BIM-5D在水利樞紐工程中成本控制的應(yīng)用

耿琳苑，張麗華，沈 晨，劉 琨

(1.華北科技學(xué)院，北京 東燕郊 065201; 2.中國(guó)建筑西北設(shè)計(jì)研究院 陜西 西安 712000)

0 引言

信息技術(shù)已經(jīng)在制造業(yè)、電子業(yè)等行業(yè)帶來(lái)了變革，然而建筑業(yè)的信息化程度并沒(méi)有因此有飛躍發(fā)展。1975年，喬治亞理工大學(xué)的Chuck Eastman教授創(chuàng)建了BIM理念，該理念為了提高工程建設(shè)效率，通過(guò)實(shí)現(xiàn)建筑工程的可視化和量化分析來(lái)達(dá)到這一目的。BIM全稱為“Building Information Modeling”，其中的核心在于“Information”，即信息。簡(jiǎn)而言之，BIM是以三維模型為載體，根據(jù)項(xiàng)目需求可以將項(xiàng)目進(jìn)度、成本、質(zhì)量、安全等信息集成于同一平臺(tái)項(xiàng)目各參與方共同進(jìn)行管理和交互，是信息化在建筑行業(yè)的直接應(yīng)用，可服務(wù)于建設(shè)項(xiàng)目的全生命期[1]。

目前的問(wèn)題是我國(guó)BIM技術(shù)還局限在階段化的應(yīng)用，設(shè)計(jì)階段與施工階段存在長(zhǎng)久的脫節(jié)問(wèn)題，設(shè)計(jì)方和施工方很難從原有的思維模式發(fā)展出新的模式，很難真正將BIM的落地應(yīng)用價(jià)值最大化，例如設(shè)計(jì)階段的模型很難傳遞到施工階段，在施工階段造成“沒(méi)法用、用不了”的問(wèn)題。在傳統(tǒng)模式下項(xiàng)目的施工階段會(huì)出現(xiàn)工程變更，返工、窩工現(xiàn)象也會(huì)隨之增加，這不僅會(huì)造成工期延誤也會(huì)增加施工成本，對(duì)于工程承包商的工程結(jié)算也增加了難度。

在南水北調(diào)工程中，長(zhǎng)江勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院將BIM理念引入其承建的南水北調(diào)中線工程的勘察設(shè)計(jì)工作中，利用BIM相關(guān)軟件快速完成勘察測(cè)繪、土方開(kāi)挖、場(chǎng)地規(guī)劃和道路建設(shè)等的三維建模、設(shè)計(jì)和分析工作，提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量；在云南金沙江阿海水電站的設(shè)計(jì)過(guò)程中，引入BIM技術(shù)進(jìn)行各專業(yè)的三維形體建模，并且機(jī)電專業(yè)借助Autodesk Revit MEP 軟件平臺(tái)建立完備的機(jī)電設(shè)備三維族庫(kù)，最終完成整個(gè)水電站的BIM設(shè)計(jì)工作。由此可見(jiàn)，目前在水利工程建設(shè)項(xiàng)目中BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)階段應(yīng)用較為廣泛，后期施工階段的BIM應(yīng)用尚為薄弱[5]。

1 研究意義及內(nèi)容

1.1 研究意義

水利樞紐工程施工難度較高，存在很多專業(yè)性的大體積混凝土澆筑工程，大部分的異形構(gòu)件施工過(guò)程中存在施工難點(diǎn)，這些技術(shù)難點(diǎn)僅靠現(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)負(fù)責(zé)人及工程師很難解決，并且僅憑人力對(duì)未來(lái)可能存在的問(wèn)題無(wú)法形成預(yù)判。BIM技術(shù)的引入可以通過(guò)虛擬建造的方式對(duì)工程施工過(guò)程進(jìn)行模擬，并且對(duì)可能存在的問(wèn)題進(jìn)行預(yù)控，可以輔助工程師指導(dǎo)一線工人施工。

