Tekla-BIM 在鋼構(gòu)工程全生命周期造價(jià)管理的應(yīng)用
——以管桁架鋼屋蓋為例

鄭惠珍

（黎明職業(yè)大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，福建 泉州，362000）

2019 年住建部建設(shè)市場(chǎng)監(jiān)管司發(fā)布首條工作要點(diǎn)，提出要開(kāi)展鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅建設(shè)試點(diǎn)，裝配式鋼結(jié)構(gòu)成為發(fā)展熱點(diǎn)，而隨著越來(lái)越多大型工程項(xiàng)目的開(kāi)展，傳統(tǒng)管理模式開(kāi)始存在許多局限性，如信息數(shù)據(jù)難以共享、傳遞失真，管理效率低下等［1］?；贐IM 的全生命周期造價(jià)管理模式可在項(xiàng)目決策、設(shè)計(jì)、招投標(biāo)、施工、運(yùn)維、拆除等全生命周期過(guò)程中進(jìn)行造價(jià)管理，實(shí)現(xiàn)全生命周期造價(jià)管理信息的共享，提高管理效率，降低成本等。但是目前我國(guó)工程造價(jià)咨詢還缺乏全生命周期造價(jià)管理的意識(shí)［2］，基于BIM 技術(shù)的全生命周期造價(jià)管理應(yīng)用研究較少［3-4］。目前基于BIM 技術(shù)的全生命周期管理研究還處在初步研究階段，隨著我國(guó)對(duì)BIM 技術(shù)及裝配式建筑的不斷推廣，BIM 技術(shù)在裝配式鋼構(gòu)工程的應(yīng)用必將迎來(lái)全新的發(fā)展機(jī)遇。作為BIM 軟件之一，Tekla 強(qiáng)大的3D 視圖等功能［5］對(duì)于其在裝配式鋼構(gòu)工程的全生命周期造價(jià)管理上的應(yīng)用有重要意義。

1 管桁架鋼屋蓋Tekla3D 建模

以典型的管桁架屋頂為例，說(shuō)明Tekla 在裝配式鋼構(gòu)工程中的建模應(yīng)用，其Tekla3D 模型如圖1 所示。管桁架結(jié)構(gòu)的Tekla 建模常用方法主要有兩種，一是點(diǎn)坐標(biāo)法；二是三維線模導(dǎo)入法。

圖1 管桁架鋼屋蓋Tekla3D 模型

點(diǎn)坐標(biāo)建模法首先通過(guò)TureTable 插件提取CAD 圖紙中的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，導(dǎo)入到excel 中，并將excel數(shù)據(jù)修改成系統(tǒng)8 號(hào)節(jié)點(diǎn)所需的文本格式，即輸入三維坐標(biāo)x，y，z 格式的txt 文本，并復(fù)制到Tekla 模型文件夾中。其次打開(kāi)Tekla 系統(tǒng)8 號(hào)節(jié)點(diǎn)，即創(chuàng)建點(diǎn)輸入節(jié)點(diǎn)，在ASCII file name 中輸入包含后綴的該文件名，即可在軟件中生成坐標(biāo)點(diǎn)。最后通過(guò)點(diǎn)的連線準(zhǔn)確定位搭建桿件，通過(guò)Tekla 系統(tǒng)23 號(hào)節(jié)點(diǎn)（管相貫）創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)。

三維線模導(dǎo)入建模法又分兩種，一是直接導(dǎo)入?yún)⒖寄Ｐ洼o助定位搭建桿件，二是輸入DWG 輔助線參考建?；蛑付ń孛鎸?dǎo)入實(shí)體建模。前提都是CAD 圖紙中要有三維線框的模型，然后將不同桿件的CAD 三維線框，通過(guò)Tekla 軟件輸入?yún)⒖寄Ｐ椭械膭?chuàng)建零件或創(chuàng)建參考線方式分批導(dǎo)入，若導(dǎo)入的是參考線模式還需在軟件中根據(jù)參考線進(jìn)行描圖法建立模型。

