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基于BIM的成本控制与进度控制 摘要：基于BIM的工程管理有利于建设项目的成本控制和进度控制，它为建设项目的增值服务。将BIM与施工进度计划相整合，可视的4D模型可以直观、精确地反映整个建筑的施工过程。4D施工模拟技术可以在项目建造过程中用于合理制定施工计划、科学地掌握施工进度，优化使用施工资源，以及合理地进行场地布置，对整个工程进度、资源和质量进行统一管理和控制，以缩短工期、降低成本、提高质量。由于可视的5D模型集成了空间信息、时间信息和费用信息，它能动态地反映工程进展的资金需求量，也可用于比较不同进度方案的资金需求计划，有利于资金和工程费用控制。本文主要探讨在BIM模型中加入成本信息，对工程管理进行成本与进度控制。1、BIM的概念BIM这一方法和理念由欧特克公司在2002年率先提出： BIM是指基于最先进的三维数字设计解决方案所构建的“可视化”的数字建筑模型，为设计师、建筑师、水电暖铺设工程师、开发商乃至最终用户等各环节人员提供“模拟和分析”的科学协作平台，帮助他们利用三维数字模型对项目进行设计、建造及运营管理。对于设计师、建筑师和工程师而言，应用 BIM不仅要求将设计工具实现从二维到三维的转变，更需要在设计阶段贯彻协同设计、绿色设计和可持续设计理念。其最终目的是使得整个工程项目在设计、施工和使用等各个阶段都能够有效的实现节省能源、节约成本、降低污染和提高效率。所谓建筑信息模型（BIM），是指通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息，在这里，信息的内涵不仅仅是几何形状描述的视觉信息，还包含大量的非几何信息，如材料的耐火等级、材料的传热系数、构件的造价、采购信息等。实际上，BIM就是通过数字化技术，在计算机中建立一座虚拟建筑，一个建筑信息模型就是提供了一个单一的、完整一致的、逻辑的建筑信息库。2、 BIM的主要特点2.1 Visualization（可视化）对于BIM来说，可视化是其中的一个固有特性，BIM的工作过程和结果就是建筑物的实际形状（几何信息，当然是三维的），加上构件的属性信息（例如门的宽度和高度）和规则信息（例如墙上的门窗移走了，墙就应该自然封闭）。在BIM的工作环境里，由于整个过程是可视化的，所以，可视化的结果不仅可以用来汇报和展示，更重要的是，项目设计、建造、运营过程中的沟通、讨论、决策都在可视化的状态下进行。2.2 Coordination（协调）BIM服务应该是目前能帮项目经理们解决多方协调问题的最有效的手段了。通过使用BIM技术，建立建筑物的BIM模型，可以完成的设计协调工作可以包括（但不限于）下述内容：地下排水布置与其他设计布置之协调 不同类型车辆于停车场之行驶路径与其他设计布置及凈空要求之协调 楼梯布置与其他设计布置及凈空要求之协调 市政工程布置与其他设计布置及净空要求之协调 公共设备布置与私人空间之协调 竖井/管道间布置与净空要求之协调2.3 Simulation（模拟）没有BIM能做模拟吗？当然是能做的，就像没有BIM也能造房子一样。问题是，没有BIM的模拟和实际建筑物的变化发展是没有关联的，实际上只是一种可视化效果。“设计-分析-模拟”一体化才能动态表达建筑物的实际状态，设计有变化，紧跟着就需要对变化以后的设计进行不同专业的分析研究，同时马上需要把分析结果模拟出来，供业主对此进行决策。非BIM不能完成此任务。目前基于BIM的模拟有以下几类：2.3.1. 设计阶段：日照模拟、视线模拟、节能（绿色建筑）模拟、紧急疏散模拟、CFD模拟等；2.3.2. 招投标和施工阶段：4D模拟（包括基于施工计划的宏观4D模拟和基于可建造性的微观4D模拟），5D模拟（与施工计划匹配的投资流动模拟）等2.3.3. 销售运营阶段：基于web的互动场景模拟，基于实际建筑物所有系统的培训和演练模拟（包括日常操作、紧急情况处置）等。2.4 Optimization（优化）事实上整个设计、施工、运营的过程就是一个不断优化的过程，优化是我们天天都在干的事情。