耿俊虎 （江蘇勝宇人工環(huán)境工程有限公司，江蘇 鹽城 224000）

1 引言

BIM 技術(shù)在施工項目成本管理中的運用，對項目成本、進度的協(xié)調(diào)和糾偏起到了關(guān)鍵的作用[1]，為項目目標(biāo)的實現(xiàn)提供了便捷。通過對工程實例和有關(guān)軟件的應(yīng)用過程及現(xiàn)場數(shù)據(jù)的分析，得出BIM 技術(shù)在工程項目中的運用具有較大的優(yōu)勢，基于此，研究BIM 技術(shù)在建筑工程全過程造價管理中的應(yīng)用，旨在為BIM 技術(shù)在項目成本管理中的廣泛運用與推廣打下堅實的理論基礎(chǔ)。

隨著施工技術(shù)的不斷發(fā)展，施工過程及相應(yīng)的工序不斷增多，對工程造價產(chǎn)生了較大的影響[2]。目前國內(nèi)外對施工造價控制算法的研究大都是建立在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上。由于各種因素的存在，使得耦合往往會產(chǎn)生較大誤差，從而影響運算能力和計算精度。而BIM 技術(shù)在工程項目管理中的應(yīng)用較多，能夠滿足工程資源的分配與成本的監(jiān)測[3]。在實際工程中，采用BIM 技術(shù)進行施工項目的實時費用控制是切實可行的。但目前的工程造價控制算法并未將工程費用的耦合問題納入到工程造價中，從而使工程造價中存在著很大的平均偏差。基于此本文介紹了一種基于BIM 技術(shù)的實時工程造價控制方法。

2 BIM技術(shù)在建筑工程全過程造價管理中的應(yīng)用

2.1 工程概況

北京某綜合樓建筑的二期工程，其總建筑面積為5880m2，建筑面積為31261m2，本工程共7 層樓，包括6 層地面和1 層地下，總高27.4m，本項目屬于中央辦公大樓，施工進度受政府及各大公司的關(guān)注，對BIM 技術(shù)進行成本控制提出了新的需求。該工程的立體圖如圖1所示。

圖1 立面效果圖

2.2 工程設(shè)計階段

2.2.1 BIM模型建立

通過對A 公司具體投資方案的商決，確定建設(shè)工程成本限額作為項目成本管理的有效指標(biāo)。C 公司為成本管理單位，利用BIM 技術(shù)進行相應(yīng)的成本管理。根據(jù)施工單位提供的各類專業(yè)設(shè)計圖，利用BIM 軟件中Revit 模塊構(gòu)建BIM 的總體模型，其模型如圖2所示。通過BIM 模型，成功地對工程量、工程成本信息、工程進度進行分析。利用BIM 云數(shù)據(jù)，記錄、存儲、編輯構(gòu)件基本信息，對鋼筋、混凝土等關(guān)鍵指標(biāo)進行快速評估，并從成本管理的角度對設(shè)計單位進行改進。同時，基于BIM 模型，利用廣聯(lián)達BIM 項目成本信息，對BIM 項目進行初步估算。從多個方面進行綜合比較，得出具有技術(shù)性和經(jīng)濟性的初步設(shè)計方案。

圖2 項目BIM模型

2.2.2 施工圖設(shè)計階段

施工圖是工程設(shè)計單位的最后成果，也是工程項目后期成本管理的基礎(chǔ)文件。目前，利用revit 建立的BIM 模型，可以實現(xiàn)建筑、結(jié)構(gòu)、機電等專業(yè)的碰撞檢測，為建筑、結(jié)構(gòu)、機電等專業(yè)的碰撞分析提供基礎(chǔ)，并利用可視化的功能，對構(gòu)件的空間位置進行實時檢驗。針對不合理的設(shè)計，在BIM-5D基礎(chǔ)上，采用碰撞探測系統(tǒng)，確保施工過程的順利進行，避免了因施工圖紙間的沖突而導(dǎo)致資源浪費和工期的延遲。在此實例中，對地下停車場內(nèi)管線多的區(qū)域進行了現(xiàn)場輔助施工仿真，為各個專業(yè)的管線布局提供了有效的參考。本項目采用BIM 技術(shù)對地下停車場的建設(shè)進行了仿真模擬，如圖3所示。