2 全生命周期造價(jià)管理

以管桁架鋼屋蓋為例，Tekla3D 建模后，結(jié)合其他BIM 軟件實(shí)現(xiàn)全生命周期造價(jià)管理應(yīng)用。

2.1 決策階段

研究表明，決策在整個(gè)工程建設(shè)中造價(jià)的影響因子為0.8［6］，起關(guān)鍵作用。傳統(tǒng)做法是通過(guò)收集大量數(shù)據(jù)去研究項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上的可行性，工作效率低，利用基于Tekla 等BIM 軟件集成的全生命周期數(shù)據(jù)庫(kù)，調(diào)取與案例相似的Tekla 歷史模型和造價(jià)指標(biāo)等進(jìn)行參考，如圖2 所示，并利用Tekla 軟件建立3D 概念模型，便于項(xiàng)目各方的交流和在最短時(shí)間內(nèi)做出決策，且可直接導(dǎo)出粗略工程量，結(jié)合案例特點(diǎn)和歷史參考數(shù)據(jù)，利用計(jì)價(jià)軟件得出估算價(jià)。

圖2 形成BIM 數(shù)據(jù)庫(kù)

2.2 設(shè)計(jì)階段

2.2.1 設(shè)計(jì)概算

設(shè)計(jì)階段主要是進(jìn)行限額設(shè)計(jì)，從BIM 歷史造價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)中查找相似項(xiàng)目調(diào)取設(shè)計(jì)指標(biāo)和限額指標(biāo)，根據(jù)各指標(biāo)基于Tekla 軟件進(jìn)行項(xiàng)目初步建模設(shè)計(jì)，同時(shí)由軟件導(dǎo)出工程量并進(jìn)行計(jì)價(jià)，根據(jù)限額指標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，根據(jù)優(yōu)化后的初步設(shè)計(jì)方案確定概算價(jià)。

2.2.2 施工圖預(yù)算

根據(jù)設(shè)計(jì)概算建立詳細(xì)的Tekla3D 模型如圖1 所示，且可利用Tekla BIMsight 將設(shè)備管道等其他專業(yè)模型整合在一起進(jìn)行碰撞檢查，避免因前期設(shè)計(jì)深度不夠?qū)е率┕み^(guò)程中出現(xiàn)頻繁變更、簽證等問(wèn)題。此外Tekla 可導(dǎo)出材料統(tǒng)計(jì)清單，從該清單可直觀得到該管桁架屋蓋所需的材料長(zhǎng)度、重量等信息，無(wú)需再進(jìn)行手工算量統(tǒng)計(jì)，根據(jù)材料清單，結(jié)合計(jì)價(jià)軟件可編制施工圖預(yù)算，如圖3 所示，相比傳統(tǒng)做法，該法避免了繁瑣的手算工作和手算導(dǎo)致的工程量錯(cuò)漏問(wèn)題，利于將節(jié)省出的寶貴時(shí)間用于項(xiàng)目全生命階段的造價(jià)控制。

圖3 基于Tekla 的施工圖預(yù)算

2.3 招投標(biāo)階段

基于BIM 技術(shù)的招投標(biāo)階段，業(yè)主或其委托的咨詢公司可通過(guò)設(shè)計(jì)階段給定的Tekla 模型快速獲取準(zhǔn)確的工程量如圖4 所示，依據(jù)施工圖預(yù)算編制工程量清單和招標(biāo)控制價(jià)等招標(biāo)文件，并將Tekla 模型和招標(biāo)文件一同發(fā)給投標(biāo)單位。投標(biāo)單位根據(jù)Tekla 模型可快速準(zhǔn)確地導(dǎo)出工程量并編制投標(biāo)價(jià)。相比傳統(tǒng)做法，基于BIM 技術(shù)的招投標(biāo)，為投標(biāo)方節(jié)省了繁復(fù)的手算時(shí)間，利于將更多的時(shí)間用于投標(biāo)策略的制定和優(yōu)化。