优化和BIM也没有必然的联系，但在BIM的基础上可以做更好的优化、更好地做优化。大家知道，优化受三样东西的制约：信息、复杂程度、时间。没有准确的信息做不出合理的优化结果，BIM模型提供了建筑物的实际存在（几何信息、物理信息、规则信息），包括变化以后的实际存在。目前基于BIM的优化可以做下面的工作：2.4.1. 项目方案优化：把项目设计和投资回报分析集成起来，设计变化对投资回报的影响可以实时计算出来；这样业主对设计方案的选择就不会主要停留在对形状的评价上。2.4.2. 特殊（异型）设计优化：裙楼、幕墙、屋顶、大空间到处可以看到异型设计，这些内容看起来占整个建筑的比例不大，但是占投资和工作量的比例和前者相比却往往要大得多，而且通常也是施工难度比较大和施工问题比较多的地方，对这些内容的设计施工方案进行优化，可以带来显著的工期和造价改进。2.4.3. 限额设计：BIM可以让限额设计名符其实。3、基于BIM的进度控制3.1 BIM与4D虚拟施工BIM（Building Information Modeling，即：建筑信息模型）带给建筑业的是一次根本性的变革，它将建筑从业人员从复杂抽象的图形、表格和文字中解放出来，以形象的三维模型作为建设项目的信息载体，方便了建设项目各阶段、各专业以及相关人员之间的沟通交流。项目各方之间的充分交流减少了建设项目因为信息过载或者信息流失而带来的损失，提高了从业者的工作效率以及整个建筑业的效率。 基于BIM技术的4D虚拟施工是将设计阶段所完成的3D模型附加以时间的维度，构成4D模拟动画，其主要目的是按照工程项目的施工计划模拟现实的施工过程，在虚 拟的环境下发现施工过程中可能存在的问题和风险，并针对问题对模型和计划进行调整修改，反复的模拟检查和调整使施工计划过程达到优化。即使发生了设计变更、施工图更改等情况，也可以快速的对进度计划进行联动修改。另外，在项目评标阶段，三维模型和虚拟动画可以使评标专家形象的了解投标单位对工程施工组织的编排情况、主要的施工方法、总体计划等，从而对投标单位的施工经验和实力做出初步评估。3.2进度管理中普遍存在的问题 在实际的工程项目进度管理过程中，虽然有各种详细的进度计划以及网络图、横道图等技术做支撑，但是“破网”的事故还是经常发生，对整个项目的经济效益产生着直接的影响。笔者通过整理，总结出以下主要原因：3.2.1由于设计缺陷带来的进度管理问题设计阶段的主要内容是完成施工所需图纸的设计。通常一个项目的整套图纸少则几十张，多则成百上千张，且这些图纸之间又都相互关联，所以很容易出现图纸错误。再者项目各个专业的设计工作是独立完成的，这就导致各专业的二维图纸在空间上很容易出现碰撞和矛盾。如果这些问题没有被提前发现，而是到施工阶段才表现出来，就势必会对工程项目的进度产生影响。3.2.2 资金材料供应不平衡造成的进度管理问题建设项目往往会消耗大量的财力和物力，如果没有一个详细的资金、材料使用计划是很难完成的。在实际的项目施工过程中，由于专业的不同，施工方与业主和供货商的交流往往不完全，这使得业主的资金计划、供货商的材料供应计划与施工进度不匹配，同样也会造成工期的延误。3.2.3 进度计划编制不合理造成的进度管理问题 工程项目进度计划的编制很大程度上依赖于项目管理者的经验。虽然有施工合同、进度目标、施工方案等客观条件的支撑，但是项目的唯一性和个人经验的主观性难免会造成进度计划出现不合理的地方。并且现行的编制方法和工具相对抽象，导致不易对进度计划进行检查。计划出了问题，那么按照计划所进行的施工过程必然也不会顺利。3.2.4 施工人员技术和素质的良莠不齐造成的进度管理问题 随着施工技术的发展和新型施工机械的应用，工程项目施工过程越来越趋于自动化和机械化。但是，保证工程项目顺利完成的主要因素还是人。施工人员的素质是影响项目进度的一个主要方面，施工人员对施工图纸的理解，对施工工艺的熟悉程度等等因素都对项目能否按计划顺利完成产生影响。3.2.5 项目各部分、各专业之间连接不流畅造成的进度管理问题 一个工程项目是由多个部门、多个专业合力完成的，因此各专业之间的交流就显得非常重要。