BIM技术在建筑工程全过程造价管理中的应用研究

2023-11-16耿俊虎江苏胜宇人工环境工程有限公司江苏盐城224000

安徽建筑 2023年11期

耿俊虎（江苏胜宇人工环境工程有限公司，江苏盐城 224000）

1 引言

BIM 技术在施工项目成本管理中的运用，对项目成本、进度的协调和纠偏起到了关键的作用[1]，为项目目标的实现提供了便捷。通过对工程实例和有关软件的应用过程及现场数据的分析，得出BIM 技术在工程项目中的运用具有较大的优势，基于此，研究BIM 技术在建筑工程全过程造价管理中的应用，旨在为BIM 技术在项目成本管理中的广泛运用与推广打下坚实的理论基础。

随着施工技术的不断发展，施工过程及相应的工序不断增多，对工程造价产生了较大的影响[2]。目前国内外对施工造价控制算法的研究大都是建立在神经网络基础上。由于各种因素的存在，使得耦合往往会产生较大误差，从而影响运算能力和计算精度。而BIM 技术在工程项目管理中的应用较多，能够满足工程资源的分配与成本的监测[3]。在实际工程中，采用BIM 技术进行施工项目的实时费用控制是切实可行的。但目前的工程造价控制算法并未将工程费用的耦合问题纳入到工程造价中，从而使工程造价中存在着很大的平均偏差。基于此本文介绍了一种基于BIM 技术的实时工程造价控制方法。

2 BIM技术在建筑工程全过程造价管理中的应用

2.1 工程概况

北京某综合楼建筑的二期工程，其总建筑面积为5880m2，建筑面积为31261m2，本工程共7 层楼，包括6 层地面和1 层地下，总高27.4m，本项目属于中央办公大楼，施工进度受政府及各大公司的关注，对BIM 技术进行成本控制提出了新的需求。该工程的立体图如图1所示。

图1 立面效果图

2.2 工程设计阶段

2.2.1 BIM模型建立

通过对A 公司具体投资方案的商决，确定建设工程成本限额作为项目成本管理的有效指标。C 公司为成本管理单位，利用BIM 技术进行相应的成本管理。根据施工单位提供的各类专业设计图，利用BIM 软件中Revit 模块构建BIM 的总体模型，其模型如图2所示。通过BIM 模型，成功地对工程量、工程成本信息、工程进度进行分析。利用BIM 云数据，记录、存储、编辑构件基本信息，对钢筋、混凝土等关键指标进行快速评估，并从成本管理的角度对设计单位进行改进。同时，基于BIM 模型，利用广联达BIM 项目成本信息，对BIM 项目进行初步估算。从多个方面进行综合比较，得出具有技术性和经济性的初步设计方案。

图2 项目BIM模型

2.2.2 施工图设计阶段

施工图是工程设计单位的最后成果，也是工程项目后期成本管理的基础文件。目前，利用revit 建立的BIM 模型，可以实现建筑、结构、机电等专业的碰撞检测，为建筑、结构、机电等专业的碰撞分析提供基础，并利用可视化的功能，对构件的空间位置进行实时检验。针对不合理的设计，在BIM-5D基础上，采用碰撞探测系统，确保施工过程的顺利进行，避免了因施工图纸间的冲突而导致资源浪费和工期的延迟。在此实例中，对地下停车场内管线多的区域进行了现场辅助施工仿真，为各个专业的管线布局提供了有效的参考。本项目采用BIM 技术对地下停车场的建设进行了仿真模拟，如图3所示。

图3 BIM-5D模拟地下车库施工

2.3 工程实施阶段

在本工程中，广联达BIM-5D 系统已完成了基础施工、主体施工阶段的动态管理，确保了工程的资源和组织。在工程建设中，C 公司是工程造价的管理者，通过建立完整的BIM 三维建模，并结合工程建设中的具体情况进行分析。根据工程的具体情况，以周、月、季为时间，对此进行实时的修正和改进，并建立工程造价数据库[4]。利用广联达BIM-5D 开发平台进行工程建设的最优资源配置，确保在工程开工前，由工程经理根据工程进度安排，对关键节点进行资源配置。对各个阶段的物资条件、人员条件、机器和装备进行合理的分配，以确保各个阶段的需要。并依据数据进行最优的资源调度，在确保连续供给的前提下，在各个施工环节实行定额领取。通过对工程建设全流程进行成本的优化，使资源得到最大程度的使用。利用BIM-5D模式，对工程建设中每个月的物资需求量、资金需求情况进行了全面的分析，为工程经理提供物资储备和管理服务，如图4所示。

图4 施工进度、资源、造价联合控制模型

2.4 工程竣工阶段

在工程项目的成本计算中，利用BIM-5D 模式，从各个环节中抽取出项目所需的各种费用，并按照工作的不同阶段或时间周期，将项目人员、进度计划、施工区段等进行分类，从而迅速地将项目的费用信息进行汇总。图5 为九月份的预拌混凝土需求量统计，可通过BIM 直接发放施工领料表，方便工程管理和施工单位对混凝土消耗的控制。利用BIM-5D软件可以对各月份的工程量进行汇总，并对各部门的材料发放数据进行汇总，为工程成本的管理工作带来了方便。