圖3 BIM-5D模擬地下車庫施工

2.3 工程實施階段

在本工程中，廣聯(lián)達BIM-5D 系統(tǒng)已完成了基礎(chǔ)施工、主體施工階段的動態(tài)管理，確保了工程的資源和組織。在工程建設(shè)中，C 公司是工程造價的管理者，通過建立完整的BIM 三維建模，并結(jié)合工程建設(shè)中的具體情況進行分析。根據(jù)工程的具體情況，以周、月、季為時間，對此進行實時的修正和改進，并建立工程造價數(shù)據(jù)庫[4]。利用廣聯(lián)達BIM-5D 開發(fā)平臺進行工程建設(shè)的最優(yōu)資源配置，確保在工程開工前，由工程經(jīng)理根據(jù)工程進度安排，對關(guān)鍵節(jié)點進行資源配置。對各個階段的物資條件、人員條件、機器和裝備進行合理的分配，以確保各個階段的需要。并依據(jù)數(shù)據(jù)進行最優(yōu)的資源調(diào)度，在確保連續(xù)供給的前提下，在各個施工環(huán)節(jié)實行定額領(lǐng)取。通過對工程建設(shè)全流程進行成本的優(yōu)化，使資源得到最大程度的使用。利用BIM-5D模式，對工程建設(shè)中每個月的物資需求量、資金需求情況進行了全面的分析，為工程經(jīng)理提供物資儲備和管理服務(wù)，如圖4所示。

圖4 施工進度、資源、造價聯(lián)合控制模型

2.4 工程竣工階段

在工程項目的成本計算中，利用BIM-5D 模式，從各個環(huán)節(jié)中抽取出項目所需的各種費用，并按照工作的不同階段或時間周期，將項目人員、進度計劃、施工區(qū)段等進行分類，從而迅速地將項目的費用信息進行匯總。圖5 為九月份的預(yù)拌混凝土需求量統(tǒng)計，可通過BIM 直接發(fā)放施工領(lǐng)料表，方便工程管理和施工單位對混凝土消耗的控制。利用BIM-5D軟件可以對各月份的工程量進行匯總，并對各部門的材料發(fā)放數(shù)據(jù)進行匯總，為工程成本的管理工作帶來了方便。

圖5 BIM5D模型進度-材料需求量查詢

利用BIM-5D 技術(shù)，對工程實際成本、預(yù)算成本、投標(biāo)報價進行了統(tǒng)計，在“三算”對比的基礎(chǔ)上，對工程的經(jīng)濟績效評估工作進行分析，并依據(jù)誤差比較的結(jié)論，發(fā)現(xiàn)存在的問題。本工程在土建、給排水、電氣方面的三個計算比較關(guān)系如圖6 所示。通用空調(diào)方面的實際費用都低于預(yù)算費用，其中給水系統(tǒng)效率最高，空調(diào)系統(tǒng)的利潤率最高，為后續(xù)工作及最終業(yè)績評價工作的實施奠定了基礎(chǔ)。

圖6 施工項目“三算”對比分析

另外，BIM 技術(shù)也可對施工過程中的工程量、施工前、施工過程、竣工統(tǒng)計等方面進行工程量統(tǒng)計，并對施工進度進行統(tǒng)計，對變更索賠等方面進行指導(dǎo)。BIM-5D 模型以項目進度為依據(jù)，實時地對施工過程中所需要的工程量進行統(tǒng)計，并針對項目的階段性成本和項目的實現(xiàn)提出相應(yīng)的改善建議。

2.5 工程BIM技術(shù)應(yīng)用效果分析

首先，使用BIM-5D 模式進行參數(shù)設(shè)定?；贐IM-5D 的建模，通過對項目完工的規(guī)劃費用進行測算，并采用掙值法求出了費用偏離指標(biāo)N，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 2021年4月-2021年11月的成本進度表

從表格中的數(shù)據(jù)可以看出，工程項目在兩個月內(nèi)運營狀況欠佳，造成實際費用支出高于預(yù)期費用。與四月份相比，五月份的偏離指標(biāo)顯著縮小，表明工程項目費用在五月得到了提高。而從6月份起，各項費用偏離值都在0.1 以內(nèi)，可以得到工程造價在6 個月以上的造價比實際工程高，這表明建筑公司在工程造價控制上的作用是比較穩(wěn)定的。

本工程在前期三個月SPI 小于1，因此可以看出工程完成率并不高，未達到預(yù)定的完成率，其原因是前期準(zhǔn)備不足，設(shè)備進場延遲。隨后，工作人員就開始加速人力物力的投入，七月份BCWP＞BCWS項目，證明該管理方案的實施，有效地解決了項目延遲問題，使項目的進度和投資趨于均衡。

