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任宏偉1,2,于淼1,2,才士武1,2
(1.華北理工大學(xué) 建筑工程學(xué)院,河北 唐山 063210;2.河北省地震工程研究中心,河北 唐山 063210)
關(guān)鍵詞:裝配式建筑;BIM 技術(shù);成本控制;實(shí)例
摘 要:BIM 作為當(dāng)前建筑行業(yè)的先進(jìn)技術(shù),可與裝配式建筑技術(shù)高度集成,實(shí)現(xiàn)全過(guò)程成本的可視化、標(biāo)準(zhǔn)化、協(xié)同化、模擬化和精細(xì)化控制。為降低裝配式建筑成本運(yùn)用 BIM 技術(shù)對(duì)目前裝配式建筑的成本控制環(huán)節(jié)面臨的問(wèn)題展開研究。通過(guò) BIM 技術(shù)的全元素動(dòng)態(tài)監(jiān)控控制技術(shù)對(duì)裝配式施工進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),并比較 BIM 技術(shù)在已知實(shí)例的可行性和效率,以獲得資源配置和施工效率兩者之間的平衡點(diǎn),從而實(shí)現(xiàn)最大限度地降低建筑施工成本并實(shí)現(xiàn)資源配置的最大化利益。
中圖分類號(hào):TU71 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
針對(duì)傳統(tǒng)施工工藝高能耗、高環(huán)境負(fù)擔(dān)等問(wèn)題,施工綠色度已成為一個(gè)重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)[1]。裝配式建筑相比于傳統(tǒng)建筑具有施工效率高、施工質(zhì)量好和安全性高等諸多優(yōu)勢(shì),是建筑業(yè)的新興建筑模式。但由于現(xiàn) 階段裝配式建筑成本較高,阻礙其廣泛地推廣運(yùn)用。因此,該項(xiàng)目對(duì)裝配式施工模塊化單元可控性進(jìn)行研究,并以BIM 技術(shù)作為算量工具嵌入其中具有重要意義[2-4]。BIM 技術(shù)是一種具有綜合能力的處理建筑數(shù)據(jù)的工具,廣泛應(yīng)用在建筑設(shè)計(jì)、施工等領(lǐng)域,并在建筑性能設(shè)計(jì)、模擬、優(yōu)化以及建筑成本管理等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)[5]。利用BIM 數(shù)字信息模擬技術(shù)的信息完整性、相關(guān)性,絕對(duì)性、和洽性、可見(jiàn)性、仿真性、改進(jìn)性和可成像性8個(gè)特征,完成對(duì)裝配式建筑施工過(guò)程的全元?jiǎng)討B(tài)監(jiān)控,優(yōu)化裝配式建筑的施工工藝,以提高效 益成本比。
目前,傳統(tǒng)小區(qū)住房具有建筑規(guī)模大、質(zhì)量要求高、規(guī)?;忍攸c(diǎn),適合運(yùn)用裝配式技術(shù)進(jìn)行施工。但與 傳統(tǒng)建筑形式相比我國(guó)的裝配式建筑尚未形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模,還處于發(fā)展的初始階段,其經(jīng)濟(jì)成本高于傳統(tǒng)建筑的經(jīng)濟(jì)成本,而其預(yù)制安裝構(gòu)件的高價(jià)格是導(dǎo)致成本過(guò)高的主要原因[6]。因此,降低構(gòu)件成本是促進(jìn)裝配式建筑發(fā)展的途徑之一。
由于目前我國(guó)裝配式規(guī)模較小,其構(gòu)件的生產(chǎn)廠商數(shù)量較少,且分布區(qū)域較為集中,在不同地區(qū)采用裝 配式施工方式會(huì)增加預(yù)制構(gòu)件的運(yùn)輸成本。而縮短裝配式建筑與施工地區(qū)距離,在施工地區(qū)建設(shè)工廠又會(huì) 額外增加建廠費(fèi)用,增加整體成本。其次,裝配式建筑對(duì)設(shè)計(jì)、施工人員具有全新的要求和標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計(jì)人員要 對(duì)裝配構(gòu)件進(jìn)行合理、便捷的拆解設(shè)計(jì),并保證構(gòu)建的無(wú)縫銜接性;而對(duì)施工人員來(lái)說(shuō),其適應(yīng)了傳統(tǒng)施工方 式,若轉(zhuǎn)變?cè)┕つJ?/font>,對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行裝配,并沒(méi)有足夠的熟練度,會(huì)在無(wú)形之中增加工程的時(shí)間成本。
