基于BIM技術(shù)的城市地鐵銜接土建施工成本管控方法

呂成旺

摘要：簡(jiǎn)述了BIM技術(shù)及其應(yīng)用情況，詳細(xì)闡述了基于BIM技術(shù)的城市地鐵銜接土建施工的成本管控方法在建立BIM模型、基于BIM技術(shù)的施工成本核算方法、建立施工成本動(dòng)態(tài)監(jiān)控和預(yù)警機(jī)制、生成高質(zhì)量成本糾偏方案等方面的設(shè)計(jì)內(nèi)容，通過(guò)某標(biāo)段地鐵車站銜接土建施工的成本管控的實(shí)例，驗(yàn)證了該成本管控新方法的優(yōu)越性和可行性。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；城市地鐵；銜接土建；施工成本；管控方法

0? ?引言

為應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)重的城市交通擁堵問(wèn)題，城市地鐵建設(shè)逐漸發(fā)展起來(lái)[1]。地鐵建設(shè)能夠緩解城市交通壓力，同時(shí)促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和區(qū)域開(kāi)發(fā)的加速[2]。隨著地鐵工程的不斷發(fā)展，其施工成本管控問(wèn)題越來(lái)越受到重視。在地鐵施工過(guò)程中，涉及地鐵銜接土建的施工成本管控比較復(fù)雜，一直是困擾相關(guān)行業(yè)的難題，如何實(shí)現(xiàn)高效、精確的成本管控是亟待解決的問(wèn)題。

1? ?BIM技術(shù)及其應(yīng)用

BIM技術(shù)的出現(xiàn)，為城市地鐵銜接土建施工成本管控提供了新的解決方案。BIM技術(shù)通過(guò)建立三維建筑信息模型，可實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行、維護(hù)等全生命周期的信息整合和共享[3]，為各專業(yè)協(xié)同工作、成本控制、進(jìn)度管理等方面提供了強(qiáng)有力的支持[4]。

本文旨在探討基于BIM技術(shù)的城市地鐵銜接土建施工成本管控方法。通過(guò)深入分析BIM技術(shù)在地鐵銜接土建施工中的應(yīng)用，研究其對(duì)成本管控的影響和作用，提出有針對(duì)性的管控措施和方法。同時(shí)結(jié)合具體的地鐵建設(shè)項(xiàng)目案例，對(duì)BIM技術(shù)在地鐵土建施工成本管控中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行深入分析和總結(jié)。

2? ?設(shè)計(jì)基于BIM技術(shù)的成本管控方法

2.1? ?建立地鐵銜接土建施工BIM模型

應(yīng)用Revit（三維建筑和基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)）軟件的參數(shù)化建模功能，建立城市地鐵銜接土建施工BIM模型。

在建模前，先收集和整理所有必要的圖紙和相關(guān)資料，包括CAD軟件圖紙、計(jì)算結(jié)果、施工組織方案、采購(gòu)產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)、分類標(biāo)書(shū)等。在Revit軟件中打開(kāi)一個(gè)新的項(xiàng)目文件，創(chuàng)建項(xiàng)目的標(biāo)高和軸網(wǎng)。標(biāo)高用于表示建筑物的垂直方向，軸網(wǎng)用于表示建筑物的水平和垂直方向。明確城市地鐵銜接土建施工相關(guān)的一系列參數(shù)和屬性，在Revit中基于圖紙和相關(guān)規(guī)范創(chuàng)建族，用于描述建筑物的不同元件，確保族的幾何形狀和參數(shù)屬性與實(shí)際工程中的一致[5]。

創(chuàng)建族之后，可以將這些族添加到模型中。在添加族的過(guò)程中，需要根據(jù)圖紙和施工組織方案的要求，將不同的族放置在正確的位置和高度上。同時(shí)，還需要調(diào)整族的參數(shù)屬性，以反映實(shí)際工程中的尺寸和特征。

