基于BIM的建設(shè)工程造價管理

建設(shè)工程設(shè)計階段造價控制新方式

———基于BIM的建設(shè)工程造價管理

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)用這個角度來分析，在設(shè)計階段傳統(tǒng)造價控制方式存在一定的問題，從技術(shù)角度進一步分析了產(chǎn)生這些問題的原因，提出了在設(shè)計階段從技術(shù)上有效地控制造價的新方式———基于BIM的造價管理模式，并進一步探討了這種模式的具體實現(xiàn)方案。

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

中圖分類號：TU201·7文獻標志碼：A文章編號：1671-1785（2010）10-0058-04

大量案例資料證明，建設(shè)工程的設(shè)計階段的費用雖然占整個工程費用的1~3%，但對整個工程造價的影響程度超過70~80%，因而必須充分重視設(shè)計階段的造價控制[1]。設(shè)計階段造價控制方法主要有：發(fā)揮價值工程作用，提高設(shè)計產(chǎn)品的價值；推廣限額設(shè)計和標準化設(shè)計，實現(xiàn)工程造價的動態(tài)管理；加強設(shè)計變更的管理和設(shè)計監(jiān)理的推廣[2]；對設(shè)計方案進行優(yōu)化設(shè)計；加強對設(shè)計概算、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)計工作方式下，這些控制造價的方法實際效果較差，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，除了存在認識不足、體制不全、具體方法手段操作性不強等因素外，還存在一個至關(guān)重要的原因：傳統(tǒng)建筑設(shè)計方式信息化應(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)建過程，實現(xiàn)建筑設(shè)計從傳統(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目隨生命周期而表現(xiàn)出的多個方面，包括空間三維、時間或進度維、費用維、質(zhì)量維、安全維、能維、光維、熱維等[3]），實現(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)計階段有效地控制造價。

1  設(shè)計階段傳統(tǒng)造價控制方式存在的問題及原因分析目前從管理和技術(shù)兩方面因素來看，傳統(tǒng)造價控制方式主要存在的問題是：不能很好地利用價值工程方法從項目全壽命周期角度控制建造成本和使用成本，從而對設(shè)計方案進行優(yōu)化設(shè)計；限額設(shè)計指標分解難度較大，限額設(shè)計被動實施；設(shè)計與造價控制環(huán)節(jié)脫節(jié)；設(shè)計與施工脫節(jié)，可操作性差，變更頻繁；設(shè)計各專業(yè)之間沖突，項目各方之間缺乏有效溝通和協(xié)調(diào)。這一系列的問題導(dǎo)致在采購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成本大幅上升。從信息技術(shù)在設(shè)計中的應(yīng)用角度進一步分析產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因有以下兩個方面：

1.1　純圖形設(shè)計

目前，全國各大中型設(shè)計院雖然普及了CAD技術(shù)，甚至出現(xiàn)了較為高級的Object-CAD建筑設(shè)計軟件，但它們?nèi)匀皇且?/span>CAD為基礎(chǔ)，采用基本的圖形文件存儲和管理數(shù)據(jù)，強調(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現(xiàn)對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，但每個建筑構(gòu)件沒有材料信息、價格信息，它們只是圖視模型，缺乏可運算的信息，這使得設(shè)計人員、造價人員不能實時分析和計算所涉及的設(shè)計單元的造價，并根據(jù)所得造價信息對細節(jié)設(shè)計方案進行優(yōu)化調(diào)整，而方案的優(yōu)化設(shè)計是保證投資限額設(shè)計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)計方案一次性進行造價計算，設(shè)計不能被分解為針對每一個具體設(shè)計步驟的造價計算，限額設(shè)計的指標分解也就難以實現(xiàn)；每次只有整個設(shè)計方案完成后，由造價人員根據(jù)設(shè)計方案算出概算，此時再按照限額設(shè)計進行調(diào)整，必然降低設(shè)計的合理性，造成限額設(shè)計被動實施。

