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      江南大学

      大学生创新项目

      BIM在工程造价管理中的具体应用

                学院：环境与土木工程

              专业：工程管理

              成员：刘文、李娜、张天燕、俞皓腾、高兆磊

              时间：2013年12月——2014年9月

              导师：毕远志（教授）

一、BIM概述

      BIM，即Building Information Modeling，译为建筑信息模型，是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。它具有可视化，协调性，模拟性，优化性和可出图性五大特点。

      BIM技术是一种应用于工程设计建造管理的数据化工具，通过参数模型整合各种项目的相关信息，在项目策划、运行和维护的全生命周期过程中进行共享和传递，使工程技术人员对各种建筑信息作出正确理解和高效应对，为设计团队以及包括建筑运营单位在内的各方建设主体提供协同工作的基础，在提高生产效率、节约成本和缩短工期方面发挥重要作用。它主要由以下三部分组成：

      1.BIM是一个建设项目和功能特征的数字性表达；

      2.BIM是共享的知识资源，是一个分享有关这个设施的信息，为该设施从建设到拆除的全生命周期中的所有决策提供可靠依据的过程；

      3.在项目的不同阶段，不同利益相关方通过在BIM中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自职责的协同作业。

      真正的BIM包含以下特点：

      1.可视化

      可视化即“所见所得”的形式，对于建筑行业来说，可视化的真正运用在建筑业的作用是非常大的，例如经常拿到的施工图纸，只是各个构件的信息在图纸上的采用线条绘制表达，但是其真正的构造形式就需要建筑业参与人员去自行想象了。对于一般简单的东西来说，这种想象也未尝不可，但是近几年建筑业的建筑形式各异，复杂造型在不断的推出，那么这种光靠人脑去想象的东西就未免有点不太现实了。所以BIM提供了可视化的思路，让人们将以往的线条式的构件形成一种三维的立体实物图形展示在人们的面前；建筑业也有设计方面出效果图的事情，但是这种效果图是分包给专业的效果图制作团队进行识读设计制作出的线条式信息制作出来的，并不是通过构件的信息自动生成的，缺少了同构件之间的互动性和反馈性，然而BIM提到的可视化是一种能够同构件之间形成互动性和反馈性的可视，在BIM建筑信息模型中，由于整个过程都是可视化的，所以，可视化的结果不仅可以用来效果图的展示及报表的生成，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.协调性

      这个方面是建筑业中的重点内容，不管是施工单位还是业主及设计单位，无不在做着协调及相配合的工作。一旦项目的实施过程中遇到了问题，就要将各有关人士组织起来开协调会，找各施工问题发生的原因，及解决办法，然后出变更，做相应补救措施等进行问题的解决。那么这个问题的协调真的就只能出现问题后再进行协调吗？在设计时，往往由于各专业之间的沟通不到位，而出现各种专业之间的碰撞问题，例如暖通等专业中的管道在进行布置时，由于施工图纸是各自绘制在各自的施工图纸上的，真正施工过程中，可能在布置管线时正好在此处有结构设计的梁等构件在此妨碍着管线的布置，这种就是施工中常遇到的碰撞问题，像这样的碰撞问题的协调解决就只能在问题出现之后再进行解决吗？BIM的协调性服务就可以帮助处理这种问题，也就是说BIM建筑信息模型可在建筑物建造前期对各专业的碰撞问题进行协调，生成协调数据，提供出来。当然BIM的协调作用也并不是只能解决各专业间的碰撞问题，它还可以解决例如：电梯井布置与其他设计布置及净空要求之协调，防火分区与其他设计布置之协调，地下排水布置与其他设计布置之协调等。

      3.模拟性

      模拟性并不是只能模拟设计出的建筑物模型，还可以模拟不能够在真实世界中进行操作的事物。在设计阶段，BIM可以对设计上需要进行模拟的一些东西进行模拟实验，例如：节能模拟、紧急疏散模拟、日照模拟、热能传导模拟等；在招投标和施工阶段可以进行4D模拟（三维模型加项目的发展时间），也就是根据施工的组织设计模拟实际施工，从而来确定合理的施工方案来指导施工。同时还可以进行5D模拟（基于3D模型的造价控制），从而来实现成本控制；后期运营阶段可以模拟日常紧急情况的处理方式的模拟，例如地震人员逃生模拟及消防人员疏散模拟等。4.优化性