分析裝配式建筑成本構(gòu)成可知,裝配式建筑成本還有很大下降空間,隨著信息技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展,裝配式建筑成本控制與信息手段的結(jié)合將是一個(gè)重要的發(fā)展方向[7,8]。將 BIM 技術(shù)應(yīng)用于成本控制階段,可以
收稿日期:2019-03-01 修回日期:2019-05-04
基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51278164);華北理工大學(xué)大創(chuàng)項(xiàng)目(X2018207)。
將裝配式建筑建設(shè)的全過(guò)程創(chuàng)建為虛擬的信息化模型,工程相關(guān)數(shù)據(jù)可以更快速準(zhǔn)確地被利用,還可及時(shí)掌 握裝配式建筑成本控制環(huán)節(jié)存在的問(wèn)題并有效解決。裝配式建筑自身具有綠色、環(huán)保、低碳以及建筑品質(zhì)較 高等一系列優(yōu)勢(shì),且在未來(lái)的成本會(huì)相對(duì)穩(wěn)定。
建筑信息模型是應(yīng)用于建筑、工程和土木工程等專業(yè)的新興工具。它將建筑數(shù)據(jù)與信息模型結(jié)合,實(shí)現(xiàn) 建筑信息在建筑項(xiàng)目的全生命周期中共享和傳輸,使全員能夠正確理解和掌握建筑信息,為設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)和參與建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的各方提供協(xié)同工作的基礎(chǔ),提高生產(chǎn)效率,節(jié)省成本,縮短工期[9-11]。
國(guó)外對(duì)BIM 技術(shù)的研究始于上世紀(jì)70年代,在2002年被 Autodesk公司正式提出,目前已被業(yè)內(nèi)廣泛認(rèn)可。目前,我國(guó)正處于逐步淘汰傳統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目成本管理,推進(jìn)現(xiàn)代建設(shè)項(xiàng)目成本管理的過(guò)渡期。在此階 段,裝配式建筑的建造過(guò)程中存在成本過(guò)高的問(wèn)題,所以該行業(yè)存在多數(shù)觀望態(tài)度,因此,更加有效地控制成本是推動(dòng)裝配式施工的關(guān)鍵,利用BIM 技術(shù)可在裝配式建筑的全周期將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)導(dǎo)入 BIM 模型進(jìn)行模擬分析,解決裝配式建筑發(fā)展的障礙,全力發(fā)展綠色施工。
當(dāng)前,國(guó)內(nèi)已有部分學(xué)者對(duì)于BIM 技術(shù)應(yīng)用于裝配式建筑生產(chǎn)過(guò)程中的可行性進(jìn)行了研究。以測(cè)試建筑為例,總結(jié)兩者的可用性,探索在預(yù)制建筑物中建立 BIM 模型。但現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)還并不能做到 BIM 技術(shù)與裝配式建筑完整、緊密的交互融合,若想將BIM 技術(shù)與裝配式件數(shù)達(dá)到無(wú)縫銜接仍需進(jìn)一步的研究[12]。
3.1 裝配式建筑施工設(shè)計(jì)階段建造成本控制
在設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中使用 BIM 技術(shù)管理建筑信息是今后潛在的最終用途目標(biāo)。構(gòu)件設(shè)計(jì)階段利用存儲(chǔ)在BIM 軟件系統(tǒng)中的信息,利用通用設(shè)計(jì)環(huán)境中建?;ゲ僮餍怨δ?/font>,對(duì)支持信息進(jìn)行再利用,來(lái)減少數(shù)據(jù)重復(fù)。通過(guò)以上方式,使用BIM 技術(shù)對(duì)預(yù)制建筑成本進(jìn)行管理,促進(jìn)了BIM 技術(shù)與性能仿真工具之間通信方法的開發(fā),并對(duì)成本控制進(jìn)行了預(yù)測(cè)和分析,利用BIM 作為平臺(tái)收集信息,并執(zhí)行建筑的性能設(shè)計(jì)和成本優(yōu)化。由于對(duì)復(fù)雜的高性能特征難以精確建模,以及優(yōu)化預(yù)測(cè)效率低下和準(zhǔn)確性不高,成本差異的可能性也會(huì)增加。BIM 應(yīng)用系統(tǒng)示意圖如圖1所示。
