BIM技術(shù)在高速鐵路朝凌站房工程成本管理中的應(yīng)用

王禹

（中鐵九局集團(tuán)第四工程有限公司，遼寧沈陽(yáng) 110000）

0 引言

隨著高速鐵路建設(shè)的不斷發(fā)展，高速鐵路站房的建設(shè)速度越來越快。例如，盤營(yíng)高鐵站房工程用時(shí)3年，沈丹高鐵站房工程和朝凌高鐵聯(lián)絡(luò)線站房工程僅用時(shí)1 年6 個(gè)月。高鐵建設(shè)速度提升的同時(shí)，工程質(zhì)量也不斷提升，但成本管理難度也隨之增大。工程進(jìn)度、質(zhì)量和成本之間存在對(duì)立統(tǒng)一的關(guān)系?？s短工期會(huì)增加成本，想要節(jié)約成本則必須采取減少施工范圍或者延長(zhǎng)施工時(shí)間等措施，但過度延長(zhǎng)施工時(shí)間反而會(huì)增加成本，因此需要找到二者之間的平衡點(diǎn)。

為此，需要積極拓展BIM 與新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備的有機(jī)融合，使BIM 技術(shù)真正成為支撐項(xiàng)目高效運(yùn)行、提高經(jīng)濟(jì)效益的有效手段，以有效提高高速鐵路建設(shè)效率和質(zhì)量，同時(shí)控制成本。

1 通過BIM 技術(shù)提升項(xiàng)目協(xié)同能力

朝凌站房錦州北站的施工內(nèi)容包括建筑、結(jié)構(gòu)、室內(nèi)外裝修、建筑電氣、室內(nèi)外給排水系統(tǒng)、建筑暖通、電梯土建及裝修、消防系統(tǒng)、建筑智能化、建筑節(jié)能等。施工前采用Revit 軟件進(jìn)行土建、結(jié)構(gòu)及機(jī)電的建模，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的同時(shí)更新，并創(chuàng)建協(xié)同工作平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各專業(yè)人員協(xié)同工作。當(dāng)土建建模人員對(duì)模型進(jìn)行修改或更新時(shí)，其他專業(yè)的人員可以在工作平臺(tái)上實(shí)時(shí)獲取工程變化情況，從而能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤或模型的沖突之處，使圖紙會(huì)審變得更加容易。消防專業(yè)的管線碰撞問題及形成的圖紙會(huì)審記錄如圖1 所示，給水專業(yè)的管線碰撞問題及形成的圖紙會(huì)審記錄如圖2所示。

圖1 消防專業(yè)圖紙會(huì)審記錄

圖2 給水專業(yè)圖紙會(huì)審記錄

根據(jù)圖紙會(huì)審的內(nèi)容，與設(shè)計(jì)單元進(jìn)行溝通，對(duì)于較為嚴(yán)重的碰撞及設(shè)計(jì)缺陷，尤其是機(jī)電管線綜合部分，可請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)單位考慮給予變更設(shè)計(jì)。對(duì)于設(shè)計(jì)表述不清和輕度碰撞干擾的構(gòu)件，可請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)單位給予對(duì)應(yīng)問題的清晰解答，并對(duì)輕度碰撞干擾給予適當(dāng)調(diào)整的指導(dǎo)性建議。這樣能夠提升工作效率及準(zhǔn)確性，同樣的工作使用更少的管理人員，在更短的時(shí)間內(nèi)完成，能有效降低人員開支，節(jié)省管理費(fèi)用。

2 模擬施工及碰撞檢查，及早進(jìn)行設(shè)計(jì)變更

該項(xiàng)目采用Revit 建立BIM 模型，并通過Navisworks 軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目各專業(yè)的碰撞檢查、整體施工模擬、整體進(jìn)度模擬等工作。在建模過程中，本著百分之百還原設(shè)計(jì)圖紙的原則，對(duì)于發(fā)現(xiàn)的構(gòu)件信息或位置表達(dá)不清的問題進(jìn)行及時(shí)記錄。建模完成后，進(jìn)行工程量的初次統(tǒng)計(jì)，并應(yīng)用軟件中的工程報(bào)表工具自動(dòng)生成工程數(shù)量表。之后，將統(tǒng)計(jì)的工程量與圖紙?jiān)O(shè)計(jì)工程量逐項(xiàng)核對(duì)，并對(duì)對(duì)應(yīng)項(xiàng)目的量差進(jìn)行記錄，以便進(jìn)行成本分析與控制。