對(duì)于工程總承包商來(lái)說(shuō)工程結(jié)算及分階段支付一直以來(lái)都是個(gè)難點(diǎn)，工程的變更導(dǎo)致進(jìn)度延誤成本增加，從而總包商無(wú)法準(zhǔn)確地向分包商支付工程款。在整個(gè)項(xiàng)目的BIM應(yīng)用研究過(guò)程中，通過(guò)5D平臺(tái)實(shí)時(shí)更新模型獲取準(zhǔn)確的工程量、工程結(jié)算款及資金資源曲線，在工程總包商工程結(jié)算分階段支付的流程中起到輔助決策的作用，站在EPC工程總承包商的角度重點(diǎn)分析BIM理念和技術(shù)在EPC工程項(xiàng)目成本控制中的具體應(yīng)用，使整個(gè)項(xiàng)目的投入產(chǎn)出收益比達(dá)到最高，讓BIM技術(shù)可以發(fā)揮更大的價(jià)值。

1.2 研究?jī)?nèi)容

本研究以精細(xì)化管理的理念為指導(dǎo)，BIM技術(shù)從水利樞紐工程的設(shè)計(jì)階段介入深入到施工階段，除傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段的BIM應(yīng)用點(diǎn)外，深入挖掘在施工階段關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的其他BIM應(yīng)用點(diǎn)。因此本研究以廣西邕寧水利樞紐工程為例，重點(diǎn)研究在水利工程建設(shè)項(xiàng)目施工過(guò)程中成本的動(dòng)態(tài)管控，旨在降低施工成本，縮短施工工期，以提高水利項(xiàng)目成本管理效率，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目增值。

2 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

邕寧水利樞紐工程位于邕江干流南寧邕江河段下游青秀區(qū)仙葫開(kāi)發(fā)區(qū)牛灣半島處，上距老口航運(yùn)樞紐74 km，下距西津水電站124 km。邕寧樞紐是一座改善城市環(huán)境、水景觀、航運(yùn)為主，兼顧水力發(fā)電及其他的綜合性水利樞紐工程。

本項(xiàng)目在保證南寧市防洪排澇安全的前提下，適當(dāng)抬高江河段的城市景觀水位，改善南寧市的水環(huán)境，解決西津至老口河段航運(yùn)水位銜接問(wèn)題，兼顧水力發(fā)電，對(duì)加快推進(jìn)南寧“中國(guó)水城”建設(shè)，打造西江黃金水道和百里秀美邕江，進(jìn)一步提高南寧城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)，都具有重要意義。(圖1.水利樞紐1期工程效果圖)

本工程按水庫(kù)庫(kù)容劃分，屬大型水庫(kù)，樞紐工程等別為Ⅱ等。主要建設(shè)內(nèi)容有：攔河壩、13孔閘壩、發(fā)電廠房、航運(yùn)船閘及進(jìn)場(chǎng)交通公路，正常蓄水位67 m，總庫(kù)容7.1億m3，電站裝機(jī)容量57.6 MW(6×9.6 MW)，為燈泡貫流式機(jī)組，多年平均發(fā)電量2.206億千瓦時(shí)。

3 成本動(dòng)態(tài)管理的實(shí)現(xiàn)過(guò)程

3.1 二維圖紙整合校核

與傳統(tǒng)民用建筑相比，水利樞紐工程的二維圖紙更為復(fù)雜量大，專業(yè)構(gòu)建較多且龐雜，傳統(tǒng)二維圖紙表達(dá)方法不詳細(xì)、不準(zhǔn)確，因此需要對(duì)大量的圖紙進(jìn)行進(jìn)行整合和校核，為建模做充足的準(zhǔn)備工作，包括檢驗(yàn)圖紙的完整性、編排建模計(jì)劃等工作(如圖2所示)。圖紙的整合校核也是為后期的三維模型的準(zhǔn)確度提供前提，提升工程量匯總的準(zhǔn)確度。

