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基于BIM的装配式建筑施工成本控制

打印 0条评论来源:河北省地震工程研究中心

针对传统施工工艺高能耗、高环境负担等问题,施工绿色度已成为一个重要的评价指标。装配式建筑相比于传统建筑具有施工效率高、施工质量好和安全性高等诸多优势,是建筑业的新兴建筑模式。但由于现阶段装配式建筑成本较高,阻碍其广泛地推广运用。因此,该项目对装配式施工模块化单元可控性进行研究,并以BIM技术作为算量工具嵌入其中具有重要意义。BIM技术是一种具有综合能力的处理建筑数据的工具,广泛应用在建筑设计、施工等领域,并在建筑性能设计、模拟、优化以及建筑成本管理等方面具有明显优势。利用BIM数字信息模拟技术的信息完整性、相关性,绝对性、和洽性、可见性、仿真性、改进性和可成像性8个特征,完成对装配式建筑施工过程的全元动态监控,优化装配式建筑的施工工艺,以提高效益成本比。


装配式建筑成本控制的现状


目前,传统小区住房具有建筑规模大、质量要求高、规模化等特点,适合运用装配式技术进行施工。但与传统建筑形式相比我国的装配式建筑尚未形成产业规模,还处于发展的初始阶段,其经济成本高于传统建筑的经济成本,而其预制安装构件的高价格是导致成本过高的主要原因。因此,降低构件成本是促进装配式建筑发展的途径之一。


由于目前我国装配式规模较小,其构件的生产厂商数量较少,且分布区域较为集中,在不同地区采用装配式施工方式会增加预制构件的运输成本。而缩短装配式建筑与施工地区距离,在施工地区建设工厂又会额外增加建厂费用,增加整体成本。其次,装配式建筑对设计、施工人员具有全新的要求和标准,设计人员要对装配构件进行合理、便捷的拆解设计,并保证构建的无缝衔接性;而对施工人员来说,其适应了传统施工方式,若转变原施工模式,对预制构件进行装配,并没有足够的熟练度,会在无形之中增加工程的时间成本。


分析装配式建筑成本构成可知,装配式建筑成本还有很大下降空间,随着信息技术的进步和发展,装配式建筑成本控制与信息手段的结合将是一个重要的发展方向。将BIM技术应用于成本控制阶段,可以将装配式建筑建设的全过程创建为虚拟的信息化模型,工程相关数据可以更快速准确地被利用,还可及时掌握装配式建筑成本控制环节存在的问题并有效解决。装配式建筑自身具有绿色、环保、低碳以及建筑品质较高等一系列优势,且在未来的成本会相对稳定。


BIM技术的应用


建筑信息模型是应用于建筑、工程和土木工程等专业的新兴工具。它将建筑数据与信息模型结合,实现建筑信息在建筑项目的全生命周期中共享和传输,使全员能够正确理解和掌握建筑信息,为设计团队和参与建设和运营的各方提供协同工作的基础,提高生产效率,节省成本,缩短工期。


国外对BIM技术的研究始于上世纪70年代,在2002年被Autodesk公司正式提出,目前已被业内广泛认可。目前,我国正处于逐步淘汰传统建设项目成本管理,推进现代建设项目成本管理的过渡期。在此阶段,装配式建筑的建造过程中存在成本过高的问题,所以该行业存在多数观望态度,因此,更加有效地控制成本是推动装配式施工的关键,利用BIM技术可在装配式建筑的全周期将现场数据导入BIM模型进行模拟分析,解决装配式建筑发展的障碍,全力发展绿色施工。


当前,国内已有部分学者对于BIM技术应用于装配式建筑生产过程中的可行性进行了研究。以测试建筑为例,总结两者的可用性,探索在预制建筑物中建立BIM模型。但现阶段国内还并不能做到BIM技术与装配式建筑完整、紧密的交互融合,若想将BIM技术与装配式件数达到无缝衔接仍需进一步的研究。


装配式施工成本控制与BIM技术相结合


装配式建筑施工设计阶段建造成本控制


在设计和施工过程中使用BIM技术管理建筑信息是今后潜在的最终用途目标。构件设计阶段利用存储在BIM软件系统中的信息,利用通用设计环境中建模互操作性功能,对支持信息进行再利用,来减少数据重复。通过以上方式,使用BIM技术对预制建筑成本进行管理,促进了BIM技术与性能仿真工具之间通信方法的开发,并对成本控制进行了预测和分析,利用BIM作为平台收集信息,并执行建筑的性能设计和成本优化。由于对复杂的高性能特征难以精确建模,以及优化预测效率低下和准确性不高,成本差异的可能性也会增加。BIM应用系统示意图如图1所示。