圖1 BIM 應(yīng)用系統(tǒng)示意圖
BIM 模擬對(duì)象的可擴(kuò)展元數(shù)據(jù)屬性的能力被用作存儲(chǔ)和潛在地管理資產(chǎn)信息以及描述所表示的建筑系統(tǒng)和操作的結(jié)構(gòu)的手段。大多數(shù)BIM 用于管理成本操作的示例是基于預(yù)測(cè)使用中的成本差異和識(shí)別與預(yù)測(cè)偏差的模擬。設(shè)計(jì)和成本管理之間的過(guò)渡是用戶熟悉新系統(tǒng)的關(guān)鍵時(shí)期,從而提高建筑運(yùn)營(yíng)管理的效率。作為BIM 采用流程的一部分,政府已實(shí)施針對(duì)這些目標(biāo)的強(qiáng)制性和自愿性計(jì)劃,但仍需進(jìn)一步指導(dǎo)以改善運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的BIM,以此提高運(yùn)營(yíng)績(jī)效。
3.2 裝配式建筑構(gòu)件生產(chǎn)制造階段成本控制
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與傳統(tǒng)建筑方式不同,在設(shè)計(jì)完成后預(yù)制建筑需在工廠內(nèi)生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件,這也是裝配式建筑獨(dú)特的環(huán)節(jié)。裝配式建筑構(gòu)件種類繁多,每一種構(gòu)件的生產(chǎn)制造過(guò)程都是一個(gè)復(fù)雜的信息集合,運(yùn)用 BIM 技術(shù),以構(gòu)件和環(huán)節(jié)為單位,結(jié)合 RFID 技術(shù)置入信息,以便管理構(gòu)件的生產(chǎn)、存儲(chǔ)、運(yùn)輸和吊裝等過(guò)程,建筑模型示意圖如圖2所示。
圖2 BIM 建筑模型示意圖
裝配式建筑構(gòu)件相比于其它產(chǎn)品具有較大區(qū)別,要求其模具外形、尺寸絕對(duì)準(zhǔn)確,誤差較大會(huì)嚴(yán)重影響 后續(xù)工作。這就對(duì)模具的生產(chǎn)過(guò)程要求更加嚴(yán)格,以提高模具的可通用、可互換與實(shí)用性,從而保證模具在生產(chǎn)過(guò)程中能夠多次使用以便延長(zhǎng)其壽命周期,從而節(jié)約生產(chǎn)成本。因此,可以從引進(jìn)BIM 技術(shù)、改進(jìn)生產(chǎn)工藝、優(yōu)化模具等方面入手完成對(duì)裝配式建筑構(gòu)件生產(chǎn)制造階段的成本控制。
3.3 裝配式建筑施工階段成本控制
基于BIM 技術(shù)的裝配式建筑施工階段的成本控制是應(yīng)用3D 模型添加時(shí)間和成本所形成的 BIM 的5D模型,進(jìn)而進(jìn)行動(dòng)態(tài)成本控制。通過(guò)BIM 技術(shù)虛擬建模,可以在施工前階段模擬物料堆放、項(xiàng)目進(jìn)度和資金消耗等,并有利于提前了解施工過(guò)程中可能存在的問(wèn)題,優(yōu)化施工順序,通過(guò)進(jìn)行合理的資源配資來(lái)優(yōu)化BIM 模型,引導(dǎo)實(shí)施施工。圖3所示為BIM 技術(shù)工程量示意圖。
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由圖3可知,在施工過(guò)程中可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)施工進(jìn)度、成本計(jì)劃和工序邏輯關(guān)系,并可及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題和風(fēng)險(xiǎn),提出解決方案,實(shí)時(shí)調(diào)整施工進(jìn)度安排以及資源和成本投入計(jì)劃。此外,利用 BIM技術(shù)可以更加便捷地處理施工過(guò)程中出現(xiàn)的變更,當(dāng)施工過(guò)程中發(fā)生設(shè)計(jì)變更時(shí),可利用 BIM 技術(shù)將變更關(guān)聯(lián)到模型中,同時(shí)反映出變更后的工程量及造價(jià)的變化情況,使決策者能夠更清晰地掌握變更情況對(duì)造價(jià) 的影響,及時(shí)調(diào)整資金籌措和投入計(jì)劃。
圖3 工程量示意圖