圖2 二維圖紙校核

3.2 三維模型的創(chuàng)建

大壩整體模型展示(如圖3所示)，整體模型中主要包括接頭重力壩、魚(yú)道、安裝間、上下游尾水、發(fā)電廠房、溢流壩等分部工程。

四孔閘壩部分：采用WES實(shí)用堰開(kāi)敞式弧型門(mén)泄水閘壩，孔口尺寸為20 m×12.5 m(寬×高)；5#閘墩處設(shè)6 m寬的縱向?qū)ο喔?，壩頂設(shè)交通橋。溢流壩堰頂高程55.0 m，最大堰高11.0 m，壩頂高程81.8 m，最大壩高37.80 m，整體模型如圖4所示，細(xì)部構(gòu)造如圖5所示。

3.3 模型審核機(jī)制

由于目前BIM建模的國(guó)標(biāo)還不夠完善，建模過(guò)程中各人的建模細(xì)度容易產(chǎn)生差異，而且對(duì)模型審核環(huán)節(jié)長(zhǎng)時(shí)間的不重視，使得建模人員的水平參差不齊，因此模型的審核是確保最終模型準(zhǔn)確性的重要手段。該項(xiàng)目的圖紙復(fù)雜，三維構(gòu)件大部分都是異形構(gòu)件，更需要進(jìn)行審核監(jiān)督，只有模型的準(zhǔn)確度提升了才能確保工程量的準(zhǔn)確性。由總包方主持間隔兩周組織一次會(huì)議，由各專業(yè)技術(shù)負(fù)責(zé)人和工程師共同進(jìn)行審核。

3.4 三維模型提取工程量

與傳統(tǒng)二維模式下的工程算量相比，三維模型工程量提取準(zhǔn)確率明顯提高。計(jì)算三維模型的工程量可以通過(guò)算量軟件進(jìn)行算量也可以直接基于RVT模型統(tǒng)計(jì)工程量。

圖3 大壩整體模型

圖4 四孔閘壩整體模型

圖5 四孔閘壩細(xì)部構(gòu)造

通過(guò)算量軟件進(jìn)行工程量匯總，是基于外部算量軟件進(jìn)行工程量統(tǒng)計(jì)，需要對(duì)算量模型設(shè)置映射規(guī)則進(jìn)行映射之后導(dǎo)入算量軟件再進(jìn)行工程量統(tǒng)計(jì)。該流程需要BIM造價(jià)人員對(duì)圖紙以及模型非常熟悉，前期必須準(zhǔn)確地設(shè)置映射規(guī)則以確保后期算量軟件計(jì)算工程量的準(zhǔn)確性，基本流程如圖6所示。

圖6 三維模型工程量匯總基本流程

也可以直接基于RVT模型統(tǒng)計(jì)出工程量，有兩種方式：明細(xì)表式和插件式。由于需要在后期與造價(jià)信息相關(guān)聯(lián)，因此需要在模型中對(duì)構(gòu)件的屬性及字段進(jìn)行設(shè)置以便于后期與工程量清單相匹配，在模型中不能體現(xiàn)的工程量結(jié)合二維圖紙算量確保工程量準(zhǔn)確，基本流程如圖7所示。

3.5 信息關(guān)聯(lián)進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理

工程施工過(guò)程中的動(dòng)態(tài)管理是通過(guò)三維模型將進(jìn)度信息與成本信息關(guān)聯(lián)在一起，成本隨著進(jìn)度的變化能發(fā)生實(shí)時(shí)的更新，并且可以根據(jù)三維模型的更新實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)。該功能實(shí)現(xiàn)前提是能夠?qū)?gòu)件可以完全識(shí)別的同時(shí)與進(jìn)度信息和成本信息可以完全一一映射，當(dāng)選中部分構(gòu)件的同時(shí)，進(jìn)度信息驅(qū)動(dòng)成本信息形成動(dòng)態(tài)更新的狀態(tài)，以便于現(xiàn)場(chǎng)管理人員進(jìn)行管理，并且為決策者提供輔助決策方案讓他們?cè)谕葪l件下可以做出最優(yōu)的選擇。

