基于BIM技術(shù)的裝配式建筑造價精益管理分析

費立勇

(中鐵十六局集團有限公司 北京 100018)

1 引言

BIM技術(shù)可以更準確、快速地獲取各種造價信息，提高項目成本管理和信息化水平[1-2]，具有較高的應(yīng)用價值[3]?；诖?，許多研究人員利用BIM技術(shù)對建筑工程開展了多角度精細化管理[4-6]。盡管如此，目前結(jié)合BIM技術(shù)對建筑工程的造價進行精細化管控仍然缺乏。本文依托BIM技術(shù)，分析裝配式建筑設(shè)計、生產(chǎn)、物流和裝配四個階段的成本管理問題[7]，提出了基于BIM技術(shù)的裝配式預(yù)制構(gòu)件成本控制策略。

2 建筑造價控制與BIM技術(shù)結(jié)合效率分析

2.1 提高裝配式建筑設(shè)計效率

設(shè)計過程中，各專業(yè)的設(shè)計人員都可以通過BIM平臺實現(xiàn)自己的訴求。通過對BIM模型的碰撞仿真模擬，查缺疏漏，降低設(shè)計變更成本。

2.2 降低裝配式建筑設(shè)計誤差

精益設(shè)計預(yù)制構(gòu)件的尺寸、混凝土保護層厚度、鋼筋直徑及間距，避免因為粗糙設(shè)計問題，導(dǎo)致預(yù)制構(gòu)件在吊裝過程，直接影響預(yù)制件的成本控制。

3 建筑造價綜合分析

3.1 設(shè)計階段

裝配式預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計方案是否合理，將直接影響其總造價。同傳統(tǒng)現(xiàn)澆式建筑設(shè)計方案不同，預(yù)制構(gòu)件除了要實現(xiàn)標準化設(shè)計外，還要綜合分析設(shè)計、生產(chǎn)制造、設(shè)備運輸以及施工現(xiàn)場裝配的關(guān)系是否合理。即使是設(shè)計人員和造價工程師存在不能完全掌握的方面，裝配式建筑設(shè)計人員也應(yīng)將造價控制的思想貫穿設(shè)計全過程。利用BIM技術(shù)建立由構(gòu)件和部件組成的信息交流和共享平臺，降低成本。

3.2 生產(chǎn)階段

裝配式預(yù)制能有效控制常見的混凝土質(zhì)量通病，但缺點是造價要比現(xiàn)澆式構(gòu)件高出不少。

(1)人工費

預(yù)制過程中增加了機械設(shè)備的使用量，使勞動力消耗降低。但是由于裝配式建筑推廣不夠廣泛，大多建造形式還是傳統(tǒng)的現(xiàn)澆式，熟練從事裝配式構(gòu)件生產(chǎn)的工人數(shù)量有限，導(dǎo)致勞動力成本相對較高[8]。

(2)材料費

同一構(gòu)件的工廠預(yù)制與施工現(xiàn)場使用的材料量差別很小。但是，工廠預(yù)制生產(chǎn)制造管理更為精細，材料浪費減少。因此，工廠化預(yù)制的材料成本相對于現(xiàn)澆構(gòu)件有所降低[9]。

(3)模具攤銷費

預(yù)制件形式多樣，種類復(fù)雜，部分模具使用次數(shù)不高，導(dǎo)致材料攤銷成本相應(yīng)增加[10]。

(4)預(yù)埋件成本

在預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)過程中，預(yù)埋管線也同時放置，該成本也納入預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)成本中。

(5)水電費

裝配式構(gòu)件在集中工廠化生產(chǎn)制造中的水電用量均低于傳統(tǒng)的現(xiàn)澆式構(gòu)件。

3.3 倉儲運輸階段

通過分析倉儲運輸成本的每一個過程階段的預(yù)制件，可以看出運輸階段的成本主要是由業(yè)主、供應(yīng)商和承包商承擔(dān)，但具體的運輸成本應(yīng)根據(jù)簽署的合同為依據(jù)。一般來說，倉儲和直接運輸?shù)浇M裝現(xiàn)場的費用應(yīng)由預(yù)制工廠承擔(dān)。施工現(xiàn)場裝配的臨時保管費用和二次吊裝費用由承包商承擔(dān)。然而，從裝配式建筑的總成本來看，倉儲和運輸?shù)某杀净旧贤ㄟ^合同轉(zhuǎn)移到裝配式總成本中。如果任何部分的倉儲運輸成本過高，將不利于倉儲運輸階段總成本的控制。

3.4 裝配階段

(1)垂直運輸費

預(yù)制構(gòu)件裝配式施工現(xiàn)場主要采用垂直運輸方式，成本與工作量成正比增加關(guān)系。

(2)吊裝人員人工費

預(yù)制構(gòu)件吊裝需要機械操作人員具有更高技術(shù)，人工費也會有所提高。熟練的機械操作人員能夠加快預(yù)制構(gòu)件的吊裝速度，降低裝配式拼裝的成本。

(3)現(xiàn)澆部分工料機

在裝配式建筑中仍有一些現(xiàn)澆構(gòu)件。由于這些構(gòu)件分布分散且混凝土用量較少，一般采用塔機與吊桶聯(lián)合澆筑，施工效率不高。

(4)措施費

不需逐層搭設(shè)腳手架，腳手架用量減少，措施費用相對降低。

4 工程實例分析

4.1 工程背景

曹妃甸海語昕居房建項目位于曹妃甸新城，項目占地面積100畝，建筑面積為157 621.04 m2，其中地上119 998.39 m2，地下37 622.65 m2，容積率1.80。住宅樓為鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，其中4#樓、14#、15#樓為裝配式建筑。為了更好地實現(xiàn)本項目各項既定建設(shè)目標及為本項目裝配式建筑評定增加優(yōu)勢，將BIM技術(shù)應(yīng)用到本裝配式建筑項目的整個建造過程。

