基于BIM的建設(shè)工程造價(jià)管理

建設(shè)工程設(shè)計(jì)階段造價(jià)控制新方式

———基于BIM的建設(shè)工程造價(jià)管理

黃華

 （內(nèi)江師范學(xué)院物理與電子信息工程學(xué)院，　四川　內(nèi)江　641100）

摘要：從信息技術(shù)在工程建設(shè)領(lǐng)域中的應(yīng)用這個(gè)角度來(lái)分析，在設(shè)計(jì)階段傳統(tǒng)造價(jià)控制方式存在一定的問(wèn)題，從技術(shù)角度進(jìn)一步分析了產(chǎn)生這些問(wèn)題的原因，提出了在設(shè)計(jì)階段從技術(shù)上有效地控制造價(jià)的新方式———基于BIM的造價(jià)管理模式，并進(jìn)一步探討了這種模式的具體實(shí)現(xiàn)方案。

關(guān)鍵詞：建筑工程；設(shè)計(jì)階段；造價(jià)控制；建筑信息模型BIM

中圖分類號(hào)：TU201·7文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1671-1785（2010）10-0058-04

大量案例資料證明，建設(shè)工程的設(shè)計(jì)階段的費(fèi)用雖然占整個(gè)工程費(fèi)用的1~3%，但對(duì)整個(gè)工程造價(jià)的影響程度超過(guò)70~80%，因而必須充分重視設(shè)計(jì)階段的造價(jià)控制[1]。設(shè)計(jì)階段造價(jià)控制方法主要有：發(fā)揮價(jià)值工程作用，提高設(shè)計(jì)產(chǎn)品的價(jià)值；推廣限額設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)工程造價(jià)的動(dòng)態(tài)管理；加強(qiáng)設(shè)計(jì)變更的管理和設(shè)計(jì)監(jiān)理的推廣[2]；對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；加強(qiáng)對(duì)設(shè)計(jì)概算、施工圖預(yù)算的編制管理和審查等.然而在傳統(tǒng)的管理體制和設(shè)計(jì)工作方式下，這些控制造價(jià)的方法實(shí)際效果較差，往往造成“三超”（概算超估算，預(yù)算超概算，決算超預(yù)算）現(xiàn)象.究其原因，除了存在認(rèn)識(shí)不足、體制不全、具體方法手段操作性不強(qiáng)等因素外，還存在一個(gè)至關(guān)重要的原因：傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)方式信息化應(yīng)用水平較低.采用基于參數(shù)化的信息模型BIM方法，則可以改變建設(shè)工程信息的創(chuàng)建過(guò)程，實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)從傳統(tǒng)的2D圖形到3D再到nD的信息模型的本質(zhì)變換（nD的含義是指建筑工程項(xiàng)目隨生命周期而表現(xiàn)出的多個(gè)方面，包括空間三維、時(shí)間或進(jìn)度維、費(fèi)用維、質(zhì)量維、安全維、能維、光維、熱維等[3]），實(shí)現(xiàn)真正意義上的建設(shè)工程管理集成化和信息化，只有這樣才能在設(shè)計(jì)階段有效地控制造價(jià)。

1  設(shè)計(jì)階段傳統(tǒng)造價(jià)控制方式存在的問(wèn)題及原因分析目前從管理和技術(shù)兩方面因素來(lái)看，傳統(tǒng)造價(jià)控制方式主要存在的問(wèn)題是：不能很好地利用價(jià)值工程方法從項(xiàng)目全壽命周期角度控制建造成本和使用成本，從而對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；限額設(shè)計(jì)指標(biāo)分解難度較大，限額設(shè)計(jì)被動(dòng)實(shí)施；設(shè)計(jì)與造價(jià)控制環(huán)節(jié)脫節(jié)；設(shè)計(jì)與施工脫節(jié)，可操作性差，變更頻繁；設(shè)計(jì)各專業(yè)之間沖突，項(xiàng)目各方之間缺乏有效溝通和協(xié)調(diào)。這一系列的問(wèn)題導(dǎo)致在采購(gòu)和施工階段工程變更增加，從而引起高成本返工、工期延誤、索賠等，直接或間接造成了工程造價(jià)成本大幅上升。從信息技術(shù)在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用角度進(jìn)一步分析產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因有以下兩個(gè)方面：