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)計數(shù)據(jù)，CAD系統(tǒng)沒有建立與圖形相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，沒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，沒有包括與管理有關(guān)的行為模型，兩者無法通過關(guān)聯(lián)為數(shù)據(jù)賦予意義，難以描述建筑物隨時間的變化以及各工序間復(fù)雜的內(nèi)在聯(lián)系，因而不能模擬真實世界的行為；而技術(shù)、經(jīng)濟、管理和其他附屬數(shù)據(jù)也無法與核心數(shù)據(jù)整合，設(shè)計人員不能創(chuàng)建協(xié)調(diào)的、內(nèi)部一致的和可運算的建筑信息。這樣就不能事先進行施工過程和使用過程模擬分析、工程進度分析，也就無法很好地對項目的功能和費用之間的關(guān)系進行定性的與定量的分析，從而確定工程的必要功能，擇優(yōu)選用實現(xiàn)其功能的可靠設(shè)計方案，為降低費用支出尋求科學(xué)的依據(jù)。如此，在設(shè)計階段就不能很好地利用價值工程方法對設(shè)計方案進行優(yōu)化設(shè)計。CAD創(chuàng)建的設(shè)計數(shù)據(jù)無法與管理數(shù)據(jù)自動關(guān)聯(lián)，難以為后續(xù)建設(shè)階段的管理工作所利用，以及在項目生命周期管理中實現(xiàn)共享使用，在項目的采購、施工和使用階段容易缺失，設(shè)計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)計與造價控制環(huán)節(jié)脫節(jié)，設(shè)計與施工脫節(jié)，可操作性差，變更頻繁，設(shè)計各專業(yè)之間產(chǎn)生沖突、設(shè)計與業(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)計信息與造價管理信息的割裂，這就使得設(shè)計人員在進行設(shè)計時并不能實時、同步地了解每一個設(shè)計細節(jié)所產(chǎn)生的造價信息。造價與設(shè)計的這種關(guān)系，是導(dǎo)致造價控制難以真正進入設(shè)計階段的主要原因之一。從行業(yè)實踐中看，目前還沒有一種讓造價與設(shè)計協(xié)同起來的業(yè)務(wù)運作機制，也缺乏實際的技術(shù)平臺。

綜上所述，要有效地在設(shè)計階段進行造價控制，必須解決傳統(tǒng)設(shè)計方式中純圖形設(shè)計與建筑信息的割裂和缺損以及設(shè)計數(shù)據(jù)彼此無法關(guān)聯(lián)等問題。這實質(zhì)就是要在設(shè)計階段改變建筑工程項目生命周期內(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、準確的和完整的信息模型，實現(xiàn)建設(shè)工程管理集成化和信息化。

2　設(shè)計階段造價控制的新方式——基于BIM的造價管理模式

雖然傳統(tǒng)的建設(shè)領(lǐng)域的信息技術(shù)使工程設(shè)計人員有可能利用軟件工具直接生成核心的設(shè)計信息數(shù)據(jù)，而技術(shù)、經(jīng)濟、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)建過程，由建筑設(shè)計從傳統(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是一個包含豐富數(shù)據(jù)、面向?qū)ο蟮摹⒕哂兄悄芑�、參�?shù)化特點的建筑設(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)合通過關(guān)聯(lián)為數(shù)據(jù)賦予意義，因而可用于模擬真實世界的行為。參數(shù)化建筑信息模型中的構(gòu)件信息是可計算的信息，借助這些信息，計算機可以自動識別模型中的不同構(gòu)件，并根據(jù)模型內(nèi)嵌的幾何和物理信息對各種構(gòu)件的數(shù)量進行統(tǒng)計.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、全面的變更傳播可以實現(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)部一致的和可運算的建筑信息。

設(shè)計階段的信息大量地涉及到了建設(shè)工程的技術(shù)細節(jié)，如工程項目的技術(shù)設(shè)計和施工圖設(shè)計文件等，同時也包括一些宏觀的施工和安裝階段的技術(shù)、管理、經(jīng)濟信息，如工程的造價估算等。整個設(shè)計過程對建筑本身的特征及屬性的描述如幾何特征、物理特性、功能特點等構(gòu)成核心信息數(shù)據(jù)，而其他方面的技術(shù)、經(jīng)濟、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、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)計信息模型能模擬真實世界的行為，從而實現(xiàn)建設(shè)工程管理集成化和信息化，在設(shè)計階段有效控制造價，這是當前需要解決的迫切問題。