圖4 基于Tekla 的工程量清單提取

2.4 合同簽訂階段

基于BIM 技術(shù)的合同簽訂階段，承發(fā)包雙方除按傳統(tǒng)做法簽訂合同外，造價(jià)咨詢公司還可依據(jù)Tekla3D 模型和合同條款，建立一個(gè)與合同價(jià)對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)Tekla 模型，作為工程后期變更和結(jié)算的依據(jù)。

2.5 施工階段

利用Tekla 任務(wù)管理器可編制施工計(jì)劃及繪制甘特圖，該管桁架鋼屋蓋利用Tekla 編制的甘特圖如圖5 所示，任務(wù)進(jìn)度可以保證項(xiàng)目在預(yù)算內(nèi)完成，可以在整個(gè)項(xiàng)目不同階段和細(xì)節(jié)上進(jìn)行進(jìn)度管理。詳實(shí)的4D 施工動(dòng)畫(huà)模擬需結(jié)合其他軟件如Navisworks 等進(jìn)行模擬，或?qū)ekla 進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，在軟件中創(chuàng)建起重機(jī)模型，通過(guò)Api 進(jìn)行起重控制模擬吊裝。結(jié)合Tekla Field3D 軟件可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)管理，該軟件可在任意智能手機(jī)或iPad 上安裝使用，方便施工管理人員在工地移動(dòng)查看和提取工程3D 模型信息進(jìn)行質(zhì)量控制和管理，并可結(jié)合模型云平臺(tái)［7］即利用Tekla BIMSight 軟件對(duì)項(xiàng)目實(shí)施動(dòng)態(tài)管理及數(shù)據(jù)共享，進(jìn)行協(xié)同管理及合作。

圖5 Tekla 任務(wù)管理器

Tekla 模型記錄了項(xiàng)目施工過(guò)程中的各種進(jìn)度信息，造價(jià)咨詢公司可按施工進(jìn)度在模型中快速提取工程量，加快項(xiàng)目進(jìn)度款結(jié)算與支付進(jìn)程。施工中若出現(xiàn)變更，可直接在Tekla 模型上修改，修改完后軟件可自動(dòng)更新工程量。若出現(xiàn)多種變更方案，可分別更改各模型并進(jìn)行造價(jià)對(duì)比，提高工程施工中造價(jià)變更控制能力，避免施工過(guò)程中亂簽證，人為增加造價(jià)的情況。

2.6 竣工階段

由于在施工過(guò)程中已根據(jù)變更調(diào)整了Tekla 模型，竣工時(shí)模型基本與實(shí)際工程一致，準(zhǔn)確記錄了該項(xiàng)目在整個(gè)施工階段的價(jià)格等相關(guān)數(shù)據(jù)，由Tekla 最終模型直接導(dǎo)出結(jié)算工程量，避免傳統(tǒng)模式到竣工階段數(shù)據(jù)丟失、工程量核對(duì)混亂等現(xiàn)象發(fā)生。造價(jià)咨詢公司通過(guò)Tekla 竣工模型可快速準(zhǔn)確審核承包方遞交的工程竣工結(jié)算資料，協(xié)助發(fā)承包雙方更快根據(jù)合同相關(guān)約定條款進(jìn)行工程竣工結(jié)算，避免經(jīng)濟(jì)糾紛和索賠。

2.7 運(yùn)維階段

運(yùn)維階段是建設(shè)項(xiàng)目所有階段中花費(fèi)成本最高的階段，該階段的成本控制也尤為重要，但目前國(guó)內(nèi)BIM 運(yùn)維軟件相對(duì)較少，主要有EcoDomus 等。傳統(tǒng)的運(yùn)維模式存在數(shù)據(jù)收集困難、運(yùn)維成本高等缺點(diǎn)，Tekla—BIM 技術(shù)在運(yùn)維階段的運(yùn)用，主要是利用BIM 運(yùn)維軟件將竣工交付的Tekla 模型和機(jī)電設(shè)備、傳感器等的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)相集成，即將Tekla 模型+GIS（地理信息系統(tǒng)）+BAS（樓宇自控系統(tǒng)）+RFID（無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)）等BIM 技術(shù)整合在統(tǒng)一的BIM 運(yùn)維平臺(tái)上［8］，如圖6 所示，在該平臺(tái)上提取數(shù)據(jù)為管理人員提供建筑3D 可視化技術(shù)和建筑物性能的智能分析，便于在項(xiàng)目運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行實(shí)時(shí)漫游管控、報(bào)警、消防等安全管理，隱蔽設(shè)備管線監(jiān)控維修、資產(chǎn)報(bào)表、能耗預(yù)警、環(huán)境管理和評(píng)估等，并為項(xiàng)目后期改造、維修提供事前成本控制的維護(hù)方案，且BIM 集成數(shù)據(jù)庫(kù)保留的全生命周期的所有數(shù)據(jù)，可為后期類似工程項(xiàng)目提供數(shù)據(jù)參考。

