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基于BIM技术的项目模块化建模与控制指标计算方法

2024-05-11黄子强周雨薇张光林

广东土木与建筑 2024年4期
关键词:非标准消耗量构件

黄子强,周雨薇,张光林

(1、中穗丰华建设咨询有限公司 广州 510620;2、广州理工学院 广州 510540)

0 引言

在“十三五”时期,建筑信息模型(BIM)技术得到了广泛应用,涵盖了工程设计、生产和施工。在住建部发布的政策中多次提到了BIM,并强调了推进BIM技术在建设项目全生命周期中的集成与深入应用。在工程造价专业中,与传统的算量方式相比,BIM 算量技术具有高计算效率、高精确度、便于协同工作和交流等优势。

在实践工作中,许多大型工程项目往往存在工作量大、管理易失控等问题。如果将项目按区域、专业划分为不同的的模块,将会大大降低管理难度,进而提高管理效率,整个过程将会简单化。本文基于BIM建模技术,研究了项目进行模块化划分以后的模型建立方法,在此基础上提出了项目相关控制指标的计算和分析方法。

1 项目模块化的划分及研究对象选取

1.1 模块化管理的作用

模块是指可以通过与其他相同类型的子系统按照特定规则相互联系而构成更复杂的系统。根据著名经济学教授青木昌彦的定义,模块化是指具有半自律性的子系统通过与其他同样类型的子系统根据一定规则相互联系而组成的更复杂系统[1]。

模块的分解与集成属于模块化管理的重要工作之一,并对模块的功能水平和模块化管理的效果起着决定性作用[2]。在建设工程项目中,我们将其视为按照特定的模块系统。在系统的运行管理过程中,如果能够降低集成的成本,那么系统的效率就会相对更高。

1.2 项目模块分解

对一个项目进行模块分解的首要步骤是进行EBS(Enterprise Breakdown Structure)分解,然后在此基础上进行WBS(Work Breakdown Structure)分解,最后以WBS 为基础进行项目的管理工作[3]。工程系统结构分解的过程一般包括以下步骤:首先是对工程的功能面进行分解,将其分解为各个单项工程,并对各功能面进行要素的分解;然后是在按要素分解的基础上,进一步分解各自的子要素,并将其分解为分部工程和分项工程。通过这样的分解过程,可以将整个工程项目系统分解为逐渐细化的模块,便于进行管理和控制。分解实例如图1所示。

图1 项目EBS分解示例Fig.1 Example of Project EBS Decomposition

1.3 编码体系的设定

对于本项目,采用施工内容的模块化作为基础,并根据《建设工程工程量清单计价规范:GB 50500—2013》对模型实体构件进行编码,这样可以方便进行造价管理。例如,对于现浇混凝土独立基础,其模型属性的项目编码可以为010501003001。另外,如果将模块设定为企业成本信息库对应,也可以采用企业内部成本信息编码。这样的编码方法可以帮助项目团队更好地识别和管理各个构件,并与成本信息进行对应。

1.4 标准模块的选取原则

在进行项目标准模块的选取时,应遵循以下原则:

⑴标准模块具备独立的设计性和操作性,能够单独使用且不受其他模块的影响。同时,标准模块还应具备可扩展性的;

⑵标准模块应具备灵活性,便于根据工程项目的具体需要进行修改或拓展;

⑶在选择标准模块时,需要根据工程项目的具体特征和要求来进行选取。模块的大小应该合理,并且可以根据实际情况选择合适的分界线位置,如后浇带、变形缝等,以便于模块之间的衔接和协调。

2 基于标准模块的BIM4D模型研究

2.1 标准模块BIM模型的建立方法

本项目选取的3个方案研究旨在探索标准模块的BIM 模型建立方法。通过使用Revit 软件、广联达GTJ图形算量软件和Dynamo 参数化软件进行建模,可以实现桩、柱、梁、墙、承台、楼板、门和窗等各类构件的参数化建模和批量数据处理。使用Dynamo 软件与Revit 软件相结合可以极大地提高建模工作效率。

2.2 标准模块的BIM4D模型建立方法

2.2.1 标准模块4D模拟对象的选择

根据项目的施工组织设计方案和受限条件,对所选取的标准模块进行了施工对象和施工任务的划分。根据施工对象的不同,可以将其划分为建筑单体和施工场地两个部分[4]。建筑单体可以进一步划分为分部分项工程项目和措施项目。在施工任务方面,可以根据施工进度计划将其划分为各个具体的工作内容。具体的划分视项目的特点和要求而定[5],详见图2所示。

