基于BIM 的裝配式建筑全壽命周期成本控制研究

程 旭

（三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 三門峽 472000）

針對傳統(tǒng)施工所帶來的高耗能、環(huán)境污染等問題，裝配式建筑具有綠色、低碳、環(huán)保節(jié)能、施工速度快、質(zhì)量好、安全性強(qiáng)的優(yōu)勢。但由于我國裝配式規(guī)模較小，其構(gòu)件的生產(chǎn)廠商數(shù)量較少，且分布區(qū)域較為集中，在不同地區(qū)采用裝配式施工方式會增加預(yù)制構(gòu)件的運(yùn)輸成本。而縮短裝配式建筑與施工地區(qū)距離，又會因為新建工廠額外增加費(fèi)用，增加整體成本。在設(shè)計和施工階段，裝配式建筑與傳統(tǒng)建筑不同，對設(shè)計、施工人員具有全新的要求和標(biāo)準(zhǔn)，裝配構(gòu)件設(shè)計是否合理、能否保證構(gòu)件的無縫銜接性、施工人員能否改變傳統(tǒng)施工模式對預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行裝配，都會在無形之中影響成本的控制。因此，分析裝配式建筑成本，并以BIM 技術(shù)作為重要技術(shù)支撐，對裝配式建筑全壽命周期進(jìn)行可控性研究具有重要意義。

1 裝配式建筑與傳統(tǒng)建筑對比的優(yōu)勢

1.1 裝配式建筑與傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土建筑的區(qū)別

裝配式建筑因其結(jié)構(gòu)形式不同，可分為裝配式混凝土結(jié)構(gòu)、裝配式鋼結(jié)構(gòu)和裝配式木結(jié)構(gòu)。他們的特點都是由設(shè)計單位設(shè)計，將各部品部件在工廠進(jìn)行生產(chǎn)，然后再將質(zhì)量驗收合格的各構(gòu)件運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，最后在現(xiàn)場用安裝機(jī)械吊裝就位。通過不同構(gòu)件的特點，采用可靠的連接方式連接成為整體，實現(xiàn)建筑物的功能需求。無論哪種結(jié)構(gòu)形式的裝配式建筑，對比傳統(tǒng)施工方式都將在建造過程中減少現(xiàn)場勞動力，縮短工期，并且減少施工現(xiàn)場噪聲和垃圾，減少大量現(xiàn)場濕作業(yè)，減小能源消耗，提高施工質(zhì)量，節(jié)能環(huán)保。傳統(tǒng)建筑向裝配式建筑發(fā)展，是由粗放型向集約型施工方式轉(zhuǎn)變的必經(jīng)之路，也更加符合我國可持續(xù)發(fā)展的理念。但是，裝配式建筑對比與傳統(tǒng)建筑有優(yōu)勢的同時，也還存在著一些需要切實解決的問題。比如在各階段造價成本的控制問題、構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)問題、構(gòu)件運(yùn)輸問題、現(xiàn)場安裝精度問題以及后期運(yùn)營維護(hù)及拆除回收問題，這些都需要在全壽命周期過程中進(jìn)行切實考慮。因此，裝配式建筑在設(shè)計、生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝等方面都有較高的技術(shù)要求，投入的成本相對于傳統(tǒng)建筑也會較高。

1.2 裝配式建筑的特點

裝配式建筑的特點：一是構(gòu)件的規(guī)范化設(shè)計、生產(chǎn)，預(yù)制構(gòu)件需要在工廠進(jìn)行模塊化生產(chǎn)，就需要設(shè)計人員遵循標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范化的設(shè)計。標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計不僅可以使預(yù)制工廠模板的使用率提高，進(jìn)行批量生產(chǎn)，避免模板的頻繁更換，提高生產(chǎn)效率，還可以大量減少模板制作，有效降低構(gòu)件在生產(chǎn)階段的成本。二是高效的裝配化施工，在施工階段裝配式建筑可以解決傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土建筑支模、鋼筋綁扎、澆筑混凝土、養(yǎng)護(hù)、拆模等施工工序，節(jié)約大量的時間成本和人力。三是裝配式裝修一體化，裝配式裝修可以減少現(xiàn)場大量的濕作業(yè)，不僅安全而且節(jié)能環(huán)保。墻面裝修可以直接使用裝配式墻板在主體結(jié)構(gòu)上進(jìn)行固定，簡化批膩子、刷漆的工序；架空地面模塊系統(tǒng)可以有效實現(xiàn)管線分離，避免日后維修維護(hù)難的問題。四是可以全面實現(xiàn)信息化管理，裝配式建筑在建造始初到竣工驗收全階段可以實現(xiàn)設(shè)計、生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝的信息化組織管理，可以實現(xiàn)質(zhì)量、工期、成本的有效控制，可以實現(xiàn)不同部門同一階段、同一部門不同階段之間的信息共享和傳遞，科學(xué)、合理、有效地實現(xiàn)全壽命周期的信息化管理。