交流的目的是为了统一思想、协同作业，保证各部门、各专业对项目进度计划理解一致。实际施工过程中，各专业施工队之间彼此指责、相互扯皮的事件经常发生，既影响了施工现场的和谐氛围，又因为不必要的停工造成施工进度的延误。3.2.6 施工环境的影响工程项目既受当地的地质条件、气候特征等自然环境的影响，又受到交通设施、区域位置等社会环境的影响。必须在项目的开始阶段就充分考虑到这些环境因素的影响结果，并提出相应地应对措施。项目实施过程中任何不利的环境因素都有可能对项目进度产生严重影响。3.3 传统方法解决这些问题的缺陷和局限性 以上问题产生的根本原因是因为传统进度管理办法本身的局限性造成的，加强管理和增加项目进度检查频率只能在一定程度上降低问题发生的概率，不可能从根本上解决。这是因为：3.3.1 二维CAD设计的可视性弱在过去，由于计算机技术和信息技术的落后，人们无法将建筑设计的成果用三维模型表达，实体模型又无法包含项目实体的所有信息，而且制作复杂，十分不便。所以，二维三视图的发明为建筑设计带来了很大的便利。将现实中的三维建筑用二维的平、立、侧三视图表达是建筑业前辈们的智慧表现。特别是CAD技术的应用，用电脑屏幕、鼠标、键盘代替了画图板、铅笔、直尺、圆规等手工工具，大大提高了出图的效率。虽然如此，但是因为二维图纸的表达形式与现实人们的习惯维度不同，所以看懂二维图纸存在一定困难，要求通过专业的学习和长时间的训练才能做到对图纸充分理解。同时，当代建筑设计对建筑外观的要求越来越严格，异形曲面的应用更加平凡。鸟巢、国家大剧院、悉尼歌剧院等外形奇特，布局复杂的建筑物越来越多的出现在我们身边。这种趋势对二维的图纸设计带来了很大困难。即使能够完成，理解图纸也会变得更有难度。另外，二维CAD设计可视性不强的缺陷造成设计师无法有效检查自己的设计成果，很难保证设计质量，并且对设计师与建造师之间的沟通制造了障碍。3.3.2 网络计划不够形象直观、往往难以理解 网络计划图虽然是现在项目进度管理的主要工具，但是由于其自身的缺陷和局限性，使得工程项目的进度管理工作任然存在问题。首先，网络计划图计算复杂，理解困难，只适用于专业内部的使用，不利于对外界的沟通和交流。其次，网络计划图表达抽象，不能直观的展示项目的计划进度过程，也不方便进行项目实际进度的跟踪。还有，网络计划图要求项目工作分解细致，逻辑关系准确，这些都依赖于个人的主观经验，实际操作中往往会出现各种问题，很难完全做到。3.3.3 二维图纸不方便各专业之间的协调沟通 二维图纸由于其可视化程度的限制，使得各专业之间的工作相对分离。无论是在设计阶段还是在施工阶段，都很难对项目进行整体性表达。各个专业单独工作或许十分顺利，但是一旦将各专业结合起来协同作业就会产生碰撞和矛盾，对项目的顺利完成带来困难。3.3.4 传统方法注重经验，无法做到规范化和精细化管理随着项目管理技术的不断发展，规范化和精细化管理已成为形势所趋。但是传统的进度管理方法很大程度上依赖于项目管理者的经验，很难形成一种标准化和规范化的管理模式。这种经验化的管理方法由于受主观因素影响较重，注定了与精细化管理无缘。所以，引进新的管理技术，更新传统的管理方法已势在必行。3.4 传统的进度管理方法与基于BIM的4D虚拟施工在项目进度管理中的比较传统方法虽然可以对前期阶段所制定的进度计划进行优化，但是由于其可视性弱，不易协同，以及横道图、网络计划图自身存在缺陷，所以项目管理者对进度计划的优化只能停留在部分程度上，即优化不充分。这就使得进度计划中可能存在某些没有被发现的问题，当这些问题在项目的施工阶段被表现出来时，对建设项目产生的影响就会很严重（见图1）。指导施工问题1问题2问题3问题n完 成施工过程进度计划优化进度计划逻辑关系持续时间工期要求资源限制施工图纸工作分解结构施工方案 解决 解决 解决 解决图1 传统方法的进度管理过程基于BIM技术的项目进度管理通过反复的施工过程模拟，让所有在施工阶段可能出现的问题在模拟的环境中提前发生，逐一修改，并提前制定应对措施，使进度计划和施工方案最优，再用来指导实际的项目施工，从而保证项目施工的顺利完成（见图2）。