2.1 碰撞檢查

對(duì)朝凌站房錦州北站工程的建筑、結(jié)構(gòu)、室內(nèi)外裝修、建筑電氣、室內(nèi)外給排水系統(tǒng)、建筑暖通、電梯土建及裝修、消防系統(tǒng)、建筑智能化、建筑節(jié)能等各專業(yè)進(jìn)行碰撞檢查，共計(jì)發(fā)生碰撞問題12824 項(xiàng)。

建筑與結(jié)構(gòu)的碰撞問題最為典型，主要出現(xiàn)在建筑專業(yè)中砌筑的造型與結(jié)構(gòu)混凝土之間。如果結(jié)構(gòu)混凝土澆筑后才發(fā)現(xiàn)此類問題，處理起來將較為困難，因此需要及早發(fā)現(xiàn)問題，并聯(lián)系設(shè)計(jì)單位進(jìn)行合理優(yōu)化。結(jié)構(gòu)與給排水系統(tǒng)、消防系統(tǒng)的碰撞問題主要體現(xiàn)在管線位置上，因此在結(jié)構(gòu)主體施工過程中，需要提前埋設(shè)套管。站房管道的直徑較大，有DN50、DN75、DN100、DN150、DN200 等幾種管徑，管線位置一般設(shè)置在梁下或者板下。管道位置布置圖見圖3。如果套管位置留置錯(cuò)誤，對(duì)后期管線的路由將產(chǎn)生巨大影響，路由的長(zhǎng)短會(huì)影響工程的成本。建筑與給排水系統(tǒng)、消防系統(tǒng)的碰撞問題主要體現(xiàn)在管線路由對(duì)裝飾裝修的影響上。管線大多設(shè)置在梁板下方、墻角等處。如果梁下的管線過多，會(huì)影響吊頂?shù)母叨?；墻角的管線過多，會(huì)影響裝飾的美觀性；衛(wèi)生器具的安裝位置也會(huì)對(duì)建筑裝飾產(chǎn)生影響，衛(wèi)生間裝修及衛(wèi)生器具布置圖見圖4。

圖3 管道位置布置圖

如果在前期沒有規(guī)劃，后期需要返工，將極大地增加成本。因此，需要及早發(fā)現(xiàn)問題，并與設(shè)計(jì)單位聯(lián)系進(jìn)行變更設(shè)計(jì)，以提早對(duì)風(fēng)險(xiǎn)變更費(fèi)用的使用做出安排，以免影響二次經(jīng)營(yíng)策略，影響工程效益。

圖4 衛(wèi)生間裝修及 衛(wèi)生器具布置圖

2.2 施工模擬

朝凌站房錦州北站站房屋面為球形網(wǎng)架鋼結(jié)構(gòu)，網(wǎng)格單元主要為斜放四角錐網(wǎng)架，典型網(wǎng)格尺寸為2.9m×3m，網(wǎng)架厚度為3.008～3.014m。

采用BIM 技術(shù)進(jìn)行施工模擬，模擬鋼結(jié)構(gòu)拼裝場(chǎng)地，該場(chǎng)地用于鋼結(jié)構(gòu)拼裝、試拼裝過程中各類材料堆放和設(shè)備停放。錦州北站材料堆放區(qū)布置如圖5 所示。在建模及節(jié)點(diǎn)深化過程中，采用TEKLA 軟件，提取定位坐標(biāo)等相關(guān)參數(shù)，以確保在鋼構(gòu)件拼裝到安裝的過程中，主要桿件的應(yīng)力應(yīng)變得到監(jiān)測(cè)，從而確保網(wǎng)架拼裝及安裝的質(zhì)量。

圖5 錦州北站材料堆放區(qū)布置圖

在鋼結(jié)構(gòu)施工階段，基于BIM 三維模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)受力分析，采用塔吊進(jìn)行網(wǎng)架構(gòu)件的垂直運(yùn)輸。在保證流水施工、安全及質(zhì)量的前提下，選擇最佳成品堆放點(diǎn)，減少整個(gè)過程可能發(fā)生的問題，并改進(jìn)場(chǎng)地與工作流程規(guī)劃。對(duì)吊裝方案進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，比選最經(jīng)濟(jì)合理的施工方案，有助于施工成本的控制。