2 裝配式建筑的全壽命周期成本控制

2.1 裝配式建筑全壽命周期成本

裝配式建筑全壽命周期的階段不同于傳統(tǒng)建筑，從項目的可行性建議開始到拆除回收，中間經(jīng)歷了五個成本控制階段。第一個階段是規(guī)劃設(shè)計階段，規(guī)劃設(shè)計階段也是整個項目成本控制的重中之重。此階段我們需要重點關(guān)注的就是設(shè)計成本，在此階段項目設(shè)計的意義會直接影響后序階段的成本控制，所以我們不能忽略設(shè)計階段的成本控制意義。第二個階段是構(gòu)件的生產(chǎn)運(yùn)輸階段，主要發(fā)生的是裝配式主體構(gòu)件的建造成本，包括構(gòu)件的生產(chǎn)成本和運(yùn)輸成本兩大部分。第三個階段是施工階段，包括預(yù)制構(gòu)件吊裝費(fèi)用和部分節(jié)點現(xiàn)澆費(fèi)用，是裝配式主體建筑的安裝成本。第二、三階段也是裝配式建筑與傳統(tǒng)建筑全壽命周期階段和成本控制區(qū)別最大的地方，建造成本和安裝成本也占據(jù)了整個項目造價的絕大部分。第四階段是運(yùn)營維護(hù)階段，是在運(yùn)營和使用過程中對其建筑物進(jìn)行日常管理和維護(hù)，產(chǎn)生的主要是運(yùn)行成本和維護(hù)、維修的成本費(fèi)用。最后一個階段是拆除回收階段，裝配式建筑的拆除成本與傳統(tǒng)建筑差異明顯，拆除回收利用率也大大增加[1]。通過項目的五大階段我們能夠看出全壽命周期過程時間跨度之長，各階段之間也有著千絲萬縷的聯(lián)系，成本控制也是一環(huán)扣一環(huán)，相互影響、相互制約。

2.2 裝配式建筑全壽命周期成本的控制要點

裝配式建筑在全壽命周期的各個階段主體多，有不同的參與方，全壽命周期成本的控制需要多方的參與，每個階段都有其獨(dú)立性又有其聯(lián)系性，這就意味著總項目成本不僅僅是各階段成本的一個簡單累計疊加，而是需要從整個項目的全壽命周期角度去進(jìn)行綜合控制和管理。從全壽命周期來看，裝配式建筑成本控制的要點有以下幾個方面：一是資源管控，在規(guī)劃設(shè)計初期就要對生產(chǎn)成本、運(yùn)輸成本進(jìn)行資源管控和監(jiān)督，施工圖設(shè)計人員要對后續(xù)構(gòu)件生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)冗^程做到心中有數(shù)，盡可能地避免不必要的資源浪費(fèi)而帶來的成本增加。二是風(fēng)險控制，在全壽命周期要不斷對工程質(zhì)量、進(jìn)度、成本進(jìn)行風(fēng)險評估，以合同、成本計劃和變更等資料為依據(jù)進(jìn)行實際成本和計劃成本對比，出現(xiàn)問題及時糾偏，保證項目成本控制在合理范圍內(nèi)。三是協(xié)同，全壽命周期不同階段建立信息共享互通，保證在設(shè)計階段構(gòu)件可視化，提高生產(chǎn)階段的構(gòu)件生產(chǎn)效率，利于運(yùn)輸安裝階段的快速運(yùn)輸，精準(zhǔn)吊裝，便于運(yùn)營回收階段的正常運(yùn)營維護(hù)和回收利用[2]。