模拟施工模拟过程指导施工问题1问题2BIM模型4D虚拟动画时间维度问题3问题n 解决最优模型完 成 解决 解决 解决图2 基于BIM技术的进度管理工程3.5 BIM技术在工程项目进度管理中的优越性和可行性3.5.1 4D虚拟施工技术基于立体模型，可视性强BIM的设计成果是高仿真的三维模型。设计师可以以第一人称或者第三人称的视角进入到建筑物内部，对建筑进行细部的检查。可以细化到对某个建筑构件的空间位置、三维尺寸和材质颜色等特征进行精细化修改。从而提高设计产品的质量，减低因为设计错误对施工进度造成的影响。还可以将三维模型放置在虚拟的周围环境之中，环视整个建筑所在区域，评估环境可能对项目施工进度产生的影响，从而制定应对措施，优化施工方案。对三维模型的各个构件附加时间参数就形成了4D模拟动画，计算机可以根据所附加的时间参数模拟实际的施工建造过程。通过虚拟施工，可以检查进度计划的时间参数是否合理，即各工作的持续时间是否合理，工作之间的逻辑关系是否准确等等，从而对项目的进度计划进行检查和优化。通过将修改后三维建筑模型和优化过的四维虚拟施工动画展示给项目的施工人员，让他们直观的了解项目的具体情况和整个施工过程。这样可以帮助施工人员更深层次的理解设计意图和施工方案要求，减少因信息传达错误而给施工过程带来不必要的问题，提高施工进度和质量，保证项目决策尽快执行。3.5.2 BIM模型包含着丰富的建筑信息 BIM模型之所以区别于其他的建筑模型是因为它不是一个干瘪的外形模型，BIM模型包含着丰富的建筑信息，从构件材质到尺寸数量，它几乎能够表达实体建筑所包含的全部信息。因此，通过将建筑模型附加进度计划而成的虚拟施工可以间接的生成材料和资金的供应计划，并且与施工进度计划相关联，根据施工进度的变化进行联动更新。将这些计划在施工阶段开始之前与业主和供货商进行沟通，让其了解项目的相关计划，从而保证施工过程中资金和材料的充分供应。避免因为资金和材料的不到位对施工进度产生影响。3.5.3 基于BIM的4D模拟施工技术更方便建设项目各专业之间协同作业 BIM模型也是分专业进行设计的，只不过各专业模型建立完成以后可以进行模型的空间整合，将各专业的模型整合成为一个完整的建筑模型。计算机可以通过碰撞检查等方式检测出各专业模型在空间位置上存在的交叉和碰撞，从而指导设计师进行模型修改。避免因为模型的空间碰撞而影响建设项目各专业之间的协同作业，从而影响项目的进度管理。4、基于BIM的费用控制4.1成本控制的意义成本控制的课题很大，意义也很大。成本控制关乎低碳、环保、绿色建筑、自然生态、社会责任、福利等宏大叙事。众所周知，有些自然资源是不可再生的，所以成本控制不仅仅是财务意义上实现利润最大化，终极目标是单位建筑面积自然资源消耗最少。施工消耗大量的钢材、木材和水泥，最终必然会造成对大自然的过度索取。其次，只有成本控制得较好的企业才有可能有相对的比较优势，成本控制不力的企业必将会被市场所淘汰。成本控制”也不是片面地压缩成本，有些成本是不可缩减的，有些标准是不能降低的，特别强调的是，任何缩减的成本不能影响到建筑结构安全，也不能减弱社会责任。我们所谓的“成本控制”就是通过技术经济和信息化手段，优化设计、优化组合、优化管理，把无谓的浪费降至最低，成本控制是永恒的主题。4.2 BIM技术在工程成本控制中的优势BIM技术在处理实际工程成本核算中有着巨大的优势。建立BIM的5D 施工资源信息模型（3D实体、时间、工序）关系数据库，让实际成本数据及时进入5D关系数据库，成本汇总、统计、拆分对应瞬间可得。建立实际成本BIM模型，周期性（月、季）按时调整维护好该模型，统计分析工作就很轻松，软件强大的统计分析能力可轻松满足我们各种成本分析需求。基于BIM的实际成本核算方法，较传统方法具有极大优势：4.2.1快速。由于建立基于BIM的5D实际成本数据库，汇总分析能力大大加强，速度快，短周期成本分析不再困难，工作量小、效率高。4.2.2准确。成本数据动态维护，准确性大为提高，通过总量统计的方法，消除累积误差，成本数据随进度进展准确度越来越高。