完成族的創(chuàng)建后，創(chuàng)建墻體、門(mén)窗等圖元，并將所有的族和圖元關(guān)聯(lián)起來(lái)。依托于Revit的建模功能自動(dòng)生成建筑模型，并精確統(tǒng)計(jì)工程量標(biāo)注到模型中，通過(guò)2D/3D視圖功能展示最終生成的模型。

2.2? ?設(shè)計(jì)基于BIM技術(shù)的施工成本核算方法

通過(guò)BIM模型，可自動(dòng)模擬城市地鐵銜接土建的施工進(jìn)度，從BIM數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取不同施工階段的價(jià)格信息和樣本數(shù)據(jù)，明確項(xiàng)目全生命周期不同更新進(jìn)度下的工程量，并參照工程進(jìn)度實(shí)況進(jìn)行準(zhǔn)確的施工成本核算。

獲取BIM模型中集成的材料價(jià)格、人工費(fèi)用等成本信息后，引入BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立成本核算模型，對(duì)BIM模型中的成本信息和其他相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗和預(yù)處理，為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練提供標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)集。將數(shù)據(jù)輸入BIM模型后，通過(guò)學(xué)習(xí)訓(xùn)練輸出成本核算結(jié)果。

成本核算過(guò)程中，模型的輸入數(shù)據(jù)集可以表示為下列公式：

U=（u1，u2，…，un）? ? ? ? ? ? ? （1）

式（1）中：U表示輸入數(shù)據(jù)集，u表示輸入數(shù)據(jù)，n表示輸入層神經(jīng)元個(gè)數(shù)。

而模型的輸出結(jié)果為下列公式：

H=（h1，h2，…，hm）? ? ? ? ? ? ? （2）

式（2）中：H表示輸出數(shù)據(jù)集，h表示輸出數(shù)據(jù)，m表示輸出層神經(jīng)元個(gè)數(shù)。

需要注意的是，應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行成本核算時(shí)，需要考慮成本核算要求。將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)整到成熟狀態(tài)，結(jié)合模型的輸入和輸出層數(shù)量，確定隱含層的層數(shù)。計(jì)算隱含層層數(shù)的公式如下：

（3）

式（3）中：ψ表示隱含層層數(shù)，b表示一個(gè)常數(shù)。

此外，為保證最終輸出結(jié)果更加真實(shí)，數(shù)據(jù)在輸入成熟神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之前需要進(jìn)行統(tǒng)一處理。統(tǒng)一處理后的輸入數(shù)據(jù)，其計(jì)算公式如下：

（4）

式（4）中：-u表示統(tǒng)一處理后的輸入數(shù)據(jù)，umax、umin分別表示最大和最小輸入值。

在BIM技術(shù)與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的共同作用下，可以核算出不同施工階段的工程成本，作為成本管控的依據(jù)。

2.3? ?建立施工成本動(dòng)態(tài)監(jiān)控和預(yù)警機(jī)制

2.3.1? ?施工成本動(dòng)態(tài)監(jiān)控

施工企業(yè)在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，為實(shí)現(xiàn)對(duì)施工成本的針對(duì)性糾偏，提出一種精細(xì)化監(jiān)控和預(yù)警機(jī)制。將滿足設(shè)計(jì)要求的各專業(yè)模型、進(jìn)度計(jì)劃、合同預(yù)算文件以及計(jì)劃預(yù)算文件對(duì)應(yīng)關(guān)聯(lián)并導(dǎo)入成本管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目的數(shù)字化管理。在施工過(guò)程中，系統(tǒng)能夠自動(dòng)收集、統(tǒng)計(jì)各項(xiàng)成本信息，核算實(shí)際成本，并與合同預(yù)算成本和計(jì)劃預(yù)算成本進(jìn)行對(duì)比分析。采用動(dòng)態(tài)監(jiān)控方式，對(duì)施工成本進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤和評(píng)估。主要成本動(dòng)態(tài)監(jiān)控參數(shù)如圖1所示。