本文以工程四到十一月份的成本資料為基礎(chǔ)，將BIM-5D 模式下的成本進度圖繪制于圖7，成本偏差與進度偏差的關(guān)系圖。

圖7 某項目成本進度曲線圖

綜合以上分析，從參數(shù)和指數(shù)角度、曲線圖等方面的分析結(jié)果與工程的實際情況基本吻合，表明BIM 技術(shù)與勝率值方法在工程成本的動態(tài)監(jiān)測和積極的糾正中具有重要的意義。

3 基于BIM的復(fù)雜施工成本實時控制算法的設(shè)計

3.1 BIM項目資源配置優(yōu)化

在工程開發(fā)過程中，由于工程資源缺乏統(tǒng)一分配，很容易增加資源成本。項目越復(fù)雜，問題就越有可能出現(xiàn)。本文建立了工程資源的平衡分配模型來解決這一問題。在k 型建設(shè)資源下，日需求為Rk，則公式為：

式中，T 為項目總工期（天數(shù)）；Rjk為j中k個施工資源類型的需求。在施工過程中，由于某些原因造成資源不均勻的標(biāo)準(zhǔn)差為k，則公式為：

在確定上述參數(shù)后，采用BIM 技術(shù)對參數(shù)進行求解和優(yōu)化。首先，確定了BIM 模式下工程形式的初始總體，并采用隨機方法在過程之間的邏輯關(guān)系中生成工程形式j(luò)的初始總體。操作開始時間為TSj，在BIM 中，從最后一個過程到第一個過程進行初始填充。過程后的工作j集合為Bj，而這個過程j的公式為：

式中，ESj表示操作j最早的計劃開始時間；Dj表示操作j的持續(xù)時間。本文采用排序函數(shù)進行排序。適應(yīng)度函數(shù)的表達式如下：

在獲得函數(shù)后，使用單點交叉算子，實際操作時間j將受到后續(xù)操作的影響。交叉操作需要對每個人進行驗證。從后到前進行驗證，公式為：

當(dāng)實際成本滿足公式（5）中的驗證條件時，使用公式（3）重新賦值。利用公式（5）的振幅來保證隨機變量對應(yīng)的可變時間差范圍，確定隨機變量位置，求解該過程中資源需求的個體值。采用BIM方法計算施工項目的資源分配，以控制分配不良造成的成本損失。

3.2 實時成本控制效果的比較

在圖8中，算法1是本文設(shè)計的成本控制算法，算法2 為基于等效近似的線性模型的成本控制算法，算法3 為基于預(yù)算增長指標(biāo)的時間序列分析的成本控制算法，算法4 為基于層次分析法(AHP)的成本控制算法。

圖8 成本控制算法的控制響應(yīng)性比較

從圖8 中可以看出，在本文設(shè)計的成本控制算法中，控制算法的控制響應(yīng)性隨著實驗數(shù)據(jù)的輸入而提高。但是，當(dāng)數(shù)據(jù)達到一定程度時，算法的控制響應(yīng)沒有明顯變化，并且接近于給定的控制閾值。其他算法的控制響應(yīng)隨數(shù)據(jù)的增加而增加，而其他三種算法的響應(yīng)通常都小于40%，說明該算法的控制響應(yīng)優(yōu)于其他算法。為進一步研究不同算法中均方根誤差的變化規(guī)律，利用公式計算均方根誤差，結(jié)果如圖9所示。

圖9 成本控制算法控制的均方根誤差比較圖

從圖9 中可以看出，三種算法的均方根誤差都隨著實驗數(shù)據(jù)量的增加而增大。當(dāng)數(shù)據(jù)量為100 時，算法2 的均方根誤差為22.5%，算法3 的均方根誤差增加到18.7%，算法4 的均方根誤差增加到26.7%。該算法的均方根誤差受實驗數(shù)據(jù)增加的影響較小，且誤差始終保持在5%以下。根據(jù)圖8 和圖9 的實驗結(jié)果，本文設(shè)計的實時成本控制算法性能更好，證明該算法是可行的。

4 結(jié)論

本文著重闡述了BIM 成本管理在實際工程中的應(yīng)用，以實例說明BIM-5D 技術(shù)在成本管理中的優(yōu)越性，并采用BIM 技術(shù)改進算法，該算法控制響應(yīng)較高，均方根誤差較小，符合該設(shè)計的要求，可用于實際工程。