随着我国工程建设的发展, 建设项目在建筑体量、建筑结构方面呈现出规模性、复杂性和建设的高速性。在工程建设中, 不仅要求工程的施工质量要得到保障, 同时要求工程的建设工期及建设成本要严格控制。作为建筑业新技术, BIM在工程的进度、成本控制中显现出了突出的优势。挣值分析法作为项目绩效管理的方法, 在工程经济中也体现出重要的应用价值。BIM与挣值法的结合对加强工程管理的信息化控制, 提高工程经济效益具有重要的意义。王婷利用FRID技术对BIM构件进行管理研究, 并采用挣值法对收集到的构件信息进行动态管理, 实现对工程进度的有效监控及预警;王理懿、袁振民通过BIM进度模拟与挣值法的结合, 开展了BCWP和ACWP的快速计算;Fernando Acebes等通过建立图形框架, 对项目的进度、成本及工程风险进行管理;JoséLuís PONZ-TIENDA等采用模糊理论对挣值法在项目不确定性的应用方面建立了数学模型, 以便于采用计算机程序或者Excel表格进行项目的进度、成本管理;梁喜、戴育雷等进行了模糊环境下项目关键线路成本控制的优化。上述挣值法与BIM的结合研究多为从理论与技术层面完成定性的工程管理, 但未涉及定量的管理措施。本文将BIM技术与挣值法相结合, 在进行项目计划与实际的进度、成本进行比较的基础上, 进一步应用于施工管理组织流程中, 通过WBS任务分解, 对误差产生原因进行分析并采取相应修正措施, 从而提高工程的管理效率。

BIM作为三维可视化信息技术, 在工程施工应用中体现出了明显的技术优势。BIM技术的显著特点为建筑信息的数据化, 其模型包含着建筑产品的组成、功能及工程建设行为数据, 因而可供使用者利用模型有效管理工程产品的几何属性、物理属性和相应的管理属性。在工程进度管理方面, BIM的优势体现在可利用模型与项目施工进度计划相关联, 及时发现项目计划进度与实际工程进度之间的冲突, 进而通过对工程资源的相应调整, 实现对工程进度的主动管理。

工程建设的目标是在合理的工期内保质保量完成工程项目, 并且寻求利润最大化, 因而工程成本的控制是工程建设项目管理的核心目标之一。通过BIM模型与工程价格信息的关联, 可精确计算工程量及工程造价, 并且应用于工程材料、人工、机械及资金的控制, 以提高项目控制的精度。将此模型进一步与进度计划相关联, 则可细分工程建设各阶段、各施工过程的工程量和工程造价, 协助工程技术人员及时制定相应的人、材、机等资源计划, 并且在施工过程中, 及时进行成本、进度偏差分析, 提高项目策划实施的精准性及应对措施的及时性。

挣值法是一种通过对项目任意时间的计划与实际完成情况进行对比, 以综合度量资源耗费的形式对项目的进展状态进行评价的方法。利用项目某一施工过程某一时段的计划工程量、实际完成工程量与计划价格、实际价格相结合, 计算计划工作量的预算费用BCWS (Budgeted Cost for Work Scheduled) 、已完工作量的预算费用BCWP (Budgeted Cost for Work Performed) 、已完工作量的实际费用ACWP (Actual Cost for Work Performed) , 确定其费用偏差CV (Cost Variance) , 进度偏差SV (Schedule Variance) , 对其进度、费用的偏差状态进行评价、监督与预警, 从而及时采取相应的纠正措施。挣值法各参数的计算公式为式 (1) 至 (5) 。

BCWS=计划工作量×预算价格 (1)

BCWP=已完工作量×预算价格 (2)

ACWP=已完工作量×实际价格 (3)

CV=BCWP-ACWP (4)

SV=BCWP-BCWS (5)

通过以上计算, 可得知工程成本是否超支、进度是否迟延。但由于建筑工程体量巨大, 在传统工程管理中, 工作量无法动态及时地获取, 因而限制了挣值法技术在工程中的应用。

挣值法作为一种定量评价项目绩效的方法, 其功能的实现建立在项目实施过程中数据的及时、准确、动态的收集与整理的基础之上。BIM技术为数据的获得提供了有力的技术支撑。通过与进度、预算、成本信息相关联的BIM模型, 可对工程项目任一阶段的工程数量及其预算价格、实际价格进行统计, 获得挣值法三个基本计算参数即BCWS、BCWP、ACWP, 并根据相互比较结果, 对工程进展情况进行评价。具体过程为:

建立与工程量、工程造价相关联的BIM模型;根据工程总工期安排, 通过WBS (Work Breakdown Structure) 工作分解结构细化分解施工任务, 编制施工进度计划, 并与BIM成本模型关联, 形成工程量-进度-成本关联数据集成模型;针对某一阶段工作, 利用模型提取相应工程量及相应价格从而完成挣值法相关参数的计算。通过CV、SV比较, 根据其成本偏差、进度偏差的正负与大小, 确定其影响值。如果偏差率小于一定阈值 (本例取5%) , 只需采取局部修正;偏差大于等于阈值则需考虑是否采取纠偏措施, 并通过方案比选, 确定最佳的技术措施。监测流程见图1。