圖6 BIM 運(yùn)維軟件集成

2.8 拆除階段

目前BIM 技術(shù)應(yīng)用于拆除階段的研究相對(duì)較少，傳統(tǒng)的建筑工程拆除往往存在安全事故隱患高、建筑垃圾處理困難，粉塵、噪音污染等環(huán)境問(wèn)題?；贐IM 技術(shù)的裝配式鋼構(gòu)工程的拆除，可利用Tekla軟件創(chuàng)建拆運(yùn)如圖7 所示，主要用于分組拆運(yùn)管理及追蹤拆運(yùn)的構(gòu)件編號(hào)和重量，如果一次指定拆運(yùn)重量超出計(jì)劃重量，軟件還會(huì)提示最大拆運(yùn)重量溢出是否繼續(xù)。此外還可將Tekla 模型結(jié)合Navisworks 對(duì)拆除方案進(jìn)行動(dòng)畫(huà)模擬及方案優(yōu)化，如模擬拆除順序，預(yù)知拆除難點(diǎn)及處理方案，基于BIM 和RFID 技術(shù)可對(duì)拆除現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控［9］，便于安全管理。

圖7 Tekla 軟件拆運(yùn)管理

從Tekla 模型中可篩選分類出可回收、不可回收利用的材料，提高構(gòu)件重復(fù)利用率，減少建筑垃圾，從Tekla 中導(dǎo)出拆除工程量，計(jì)算出鋼構(gòu)可回收的拆除構(gòu)件殘值并確定建筑垃圾排放量，制定建筑垃圾的分類堆放及車輛的調(diào)度等計(jì)劃，充分利用建筑資源，控制拆除成本。將GIS 和BIM 技術(shù)進(jìn)行整合［9］，可得到拆除建筑周邊環(huán)境的量化數(shù)據(jù)，采取措施控制粉塵、噪音等對(duì)周邊環(huán)境的影響，實(shí)現(xiàn)綠色拆除。

3 結(jié)論

運(yùn)用Tekla—BIM 技術(shù)的全生命周期造價(jià)管理，主要是在創(chuàng)建Tekla3D 可視化模型基礎(chǔ)上，在決策、設(shè)計(jì)階段同時(shí)基于BIM 數(shù)據(jù)庫(kù)造價(jià)指標(biāo)基礎(chǔ)上進(jìn)行造價(jià)管理，在招投標(biāo)、施工階段主要是對(duì)模型進(jìn)行實(shí)時(shí)更新并同步導(dǎo)出材料統(tǒng)計(jì)清單等進(jìn)行造價(jià)管理，運(yùn)維、拆除階段結(jié)合其他如GIS、Navisworks 等BIM 軟件或者數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行更新管理并構(gòu)建的平臺(tái)進(jìn)行造價(jià)管理，即全生命周期造價(jià)管理過(guò)程中數(shù)據(jù)信息的多方協(xié)同共享，是依賴于多個(gè)BIM 軟件、BIM 平臺(tái)或者數(shù)據(jù)庫(kù)完成的，但是目前BIM 技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用還處于初步階段，所以未來(lái)BIM 技術(shù)的不斷創(chuàng)新發(fā)展，也將對(duì)全生命周期造價(jià)管理帶來(lái)變革。