近年来,BIM技术在我国建筑业快速发展,广泛应用于各种工程项目的策划阶段、设计阶段、招投标阶段、施工阶段、竣工阶段。施工企业运用BIM等先进技术解决了施工成本数据获取不及时、成本控制理念与意识淡薄、控制手段和方法落后等问题,提高了管理水平。

BIM是通过以建筑工程项目的各项相关信息数据作为基础,以数字化三维模型将建筑物的真实信息具象化,将建设、监理、设计、施工、运营等项目全生命周期参与各方纳入统一平台,共享同一建筑信息模型,并具有信息的关联与完备性、信息一致性、模拟性、优化性、协调性、可视化、可出图等特性。

自1975年BIM概念被首次提出,BIM在21世纪快速发展,在传统三维建筑模型的基础上,融入时间信息形成3D(实体)+1D(进度)的思维建筑信息模型即BIM4D,在BIM4D基础上融入造价信息,又衍生出了五维建筑信息模型即BIM5D。随着BIM技术的二次开发,将来可能会出现BIM6D或BIM7D。BIM5D模型因其既可以模拟施工又可以控制工程项目的进度和成本,被广泛应用。众多公司都相继研发了BIM5D软件,国内有广联达、鲁班、比目云等,国外有ITWO、YTWO Formative等软件,这些软件都可实现将多种控制因素整合到一个三维立体模型上,形成BIMnD模型,最大程度地利用项目建设资源,降低施工成本。

施工成本管理是利用技术、信息化、经济等各种手段,进行设计、管理、施工组合,将无意义的资源浪费如过度消耗的钢材、木材、混凝土等原材料降至最低。传统的施工成本管理存在着诸多问题,如成本管理观念落后、管理责任难以落实、合同管理水平低、人材机利用率低、费用超支现象严重、实行粗放式管理、成本数据收集及时性差、创新能力不足、施工技术落后导致工期成本和质量成本增加、成本核算不准确等问题。基于BIM的施工成本管理则具有准确、快速、精细、分析能力等优势,其可以精准的对项目工程量进行计算,完成成本预测,合理安排人、材、机和资金等相关资源计划,优化设计变更过程。

基于BIM技术的全过程施工阶段成本管理属于动态管理模式,其可以及时进行调整,完善施工成本信息,分阶段进行施工成本管理,减少人工成本,缩短工程周期,提高施工成本管理效率。

在项目进入施工前,建立BIM5D模型,作为各参与方的统一数据模型,共享工程信息数据。利用模型中的数据信息及其可视化特性,将传统的2D平面图、立面图、剖面图、构件的细部图形象的展现出来,提前发现施工图纸中存在的问题或错误,查漏补缺,不断完善修改施工图纸;利用三维动画工程模拟施工过程,调整结构、防水、装修等不同专业及作业队伍的冲突,优化施工设计及施工顺序,将后期遇到的问题提前解决,加快施工效率,降低施工过程中的变更成本。BIM在施工前期管理中,其中有两个重要的作用:深化设计和施工模拟。

利用BIM技术建立结构、建筑、机电等方面的BIM模型,将各专业的BIM模型导入到碰撞检测软件中开展碰撞检查并通过三维视觉效果反映出来,以便更清晰地发现碰撞问题,提高施工图纸审图效率,减少因不同专业间的碰撞而产生的设计变更,控制前期设计成本。

传统的施工模拟大多采用横通道图和直方图配合来描述施工进度及资源配置,无法适应施工过程的动态化,施工场地真实状况及资源优化所需数据也无法真实表述。将施工数据与时间维度结合建立BIM4D进度管理模型,与相关BIM软件配合完成施工模拟,编制合理的施工计划,全面掌控施工过程,进行精细化施工。

建立BIM5D模型,实现施工进度、资源配置、工程计量计价等的过程控制。管理人员通过BIM模型,将施工过程与时间维度整合,可自动完成工程量的统计,合理安排施工进度、资金计划,及时审核进度款支付情况。施工中因内外部环境的变化产生变更时,工程数据必将更新,BIM模型数据库也随之动态更新,重新进行信息汇总,更新工程计量统计,实时管理施工进度。

工程量计量、计价是施工成本管理的基础,传统的工程量计量、计价需要大量的人力物力,而BIM技术能够改善传统的计量、计价方面的短板。通过BIM模型可直接生成构件数量,同时可任意提取施工阶段、建筑空间的工程量,提高工程量计量、计价的精确性,最大程度地避免了人工失误。

传统的资源管理依据自身经验与以往实际工程经验进行资源的配置,简单粗放、缺乏专业性与科学依据,这种管理方式易造成资源配置与实际工况不匹配,产生资源供给不足或供给过剩,制约着工程施工进度。运用BIM技术进行资源配置,可按照年、月、周、日或任意时段对人工、机械使用量、材料进行动态查询分析,合理分配资源使用量,实现限额领料制度,控制单位时间资源使用量,降低施工过程中的资源浪费,提高资源的有效利用,保证工程取得很好的经济效益。

工期是施工成本管理的重要影响因素。随着施工进展与实际进度数据的录入,运用BIM4D模型,采用列表、饼状图、折线图、柱状图等形式,选取某一流水段相关施工工序的进度分析及任意时间节点下的实际进度与工程进度计划的对比分析,判断相关工作是否超前、滞后或按时完成,并随之调整优化,制定相关的人力、机械设备、材料等资源的投入,保证资源配置与施工进度相匹配。

