如何进行高效率、高质量、高水平的造价管理,始终是建筑设计研究的核心命题之一。在设计阶段越早进行造价评估和优化,越能在保证设计整体品质的前提下有效进行造价控制。因此,方案前期的造价管控是项目造价管理的核心内容,其准确性在一定程度上对整个工程预算有着决定性影响。但在方案前期,基于工程造价控制导向进行优化设计时面临两方面难题:一是前期二维图纸的信息量不足或不完整,使得传统的基于二维图纸的工程造价计算准确率不高;二是基于清单定额计算的结果难以判别分析造价的分类构成,也就无法为基于造价控制的设计优化提供数据支持和策略指导。因此,基于BIM平台研究如何对方案前期的建筑造价进行快速精确地估算,进而建构造价控制导向的建筑方案优化设计方法十分必要。

进行准确高效的造价控制导向的建筑方案优化设计,对建筑方案的造价进行快速精确地估算是必要条件,因此首先对可行的工程计价流程进行分析,并对工程量算量模式进行比较和优选。

当前,传统的建筑工程计价模式在实际使用过程中显现出了一些重要缺陷:

(1)二维图纸模式导致计算效率低、准确率不高。依据二维图纸计算工程量,再套定额算出造价的传统工程计价模式,不仅效率低且错误率高,特别是在模型较为复杂的情况下,常常因为工程计量出现偏差,从而影响工程的成本控制。

(2)分割的流程和信息导致成本控制能力弱。项目成本计算过程的各个阶段是相对独立的,加上计价模式的差异性、造价数据的滞后及共享困难等因素,使得造价管理从前期设计概算开始就已经与实际脱节,导致后期出现概算超估算、预算超概算等一系列问题。

(3)基于清单定额的造价数据难以建立与建筑本体的对应关系,方案修改与造价变化无法有效联动,基于造价控制的方案优化无法及时有效地进行评估和决策。

相对以二维数据为主的传统CAD平台软件而言,基于BIM技术的工程计量软件(本文以Revit为例)包含了项目的所有信息,经过分析处理后的数据可用于指导工程造价管理工作,优势主要有以下三方面:1)—模多用,实现计量模型共享管理;2)三维可视化效果好,适应设计、施工环境的变更,智能化程度高;3)适应不规则构件及模型的创建,适合复杂节点的绘制。基于以上分析,为了实现对建筑方案的造价进行快速精确的估算,应该以基于Revit的工程计价模式来替代传统的基于CAD的计价模式,两种模式的流程对比如图1。

造价控制的成效主要包含工程计量和工程计价两个环节。其中,工程算量作为价格估算的前提,其算量模式的选择和准确性在很大程度上起着决定性作用。基于Revit的算量模式主要有以下三种:

该模式利用Revit自身具备的明细表提取和统计功能,实现快速、准确的自动化算量,导出表格进行手工汇总。

在Revit软件和传统造价软件之间建立应用程序接口(API),将Revit模型中的数据导入造价软件中,比如广联达、鲁班等软件。

运用开放式数据库连接(ODBC)访问BIM数据库,以BIM软件为集成对象。比如新点比目云、ISBIM等软件都是直接在Revit平台上开发,嵌入清单定额规则,直接访问模型的数据库,按照规则生成工程量报表。

上述第一种模式,计算机可利用明细表功能对模型中不同构件的参数进行统计和提取。以门的统计为例,Revit可以自动识别模型中门的各项参数,包括门编号、尺寸、数量等。当相关属性字段无法通过直接提取构件属性得到时,可根据构件的统计逻辑,编写相对应的公式得到,进而汇总并生成门明细表。当模型中某构件发生变更时,与其相关联的所有数据也会随之改变,并生成新的明细表。因此,基于Revit的工程计量模式不仅能更好地应对设计变更,还能提高算量的效率和精度,从而达到优化造价的目的。

第二种模式虽可输出符合我国计价标准的工程量,但Revit模型在不同软件间输入输出的过程会使信息丢失,无法形成完整的信息模型,需对模型进行二次调整,工作效率不高。

第三种开放数据库互联的BIM算量模式需要针对工程项目各分部分项工程开发与ODBC数据库对应的多款算量软件,相对于其他两种算量模式,虽然可以实现更精确、更高效的工程算量,但涉及到软件的二次开发和编程等专业技术要求,应用难度较大、难以统筹。