      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，当然优化和BIM也不存在实质性的必然联系，但在BIM的基础上可以做更好的优化、更好地做优化。优化受三样东西的制约：信息、复杂程度和时间。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的信息，包括几何信息、物理信息、规则信息，还提供了建筑物变化以后的实际存在。复杂程度高到一定程度，参与人员本身的能力无法掌握所有的信息，必须借助一定的科学技术和设备的帮助。现代建筑物的复杂程度大多超过参与人员本身的能力极限，BIM及与其配套的各种优化工具提供了对复杂项目进行优化的可能。

      5.可出图性BIM并不是为了出大家日常多见的建筑设计院所出的建筑设计图纸，及一些构件加工的图纸。而是通过对建筑物进行了可视化展示、协调、模拟、优化以后，可以帮助业主出如下图纸：

      （l）综合管线图（经过碰撞检查和设计修改，消除了相应错误以后）；

      （2）综合结构留洞图（预埋套管图）；

      （3）碰撞检查侦错报告和建议改进方案。

      BIM的应用价值在于：建立以BIM应用为载体的项目管理信息化，提升项目生产效率、提高建筑质量、缩短工期、降低建造成本。具体体现在：

      1.三维渲染，宣传展示

      三维渲染动画，给人以真实感和直接的视觉冲击。建好的BIM模型可以作为二次渲染开发的模型基础，大大提高了三维渲染效果的精度与效率，给业主更为直观的宣传介绍，提升中标几率。

      2.快速算量，精度提升

      BIM数据库的创建，通过建立5D关联数据库，可以准确快速计算工程量，提升施工预算的精度与效率。由于BIM数据库的数据粒度达到构件级，可以快速提供支撑项目各条线管理所需的数据信息，有效提升施工管理效率。BIM技术能自动计算工程实物量，这个属于较传统的算量软件的功能，在国内此项应用案例非常多。

      3.精确计划，减少浪费施工企业精细化管理很难实现的根本原因在于海量的工程数据，无法快速准确获取以支持资源计划，致使经验主义盛行。而BIM的出现可以让相关管理条线快速准确地获得工程基础数据，为施工企业制定精确人材计划提供有效支撑，大大减少了资源、物流和仓储环节的浪费，为实现限额领料、消耗控制提供技术支撑。

      4.多算对比，有效管控

      管理的支撑是数据，项目管理的基础就是工程基础数据的管理，及时、准确地获取相关工程数据就是项目管理的核心竞争力。BIM数据库可以实现任一时点上工程基础信息的快速获取，通过合同、计划与实际施工的消耗量、分项单价、分项合价等数据的多算对比，可以有效了解项目运营是盈是亏，消耗量有无超标，进货分包单价有无失控等等问题，实现对项目成本风险的有效管控。

      5.虚拟施工，有效协同

      三维可视化功能再加上时间维度，可以进行虚拟施工。随时随地直观快速地将施工计划与实际进展进行对比，同时进行有效协同，施工方、监理方、甚至非工程行业出身的业主领导都对工程项目的各种问题和情况了如指掌。这样通过BIM技术结合施工方案、施工模拟和现场视频监测，大大减少建筑质量问题、安全问题，减少返工和整改。

      6.碰撞检查，减少返工

      BIM最直观的特点在于三维可视化，利用BIM的三维技术在前期可以进行碰撞检查，优化工程设计，减少在建筑施工阶段可能存在的错误损失和返工的可能性，而且优化净空，优化管线排布方案。最后施工人员可以利用碰撞优化后的三维管线方案，进行施工交底、施工模拟，提高施工质量，同时也提高了与业主沟通的能力。

      7.冲突调用，决策支持

      BIM数据库中的数据具有可计量(computable)的特点，大量工程相关的信息可以为工程提供数据后台的巨大支撑。BIM中的项目基础数据可以在各管理部门进行协同和共享，工程量信息可以根据时空维度、构件类型等进行汇总、拆分、对比分析等，保证工程基础数据及时、准确地提供，为决策者制订工程造价项目群管理、进度款管理等方面的决策提供依据。