利用BIM5D模型可自动计算统计汇总任意时间节点或时段施工的实际成本,与计划成本、预算成本进行三算对比分析,从而做出针对性的调整,为后续项目成本的精细化管理提供指导。通过BIM模型将工程量信息、材料信息、施工进度信息、设计变更、工程变更、现场签证等信息更新到数据库。运用计算机计算出工程实际造价,代替传统手工计算,降低造价误差,提高竣工结算的效率和准确性。

某地下空间工程为城市轨道交通配套工程,整个地下空间工程呈南北走向,南北长约900m,东西长约500m,呈“T”字形,共分为南区、中区、北区三个区域,其中南区南侧紧邻湖泊,距大堤中心32m,中区和北区与轨道交通的地铁车站负一层结构连通。工程共地下三层,地上局部一层。地下一层面积约10万m²,为地下商业设施;地下二、三层为面积约20万m²的地下停车场。局部地上一层为出入口及观景平台。该工程施工具有工程体量大、施工组织难度高、多种专业交叉作业、场地地质条件差、施工风险控制标准高、成本管理难度大等特点。如何攻克上述难点顺利竣工,有效控制施工成本成为该工程必须解决的重点问题。工程在技术质量、生产、商务、专业分包等领域综合运用BIM技术,解决了设计深化、施工组织、工程计量、竣工结算等工作中存在的问题,提高了工作效率,降低了施工成本。

运用BIM技术对图纸建模,通过三维模型找寻二维图纸中难以发现的错、缺、碰、漏及设计不合理等问题,最终将归并后的图纸会审记录移交给设计单位进行修改、确认,在省时省力的同时,确保工程的顺利实施。在该工程中,通过有效运用BIM技术,累计完成图纸会审二十多份,解决图纸会审问题三百多项,包括发现并解决了基坑围护换撑、主体结构缺梁少柱、二次结构错位、各专业之间的交叉碰撞等一系列问题,并对二次结构墙体构造柱和机电管线综合排布进行深化,保证了现场连续施工,降低了施工成本,确保按期完工。

(1)在工程施工管理中,虚拟施工可直观反映出工程施工的全过程,并可和施工计划进行对比分析,为施工决策提供依据。借助BIM技术的全视频界面对施工方案进行模拟,明确不同专业及作业队伍的作业面、作业任务,协调各专业间施工,选择匹配的施工方法,找出其施工中的安全问题和质量问题,把握施工的重难点,降低施工返工频率,在保证工程施工质量的前提下尽可能的提升施工管理水平。该地下空间工程基坑支撑拆除量巨大近8万方,为实现基坑拆撑与主体结构的流水施工,有效控制拆除作业的安全风险,利用BIM技术建立工艺模型,对拆撑线路、工序和拆除方法进行综合模拟,确定最优方案。实施后,获得安全可靠、进度可控、质量优良等多重效果。

(2)运用BIM软件建模进行现场模拟,制作如破桩头、支撑拆除、模架搭设、临边防护搭设、复杂节点钢筋下料等多处关键工序的三维视图,辅以文字说明,完成可视化施工技术交底工作。作业人员根据可视化交底可准确了解自己的工作内容、操作流程、施工风险、复杂节点的处理等。

(3)场地布置图借助于BIM技术,优化了施工现场的布置,提高了场地使用率,有利于施工作业的顺利进行。

施工中,工程计量需与监理、业主、审计等多方合作,计量工作繁重复杂。采用BIM模型算量模式,计量人员可任意提取某一类型、流水段、区域、规格型号构件的工程量,极大的提高了算量、对量效率,加快了结算进度。该地下空间工程体量大,应用BIM技术,计量人员减少了约五分之四,仍累计完成了11万吨钢材,60万方混凝土、42万平米的模板精确算量。

利用广联达BIM5D平台进行施工进度管理。实施过程中,以施工进度模型为参照,对现场施工进度进行实时监控并反馈施工信息,当进度出现提前或滞后偏差时,对进度提前进行经验总结,对滞后问题进行原因分析并提出合理的解决办法,同时对进度模型及时调整,实现了项目实施过程的精细化管理。

BIM中央数据库中存储了与项目相关的各种信息,包括工期、价格、合同、变更签证等信息,方便了项目的相关各方进行信息共享与调用^[11]。参与结算人员可直接访问BIM数据库,调取工程数据,审核工程量、结算费用等相关资料,避免了过往因竣工结算资料不完整、图纸缺失等问题无法进行工程结算的问题,同时也可减少竣工图纸绘制、工程签证、设计变更等传统竣工结算中的大量计算工作。通过BIM三维可视化核对工程量,提高了工程计量的效率和准确性,加快结算速度,保证结算资料的完整性,为后续结算工作奠定良好的基础。

随着我国“十三五”规划的深入推进,建筑业势必进入一个崭新的发展时期,BIM技术则是建筑业数字化、信息化、集约化的关键。但由于BIM应用多在设计阶段,施工阶段的应用还相对滞后,这显然对建筑企业管理升级是一个制约。因此,建筑企业通过在工程项目学习和应用BIM技术,实现建设项目施工管理的可视化、精细化,对于加强成本管理、提高经济效益,具有十分积极的意义。