有帮助。

3.3 施工安装阶段成本控制

预制构件的吊装拼接效率对施工的进度与成本影响较大。利用BIM 技术预先对预制构件的施工过程进行可视化模拟，明确预制构件布置、设备安装位置等，掌握对构件吊装的技术难点，提高效率，降低施工安装过程的成本。

基于BIM技术提高安装效率。基于BIM技术进行不同施工方案模拟，选择吊装时构件的起吊点位置及数量，安排平行作业的不同工序，制定大型起吊设备的工作计划。基于BIM模拟结果对比多种方案的优劣，确定出最佳的施工方案。将确定好的施工方案通过渲染软件制作出直观的施工动画，向现场工人进行交底，让现场工人对施工的方案有清晰的认知，提高施工的效率。

基于BIM技术掌握构件管理情况。依据设计阶段BIM平台中统计的构件清单，结合项目的实际施工区域，通过BIM技术合理选择并布置塔吊，提前安排设计构件的放置位置，按构件的类型和安装顺序进行分区，减少构件进场后的再次搬运，提高施工的效率。

基于BIM技术优化安装技术。装配式建筑在施工安装阶段的垂直吊装工作对工人的专业技术提出了更高的要求。目前现场工人对于大型构件的吊装拼接技术还需要进一步掌握。在选择了最佳施工方案后，使用BIM技术制作出直观的施工动画，详细展示施工流程，并着重介绍施工过程中的关键点和技术难点。让现场工人们对施工工艺与施工任务有基本的了解，对于施工难点事先给出解决办法，对于施工关键点予以足够的重视，提高施工效率，有效控制成本。

基于BIM技术设计施工吊装方案。在装配式建筑的施工现场，受制于预制构件的大体积与大重量无法实现人工搬运拼装，常常需要使用专业吊装机械。在构件吊装提升的过程中，预制构件的实际受力与设计受力存在较大不同，在一些部位会产生较大的弯矩与内力，存在损坏预制构件的可能。因此设计施工吊装方案是非常重要的一环。使用BIM平台对施工吊装的过程进行模拟，选择最合理的吊点位置与数量，提高安装的效率，保证施工的安全性，避免出现构件损坏或重复吊装带来的成本增加。