2.3 進(jìn)度模擬

朝凌站房錦州北站采用BIM 進(jìn)度模擬進(jìn)行施工計(jì)劃演示，直觀展示整個(gè)站房施工過程。這種方法可以在某個(gè)階段提前查看工程完成情況及資源利用情況，并與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際進(jìn)度情況進(jìn)行對(duì)比，及時(shí)進(jìn)行對(duì)比分析。通過比較已完工程預(yù)算費(fèi)用與計(jì)劃工作預(yù)算費(fèi)用，可以計(jì)算出進(jìn)度偏差。通過比較已完成工作預(yù)算費(fèi)用與已完成工作實(shí)際費(fèi)用，可以計(jì)算出費(fèi)用偏差。這些數(shù)據(jù)可以幫助及時(shí)調(diào)整流水強(qiáng)度和資源配置計(jì)劃，進(jìn)行糾偏。發(fā)現(xiàn)偏差并糾正是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，屬于被動(dòng)成本控制。為了減少偏差，必須主動(dòng)采取控制措施，從組織、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等多方面采取措施。采用技術(shù)與經(jīng)濟(jì)相結(jié)合的手段，將控制成本的觀念滲透到各項(xiàng)施工技術(shù)措施之中，可以保證施工進(jìn)度。

2.4 可視化技術(shù)交底與專項(xiàng)施工方案仿真模擬

朝凌站房工程施工過程采用BIM 技術(shù)交底進(jìn)行信息可視化表達(dá)。應(yīng)用BIM 模型和仿真演示，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件安裝及施工工藝的可視化，幫助施工人員準(zhǔn)確了解技術(shù)及安全要點(diǎn)難點(diǎn)。同時(shí)，將該工程所用到的工藝工法建成BIM 模型，并將做好的工藝、工法視頻交底鑲嵌到BIM 模型中，技術(shù)人員既可以看到三維的工藝、工法詳細(xì)構(gòu)造，也可看到詳細(xì)的視頻交底，進(jìn)而提高工藝、工法交底質(zhì)量。

在專項(xiàng)方案設(shè)計(jì)論證階段，針對(duì)該工程危險(xiǎn)性較大分部分項(xiàng)采用BIM 技術(shù)進(jìn)行方案優(yōu)化和論證，如基坑開挖、支撐體系搭設(shè)及拆除、模板工程等。通過BIM 模擬論證發(fā)現(xiàn)方案設(shè)計(jì)缺陷，進(jìn)而采取相應(yīng)優(yōu)化措施，使工序排擺和工藝設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)化，提高方案可行性及安全性。根據(jù)最優(yōu)方案及措施進(jìn)行成本分析等工作，使成本可控。

2.5 臨時(shí)工程規(guī)劃

朝凌站房工程施工場(chǎng)地有限，施工場(chǎng)地的合理布置有一定的難度。傳統(tǒng)的二維平面布置只能展示各個(gè)功能區(qū)域的位置關(guān)系，對(duì)整個(gè)施工場(chǎng)地中的機(jī)械設(shè)備作業(yè)、便道布置和材料存放場(chǎng)地等不能在空間上直觀表達(dá)，容易出現(xiàn)場(chǎng)地布置盲區(qū)，造成返工現(xiàn)象。

為解決這一問題，現(xiàn)場(chǎng)采用無人機(jī)航拍技術(shù)進(jìn)行地形地貌數(shù)據(jù)采集工作。數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后，導(dǎo)入建模軟件，實(shí)現(xiàn)基于原地貌模型的三維場(chǎng)地布置設(shè)計(jì)。這種方法可以詳細(xì)反映現(xiàn)場(chǎng)各功能區(qū)布置的詳細(xì)情況，對(duì)臨時(shí)工程成本進(jìn)行分析、優(yōu)化，可使臨時(shí)工程方案達(dá)到最優(yōu)。

3 深化設(shè)計(jì)與變更成本管理

朝凌站房錦州北站裝飾裝修工程深化設(shè)計(jì)采用BIM 技術(shù)，主要是幕墻及吊頂?shù)纳罨O(shè)計(jì)。

3.1 幕墻工程深化設(shè)計(jì)

朝凌站房錦州北站的幕墻采用玻璃幕墻形式。幕墻工程施工時(shí)將與外墻砌體、鋼結(jié)構(gòu)安裝施工、地面施工、室內(nèi)吊頂裝修、隔墻裝修以及水電的穿墻管道施工等發(fā)生交叉作業(yè)。由于幕墻結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，質(zhì)量要求高，從設(shè)計(jì)到施工，整體難度大、要求高。

為了解決這些問題，項(xiàng)目采用犀牛軟件進(jìn)行幕墻工程建模，采用點(diǎn)式玻璃幕墻安裝，龍骨采用鋼龍骨，繪制面材外面的平面輪廓及結(jié)構(gòu)邊緣的平面輪廓，并標(biāo)注兩輪廓在不同位置的間距，繪制不同類型的節(jié)點(diǎn)。通過可視化模型，能優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，做到精準(zhǔn)下料，降低材料損耗，實(shí)現(xiàn)成本的節(jié)約。