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+時間或進度）建造模擬職能再進一步發(fā)展到了5D（3D+進度+成本）施工的職能，已形成了有關(guān)4D/5D甚至nD的理論.整個5D模型集3D立體模型、施工組織方案、成本及造價等3部分于一體，能實現(xiàn)對成本費用的實時模擬和核算，能夠為后續(xù)建設(shè)階段的管理工作所利用，讓建筑師、工程師、造價師、施工方、業(yè)主在設(shè)計階段能夠進行協(xié)同設(shè)計，更加輕松地預(yù)見到施工的開銷花費與建設(shè)的時間進度，解決了階段割裂和專業(yè)割裂的問題，很好地避免了設(shè)計與造價控制環(huán)節(jié)脫節(jié)、設(shè)計與施工脫節(jié)、變更頻繁等問題；BIM支持建筑師和工程師在實際建造前使用數(shù)字設(shè)計信息分析和了解項目性能，通過同時制定和評估多個設(shè)計方案，建筑師和設(shè)計師即可輕松比較并制定更明智的可持續(xù)設(shè)計決策，這樣就能有效地從項目全壽命周期角度對建設(shè)項目運用價值工程進行功能分析；對成本費用的實時模擬和核算使得設(shè)計人員和造價師能實時地、同步地分析和計算所涉及的設(shè)計單元的造價，并根據(jù)所得造價信息對細節(jié)設(shè)計方案進行優(yōu)化調(diào)整，可以很好地實現(xiàn)限額設(shè)計。因此，將BIM用于造價管理能很好地解決設(shè)計階段造價控制存在的問題。

3　基于BIM造價管理的技術(shù)實現(xiàn)方案

由于建筑信息模型包含的信息應(yīng)該滿足整個建筑生命周期，模型必須非常精細，包含相當多的建筑元素，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)實現(xiàn)方法有兩種，一種是超級復(fù)雜的綜合模型，是共享一個中央數(shù)據(jù)庫；另外一種是分類模型，使用的是聯(lián)合數(shù)據(jù)庫，讓各種專業(yè)通過一個模型進行交流。第一種方法導(dǎo)致BIM模型越來越大，容易超出硬件能力，而且對設(shè)計、施工、造價等參與方的協(xié)同要求比較高，無論是軟件技術(shù)上的實現(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；第二種方法無論在軟件產(chǎn)品和人員操作層面實現(xiàn)起來相對比較容易，但在大部分現(xiàn)有的3D產(chǎn)品均未實現(xiàn)參數(shù)化建模情況下，目前的缺點是不管是設(shè)計變化引起造價變化，還是造價變化反過來導(dǎo)致設(shè)計變化，都需要人工來進行管理和操作。

針對以上問題，在軟件實現(xiàn)方面，筆者提出通過使用基于參數(shù)化技術(shù)和基于國際協(xié)同工作聯(lián)盟IAI制定的IFC標準創(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、管理和其他附屬數(shù)據(jù)與核心信息數(shù)據(jù)的整合則是通過以下方式實現(xiàn)：利用BIM編程接口（API），在BIM上進行二次開發(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)實現(xiàn)采用分類模型，使用聯(lián)合數(shù)據(jù)庫，讓各種專業(yè)通過一個模型進行交流，從而實現(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)事實上的交換與共享標準——IFC標準。在中間件中能自動生成可視化信息，用以幫助設(shè)計人員在針對成本預(yù)算、施工進度模擬等三維環(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）、計算工程量和造價、進行施工模擬。采用API來鏈接軟件應(yīng)用的集成是“動態(tài)的”，因為API支持軟件應(yīng)用之間進行直接交互.借助API鏈接，這些可視化信息將自動與建筑信息模型雙向關(guān)聯(lián)，因此它們“記得”自己的來源。這就意味著中間軟件可以輕松察覺BIM模型中的變化，以便設(shè)計人員根據(jù)新的設(shè)計驗證原來的信息，然后自動更新這些信息.例如對于造價來講，任何設(shè)計變更都能實時地反映到造價上來，保證了造價信息與設(shè)計信息的協(xié)調(diào)、同步、統(tǒng)一，避免了傳統(tǒng)方式下人為出錯的風(fēng)險。

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)項目各方、各專業(yè)設(shè)計人員在設(shè)計階段，從建設(shè)項目全壽命周期的角度對項目很好地利用價值工程方法進行功能分析，對設(shè)計方案進行優(yōu)化設(shè)計；有效地實施限額設(shè)計；防止設(shè)計各專業(yè)之間沖突，解決了項目參與各方之間缺乏有效溝通和協(xié)調(diào)的問題；避免了因為設(shè)計與造價控制環(huán)節(jié)脫節(jié)、設(shè)計與施工脫節(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.工程造價管理的過程通過參數(shù)化建筑信息模型使得工程造價控制得以真正進入設(shè)計階段，從而實現(xiàn)在設(shè)計階段有效地控制造價。

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