2.3.2? ? 施工成本預(yù)警

當(dāng)發(fā)現(xiàn)成本出現(xiàn)偏差時(shí)，系統(tǒng)會(huì)立即發(fā)出報(bào)警，并自動(dòng)提示目前的成本績(jī)效指數(shù)、進(jìn)度績(jī)效指數(shù)、完成項(xiàng)目總利潤(rùn)偏差和完成項(xiàng)目總成本偏差值。此外，系統(tǒng)還支持以圖形化方式呈現(xiàn)項(xiàng)目進(jìn)度、成本和利潤(rùn)的實(shí)時(shí)狀況，為工程管理人員提供更加直觀和精確的數(shù)據(jù)依據(jù)。

針對(duì)報(bào)警提示的偏差問(wèn)題，施工企業(yè)需要采取相應(yīng)的措施進(jìn)行糾偏。例如，當(dāng)實(shí)際成本超出預(yù)算時(shí)，施工企業(yè)可以采取節(jié)約材料、減少人員、調(diào)整進(jìn)度等措施來(lái)降低成本。當(dāng)實(shí)際進(jìn)度滯后于計(jì)劃時(shí)，施工企業(yè)可以采取增加人員、提高效率等措施來(lái)追趕進(jìn)度。這些糾偏措施需要根據(jù)實(shí)際情況靈活運(yùn)用，以達(dá)到既控制成本又保證進(jìn)度的目標(biāo)。

2.4? ?生成高質(zhì)量成本糾偏方案

根據(jù)施工成本監(jiān)控預(yù)警結(jié)果進(jìn)行成本糾偏處理時(shí)，需要考慮2種糾偏情況，即可接受偏差和不可接受偏差。針對(duì)這2種成本偏差類型，需采取不同的糾偏方案。

2.4.1? ?可接受偏差的糾偏

在可接受偏差范圍的成本偏差，可通過(guò)簡(jiǎn)單的組織管理、技術(shù)手段和設(shè)備升級(jí)等措施進(jìn)行糾偏，例如優(yōu)化施工方案、提高施工效率、降低材料成本等。這些措施可以在一定程度上降低成本，提高項(xiàng)目的利潤(rùn)水平。

2.4.2? ?不可接受偏差的糾偏

當(dāng)成本偏差超出可接受范圍時(shí)，需要對(duì)成本管控措施進(jìn)行深入分析，重新制定方案并進(jìn)行專項(xiàng)糾正。具體來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)以下步驟來(lái)進(jìn)行成本糾偏：首先，分析成本超支的根本原因，制定糾偏方案。通過(guò)對(duì)項(xiàng)目的成本、進(jìn)度、質(zhì)量等多個(gè)方面進(jìn)行深入分析，找出成本超支的原因。在這個(gè)過(guò)程中，需要充分收集數(shù)據(jù)，運(yùn)用BIM技術(shù)和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等工具進(jìn)行成本核算和分析，以便更準(zhǔn)確地找出問(wèn)題所在。其次，根據(jù)成本超支的原因，制定相應(yīng)的糾偏方案。包括調(diào)整施工計(jì)劃、優(yōu)化資源配置、降低材料成本等措施。同時(shí)，需要考慮糾偏方案的可行性和效果，以確保糾偏方案的有效性和可執(zhí)行性。最后，在制定好糾偏方案后，及時(shí)執(zhí)行該方案并跟蹤糾偏效果。在這個(gè)過(guò)程中，需要充分發(fā)揮BIM技術(shù)和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等工具的作用，對(duì)糾偏方案執(zhí)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并進(jìn)行調(diào)整，確保施工成本管控目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)。