動(dòng)態(tài)管理還可以單獨(dú)利用進(jìn)度信息與三維模型的聯(lián)動(dòng)進(jìn)行虛擬建造，提前預(yù)測(cè)施工過(guò)程中可能存在的問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)負(fù)責(zé)人可利用施工模擬的視頻對(duì)一線工人進(jìn)行指導(dǎo)施工[4]，不僅為現(xiàn)場(chǎng)管理減輕工作量而且一線工人的規(guī)范施工也提高了施工質(zhì)量，間接降低了事故的發(fā)生率。(如圖11、圖12所示)

圖7 基于模型匯總工程量的方法

圖8 信息之間的關(guān)聯(lián)

圖9 工程預(yù)算清單與模型的關(guān)聯(lián)

在進(jìn)度信息與成本信息形成間接關(guān)聯(lián)之后，可以通過(guò)選中構(gòu)件或選中進(jìn)度的方式來(lái)匯總出工程量以及工程價(jià)款，為工程總承包商進(jìn)行工程價(jià)款結(jié)算提供依據(jù)，減輕造價(jià)人員的工作量提升工作效率，通過(guò)軟件的計(jì)算也提高了準(zhǔn)確率(如圖13 所示)。

圖10 進(jìn)度信息與模型的關(guān)聯(lián)

圖11 施工模擬動(dòng)畫(huà)(瞬間)

圖12 3#～4#閘墩現(xiàn)場(chǎng)施工圖

圖13 工程價(jià)款結(jié)算

4 結(jié)語(yǔ)

從項(xiàng)目應(yīng)用來(lái)看，國(guó)內(nèi)將BIM技術(shù)全面應(yīng)用于水利樞紐工程的案例很少，在該項(xiàng)目中BIM技術(shù)的應(yīng)用對(duì)進(jìn)度成本的控制有著明顯的作用，在前期對(duì)大量二維圖紙的管理和校核也提供了便利，大大提升了各專業(yè)技術(shù)負(fù)責(zé)人的工作效率。構(gòu)建三維模型與各類(lèi)信息的關(guān)聯(lián)對(duì)項(xiàng)目總承包方提供輔助決策方案，在施工模擬過(guò)程中減輕了現(xiàn)場(chǎng)管理的工作量，間接提升了工程施工質(zhì)量；在進(jìn)度管理過(guò)程中，及時(shí)更新數(shù)據(jù)有效縮短了施工工期，并降低了施工成本；在成本管控方面為總包方進(jìn)行工程價(jià)款的結(jié)算提供了便利。

從項(xiàng)目管理的理論看，將先進(jìn)的項(xiàng)目管理工具與項(xiàng)目管理控制方法理論相結(jié)合，搭建成本動(dòng)態(tài)控制體系，能夠豐富項(xiàng)目管理理論[2]。制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，將設(shè)計(jì)階段的深化設(shè)計(jì)模型集中到管理平臺(tái)用于施工階段，更多的關(guān)注事前和事中成本控制，同時(shí)充分利用上游的設(shè)計(jì)階段成果向工作流下游傳遞，完成數(shù)據(jù)的交互，從某種意義上完善了BIM技術(shù)從設(shè)計(jì)階段向施工階段應(yīng)用過(guò)渡的體系，為以后水利建設(shè)工程項(xiàng)目的BIM應(yīng)用提供可指導(dǎo)性方向。

綜上所述，基于BIM-5D技術(shù)在EPC項(xiàng)目中的成本動(dòng)態(tài)控制平臺(tái)的搭建能夠豐富項(xiàng)目管理和成本控制的理論，為實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目施工階段的精細(xì)化管理提供可能，提高企業(yè)管理能力，增強(qiáng)企業(yè)效益和核心競(jìng)爭(zhēng)力，從而促使整個(gè)建筑業(yè)生產(chǎn)效率的提高。

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