基于此,研究建议选用第一种基于Revit明细表工程量提取的方法,对模型构件进行分类提取及整合,既不会出现数据转换的问题,也无需二次建模,可使计算结果更为实时与准确。

任何设计方法都需要解决“信息获取——设计对策——评估决策”三个核心问题。结合建筑方案设计的一般流程和基于Revit的算量模式,可以相对应地建构造价控制导向下基于Revit的方案优化设计方法框架如图2。这一框架主要包括4各部分:建模与造价估算、评估与目标设定、策略与方案生成、比选与综合决策。具体内容如下:

模型的建立规则应符合工程量计算规则,合理考虑建模细节深度和参数设置以提高工程量的准确程度。

模型建立后需对各构件工程量进行分类提取。对于明细表中没有相关字段的参数,需依照构件统计逻辑,编写对应公式进行提取。例如窗明细表,可选择的参数里没有窗洞大小,就需要在窗明细表属性栏中选择添加计算参数(如图3),名称改为窗洞大小,类型选择面积,公式为宽度*高度,此时即可完成对新参数的添加(如图4),并生成窗明细表(如表1)。

上述方案优化设计方法框架是基于前期方案的各构件能够精确分类统计。因此,如果要进行后续的定向优化,就必须对导出的各构件明细表进行定义和分类,明确其成本构成。建议将Revit模型中的构件按照等级次序大致分为三类:①主体结构②外围护结构③装饰和细部(如表2)。这样做的优势是在方案前期设计阶段,当建设方需要进行限额设计的时候,可以依照构件分类的等级和实际需求,对某一类构件进行修改或替换,从而达到控制预算的目的。

利用Revit模型生成的工程量明细表,提取出所需构件的参数信息,再结合国内计价标准,即可算出设计阶段的初步预算。且当改动某构件参数或位置时,该构件的参数信息会自动更新,并且与之相关联的其它构件的参数和位置也会发生联动。

在初步的预算表及分类各构件工程量明细表基础上,可以准确的判断出是否符合投资方前期的成本要求。若不符合,则可依照市场状况和项目要求的造价范围,设定方案优化的造价控制目标,一般可用计算预期的造价优化百分比值来表示,以便通过预算表及BIM模型进行反向数据分析和设计策略选择。

根据设定的造价优化百分比值,首先对通过Revit列出来的各个部分的价格构成进行分析,判断哪些部分可调整,哪些不可或不宜调整。考虑到功能因素,一般如果方案不做根本性地变化,主体结构是不进行改变的。因此,除了主体结构之外,首先考虑造价占比较高的部分,相对来说,这一部分可优化的空间更高一些。然后再着重分析这一项当中各部分造价构成,具体可从构件材料、构件做法及构件数量三个方面入手:哪些部分是可以减构件数量、哪些部分是可以更改构件做法或替换构件材料。上述各种选择及其组合构成了可供选择的策略集合,建筑师可选择这些策略的方向进行深化设计,而不必再考虑其他不符合造价控制目标的途径。

在设计策略选定后,借助Revit模型和预算表把各分项的造价构成层层分解,再根据总造价的优化百分比换算到每一个部分中。通过量化工具,要分别调整多少比例,且调整多少才是合适的一目了然,可以快速定位到可优化的项,为建筑师提供了明确的设计途径。在此基础上,结合方案中功能、结构、美观等其他要求,反推到模型上,可以快速生成多个优化方案。

上述步骤产生的多个优化方案主要是针对工程造价控制的,建筑方案的确定需要考虑的因素往往更多。本方法生成的方案都有可视化模型,可以实时查找在哪个位置发生了改变,便于业主、设计方、施工方共同评估优化方案对建筑功能、造型和造价的影响,通过综合评价作出决策。

根据上文提出的设计方法,以某新中式别墅住宅区中的一个户型为例进行实证分析。该项目的初步方案完成后,由于前期预算表是利用国内广联达软件结合二维图纸进行算量和计价的,数据不够精准且构件分类不够具体,按一般设计方法定项优化难以进行,按上文的优化设计方法具体步骤如下:

先用Revit软件建立参数化模型。然后是对各构件工程量数据的提取(如图5)。

依照本文提出的构件分类原则,将提取出的各工程量信息分类整合,并结合国内计价标准,得出方案前期分部分项工程预算表(措施项目费、规费与其他项目费等,因与本研究无太多关联,故不做赘述)。

从表中能够得出每一分部分项的预算及在总造价中的所占比,其中装饰和细部这项所占比是最高的,且占了整个预算的一半以上,因此这一部分的造价可优化性较高。为了更直观地看出分部工程中每一分项的预算所占比,同时方便后续更精准地定项造价优化,根据预算表得出外围护结构以及装饰和细部的分项工程预算饼图6(主体结构和其他部分因可优化性较低,故不做分析)。

根据预算表可以得出该户型的单方工程直接造价为3040元/平方米,投资方经过多方面的综合评估决定把工程直接造价控制在2900元/平方米左右。

根据投资方的优化目标设定,单方造价从3040元降到2900元,相当于总造价需要下调5%左右,接下来需要考虑的就是如何分配这5%的幅度。通过分析表可知,装饰和细部工程的造价占比较大,造价可优化性较高,可作为第一选择;同时,外围护结构工程也可进行适当地调整,例如其中的门窗工程。优化设计的主要手段包括:不影响视觉效果前提下的材料替换,或减少部分工程量。经过分析,得出以下两种优化策略:

①策略一:外围护结构中的门窗工程这一项减1%,装饰和细部中的其他装饰工程减4%。此时,根据图6的分项工程预算饼图进行百分制换算,即门窗工程各分项共减去15%,其中实木装饰门部分减5%、金属推拉窗部分减10%;其他装饰工程各分项共减去13%,其中假椽条部分减5%、瓦屋面部分减8%。

②策略二:选择对装饰和细部中的其他装饰工程进行下调5%。同样地,根据图6的分项工程预算饼图进行百分制换算,即其他装饰工程各分项共减去17%,其中假椽条部分减5%、瓦屋面部分减12%。

有了每一分项需要减掉的百分比数值之后,即可快速算出具体需要下调的价格数目以及方案调整和材料更换的可行性。最终得出方案优化前后的分项对比表(表3)。

根据上述不同策略,可以快速定位到模型,结合建筑功能布局和结构要求进行模型修改,生成两个不同方案,其可视化模型见(图7)。

最后进行方案一与方案二的比选(图7)。经过设计评价及综合考虑,得出结论:方案一减掉了部分装饰性门窗,只保留了功能性门窗,同时对屋顶构件进行了适当的材料替换,虽达到了造价优化的目标,但整体外观也发生了相应地改变,局部房间的采光通风受到一定影响;而方案二在保证整体造型不变的基础上,只对屋顶构件的材料进行了替换,既满足了优化目标,建筑功能和舒适性得到了保证,也满足设计和市场对外观的要求。综上所述,最终选择了方案二。

从上述实证研究可知,相比传统方法,造价控制导向下基于Revit的方案优化设计方法具有可操作性,且体现出三方面优势:一是前期决策的科学性,投资方和设计者能够在看到三维模型的同时就知道该项目的财务可行性程度,从而可以综合考虑外观构造和成本两方面因素,选出最优方案;二是设计优化的可比性,能够指导设计方做出方案变化,帮助建筑师为其设计结果做出评价,使方案对比更加容易;三是造价控制的准确性,实现从模型中实时提取相关数据,进而提高方案变更后成本估算的工作效率及准确性。

针对造价控制导向下进行建筑方案优化设计的目标,本文通过工程计价模式分析和基于Revit的三种算量模式的优选,结合设计流程建构出建筑方案优化设计方法的基本框架,并通过案例实证研究证明了这一优化设计方法具有实时性、直观性、精确性和高效性的特点。

当然,这个初步的方法框架还需要进一步地深化和完善。如对于Revit生成的构件明细表,从更加精确的角度出发,有相交节点构件的工程量是如何统计的,是否存在扣减优先性不一致或重复计算等问题,有待后续的研究及验证。

同时本文提出的设计方法框架是基于Revit自带的构件明细表统计得出的。进一步的研究还可以利用Revit软件进行二次开发的插件,以实现在Revit中同时计算构件的工程量和造价,使方案设计和造价管理可协同工作,进一步提高效率。