4.2 設(shè)計階段

4.2.1 初步設(shè)計

在初步設(shè)計階段，根據(jù)裝配式建筑項目的外形及功能需求，戶型選擇一般偏重居住舒適。在海語昕居房建項目初步設(shè)計階段，為加快項目的組裝效率，兼具滿足項目功能要求，采用標準化戶型模塊設(shè)計。

在設(shè)計過程中，通過基礎(chǔ)模塊(標準模塊、可變模塊和固定模塊)的組合，建立了戶型數(shù)據(jù)庫，全面考慮不同居住群體的個性化需求，如圖1所示。此外，還應(yīng)建立滿足工程需求的預(yù)制樓梯、疊合板以及整體廚衛(wèi)等標準化圖庫來提高工程設(shè)計標準化水平，保證設(shè)計質(zhì)量，降低裝配式建筑的成本，提高建筑產(chǎn)品的價值。

圖1 戶型模塊化設(shè)計示意

4.2.2 深化設(shè)計

在初步設(shè)計階段，裝配式建筑工程就已進行過項目預(yù)算。在滿足工程建筑功能的基礎(chǔ)上，通過深化設(shè)計，達到優(yōu)化造價的目的。由于裝配式建筑的設(shè)計規(guī)范還不全面，在嚴格遵循已有的設(shè)計規(guī)范基礎(chǔ)上，建立基于BIM技術(shù)的多專業(yè)協(xié)同工作平臺，實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)、裝飾、機電等不同專業(yè)裝配式建筑工程的一體化、并行設(shè)計[11]。

在深化設(shè)計階段，基于BIM技術(shù)進行并行建模(見圖2)，及時優(yōu)化碰撞檢查發(fā)現(xiàn)的設(shè)計問題，避免后續(xù)施工返工浪費。

圖2 建筑、結(jié)構(gòu)、機電并行設(shè)計模型

現(xiàn)澆梁與預(yù)制墻在初步設(shè)計階段存在沖突，如圖3所示。本項目及時建立BIM模型進行碰撞檢查，發(fā)現(xiàn)問題并不斷優(yōu)化，修正涉及碰撞問題308個。

圖3 碰撞檢查示意

4.3 構(gòu)件生產(chǎn)階段

4.3.1 準時生產(chǎn)制度

根據(jù)施工現(xiàn)場裝配的實際情況，利用準時生產(chǎn)系統(tǒng)制定裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)計劃。通過BIM信息共享平臺實時獲取裝配組裝進度，并根據(jù)施工進度及時調(diào)整生產(chǎn)制造計劃。為確保預(yù)制件的準時供應(yīng)，形成了規(guī)范的預(yù)制件庫，既能滿足預(yù)制件工廠的大規(guī)模生產(chǎn)，又能滿足施工現(xiàn)場的安裝要求。準確反映構(gòu)件、接頭樣品、吊裝點、構(gòu)件支撐等規(guī)格尺寸，指導(dǎo)構(gòu)件的生產(chǎn)制造。

4.3.2 供應(yīng)鏈管理

基于BIM信息平臺，可以隨時確定裝配構(gòu)件的實時位置，確保準時生產(chǎn)系統(tǒng)的有序?qū)嵤12]。

4.4 現(xiàn)場裝配階段

4.4.1 最后計劃者體系

最后計劃者體系制定的計劃具有嚴格的時空順序。

施工時每道工序都要嚴格按照設(shè)計進行，如果出現(xiàn)工序滯后，造成最后計劃者體系的目標無法實現(xiàn)。

吊裝預(yù)制件前，施工單位可通過BIM信息共享平臺，建立BIM模型仿真模擬，及時解決施工沖突，避免返工浪費。同時還可以掌握最真實的材料供應(yīng)信息和工程進度信息，便于發(fā)現(xiàn)問題，及時糾正偏差，并確保最終計劃體系在裝配施工過程中的順利實施[13]。

4.4.2 5S+3S現(xiàn)場管理

目前，鑒于環(huán)境保護的重要性，各級政府部門重點監(jiān)管工程項目的揚塵治理。因此，在裝配式拼裝施工現(xiàn)場，根據(jù)項目大小配置無人機，定期巡檢現(xiàn)場管理工作和項目進度，發(fā)現(xiàn)問題并及時糾正。

4.5 效益分析

基于BIM技術(shù)，下面以單體建筑為例，分析成本控制取得的效益。

由表1可以看出，運用BIM技術(shù)深化設(shè)計中存在的110個不合理問題，避免了相關(guān)問題的返工浪費，提高了項目管理效率。

表1 設(shè)計階段解決問題

由表2可以看出，原設(shè)計構(gòu)件種類和開模數(shù)量，優(yōu)化后減少21種模具加工，模具成本費用減少約25%；原設(shè)計構(gòu)件數(shù)量和構(gòu)件吊次，優(yōu)化每層構(gòu)件數(shù)量減少26個，吊裝時間減少約20%，綜合工期提前40 d，提升了管理效率，對本項目造價精益控制起到積極作用。

表2 構(gòu)件優(yōu)化情況

5 結(jié)論

本文依托曹妃甸海語昕居房建項目，分析了裝配式構(gòu)件設(shè)計、生產(chǎn)制造、運輸和裝配四個階段的成本控制問題，提出了基于BIM技術(shù)的裝配式建筑成本精益控制策略，成本控制良好。

(1)單位面積造價方面，裝配式建筑要比傳統(tǒng)現(xiàn)澆式建筑高出20%左右。

(2)在裝配式建筑成本控制方面，BIM技術(shù)與精益管理思想具有良好的適用性，可以精益控制裝配式建筑成本。