3 BIM 技術(shù)在裝配式建筑全壽命周期成本控制中的應(yīng)用

3.1 BIM 技術(shù)在裝配式建筑成本控制中的應(yīng)用優(yōu)勢

BIM 技術(shù)作為一種在建筑設(shè)計、施工、造價等多領(lǐng)域綜合處理建筑數(shù)據(jù)的工具，具有模擬、可視、優(yōu)化、仿真等多個優(yōu)勢，可以對裝配式建筑全壽命周期進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、可視化管理，可以實現(xiàn)全階段信息共享和傳輸。通過可視化管理，可以使建筑物由二維轉(zhuǎn)化為三維，由靜態(tài)轉(zhuǎn)化為動態(tài)，形象立體的展示裝配式建筑從設(shè)計到使用的全階段過程，使得參建各方的探討、決策更加有效、精準(zhǔn)。通過BIM 技術(shù)的應(yīng)用可以改變參建各方相對獨(dú)立的狀態(tài)，使得設(shè)計過程中能夠及早預(yù)見生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝、施工中可能出現(xiàn)的節(jié)點安裝、碰撞檢查等問題。通過BIM 技術(shù)解決所提供的多方協(xié)同，可以改變原有信息不能互通，生產(chǎn)效率降低，安裝速度減慢，工期增加的現(xiàn)象。BIM 技術(shù)對數(shù)據(jù)有強(qiáng)大的處理能力，可以高效地對構(gòu)件信息進(jìn)行處理，有存儲信息和建?；ネǖ牟僮鞴δ?，支持信息再利用，信息共享，可以在成本控制方面進(jìn)行預(yù)測和分析，大大提高工作效率和質(zhì)量，提高工程造價精度[3]。BIM 技術(shù)解決了給排水安裝管線與建筑結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)的碰撞問題，大大減少了施工變更次數(shù)。BIM5D 技術(shù)又在實現(xiàn)工程進(jìn)度管理的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了成本的動態(tài)控制，更加準(zhǔn)確地對整個項目進(jìn)行了全方位分析和優(yōu)化，從而控制了投資成本。

3.2 BIM 技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計階段成本控制中的應(yīng)用

裝配式建筑在設(shè)計階段具有設(shè)計專業(yè)多，專業(yè)與專業(yè)之間存在交叉等特點，并且在原有建筑設(shè)計的基礎(chǔ)上增加了對構(gòu)件進(jìn)行深化設(shè)計。所以建筑設(shè)計成本費(fèi)用要較現(xiàn)澆混凝土建筑設(shè)計費(fèi)用有所增加。雖然整個規(guī)劃設(shè)計成本在總建筑成本上占比不大，但是規(guī)劃設(shè)計階段對后期全壽命周期總成本的控制和影響是非常大的，所以我們要非常重視規(guī)劃設(shè)計階段對后期建設(shè)的成本控制和管理。生產(chǎn)構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化率低直接造成裝配式建筑成本增加，因此構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計將對裝配式建筑成本的降低起到至關(guān)重要的推動作用。應(yīng)用BIM 技術(shù)能夠通過模型的建立將建筑結(jié)構(gòu)、裝飾裝修和水電安裝專業(yè)的設(shè)計進(jìn)行匯集，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化的構(gòu)件模型庫，提高生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化和通用性，提高重復(fù)利用率，盡可能多地滿足更多裝配式建筑的生產(chǎn)要求，降低構(gòu)件成本。除此之外，設(shè)計階段利用BIM 技術(shù)的模型數(shù)據(jù)還能為生產(chǎn)構(gòu)件廠進(jìn)行對接和更新，為構(gòu)件生產(chǎn)提供了更加便利的數(shù)據(jù)平臺，減少了在構(gòu)件生產(chǎn)中的錯誤，控制了生產(chǎn)階段的成本。在設(shè)計階段，設(shè)計人員應(yīng)盡可能詳盡地完善各節(jié)點、預(yù)埋件和連接件的設(shè)計，對各專業(yè)進(jìn)行碰撞檢查，減少施工階段變更次數(shù)，節(jié)約時間和經(jīng)濟(jì)成本。

3.3 BIM 技術(shù)在裝配式建筑生產(chǎn)、運(yùn)輸階段成本控制中的應(yīng)用

預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)是裝配式建筑非常重要的一個環(huán)節(jié)，直接影響安裝環(huán)節(jié)和整個建筑的使用。由于構(gòu)件種類繁多，模具的使用量就非常的龐大，并且不同建筑構(gòu)件設(shè)計各不相同，這就導(dǎo)致開模次數(shù)增加，成本增加。通過BIM 技術(shù)的應(yīng)用，可以在優(yōu)化模具使用率上起到至關(guān)重要的作用，提高模具的互通性和重復(fù)使用性，延長模具的使用周期，就可節(jié)約生產(chǎn)階段的建造成本。并且通過BIM 技術(shù)的應(yīng)用，原材料需用計劃一目了然，供應(yīng)商與構(gòu)件廠之間實現(xiàn)了數(shù)據(jù)互通，構(gòu)件的生產(chǎn)精度也達(dá)到了更高的水平，保證了構(gòu)件的生產(chǎn)順利進(jìn)行。除此之外，BIM 技術(shù)在構(gòu)件生產(chǎn)環(huán)節(jié)可以結(jié)合RFID 技術(shù)管理構(gòu)件生產(chǎn)和構(gòu)件存儲，并且可以對運(yùn)輸和吊裝過程進(jìn)行管理，從而實現(xiàn)成本的管控[4]。預(yù)制構(gòu)件擔(dān)負(fù)著裝配式建筑的建造使命，而構(gòu)件運(yùn)輸環(huán)節(jié)將承接著構(gòu)件生產(chǎn)和施工安裝階段的重要紐帶。由于預(yù)制構(gòu)件量重體大，如何保證有效裝載、合理裝載，BIM 技術(shù)為該階段的裝載方案和運(yùn)輸方案提供了大量的數(shù)據(jù)支撐，有效降低了因運(yùn)輸而導(dǎo)致的構(gòu)件損耗，并且有效地縮短了運(yùn)輸次數(shù)，降低了成本。