图2 标准模块的4D模拟对象划分Fig.2 4D Simulation Object Division of Standard Modules

2.2.2 标准模块BIM4D模型的构建方法

在完成了标准模块的4D 模拟对象划分后,根据施工时间相关数据利用Project 软件输入数据来形成施工进度计划横道图。在软件中计算出该模块施工过程中的人力、材料、机械等各种资源的消耗量。接下来,通过使用Navisworks 软件来创建标准模块的BIM4D 模型。首先从Revit 软件中导出/*.nwc、/*.nwf或/*.fbx 格式的文件,并将对应格式的文件导入到Navisworks软件中;利用管理集检查构件是否完整,若不完整则需进行修改完善;使用TimeLiner 导入Project 文件,并与相关构件绑定关联,最终输出BIM4D 模型。具体步骤如下:Revit➝视图可见性➝显示所有构件➝附加模块➝Addin 选择导出Navisworks➝导出nfc或nwc➝导如Navisworks➝管理集查看构件➝使用TimeLiner➝导入Project 文件➝进度与构件绑定➝输出成果。

3 标准模块及类似模块的指标计算方法

3.1 人工消耗量指标

本研究在借鉴《广东省房屋建筑与装饰工程定额2018》(上册)的基础上,结合建筑工程预算定额的特点,推导出了表1 所示的建筑工程中矩形柱所消耗材料和人工的基本数据[6]。

表1 混凝土柱预算定额Tab.1 Budget Quota of Concrete Columns

3.1.1 根据定额进行用工量推导

按照定额得到基本人工费为1 181 元/10 m3,按照广东省建筑工程税费最新规定,规费费率2.9%、税金税率按3.527%、企业管理费的费率为23.75%,以结构柱浇筑混凝土这道工序为例,区分普工和技工,假设技工所占比例按70%考虑,承担对应施工任务的单位技工费为400元,普工费为350元。

经过模型计算得出本项目标准模块结构柱施工混凝土工程量为825 m3,该工程属于一类建筑工程,假设完成该结构柱混凝土浇筑施工任务的技工数为X,普工的数量为Y,根据上述条件:

通过二元一次方程的求解,得出Y≈98,X≈229

3.1.2 根据信息价进行用工量推导

在相关网站上获取人工工日信息价,假设信息价是250 元/工日,根据定额人工费是1 181 元/10 m3,设人工费为X,人工信息价为Y,浇筑每m3混凝土所需人工工日数为Z,得出:

由模型统计得出,标准模块混凝土浇筑总量为825 m3,按照预计工期,混凝土浇筑需要在一天之内完成,因此得出下列关系:

以上两种方法得出的结论经施工单位验证均较合理。

3.2 机械台班消耗量指标

首先需要计算各个模块施工单日所需的材料类型以及对应的需求量,然后计算运输这些材料所需的机械设备量。

机械设备指标研究流程步骤:先截取某区域实体并计算其体积,再通过“消耗量”(预算定额)换算成材料消耗量,并考虑工期,预计完成工程每天所需的材料种类和需求量,最后再计算出每天总消耗量和查询现场施工中运输方案的选择,收集该方案所用运输设备的相关参数,审核该运输方案能否满足实际施工所需。

3.3 材料消耗量指标

根据本研究,标准模块的材料消耗指标计算方法可归纳为面积换算法、体积换算法和实体模型计算法3种,现以钢筋材料的消耗量计算为例进行说明。

⑴首先由GTJ 土建算量模型得出标准模块的钢筋工程量,除以标准模块的平面面积得出单方钢筋含量,建立数学关系式如下:

式中:N为类似模块的钢筋消耗量;f1为标准模块每平方米混凝土中钢筋的含量(t/m2)。

⑵由GTJ 土建算量模型得出标准模块的钢筋工程量,再通过模型中的钢筋重量与钢筋混凝土构件的体积数构建数学关系,计算式为:

式中:N为类似模块的钢筋消耗量;f2=T/V;T为标准工程钢筋的含量(t);V=∑(各钢筋混凝土构件的体积)。

⑶在BIM 模型中对各构件设置计算公式,以结构柱为例。将混凝土消耗量与造价成本、工期指标、人工指标进行关联并建立数学式,在实例参数中对所需数据进行赋值计算,并基于Revit软件的明细表统计功能得出对应指标。

3.4 空间指标

本研究所涉及的空间指标主要包括施工平面图布置指标、施工工作面指标,施工材料堆放指标、施工材料及设输相关指标、施工过程建筑的净空高度指标。

以施工工作面指标的计算为例,具体计算过程如下:截取某施工区域实体并计算体积➝通过消耗量换算该区域对应人工工日数➝结合进度计划计算该区域每日所需工人数➝查询规范中的工作面指标(人/m2)并进行对比➝得出合理的工作面指标。

3.5 进度指标

在本研究中,将基于标准模块的工序,进一步探讨所有工序与BIM模型之间的联系[7]。通过在BIM模型中标注和关联相应的构件信息,可以更好地管理和调整施工过程。通过确定一般持续时间和最短持续时间参数,可以有效地安排施工计划,并进行时间上的优化与控制。这将有助于提高工程项目的效率和质量。获取工序持续时间最快捷的方法是借助计算,并通过对现实情况的思考来防止因盲目抢工而造成施工的资源流失。计算方法有两种[8]:

3.5.1 经验估算法

本方法只适合于采用新工艺、新材料和新工法等工序,根据已有的施工案例进行计算。在缺乏可靠的计算公式前提下,可适时采用三时估计法,计算方法如下:

式中:T为总时间;a为乐观时间;b为最可能时间;c为悲观时间。

3.5.2 定额计算法

本方法依据行业或者企业制定的定额,再利用以下公式计算持续时间:

式中:T为总时间;Q为项目总工程量;R为劳动力或机械数量的分配;S为单位时间内产量定额;C为单位时间的工作班数量;H为时间配额。

标准模块进度计划的生成。进度信息的制定可以通过Primavera P6项目管理软件实现,并导出MPP、CSV等格式文件,用作导入Navisworks平台。

4 非标准模块的指标计算方法

4.1 非标准模块的分类

根据所研究工程项目的施工分区分块图,可以结合建筑结构的差异来区分标准模块和非标准模块。如果某个模块在局部存在异形构件,并且与标准模块相比在施工工艺上存在差异,那么该模块可以划分为一种非标准模块[9-11]。

4.2 非标准模块的折算方法

非标准模块指标计算方法可分为实体模型估算法、控制变量法,其中控制变量法也可直接根据施工图纸进行估算。

4.2.1 实体模型估算法

此方法适用于非标准模块与标准模块相比差异不大的情况。在基于Revit 和Dynamo 软件所建的标准模块模型的基础上,调整模型存在差异的部位,快速生成非标准模块的模型,能较高效地得出非标模块的各资源消耗指标。

4.2.2 控制变量法

控制变量法适用于各种情况下的非标准模块指标计算。首先,分析非标准模块与标准模块相比,对各项指标影响的变量因素。需要区分不同情况下这些变量因素是针对整个模块还是某个具体构件的。然后,计算出标准模块与非标准模块的控制系数,通过以下公式计算可得到目标模块的相关指标。

式中:ai为非标准模块与标准模块的控制系数;V1、V2分别为非标模块和标准模块的变量;C1、C2分别为标准模块和非标准模块的计算指标。

5 总结

经过多个工程案例的实际应用,证明了本研究提出的方法能够实现项目模块的快速建模。通过根据标准模块的造价和进度等指标,可以高效化地推导出类似模块和非标准模块的各类指标,包括人工消耗量指标、机械台班消耗量指标、材料消耗量指标、空间指标、进度指标。尤其对于大型工程项目的管理工作,这种标准模块化方法可以简化流程并提高效率。通过使用Revit 软件、广联达GTJ 图形算量软件和Dynamo 参数化软件这三种方法来进行BIM 模型的建立,并解决桩、柱、梁、墙、承台、楼板、门和窗等各类构件的参数化建模和批量数据处理。在本研究基础上,还可以进一步开展多模块平行施工和单模块多专业穿插流水施工的受限分析研究。通过将研究成果推广到相似工程的管理工作中,能够提前推算出较准确的项目总工期及各项指标,帮助决策者和管理者更好地实现项目建设的目标,并减少不必要的成本和风险。

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