1.1　純圖形設(shè)計(jì)

目前，全國(guó)各大中型設(shè)計(jì)院雖然普及了CAD技術(shù)，甚至出現(xiàn)了較為高級(jí)的Object-CAD建筑設(shè)計(jì)軟件，但它們?nèi)匀皇且?/span>CAD為基礎(chǔ)，采用基本的圖形文件存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)，強(qiáng)調(diào)的仍然是建筑圖形，不能有效地創(chuàng)建房屋建筑的信息和實(shí)現(xiàn)對(duì)這樣的信息的共享和管理。雖然這些圖形也可以是三維的建筑模型，但每個(gè)建筑構(gòu)件沒(méi)有材料信息、價(jià)格信息，它們只是圖視模型，缺乏可運(yùn)算的信息，這使得設(shè)計(jì)人員、造價(jià)人員不能實(shí)時(shí)分析和計(jì)算所涉及的設(shè)計(jì)單元的造價(jià)，并根據(jù)所得造價(jià)信息對(duì)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，而方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)是保證投資限額設(shè)計(jì)的重要措施和行之有效的重要方法。同樣的原因，人們只能按完整設(shè)計(jì)方案一次性進(jìn)行造價(jià)計(jì)算，設(shè)計(jì)不能被分解為針對(duì)每一個(gè)具體設(shè)計(jì)步驟的造價(jià)計(jì)算，限額設(shè)計(jì)的指標(biāo)分解也就難以實(shí)現(xiàn)；每次只有整個(gè)設(shè)計(jì)方案完成后，由造價(jià)人員根據(jù)設(shè)計(jì)方案算出概算，此時(shí)再按照限額設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整，必然降低設(shè)計(jì)的合理性，造成限額設(shè)計(jì)被動(dòng)實(shí)施。

1.2　建筑信息的割裂和缺損

由于CAD技術(shù)創(chuàng)建的是非參數(shù)化的建筑設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，CAD系統(tǒng)沒(méi)有建立與圖形相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，沒(méi)有給出表示建筑組成單元內(nèi)部的特征元素和關(guān)系，它只包含與幾何圖形及數(shù)據(jù)有關(guān)的數(shù)據(jù)模型，沒(méi)有包括與管理有關(guān)的行為模型，兩者無(wú)法通過(guò)關(guān)聯(lián)為數(shù)據(jù)賦予意義，難以描述建筑物隨時(shí)間的變化以及各工序間復(fù)雜的內(nèi)在聯(lián)系，因而不能模擬真實(shí)世界的行為；而技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、管理和其他附屬數(shù)據(jù)也無(wú)法與核心數(shù)據(jù)整合，設(shè)計(jì)人員不能創(chuàng)建協(xié)調(diào)的、內(nèi)部一致的和可運(yùn)算的建筑信息。這樣就不能事先進(jìn)行施工過(guò)程和使用過(guò)程模擬分析、工程進(jìn)度分析，也就無(wú)法很好地對(duì)項(xiàng)目的功能和費(fèi)用之間的關(guān)系進(jìn)行定性的與定量的分析，從而確定工程的必要功能，擇優(yōu)選用實(shí)現(xiàn)其功能的可靠設(shè)計(jì)方案，為降低費(fèi)用支出尋求科學(xué)的依據(jù)。如此，在設(shè)計(jì)階段就不能很好地利用價(jià)值工程方法對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。CAD創(chuàng)建的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)無(wú)法與管理數(shù)據(jù)自動(dòng)關(guān)聯(lián)，難以為后續(xù)建設(shè)階段的管理工作所利用，以及在項(xiàng)目生命周期管理中實(shí)現(xiàn)共享使用，在項(xiàng)目的采購(gòu)、施工和使用階段容易缺失，設(shè)計(jì)信息與管理信息是割裂的，主要表現(xiàn)為階段割裂和專業(yè)割裂兩方面。這些是造成設(shè)計(jì)與造價(jià)控制環(huán)節(jié)脫節(jié)，設(shè)計(jì)與施工脫節(jié)，可操作性差，變更頻繁，設(shè)計(jì)各專業(yè)之間產(chǎn)生沖突、設(shè)計(jì)與業(yè)主之間缺乏有效溝通和協(xié)調(diào)的主要的技術(shù)方面的原因。設(shè)計(jì)信息不能與成本預(yù)算解決方案建立起有效的鏈接，造成設(shè)計(jì)信息與造價(jià)管理信息的割裂，這就使得設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)并不能實(shí)時(shí)、同步地了解每一個(gè)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)所產(chǎn)生的造價(jià)信息。造價(jià)與設(shè)計(jì)的這種關(guān)系，是導(dǎo)致造價(jià)控制難以真正進(jìn)入設(shè)計(jì)階段的主要原因之一。從行業(yè)實(shí)踐中看，目前還沒(méi)有一種讓造價(jià)與設(shè)計(jì)協(xié)同起來(lái)的業(yè)務(wù)運(yùn)作機(jī)制，也缺乏實(shí)際的技術(shù)平臺(tái)。