另外通过实际成本BIM模型，很容易检查出哪些项目还没有实际成本数据，监督各成本实时盘点，提供实际数据。4.2.3分析能力强。可以多维度（时间、空间、WBS）汇总分析更多种类、更多统计分析条件的成本报表。4.2.4提升企业成本控制能力。将实际成本BIM模型通过互联网集中在企业总部服务器。企业总部成本部门、财务部门就可共享每个工程项目的实际成本数据，实现了总部与项目部的信息对称，总部成本管控能力大为加强。总之“BIM成本控制解决方案”，其核心内容是利用BIM软件技术、造价软件、项目管理软件、FM软件，创造出一种适合于中国现状的成本管理解决方案。首先定义一套通用编码标准，用于解析各种软件和体系的编码。整体解决方案包含了设计概算、施工预算、竣工决算、项目管理、运营管理等所有环节成本管理的模块，构成项目总成本控制体系。首先，设计：由设计院制作BIM模型提交，作为所有各方建模的基础（设计院中间件+Revit）。施工：采用基于BIM的工程量清单招标，要求乙方全部采用BIM投标（基于FM的招标条件+预算中间件+算量软件），施工预预算的信息都写入BIM。PM：要求项目管理单位全面采用BIM-WBS中间件（项目管理中间件+普华软件），便于将来运营时回溯建筑构件的历史信息。FM：要求运营单位全面采用BIM-FM中间件（FM中间件+Archibus），直接将BIM携带的建筑信息全部留给运营阶段，实现BIM价值的最大化项目成本控制是一个复杂的大系统，要整合各方面资源，形成合力。把各子系统纳入到大系统中，系统永远大于子系统之和。5、结束语5.1由于BIM技术从根本上解决了传统方法本身缺陷所带来的问题，所以对于工程项目进度管理技术的发展有着十分重要的作用。但是因为国内对BIM的接触时间较短、推广力度不够，所以对BIM的应用还处在初级的探索阶段。随着我国BIM研究的不断加深和应用的不断推广，其势必会成为国内工程管理界，乃至整个建筑界的主流核心技术。5.2在建筑工程全生命周期都有工程成本控制的身影，应用新技术可产生更高的效益，提高企业的核心竞争力，BIM技术应用有强大的生命力和广阔前景，随着BIM技术日趋成熟，相信不需要很长时间，BIM技术一定会被广泛应用于建筑工程的整个生命周期全过程中。 二一四年九月二十日参考文献1徐伟，李建伟.土木工程项目管理M.上海：同济大学出版社，2000：447-5172李建成，王朔，杜嵘.Revit Building建筑设计教程M.北京：中国建筑工业出版社，2006：1-103Chuck Eastman, Paul Teicholz, Rafael Sacks, Kathleen Liston.BIM Handbook: A Guide to Building Information Modeling for Owners, Managers, Designers, Engineers and ContractorsM, NY:John Wiley and Sons，2008：93-4604王青薇，张建平.基于BIM的工程进度计划编制J.商场现代化，2010，(35)5丰 亮，陆惠民.基于BIM 的工程项目管理信息系统设计构想J.建筑管理现代化，2009，23(4)6王广斌，张洋，杨学英，张文娟.工程项目建设信息化发展方向虚拟设计与施工J.武汉大学学报(工学版)，2008，41(2)7赵海涛，刘越平.基于虚拟现实的建筑纠偏施工J.施工技术，2005，34(2)8杨山.浅谈工程项目进度控制J.管理科学，2010，39(4)9张利，张希黔，陶全军.虚拟建造技术及其应用展望J.建筑技术，2003，34(5)10夏力.小议工程项目管理中施工进度的管理J.经营管理者，2010，(17)11胡捷慧.Project软件在项目管理中的应用J.有色冶金设计与研究，2010，31(4)12李恒，郭红领，黄霆，陈镜源，陈景进.建筑业发展的强大动力：虚拟施工技术J.中国建筑信息，2010，(2)13 王广斌;张洋;谭丹;基于BIM的工程项目成本核算理论及实现方法研究J;科技进步与对策;2009年21期14 吴荻;论BIM技术及其在工程成本控制中的应用J;现代装饰(理论);2012年05期