3.4 BIM 技術(shù)在裝配式建筑施工階段成本控制中的應(yīng)用

裝配式建筑的施工包括預(yù)制構(gòu)件的安裝和部分節(jié)點的現(xiàn)澆，構(gòu)件堆放位置、構(gòu)件吊裝距離，吊裝順序和吊裝點的確定都將直接影響本階段的成本控制和施工進(jìn)度。BIM 技術(shù)可以通過虛擬建模，在施工前對物料堆放進(jìn)行模擬，優(yōu)化施工場地布置、塔吊布置和裝配式構(gòu)件堆放的合理性，實現(xiàn)資源的合理配置，從而減少二次搬運(yùn)，避免了因重復(fù)吊裝和二次吊裝帶來的成本增加，提升了構(gòu)件吊裝效率和安裝效率。BIM5D技術(shù)還可以對整個項目的進(jìn)度和資金進(jìn)行動態(tài)管控，實時監(jiān)測施工進(jìn)度，大大優(yōu)化施工流程，能夠及時發(fā)現(xiàn)在施工過程中可能存在的問題和風(fēng)險，及時調(diào)整各項進(jìn)度安排和成本計劃，提前謀劃解決方案。BIM 技術(shù)可以在施工階段更加便捷地處理設(shè)計與實際施工之間不統(tǒng)一的問題，利于將變更及時關(guān)聯(lián)于模型，使造價人員通過完整的工程量數(shù)據(jù)分析建筑成本，使決策者更加清晰地掌握相關(guān)數(shù)據(jù)，及時調(diào)整資金籌措和投入計劃。預(yù)制構(gòu)件的安裝技術(shù)、安裝效率和施工吊裝方案直接影響建筑施工階段成本的控制，BIM 技術(shù)的可模擬性能夠?qū)κ┕し桨高M(jìn)行優(yōu)化，同時BIM 技術(shù)的三維可視化可以實現(xiàn)與現(xiàn)場施工人員之間的交底，確保施工過程人員現(xiàn)場的精準(zhǔn)安裝，從而提高施工效率，減少施工過程中的成本[5]。

3.5 BIM 技術(shù)在裝配式建筑運(yùn)營維護(hù)階段成本控制中的應(yīng)用

運(yùn)營維護(hù)階段是全壽命周期中一個相對時間比較長的階段，此階段最易發(fā)生的是維修工作，最易造成的是不必要的成本浪費(fèi)。利用 BIM 技術(shù)，通過信息技術(shù)平臺使工作人員高效地進(jìn)行管理和維護(hù)，減少不必要的成本浪費(fèi)，實現(xiàn)智能化管理，將會達(dá)到減少浪費(fèi)的目的。

3.6 BIM 技術(shù)在裝配式建筑拆除回收階段成本控制中的應(yīng)用

裝配式建筑拆除回收階段將比現(xiàn)澆混凝土建筑有更大的回收利用空間，科學(xué)合理的拆除，不但可以降低拆除風(fēng)險，提高拆除效率，還可以為資源的二次利用帶來更大的增值空間。BIM 技術(shù)的應(yīng)用可以實現(xiàn)拆除模擬，減少拆除過程可能出現(xiàn)的不利因素而造成的成本增加，實現(xiàn)資源的最大化利用空間，實現(xiàn)拆除階段的成本控制和回收階段的利益最大化。

4 結(jié)語

作為建筑行業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路，裝配式建筑全壽命周期成本管控的成效將直接影響裝配式建筑的發(fā)展，BIM 技術(shù)與裝配式建筑的完美結(jié)合，使建筑信息在全壽命周期階段實現(xiàn)信息共享，使參建各方實現(xiàn)協(xié)同工作，高效地提高了建筑質(zhì)量和縮短了施工工期，減少了風(fēng)險的發(fā)生，有效地降低了建筑成本，實現(xiàn)了成本管控。