綜上所述，要有效地在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行造價(jià)控制，必須解決傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式中純圖形設(shè)計(jì)與建筑信息的割裂和缺損以及設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)彼此無(wú)法關(guān)聯(lián)等問(wèn)題。這實(shí)質(zhì)就是要在設(shè)計(jì)階段改變建筑工程項(xiàng)目生命周期內(nèi)信息的創(chuàng)建、管理和共享，創(chuàng)建協(xié)調(diào)的、內(nèi)部一致的和可運(yùn)算的建筑信息，形成建設(shè)工程生命周期內(nèi)所期待的唯一的、準(zhǔn)確的和完整的信息模型，實(shí)現(xiàn)建設(shè)工程管理集成化和信息化。

2　設(shè)計(jì)階段造價(jià)控制的新方式——基于BIM的造價(jià)管理模式

雖然傳統(tǒng)的建設(shè)領(lǐng)域的信息技術(shù)使工程設(shè)計(jì)人員有可能利用軟件工具直接生成核心的設(shè)計(jì)信息數(shù)據(jù)，而技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、管理和其他附屬數(shù)據(jù)的生成以及與核心數(shù)據(jù)的整合仍然缺乏有效的工具和手段，難以最終形成建設(shè)工程生命周期內(nèi)所期待的唯一的、準(zhǔn)確的和完整的信息模型.如果采用基于參數(shù)化的建筑信息模型方法，則可以改變建設(shè)工程信息的創(chuàng)建過(guò)程，由建筑設(shè)計(jì)從傳統(tǒng)的2D圖形到3D再到nD的信息模型，即由圖形到工程信息模型的本質(zhì)變換，實(shí)現(xiàn)真正意義上的建設(shè)工程管理集成化和信息化。

BIM即建筑信息模型（Building InformationModeling），是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了建筑工程項(xiàng)目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型。目前有基于CAD技術(shù)的BIM、基于面向?qū)ο蟮?/span>BIM和基于參數(shù)化的BIM，基于參數(shù)化的BIM是一個(gè)包含豐富數(shù)據(jù)、面向?qū)ο蟮�、具有智能化、參�?shù)化特點(diǎn)的建筑設(shè)施的數(shù)字化表示.參數(shù)化建筑信息模型的結(jié)構(gòu)是一個(gè)包含有數(shù)據(jù)模型和行為模型的復(fù)合結(jié)構(gòu)。它除了包含與幾何圖形及數(shù)據(jù)有關(guān)的數(shù)據(jù)模型外，還包含與管理有關(guān)的行為模型，兩相結(jié)合通過(guò)關(guān)聯(lián)為數(shù)據(jù)賦予意義，因而可用于模擬真實(shí)世界的行為。參數(shù)化建筑信息模型中的構(gòu)件信息是可計(jì)算的信息，借助這些信息，計(jì)算機(jī)可以自動(dòng)識(shí)別模型中的不同構(gòu)件，并根據(jù)模型內(nèi)嵌的幾何和物理信息對(duì)各種構(gòu)件的數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì).其中所有內(nèi)容都是參數(shù)化的并且所有內(nèi)容都是相互關(guān)聯(lián)的.雙向關(guān)聯(lián)性和即時(shí)、全面的變更傳播可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、一致、可靠的模型數(shù)據(jù)輸出，有助于創(chuàng)建協(xié)調(diào)的、內(nèi)部一致的和可運(yùn)算的建筑信息。