图1 BIM应用系统示意图


BIM模拟对象的可扩展元数据属性的能力被用作存储和潜在地管理资产信息以及描述所表示的建筑系统和操作的结构的手段。大多数BIM用于管理成本操作的示例是基于预测使用中的成本差异和识别与预测偏差的模拟。设计和成本管理之间的过渡是用户熟悉新系统的关键时期,从而提高建筑运营管理的效率。作为BIM采用流程的一部分,政府已实施针对这些目标的强制性和自愿性计划,但仍需进一步指导以改善运营过程中的BIM,以此提高运营绩效。


装配式建筑构件生产制造阶段成本控制


与传统建筑方式不同,在设计完成后预制建筑需在工厂内生产预制构件,这也是装配式建筑独特的环节。装配式建筑构件种类繁多,每一种构件的生产制造过程都是一个复杂的信息集合,运用BIM技术,以构件和环节为单位,结合RFID技术置入信息,以便管理构件的生产、存储、运输和吊装等过程,建筑模型示意图如图2所示。


图2 BIM建筑模型示意图


装配式建筑构件相比于其它产品具有较大区别,要求其模具外形、尺寸绝对准确,误差较大会严重影响后续工作。这就对模具的生产过程要求更加严格,以提高模具的可通用、可互换与实用性,从而保证模具在生产过程中能够多次使用以便延长其寿命周期,从而节约生产成本。因此,可以从引进BIM技术、改进生产工艺、优化模具等方面入手完成对装配式建筑构件生产制造阶段的成本控制。


装配式建筑施工阶段成本控制


基于BIM技术的装配式建筑施工阶段的成本控制是应用3D模型添加时间和成本所形成的BIM的5D模型,进而进行动态成本控制。通过BIM技术虚拟建模,可以在施工前阶段模拟物料堆放、项目进度和资金消耗等,并有利于提前了解施工过程中可能存在的问题,优化施工顺序,通过进行合理的资源配资来优化BIM模型,引导实施施工。图3所示为BIM技术工程量示意图。


由图3可知,在施工过程中可实时监测施工进度、成本计划和工序逻辑关系,并可及时发现施工过程中可能出现的问题和风险,提出解决方案,实时调整施工进度安排以及资源和成本投入计划。此外,利用BIM技术可以更加便捷地处理施工过程中出现的变更,当施工过程中发生设计变更时,可利用BIM技术将变更关联到模型中,同时反映出变更后的工程量及造价的变化情况,使决策者能够更清晰地掌握变更情况对造价的影响,及时调整资金筹措和投入计划。


图3 工程量示意图


应用BIM技术的装配式建筑成本控制实例分析


上海工业化住宅示范项目。由于项目的设计在项目设计和计划批准完成后开始,因此,项目设计必须在原设计的基础上执行所有的变更,从而导致工业设计中产生一定的限制和困难。该项目采用BIM技术进行建筑,图4所示为采用BIM技术的建筑模型,采用结构和机电一体化设计实现整个建设过程的控制。


图4 BIM建筑模型


在项目的初始阶段,将BIM技术与地理信息系统(GIS)相结合,获取现场信息和数据,其中GIS技术用于数据分析,BIM技术用于建模,因此,决策者可以进行合理地规划。针对组件的信息,BIM技术也可用于确定组件和材料数据库的大小。同时由于BIM建模能够提供完整的工程量数据,造价人员在造价预算阶段可利用BIM技术进行计算,既减少工作强度又可提高造价精度,图5所示为BIM技术计算汇总概览图。


图5 BIM技术计算汇总表概览图


在施工阶段,采用BIM技术的5D可视化管理,将施工过程中的劳动力、材料和机械等相关资源进行整合,如图6所示,随时将施工情况与施工方案进行比较,并有效地进行协调与调整。为了保证施工方、监理方、业主等多方人员能够清楚了解项目情况,整个建筑的数据也将被长期存储,以便于建筑施工的后期管理。


图6 建筑成本控制


该项目将BIM技术与装配式建筑结合,相比于传统建造方式具有以下优势:


1.可分别节约耗材70%、用水36%、能耗30%,并可节省工期31%:可将阳台、墙板、楼板和楼梯等作为统一构件,利用BIM技术进行标准构件模块设计后交由工厂生产。


2.集成性:预制建筑的核心是整合。设计师采用Revit建筑结构机电一体化设计,从解决方案到施工图、工厂生产、运输和现场组装的全过程,并考虑到未来建筑物的拆除,以实现整个建筑生命周期使用的集成设计和控制,如图7所示。


图7 成本设计与控制


由图7可知,利用BIM的众多优越性能,如工程造价的动态管理和运营后期维护等,可显著提高生产和施工效率。


结论


1.运用BIM技术可以实现装配式建筑全过程成本的可视化,并通过模拟化和精细化协同管控,可完成装配式建筑成本控制。


2.在装配式建筑中引入BIM技术可以对成本投入计划进行实时高效监测与管控。


3.在装配式施工中嵌入BIM技术的全元动态监测控制,可以获取资源分配与施工效率的平衡点,进而实现成本最低及效益最大化。


(编辑:奚雅青)




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[责任编辑:Susan]

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