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上海浦東新區(qū)惠南新市鎮(zhèn)23號(hào)樓是由華建集團(tuán)與寶業(yè)集團(tuán)合作建成的上海工業(yè)化住宅示范項(xiàng)目。由于項(xiàng)目的設(shè)計(jì)在項(xiàng)目設(shè)計(jì)和計(jì)劃批準(zhǔn)完成后開始,因此,項(xiàng)目設(shè)計(jì)必須在原設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上執(zhí)行所有的變更, 從而導(dǎo)致工業(yè)設(shè)計(jì)中產(chǎn)生一定的限制和困難。該項(xiàng)目采用 BIM 技術(shù)進(jìn)行建筑,圖4 所示為采用 BIM 技術(shù)的建筑模型,采用結(jié)構(gòu)和機(jī)電一體化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)整個(gè)建設(shè)過(guò)程的控制。
圖4 BIM 建筑模型
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在項(xiàng)目的初始階段,將BIM 技術(shù)與地理信息系統(tǒng)(GIS)相結(jié)合,獲取現(xiàn)場(chǎng)信息和數(shù)據(jù),其中 GIS 技術(shù)用于數(shù)據(jù)分析,BIM 技術(shù)用于建模,因此,決策者可以進(jìn)行合理地規(guī)劃。針對(duì)組件的信息,BIM 技術(shù)也可用于確定組件和材料數(shù)據(jù)庫(kù)的大小。同時(shí)由于BIM 建模能夠提供完整的工程量數(shù)據(jù),造價(jià)人員在造價(jià)預(yù)算階段可利用BIM 技術(shù)進(jìn)行計(jì)算,既減少工作強(qiáng)度又可提高造價(jià)精度,圖5所示為BIM 技術(shù)計(jì)算匯總概覽圖。
圖5 BIM 技術(shù)計(jì)算匯總表概覽圖
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在施工階段,采用BIM 技術(shù)的5D 可視化管理,將施工過(guò)程中的勞動(dòng)力、材料和機(jī)械等相關(guān)資源進(jìn)行整合,如圖6所示,隨時(shí)將施工情況與施工方案進(jìn)行比較,并有效地進(jìn)行協(xié)調(diào)與調(diào)整。為了保證施工方、監(jiān)理 方、業(yè)主等多方人員能夠清楚了解項(xiàng)目情況,整個(gè)建筑的數(shù)據(jù)也將被長(zhǎng)期存儲(chǔ),以便于建筑施工的后期管理。
圖6 建筑成本控制
該項(xiàng)目將BIM 技術(shù)與裝配式建筑結(jié)合,相比于傳統(tǒng)建造方式具有以下優(yōu)勢(shì):
(1)可分別節(jié)約耗材70%、用水36%、能耗30%,并可節(jié)省工期31%:可將陽(yáng)臺(tái)、墻板、樓板和樓梯等作為統(tǒng)一構(gòu)件,利用BIM 技術(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件模塊設(shè)計(jì)后交由工廠生產(chǎn)。
(2)集成性:預(yù)制建筑的核心是整合。設(shè)計(jì)師采用 Revit建筑結(jié)構(gòu)機(jī)電一體化設(shè)計(jì),從解決方案到施工圖、工廠生產(chǎn)、運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)組裝的全過(guò)程,并考慮到未來(lái)建筑物的拆除,以實(shí)現(xiàn)整個(gè)建筑生命周期使用的集成 設(shè)計(jì)和控制,如圖7所示。
圖7 成本設(shè)計(jì)與控制
由圖7可知,利用BIM 的眾多優(yōu)越性能,如工程造價(jià)的動(dòng)態(tài)管理和運(yùn)營(yíng)后期維護(hù)等,可顯著提高生產(chǎn)和施工效率。
(1)運(yùn)用BIM 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)裝配式建筑全過(guò)程成本的可視化,并通過(guò)模擬化和精細(xì)化協(xié)同管控,可完成裝配式建筑成本控制。
(2)在裝配式建筑中引入BIM 技術(shù)可以對(duì)成本投入計(jì)劃進(jìn)行實(shí)時(shí)高效監(jiān)測(cè)與管控。
(3)在裝配式施工中嵌入BIM 技術(shù)的全元?jiǎng)討B(tài)監(jiān)測(cè)控制,可以獲取資源分配與施工效率的平衡點(diǎn),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)成本最低及效益最大化。
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