      二、BIM的国内外发展与前景

      近几年北美的建筑行业有一半的机构在使用建筑信息模型（BIM）或与BIM相关的工具，这一使用率在过去两年里增加了75%。在欧洲、日本及我国香港地区，BIM技术已广泛应用于各类型房地产开发，BIM技术将引领建筑信息技术走向更高层次。

      在中国，BIM理念正逐步为建筑行业所知。国内先进的建筑设计团队和地产公司纷纷成立BIM技术小组。BIM的出现正在改变项目参与各方的协作方式，使每个人都能提高生产效率并获得收益。一些项目也率先应用上了BIM，比如2008北京奥运会奥运村空间规划及物资管理信息系统、南水北调工程以及香港地铁项目等。不过相对于中国的建设大潮，BIM的应用仅仅处于萌芽时期。建筑事业是一项集体“运动”，虽然从技术上达到相当程度并不难，但要贯彻到整个产业链，使BIM真正融入建筑师设计理念中，尚需时日。

      反观之，要在中国实现BIM的整体产业化发展，需要在以下几个方面重点改进和加强：

      1.政府的政策推动力量不可忽视，与BIM相关的政策扶持完全可以加速BIM在中国的发展进程；

      2.BIM市场的发展，需要一群理解BIM理念，掌握BIM方法和实施技术，能够充分发挥BIM优势的人才；

      3.需要大力开发设计本土化BIM软件和制定一套可供参考的BIM标准规范；

      4.明确BIM在工程全生命周期过程内的价值与作用，设计、开发、施工与后期运营把BIM技术的运用贯穿始终，相关企业加快引进人才、技术并成立BIM培训机构，促进多方协作，通过BIM事前模拟的充分优势来控制实施过程中可能发生的风险问题等。

      具体的关于施工造价管理中的BIM运用，会逐一在下文介绍。

      三、BIM在施工企业工程造价中的运用

      首先来分析传统工程造价管理面临的问题：

      (1).造价过程彼此孤立传统的工程造价过程是在初步设计阶段编制概算，在施工图设计阶段编制预算，结束后编制结算。整个工程造价过程都是在被动的进行计算。其间所形成的造价信息仅仅作为一个使用工具出现，无法发挥造价管理对成本管控的巨大潜力。结算完成之后才能准确知道工程的全部造价信息，经常会由于情况发生时造价信息的不及时造成各种后期索赔反索赔的情况，消耗大量的人力物力。为了更好的服务于整个项目，更好的将工程造价与投资控制结合起来，对工程的实施阶段的各种造价信息进行。

      (2).无法及时获取确认造价数据

      造价数据是实施工程造价的基础，工程造价要保证所得信息的实时性，依靠现在的工程造价体系很难办到，因为现在的工程造价只是一种工具，对信息没有实时性的要求，信息往往是后期得到的，所以工程竣工后的造价纠纷就不可避免。造价信息的准确性。这是工程造价信息的基本要求，但是由于现在的工程造价模式无法提供全方位的信息平台，很多的造价信息是由于各种原因编造、伪造的，例如很多的施工单位高估冒算，虚报工程造价等造成了业主的损失。造价信息的完整性在传统的造价系统中也无法保证，虽说很多信息与造价本身无关，但是得到的这些量化的工程数据是工程项目各项决策的信息基础。再来看看BIM在工程造价管理中的应用：

      (1).对造价进行可视化管理

      BIM对建设工程项目的一个重大变革就是可视化，即将线条式的构件转化成三维的、仿真的并且可以实时交互的立体图形，项目的设计、招投标、建造、运营过程中的沟通协调都可以在这个模式下进行。基于BIM的造价信息管理，是将造价的各种数字信息通过手工操作同BIM模型中相应部位进行链接，将抽象的数字与形象的图形完美结合，这样就能够生成各个施工时间节点和空间部位的造价信息，并且可以通过条件统计、区域选择以及方便的虚拟漫游技术对所需的信息进行搜索、筛选和查阅。简而言之，BIM的可视化过程其实就是一个数据采集和整合的过程，所处理的造价数据作为整个工程项目的数据源为工程造价管理人员快速查询定位带来很大的便利，进而实现信息的传递、共享与查询功能。

