基于BIM的結(jié)構(gòu)施工工程管理研究

(華南理工大學(xué) 廣東 廣州 510640)

引言

近年來，建筑信息模型(BIM)在建筑工程中使用的深度與廣度不斷拓展，為工程建設(shè)節(jié)省了大量人力與物力。與此同時，人們對BIM的建模精度的要求越來越高，以滿足日益提高的工程質(zhì)量與速度的要求。

隨著中國城市化和現(xiàn)代化的發(fā)展，土木工程在房屋建筑、道路工程和橋梁工程蓬勃發(fā)展。如何將設(shè)計、施工和成本計算高效結(jié)合，是土木工程繼續(xù)發(fā)展的難題之一。為解決這一難題，BIM應(yīng)運而生，它可以幫助建筑信息的集成，從建筑的設(shè)計、施工、運行直到建筑全壽命周期成本，都匯集在同一個三維模型信息庫中，有效提高工程各階段的完成效率。

成本估算是一種預(yù)測過程，該過程需要對前期投資、各項項目及活動所需的資源及成本進行量化。此過程完成得越準確，項目的可實施性就越強。不同文獻針對結(jié)構(gòu)成本估算建立了不同的模型。建筑信息模型(BIM)是一款可以模擬工程建設(shè)和運營的計算機軟件模型(AGC，2006)。BIM所具備的優(yōu)勢能幫助項目參與者進行工程全生命周期的管理(ASHARE，2010)[1]。并且BIM的應(yīng)用已經(jīng)擴展到4D和5D層面，在4D方面的使用即為將時間表與3D模型相結(jié)合；在5D方面的使用即為在4D的基礎(chǔ)上量化材料信息并且進行成本估算(McCuen，2008)[2]。

本文提出了將BIM與成本估算有效結(jié)合的方法，建立CEM模型，并且實現(xiàn)分組、可視化與數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能，同時建立了一種能考慮特定日期的現(xiàn)金流與項目成本計算方法。

一、在成本估算中使用BIM

成本估算過程中，通常需要工程師對圖紙進行手算，這樣的計算方式效率和準確率都比較低，一為人為計算失誤的可能性較高，二為原始圖紙也可能存在不準確之處。針對圖紙的成本手算時間取決于圖紙的復(fù)雜程度，其中工程師50～80%的時間花費在了量化構(gòu)件信息這一過程中(Autodesk AutoCAD)。和參考圖紙相比，本文提出的子程序可以直接讀取BIM模型，量化材料用量，進行成本估算，可視化同時可以導(dǎo)出到Excel表格中，并且成本能隨時與模型修改進行同步修改。避免了人為的計算失誤，同時極大地節(jié)省時間和計算成本[3]。

當然，BIM也有一定的局限性，包括：BIM模型豐富程度不足，無法涵蓋真實市場情況和更多施工細節(jié)，缺乏從不同工程參與方角度的進行成本估算等Shen et al.同時BIM生成的材料用量因為缺乏相關(guān)施工方法和設(shè)備的知道，這些材料量無法直接用于生產(chǎn)活動(Shen&Issa，2010)[4]，為解決此問題，他們提出BIM-輔助細節(jié)估算(BADE)方法，該方法能幫助專業(yè)人員借助BIM模型的3D可視化和參數(shù)化功能，將其專業(yè)知識與BIM模型相結(jié)合。

二、詳細成本估算的CEM法

本文提出的方法是一種適用于幾乎所有工程的方法論，它集成了：自動提取BIM的數(shù)量特征；結(jié)構(gòu)施工方法的建模工具和庫；可視化功能，以便提供準確的詳細成本估算。包括以下四個步驟：1)開發(fā)3D CEM模型；2)可視化施工步驟和創(chuàng)建組；3)信息導(dǎo)出；4)進行成本估算。

(一)3D CEM模型

3D結(jié)構(gòu)模型不可由其他軟件進行開發(fā)的，因CEM軟件是為了輔助REVIT軟件而開發(fā)的或可說CEM是為了開發(fā)REVIT的3D模型設(shè)計，其不只能夠為您計算，還可以告訴您每種材料的本質(zhì)，如材料種類、型號、長短、切面面積、容積(水泥，鐵).

REVIT能表示結(jié)構(gòu)的三維模型，本文開發(fā)的CEM能儲存3D模型中所包含的模型信息，包括材料種類、型號、長短、切面面積、容積(水泥，鋼)等。

(二)可視化施工步驟和創(chuàng)建組

本文通過集成多項內(nèi)容來實現(xiàn)施工的可視化，包括：3D-CEM模型、施工方法建模工具和相應(yīng)的庫等。

本文提出的方法考慮了混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)施工方法上和步驟上的不同，對結(jié)構(gòu)部件進行分組，從而進行施工分階段的成本估算。對于混凝土結(jié)構(gòu)，考慮的方法為：固定模版現(xiàn)場澆筑、分部施工、預(yù)制組裝。對于鋼結(jié)構(gòu)，考慮方法為預(yù)制組裝。

(三)信息導(dǎo)出

大多數(shù)成本估算建模軟件都允許使用應(yīng)用程序編程接口(API)，可以將多種編程語言(例如C#和Visual Basic)創(chuàng)建的子程序通過API來擴展軟件的使用用途。本文使用C#編程語言創(chuàng)建子程序，其功能為：添加信息與估算結(jié)論；總結(jié)組件屬性，包括ID、材料屬性、幾何屬性等。工程估算人員需要使用上述信息來進行材料、人工和設(shè)備成本的估算。

(四)成本估算

本節(jié)介紹4D CEM建模方法，即利用API和MS Excel工作表計算特定日期的現(xiàn)金支出。4D建模需要將時間表與CEM模型連接在一起，由此將所需數(shù)據(jù)在特定的時間點可視化，包括顯示該日期需要完成的工作，并將實際工作與計劃工作進行比較。

本文提出的方法和步驟包括：1)使用Revit Structures中“任務(wù)管理器”模塊制定項目時間表；2)將CEM模型組件鏈接到相關(guān)任務(wù)；3)確定支出計算日期；4)使用C#開發(fā)的子程序?qū)⒛Ｐ徒M件的數(shù)量及用戶定義的信息提取到MS Excel工作表中，再使用開發(fā)的宏鏈接到項目BOQ。該宏用于執(zhí)行鏈接的屬性是BOQ的編號，使用“Export to Excel”功能。然后通過從BOQ檢索到的單價與所有模型組件的API提取的數(shù)量的乘積之和計算總現(xiàn)金支出。

三、結(jié)論

本文介紹了CEM在詳細成本估算和現(xiàn)金流計算中的使用。提出一種詳細成本估算的方法，該方法依賴于向模型組件添加新信息，而這些信息可以從可視化過程中獲得，該過程可以通過集成3D模型和CEM模型來應(yīng)用，也借助專業(yè)人員的知識經(jīng)驗獲得。添加的信息包括：施工方法(混凝土和鋼結(jié)構(gòu))、與合同文件相關(guān)的信息(承包商、分包商、供應(yīng)商名稱)、工程量清單(BOQ)中項目對象的標號。通過使用C#語言開發(fā)的程序，將模型組件的屬性(ID、體積、長度、澆筑類型和材料類型等)導(dǎo)出到Excel工作表，通過該工作表可以執(zhí)行成本估算流程。在現(xiàn)金流計算中，提出一種依賴于CEM 4D功能的方法，即在考察日期與組件信息提取到Excel工作表，使用宏將該工作表與項目得BOQ鏈接起來，由此計算該日期的總現(xiàn)金支出，以進行更精確的成本估算，從而提高工程管理效率。