設(shè)計(jì)階段的信息大量地涉及到了建設(shè)工程的技術(shù)細(xì)節(jié)，如工程項(xiàng)目的技術(shù)設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)文件等，同時(shí)也包括一些宏觀的施工和安裝階段的技術(shù)、管理、經(jīng)濟(jì)信息，如工程的造價(jià)估算等。整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程對(duì)建筑本身的特征及屬性的描述如幾何特征、物理特性、功能特點(diǎn)等構(gòu)成核心信息數(shù)據(jù)，而其他方面的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、管理和其他信息則成為核心信息的附屬數(shù)據(jù)。如何具體利用BIM建筑信息模型將技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、管理和其他附屬數(shù)據(jù)與核心數(shù)據(jù)整合；如何關(guān)聯(lián)與幾何圖形及數(shù)據(jù)有關(guān)的數(shù)據(jù)模型和與管理有關(guān)的行為模型，使得設(shè)計(jì)信息模型能模擬真實(shí)世界的行為，從而實(shí)現(xiàn)建設(shè)工程管理集成化和信息化，在設(shè)計(jì)階段有效控制造價(jià)，這是當(dāng)前需要解決的迫切問(wèn)題。

從目前的研究成果看，BIM已經(jīng)從3D模型的創(chuàng)建職能經(jīng)由4D（3D+時(shí)間或進(jìn)度）建造模擬職能再進(jìn)一步發(fā)展到了5D（3D+進(jìn)度+成本）施工的職能，已形成了有關(guān)4D/5D甚至nD的理論.整個(gè)5D模型集3D立體模型、施工組織方案、成本及造價(jià)等3部分于一體，能實(shí)現(xiàn)對(duì)成本費(fèi)用的實(shí)時(shí)模擬和核算，能夠?yàn)楹罄m(xù)建設(shè)階段的管理工作所利用，讓建筑師、工程師、造價(jià)師、施工方、業(yè)主在設(shè)計(jì)階段能夠進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)，更加輕松地預(yù)見(jiàn)到施工的開銷花費(fèi)與建設(shè)的時(shí)間進(jìn)度，解決了階段割裂和專業(yè)割裂的問(wèn)題，很好地避免了設(shè)計(jì)與造價(jià)控制環(huán)節(jié)脫節(jié)、設(shè)計(jì)與施工脫節(jié)、變更頻繁等問(wèn)題；BIM支持建筑師和工程師在實(shí)際建造前使用數(shù)字設(shè)計(jì)信息分析和了解項(xiàng)目性能，通過(guò)同時(shí)制定和評(píng)估多個(gè)設(shè)計(jì)方案，建筑師和設(shè)計(jì)師即可輕松比較并制定更明智的可持續(xù)設(shè)計(jì)決策，這樣就能有效地從項(xiàng)目全壽命周期角度對(duì)建設(shè)項(xiàng)目運(yùn)用價(jià)值工程進(jìn)行功能分析；對(duì)成本費(fèi)用的實(shí)時(shí)模擬和核算使得設(shè)計(jì)人員和造價(jià)師能實(shí)時(shí)地、同步地分析和計(jì)算所涉及的設(shè)計(jì)單元的造價(jià)，并根據(jù)所得造價(jià)信息對(duì)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，可以很好地實(shí)現(xiàn)限額設(shè)計(jì)。因此，將BIM用于造價(jià)管理能很好地解決設(shè)計(jì)階段造價(jià)控制存在的問(wèn)題。

3　基于BIM造價(jià)管理的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案

由于建筑信息模型包含的信息應(yīng)該滿足整個(gè)建筑生命周期，模型必須非常精細(xì)，包含相當(dāng)多的建筑元素，才能適應(yīng)所有各階段的需要。那么建筑信息模型的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法有兩種，一種是超級(jí)復(fù)雜的綜合模型，是共享一個(gè)中央數(shù)據(jù)庫(kù)；另外一種是分類模型，使用的是聯(lián)合數(shù)據(jù)庫(kù)，讓各種專業(yè)通過(guò)一個(gè)模型進(jìn)行交流。第一種方法導(dǎo)致BIM模型越來(lái)越大，容易超出硬件能力，而且對(duì)設(shè)計(jì)、施工、造價(jià)等參與方的協(xié)同要求比較高，無(wú)論是軟件技術(shù)上的實(shí)現(xiàn)還是人員工作流程上的要求都需要付出很大的努力，目前可行性不強(qiáng)；第二種方法無(wú)論在軟件產(chǎn)品和人員操作層面實(shí)現(xiàn)起來(lái)相對(duì)比較容易，但在大部分現(xiàn)有的3D產(chǎn)品均未實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模情況下，目前的缺點(diǎn)是不管是設(shè)計(jì)變化引起造價(jià)變化，還是造價(jià)變化反過(guò)來(lái)導(dǎo)致設(shè)計(jì)變化，都需要人工來(lái)進(jìn)行管理和操作。