      (2).基于BIM的造价软件的开发创新

      造价软件是整个造价管理实施的平台，以往基于二维图纸的造价软件只能是算量和计价，而且由于地域性差异，造成计价软件功能单一、数据封闭，已无法满足新时期造价管理的需求，亟待需要研制新一代的造价软件。

      (3). 实现工程造价信息的积累和共享

      BIM建筑信息模型提供了建筑物的实际存在的全部信息，包括几何信息、物理信息、规则信息等，由于项目全寿命周期共用同一个模型，所有的数据采集和更改都在这个模型上进行，而这一切数据的出口也只有一个，这就很好的保护了数据的完整性，同时信息模型代替纸质图纸，使得资料得以沉淀积累，形成可以共享、查阅和反复利用的造价信息数据库，具有十分强大的集成管理功能。

      四、项目实施报告

      项目基本信息

      1.项目实施方向：学习BIM土建算量与计价软件并应用到实际工程中，初步体验BIM对于工程造价管理的作用。

      2.开发工具：清华斯维尔BIM软件（三维算量、清单计价、日照节能分析等）、鲁班造价软件

      3.项目起止日：2013年12月——2014年9月

      4.团队成员：刘文、李娜、张天燕、俞皓腾、高兆磊      导师：毕远志（教授）

      项目介绍

      2013.12—2014.3：软件学习阶段

      从10年江苏省双层民用住宅楼操刀开始学习斯维尔三维算量、清单计价软件，并熟练掌握建模、定额挂接的做法流程；

      建模图样

      土建+装饰

      1)刚开始对图纸不熟悉导致图纸构件与软件构件无法对应，刚开始绘图进度很慢，要花一部分时间去熟悉构件编号表示相关规范和作用；

      2)初学建模未按照正确施工顺序进行，脑中未形成施工框架，而是想到什么便布置什么构件，回想起来遗漏很多项，对效率很有影响；

      3)对材料名称不甚了解，甚至在软件中无法找到图纸中标识的材料名称，没有在详细查阅资料后再决定而是随便更改材料，其中隐含对结构安全稳定的影响也不管不顾，建模不够严谨；4)工程量统计结果和少数手算校核的有较大出入，核对计算式后发现是小部分差错是计算式的不同造成的，大偏差主要在于构建布置和基本数据设置的问题；

      5)钢筋布置对锚固长度没有做要求，在长度方向上满足设计尺寸即可，导致钢筋量偏少；

      6)清单计价定额查询与挂接进度缓慢，部分项目定额无法明确。

      问题解决方案：

      1)学习时团队成员同步进行，针对同一个工程进行建模，有问题及时交流讨论，增大进度效率；

      2)常备建筑规范和计价表进行查阅，明确图纸构件表示方法和定额挂接做法；3)按分项工程规范工程量计算式与软件自动计算工程量的算式进行对比，寻找差异之处；

      4)对无法明确的材料，采用网络查阅获取信息的手法来增进认识；

      5)施工现场观察并询问相关人员，结合课程已学习的知识，头脑中形成施工框架顺序并按照此顺序进行建模，提高操作效率。

      工程预算书见附录

      2014.3—2014.6：项目实施阶段四川省05年工程，“某11层综合办公大楼”，工程建模、工程量汇总、清单计价挂接定额、输入工程量并自动计算工程总造价；

      建模图样

      项目实施体会：

      小高层办公大楼的构件数量和种类远远超过学习时的工程，就软件操作而言，建立在对于构建认知和材料敏感度的基础上，所以后期我们体会到想要对任何一个工程项目都游刃有余，必须在不断学习和实践中积累大量的工程经验和相关知识，并且花费足够的时间来研究工程图纸并做到脑中有数，胸有成竹。