3? ?實(shí)例分析

3.1? ?工程概況

某標(biāo)段地鐵車站的結(jié)構(gòu)為地下4層、全長(zhǎng)為452.5m、寬度為15m的島式站臺(tái)。其中待建段的長(zhǎng)度為100.6m，其標(biāo)準(zhǔn)段的寬度為25.54m。車站有效站臺(tái)中心里程為DK48+973.000，設(shè)計(jì)起終點(diǎn)里程為YDK48+646.600～YDK49+

099.100，車站有效站臺(tái)中心里程處頂板覆土厚度約0.5m，站后銜接2條長(zhǎng)約137.05m的暗挖隧道。

車站主體結(jié)構(gòu)采用明挖法施工，其圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用厚度為1000mm的地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐的形式。車站基坑開(kāi)挖深度為33.35～34.45m，需開(kāi)挖的中風(fēng)化帶和微風(fēng)化帶的深度為18～20m，結(jié)構(gòu)底板設(shè)置抗拔樁，其樁徑為1600mm；內(nèi)支撐下設(shè)臨時(shí)鋼立柱，樁徑為1000mm。車站附屬結(jié)構(gòu)也采用明挖法施工，其圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用厚度為800mm的地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐的形式。站后銜接隧道采用暗挖法施工。本標(biāo)段隧道只進(jìn)行初襯施工，二襯由其他標(biāo)段負(fù)責(zé)施工。

3.2? ?成本管控

3.2.1? ?建立BIM模型

按照本文所提成本管控的方法進(jìn)行該地鐵工程的施工成本管控，需要對(duì)目標(biāo)施工項(xiàng)目建立一個(gè)BIM模型。將工程進(jìn)度計(jì)劃文件導(dǎo)入BIM模型中，按照不同階段的施工工藝和施工要求，從BIM模型上真實(shí)模擬工程施工狀況，并根據(jù)模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行施工成本動(dòng)態(tài)管控。

3.2.2? ?成本偏差報(bào)警指數(shù)

以6月25日到7月6日這一段施工時(shí)間為例，其對(duì)應(yīng)的成本偏差報(bào)警指數(shù)如表1所示。

通常情況下，當(dāng)報(bào)警指數(shù)取值超過(guò)1時(shí)，代表當(dāng)前任務(wù)完成良好；當(dāng)指數(shù)取值范圍在1～0.97、0.97～0.94、0.94～0.91、0.91～0.88時(shí)，報(bào)警等級(jí)分別為五級(jí)、四級(jí)、三級(jí)和二級(jí)；當(dāng)取值結(jié)果小于0.88，則給出一級(jí)報(bào)警。

從表1可知，7月3日和7月5日的成本偏差，屬于不可接受范圍；6月27日和7月1日也存在成本偏差，屬于可接受范圍。針對(duì)這4天可以分別給出對(duì)應(yīng)的糾偏措施。

3.3? ?成本管控體系實(shí)施前后對(duì)比分析

在成本管控體系實(shí)施后，統(tǒng)計(jì)各類施工成本信息，與成本管控體系實(shí)施之前的預(yù)期成本進(jìn)行對(duì)比，生成的對(duì)比結(jié)果如圖2所示。

根據(jù)圖2可知，提出并應(yīng)用成本管控方法后，其施工成本比管控前有了明顯下降，整體施工成本比目標(biāo)成本減少了601萬(wàn)元，充分證明了新型成本管控方法具有良好的應(yīng)用效果。

4? ?結(jié)束語(yǔ)

本文提出的基于BIM技術(shù)的城市地鐵銜接土建施工成本管控的新方法，以某標(biāo)段地鐵車站與站后銜接隧道施工為實(shí)例進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)合工程進(jìn)度對(duì)施工成本進(jìn)行動(dòng)態(tài)管控，達(dá)到了降低施工成本支出的目的，驗(yàn)證了該成本管控新方法的優(yōu)越性和可行性，為城市地鐵建設(shè)提供有效的方法，促進(jìn)地鐵建設(shè)的持續(xù)發(fā)展。

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