針對(duì)以上問(wèn)題，在軟件實(shí)現(xiàn)方面，筆者提出通過(guò)使用基于參數(shù)化技術(shù)和基于國(guó)際協(xié)同工作聯(lián)盟IAI制定的IFC標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)建的建筑信息模型，生成核心信息數(shù)據(jù)，而技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、管理和其他附屬數(shù)據(jù)與核心信息數(shù)據(jù)的整合則是通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)：利用BIM編程接口（API），在BIM上進(jìn)行二次開發(fā)，生成一種連接BIM與各工具軟件如成本預(yù)算軟件、施工進(jìn)度管理軟件、能耗分析軟件等的中間軟件產(chǎn)品，作為連接這些工具軟件與BIM系統(tǒng)之間橋梁；建筑信息模型的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)采用分類模型，使用聯(lián)合數(shù)據(jù)庫(kù)，讓各種專業(yè)通過(guò)一個(gè)模型進(jìn)行交流，從而實(shí)現(xiàn)建筑信息從3D到5D直至nD的集成。它們之間的數(shù)據(jù)交換依賴目前建筑業(yè)事實(shí)上的交換與共享標(biāo)準(zhǔn)——IFC標(biāo)準(zhǔn)。在中間件中能自動(dòng)生成可視化信息，用以幫助設(shè)計(jì)人員在針對(duì)成本預(yù)算、施工進(jìn)度模擬等三維環(huán)境中查看建筑模型（例如由混凝土柱和剪力墻構(gòu)成的板式結(jié)構(gòu)的三維視圖）、計(jì)算工程量和造價(jià)、進(jìn)行施工模擬。采用API來(lái)鏈接軟件應(yīng)用的集成是“動(dòng)態(tài)的”，因?yàn)?/span>API支持軟件應(yīng)用之間進(jìn)行直接交互.借助API鏈接，這些可視化信息將自動(dòng)與建筑信息模型雙向關(guān)聯(lián)，因此它們“記得”自己的來(lái)源。這就意味著中間軟件可以輕松察覺(jué)BIM模型中的變化，以便設(shè)計(jì)人員根據(jù)新的設(shè)計(jì)驗(yàn)證原來(lái)的信息，然后自動(dòng)更新這些信息.例如對(duì)于造價(jià)來(lái)講，任何設(shè)計(jì)變更都能實(shí)時(shí)地反映到造價(jià)上來(lái)，保證了造價(jià)信息與設(shè)計(jì)信息的協(xié)調(diào)、同步、統(tǒng)一，避免了傳統(tǒng)方式下人為出錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)。

利用參數(shù)化建筑信息模型，借助API鏈接各工具軟件完成建筑信息的集成，能夠讓建設(shè)項(xiàng)目各方、各專業(yè)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)階段，從建設(shè)項(xiàng)目全壽命周期的角度對(duì)項(xiàng)目很好地利用價(jià)值工程方法進(jìn)行功能分析，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；有效地實(shí)施限額設(shè)計(jì)；防止設(shè)計(jì)各專業(yè)之間沖突，解決了項(xiàng)目參與各方之間缺乏有效溝通和協(xié)調(diào)的問(wèn)題；避免了因?yàn)樵O(shè)計(jì)與造價(jià)控制環(huán)節(jié)脫節(jié)、設(shè)計(jì)與施工脫節(jié)，可操作性差，變更頻繁等引起高成本返工、工期延誤、索賠等，造成直接或間接工程成本大幅上升.工程造價(jià)管理的過(guò)程通過(guò)參數(shù)化建筑信息模型使得工程造價(jià)控制得以真正進(jìn)入設(shè)計(jì)階段，從而實(shí)現(xiàn)在設(shè)計(jì)階段有效地控制造價(jià)。

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