      建模和工程造价的计算需要同样的前期准备工作，对于施工企业来说，图纸已经摆在桌面上，那么我们要做的就是看懂图纸的各个角落，根据自己的工程经验将图纸中的内容先在大脑中形成一个大致的工程立体模型，并罗列构件种类、揣摩施工顺序，做到一切了然于胸之后再开始操作软件，就能大幅提高效率，盲目的摆弄软件点击鼠标并不能达到BIM的真正效果。

      项目正式实施过程中由于软件试用版功能的限制，未能完整地完成工程的全部建模和清单计价内容，只完成了主体框架结构，但团队成员经过长期的共同摸索，掌握了项目工程的建模步骤，均能在软件满足条件的情况下独立完成工程任务。

      2014.6—2014.7：项目探索阶段

      尝试了不同软件的操作方式和功能，体验开发软件不同带来的感官差异；尝试不改变结构安全稳定的前提下，改变工程造价：我们对软件工程量计算步骤进行了核对，修改一些计算式（如挖土方用挡土板取代放坡计算工程量）和计算方法（如钢筋量用现浇构件含钢量计算）；我们通过先行定额综合单价的挂接，来计算当下工程的造价，并在价格对比中获取人工及材料的价格变化情况等。

      在探索阶段，我们结合操作经验和查阅获得的资料有如下启迪：

      1.BIM造价软件需要以工程知识和软件操作熟练度为基础来实施正式工程项目，满足了以上两个条件的确能大幅提高算量和造价计算的效率，所以对于施工企业来说，让富有施工经验又懂电脑技术的复合型人才来学习BIM软件显得尤为重要，可这一学习过程需要得以普及和全面化才能真正增强BIM的效用来为企业服务。

      2.我们尝试了两种主要的工程造价软件——斯维尔和鲁班，斯维尔的三维算量软件集工程的土建部分、简单装饰和钢筋量的计算于一体，而鲁班土建软件只能解决土建部分，其他分部工程需要配套软件和其他操作人员合作完成，可以说斯维尔的三维算量大大简化了工程建模和工程量计算的过程，提高了工作效率，但同时带来了细节缺失的严重问题：功能全面往往导致软件的细部处理困难，斯维尔的构件布置功能不能尽如人意，如构件变斜和拱形只有少数构件含有此功能，其他构件需要配合路径方式进行复杂的操作来达到建模目的。所以说两种软件各有优劣。

      3.定额库的更新网络数据往往快于纸质书籍的查阅材料，软件中附带的定额库能够最大程度地反映现实情况的人机料的现行价格，大大简化了查阅04版计价表再去官方网页查询价格进行修改后确定综合单价的步骤，但问题在于软件配套的定额库往往需要购买，尤其是鲁班软件，高成本会增大个人学习和使用的难度，但对于企业来说并不存在什么大问题。

      4.BIM造价软件的单一化和无法与施工实际情况接轨是施工单位还未大规模使用或者说更好使用BIM来控制造价的主要原因，软件可以解决施工前期的算量和预算造价问题，但对于施工过程中的工程节点模拟和控制显得后力不足，相比于对计算机有着高性能配置要求的国外AutoDesk等BIM软件，我国自主研发的建模软件线条粗燥、画面感不能完全替代真实的视觉感官，想要在施工前期完全模拟工程实况比较困难；并且软件的水电安装和暖通等关键分包工程也无法在同一个模型中得以体现，更加深了项目的分化。

      2014.7—2014.8：结题准备阶段

      编制结题报告——查阅文献收集BIM的相关知识理论和国内外的应用发展、前景，介绍和总结课题项目。

      五、总结

      有数据表明，发达国家的工程建设项目的BIM使用率达到了40%，基于BIM的软件也多种多样，很多软件已经进入我国市场，但由于行业规范，与数据接口不同，这些软件目前大多应用于设计层面，要想实现工程造价的信息化和过程化管理，符合我国建筑行业标准的应用软件和数据接口是不可或缺的。目前，中国BIM标准正在积极筹划中，应用于BIM的造价软件也在不断的尝试摸索，新事物的推广总是困难重重，但不管怎样，BIM时代已经到来，我国作为世界