在中国知网数字出版与数字图书馆建设项目工程中, BIM施工管理技术进行了全面的实施应用。该工程总建筑面积85863.96m², 外围尺寸东西向总长度为119.60米, 南北向总长为94.10米。A、B座塔楼和C座板楼三座建筑采用钢筋混凝土框架剪力墙结构, 各建筑间通过钢结构连廊实现互通。图2为该图书馆的BIM三维数据模型, 利用该模型可实现对建筑材料使用、施工工艺、工程造价等的管理。

本工程工期要求严格, 合同规定工期违约金为每超期1天5千元罚款。该项目位于城市繁华地段, 施工布料场地局促, 为材料调配造成较大困难。由于过程中图纸变更多次, 加大了进度、成本的控制难度。项目团队根据工程具体情况, 通过BIM技术与挣值法相结合, 对工程进度、成本实时监控, 及时纠偏。现以C座四层的钢筋混凝土工程为例, 阐述BIM-挣值法控制应用过程及效果。

C座建筑四层结构工程由西向东划分为C₁、C₂、C₃三个施工工段, 依次进行流水施工, 计划工期为26天。其计划用工量为钢筋工20人, 木工40人, 每个工种由一个班组组成。该层工程的项目进度计划图见图3, 图4为施工段划分BIM模型图。

通过BIM数据集成模型, 运用系统的数据统计分析功能按进度计算每天BCWS、BCWP、ACWP三个参数值 (如表1) 绘制偏差分析图, 通过进度偏差SV、成本偏差CV分析, 对其计划与实际的工程进度、成本偏差率进行计算。结果显示, 本工程施工前七天按计划进度进行, 第8天开始出现进度偏差。第12天SV偏差为4%, 而第13天结束后SV偏差为11%>5%。因此在第14天, 项目团队就C楼四层施工过程开展了偏差分析, 由表1绘制调整前偏差分析图见图5。

如图5所示, BCWS为计划工作量的预算费用, B C W P1为偏差调整前的已完工作量的预算费用, ACWP1为偏差调整前的已完工作量的实际费用。工程从第七天出现进度偏差, SV=BCWP-BCWS<0, 工程实际已完成工程量远小于计划工程量, 以第7天到第14天为进度偏差分析阶段进行进度偏差分析。

针对工期延误导致的进度偏差, 进一步运用WBS对本阶段工作按工序实施分解, 查找偏差产生的原因。该阶段工作内容分别为C₁梁和板钢筋绑扎、C₁混凝土浇筑、C₂墙与柱模板支护、C₂梁和板模板支护4个施工工序。利用BIM平台统计计算四个工序进度偏差率, 分析各工序对该阶段整体工程施工进度的影响, 结果见表2。

从表2中可知导致工期延误的工序为C₂墙柱模板和梁板模板的支设, 追溯其前置程序为地下室模板工序。在该部位模板周转过程中, 由于地下室出料口狭窄, 影响了模板拆除及搬运效率, 造成了C₂墙、梁模板支设工序的延误。如果不及时采取有效的调整措施, 将导致本施工段工期超期五天, 并伴有成本超支。在预测系统中对后期工程进行模拟预测, 得到图6所示的偏差趋势分析图, 若不对工程采取纠偏措施, 工期超期5天, 成本超支。

针对C₂墙、梁模板施工进度延误的问题, 经项目组讨论, 决定采用增加木工的方式进行施工方案调整。具体调整方案则采用BIM平台进行模拟, 通过工期-成本优化比选, 比选结果为表3。

通过比选, 方案2在满足工程工期计划要求的同时工序施工成本最低, 故确定采用第15天起增加木工7人的方案为最终调整方案。按照该调整方案进行效果预测 (如图7所示) 以及调整实施后的实际效果均显示, 该方案的应用保证了本段工程按期完工, 并且施工成本也得到了很好的控制。

如图7所示, BCWP2、ACWP2为采取调整措施后的已完成工程量预算价格和已完成工程量实际价格。结果显示采取纠偏措施后, 从15天开始, 进度偏差逐渐减小, 到第18天减小为0, 工期到第26天实现计划工期。

1) 通过与WBS分析法及工程进度、成本的关联, BIM模型的可视化、可模拟、可计量特性为挣值分析法提供了在施工过程中数字化应用的可行性。

2) 利用挣值法与BIM技术的结合应用, 针对施工过程进行直观、动态的管理, 及时发现施工进度和成本控制中出现的矛盾和冲突, 并采取相应措施加以调整, 对提高工程项目的管理和协调能力具有很高的价值。

3) 针对工程中的进度偏差, 通过方案比选, 采取成本、时间最优化控制措施, 对工程进行有效管理, 避免了工期拖延、费用超支现象的发生。

4) 本文以施工成本、进度为偏差控制对象, 其分析数据需要人工提取。随着BIM技术的发展, 未来可开发相应的应用程序, 自动获取相关数据并设置报警提示, 及时进行纠偏, 将有助于促进BIM的应用。