图5 BIM5D模型进度-材料需求量查询

利用BIM-5D 技术，对工程实际成本、预算成本、投标报价进行了统计，在“三算”对比的基础上，对工程的经济绩效评估工作进行分析，并依据误差比较的结论，发现存在的问题。本工程在土建、给排水、电气方面的三个计算比较关系如图6 所示。通用空调方面的实际费用都低于预算费用，其中给水系统效率最高，空调系统的利润率最高，为后续工作及最终业绩评价工作的实施奠定了基础。

图6 施工项目“三算”对比分析

另外，BIM 技术也可对施工过程中的工程量、施工前、施工过程、竣工统计等方面进行工程量统计，并对施工进度进行统计，对变更索赔等方面进行指导。BIM-5D 模型以项目进度为依据，实时地对施工过程中所需要的工程量进行统计，并针对项目的阶段性成本和项目的实现提出相应的改善建议。

2.5 工程BIM技术应用效果分析

首先，使用BIM-5D 模式进行参数设定。基于BIM-5D 的建模，通过对项目完工的规划费用进行测算，并采用挣值法求出了费用偏离指标N，具体数据如表1所示。

表1 2021年4月-2021年11月的成本进度表

从表格中的数据可以看出，工程项目在两个月内运营状况欠佳，造成实际费用支出高于预期费用。与四月份相比，五月份的偏离指标显著缩小，表明工程项目费用在五月得到了提高。而从6月份起，各项费用偏离值都在0.1 以内，可以得到工程造价在6 个月以上的造价比实际工程高，这表明建筑公司在工程造价控制上的作用是比较稳定的。

本工程在前期三个月SPI 小于1，因此可以看出工程完成率并不高，未达到预定的完成率，其原因是前期准备不足，设备进场延迟。随后，工作人员就开始加速人力物力的投入，七月份BCWP＞BCWS项目，证明该管理方案的实施，有效地解决了项目延迟问题，使项目的进度和投资趋于均衡。

本文以工程四到十一月份的成本资料为基础，将BIM-5D 模式下的成本进度图绘制于图7，成本偏差与进度偏差的关系图。

图7 某项目成本进度曲线图

综合以上分析，从参数和指数角度、曲线图等方面的分析结果与工程的实际情况基本吻合，表明BIM 技术与胜率值方法在工程成本的动态监测和积极的纠正中具有重要的意义。

3 基于BIM的复杂施工成本实时控制算法的设计

3.1 BIM项目资源配置优化

在工程开发过程中，由于工程资源缺乏统一分配，很容易增加资源成本。项目越复杂，问题就越有可能出现。本文建立了工程资源的平衡分配模型来解决这一问题。在k 型建设资源下，日需求为Rk，则公式为：

式中，T 为项目总工期（天数）；Rjk为j中k个施工资源类型的需求。在施工过程中，由于某些原因造成资源不均匀的标准差为k，则公式为：

在确定上述参数后，采用BIM 技术对参数进行求解和优化。首先，确定了BIM 模式下工程形式的初始总体，并采用随机方法在过程之间的逻辑关系中生成工程形式j的初始总体。操作开始时间为TSj，在BIM 中，从最后一个过程到第一个过程进行初始填充。过程后的工作j集合为Bj，而这个过程j的公式为：

式中，ESj表示操作j最早的计划开始时间；Dj表示操作j的持续时间。本文采用排序函数进行排序。适应度函数的表达式如下：

在获得函数后，使用单点交叉算子，实际操作时间j将受到后续操作的影响。交叉操作需要对每个人进行验证。从后到前进行验证，公式为：

当实际成本满足公式（5）中的验证条件时，使用公式（3）重新赋值。利用公式（5）的振幅来保证随机变量对应的可变时间差范围，确定随机变量位置，求解该过程中资源需求的个体值。采用BIM方法计算施工项目的资源分配，以控制分配不良造成的成本损失。

3.2 实时成本控制效果的比较

在图8中，算法1是本文设计的成本控制算法，算法2 为基于等效近似的线性模型的成本控制算法，算法3 为基于预算增长指标的时间序列分析的成本控制算法，算法4 为基于层次分析法(AHP)的成本控制算法。

图8 成本控制算法的控制响应性比较

从图8 中可以看出，在本文设计的成本控制算法中，控制算法的控制响应性随着实验数据的输入而提高。但是，当数据达到一定程度时，算法的控制响应没有明显变化，并且接近于给定的控制阈值。其他算法的控制响应随数据的增加而增加，而其他三种算法的响应通常都小于40%，说明该算法的控制响应优于其他算法。为进一步研究不同算法中均方根误差的变化规律，利用公式计算均方根误差，结果如图9所示。

图9 成本控制算法控制的均方根误差比较图

从图9 中可以看出，三种算法的均方根误差都随着实验数据量的增加而增大。当数据量为100 时，算法2 的均方根误差为22.5%，算法3 的均方根误差增加到18.7%，算法4 的均方根误差增加到26.7%。该算法的均方根误差受实验数据增加的影响较小，且误差始终保持在5%以下。根据图8 和图9 的实验结果，本文设计的实时成本控制算法性能更好，证明该算法是可行的。