3.2 吊頂工程深化設(shè)計(jì)

朝凌站房錦州北站的站房二層造型處天棚吊頂原設(shè)計(jì)為鋁條板，候車大廳一層、二層、售票廳、出站廳天棚吊頂原設(shè)計(jì)為鋁條板吊頂，吊頂天棚原棚面、進(jìn)出站地道棚面原設(shè)計(jì)為混凝土面。在項(xiàng)目建模過程中，采用Navisworks 軟件進(jìn)行建模，發(fā)現(xiàn)鋁條板設(shè)計(jì)整體效果不滿足業(yè)主的精品、智能客站建設(shè)總要求，因此與設(shè)計(jì)單位進(jìn)行溝通，將鋁條板改為鋁單板。在候車大廳一層、二層、售票廳、出站廳天棚吊頂中增加燈槽板及鋁單板回形紋。在二層天棚吊頂中增加了雙曲面弧形鋁單板棚板。同時(shí)，相應(yīng)增加了天棚照明及電力管線等設(shè)施。這些變更提升了站房整體效果。為了防止裝飾裝修工程施工后出現(xiàn)返工，在裝飾裝修工程施工前對(duì)吊頂進(jìn)行BIM 建模，一定程度上節(jié)約了資源，有效控制了成本。

3.3 變更工程量統(tǒng)計(jì)及變更價(jià)款的確認(rèn)

在變更設(shè)計(jì)階段完成后，需要根據(jù)變更內(nèi)容重新完成BIM 模型的建立。完成模型建立后，需要進(jìn)行設(shè)計(jì)工程量的二次統(tǒng)計(jì)，并再次與設(shè)計(jì)圖紙工程量進(jìn)行核對(duì)。確認(rèn)兩者工程量無較大出入后，將該工程量作為最終的設(shè)計(jì)工程量。根據(jù)最終的設(shè)計(jì)工程量，采用廣聯(lián)達(dá)計(jì)價(jià)軟件快速對(duì)變更價(jià)款進(jìn)行確認(rèn)，以提升工程變更流程的速度。

4 通過BIM 5D 技術(shù)有效控制工程成本

朝凌站房工程總合同額為3.2 億元，分為16 個(gè)房建單體工程，工程量清單8000 余項(xiàng)內(nèi)容。傳統(tǒng)的成本歸集方法需要參照施工進(jìn)度進(jìn)行大量的成本核算工作，而且存在誤差。每月還需要進(jìn)行驗(yàn)工、結(jié)算、成本分析等工作，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)量龐大，需要配備多名商務(wù)人員。但實(shí)際施工中商務(wù)管理人員不足，數(shù)據(jù)提供滯后，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的偏差會(huì)影響成本動(dòng)態(tài)管理的精確度。

此外，施工進(jìn)度及資源配置上，定額應(yīng)消耗材料數(shù)量與實(shí)際消耗材料數(shù)量之間會(huì)有偏差，不但影響著物資用量及采購(gòu)計(jì)劃，還影響著勞務(wù)隊(duì)伍結(jié)算的物資超耗扣款。

采用BIM 5D 技術(shù)，在站房的成本動(dòng)態(tài)管理中，對(duì)站房工程各模塊構(gòu)件信息進(jìn)行有機(jī)集成，以建筑工程實(shí)施階段為要點(diǎn)，將施工進(jìn)度、施工預(yù)算、資源用量、施工成本等進(jìn)行關(guān)聯(lián)管理，能提升工程成本動(dòng)態(tài)管理的效率。雖然目前朝凌站房項(xiàng)目上對(duì)BIM 5D 技術(shù)的利用還不是十分成熟，但BIM 5D 技術(shù)對(duì)高速鐵路站房項(xiàng)目成本管理有一定的促進(jìn)作用。

5 結(jié)語(yǔ)

朝凌站房項(xiàng)目對(duì)BIM 技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)高速鐵路站房項(xiàng)目的成本管理提供了一些新思路。自中國(guó)中鐵推行大商務(wù)管理以來，提升項(xiàng)目盈利能力是項(xiàng)目成本管理的重要環(huán)節(jié)。在BIM 技術(shù)逐漸成熟的基礎(chǔ)上，BIM 5D 技術(shù)能夠提升成本管理工作效率，降低工程施工中的潛在成本，實(shí)現(xiàn)成本的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，可用于高速鐵路站房項(xiàng)目的成本管理。