BIM在造价咨询服务中的应用研究
BIM在造价咨询服务中的应用研究
本文作者：毛翔宇
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第6章 IPD模式下基于BIM-5D的成本协同控制研究 11
6.2 IPD模式下基于BIM-5D的成本协同控制模型 12
第1章 引言
在习近平主席提倡的“一带一路”——大力建设“丝绸之路经济带”和“21世纪海上丝绸之路”途中所经过国家的基础设施背景下，全球都把目光集中向了中国，这又是一个建设行业大力发展的契机，对于这个需要与国际友人一同建设的环境下BIM技术的应用是必然的。
现阶段我国工程项目各方间成本利益不一致、难以进行协同控制，所造成的项目总成本超支、浪费现象严重等问题，本文提出在IPD模式下构建基于BIM-5D的成本协同控制模型，以实现项目各参与方间利益的一致，保证各参与方可以进行成本协同控制。
BIM的应用不仅能减少造价人员手动算量的时间，而且计算出来的工程量结果也更加精确，得出成本预算更接近实际工程量。以BIM技术在XXXXX项目上的工程计量、变更管理、中期付款、竣工结算等全过程管理的应用，从多个角度研究BIM在大型工程中的应用价值。
第2章 目前我国工程造价中存在的问题
2.1项目造价数据难以实现高效共享
项目造价管理中，需要对现阶段造价数据进行分析、加工，目前我国工程造价采用地区定额计价的方式，各区域计价标准存在差异，导致造价机构或个人在一个地域积累的经验和很多相关数据也有了区域性，当对其他区域的项目进行估价时，这些经验或者数据大部分不能适用了。由于造价工程师在长期工作中积累的造价数据与其他人共享存在困难，导致了造价工程师无法与工程其他岗位的人协同工作。比如，在项目进行多算对比时不仅需要项目的财务数据、仓储数据等，而且还需要相关部门或岗位的协助。而我国企业组织管理中部门的平级设置，在一定程度上造成各部门之间沟通困难。各司其职并未必适应当今市场的业务竞争，协同合作已经成为提高组织效率最有效的办法之一。这也正是我国建筑企业三级复核造价管理制度形同虚设的原因之一。
2.2 工程量的计算不够精准
现阶段我们所使用的计算软件还不能够很好的计算出工程量，很大一部分建筑工程都需要人工进行计算，这样的话，不仅占据了造价咨询人员的时间，而且还耽误了大量的人力精力。然而施工单位多报假报并对此乐此不疲，他们把这样能多得的部分归为竞争必技能，这几乎成为了行业标准，造价咨询人员疲于应对，为此在计量这个环节上浪费了许多的时间。造价数据很难按照时间和空间的维度来进行精细化的分析，目前市面上所适用的造价软件几乎都没有满足造价分析与管理的实际需求，软件的功能性与智能性相对较弱。
第3章 XXX项目概况及造价咨询难点
3.1 项目概况
XXX项目位于清溪路,与沱江相邻,北侧与城市中央商务区相邻,南接城市中央景观带。基地东高西低,东西高差约5.4米。高度为34.2m。基地东西长106米,南北长200米有余,面积为20179.83平方米。XXX为一类高层公共建筑,建筑地上5层,地下一层。集歌剧院、音乐厅、多功能剧场为一体。
3.2 造价咨询难点
XXX项目有别于其他一般建设项目，本项目属于一类高层公共建筑，项目复杂，施工难度大，造价投资金额大，所遇到的造价咨询难点多。结合项目情况，可以简单归纳为如是几方面：（1）XXX项目构件种类及数量繁多，建筑体量大，专业分包多，构件与构件之间的扣减关系错综复杂，各功能厅装饰各异，精细化算量难度大；（2）XXX项目造型独特，异形、曲面构件多，工程量计算难度大；（3）合同标段多，分段统计工程量难度大；（4）项目设计或施工变更多，造价变更管理难度大，档案管理要求高；（5）造价成本数据调用性差；（6）超大量的中期付款；（7）项目建设周期长，待到项目最终结算时，重新拿出计算书、计算稿，需要重新核对图纸，重新回忆思路，过程人员变动，数据的延续性更是难于保证。
第4章 BIM技术在XXX项目造价咨询工作中的应用
4.1工程计量和材料用量计算
一、土建工程量计算
XXX项目建筑体量大，楼层多，专业工种多，土建各构件扣减关系错综复杂，房间装饰各异，工程量统计工作繁杂，传统手算列表分类汇总十分麻烦。为了更高效地管理造价基础数据，尝试改变传统算量编制工作模式，引入BIM技术，利用BIM软件来取代传统手算列表算量模式。具体为：①负责建模的造价员把土建算量所需的构件清单名称、属性特征等信息录入模型之中；②根据计价规范、签订的合同清单，由负责建模的造价员设置编辑计算规则、设置构件种类分类、构件属性以及相对应清单子目；③BIM软件按照设置形式自动汇总计算，输出工程量计算结果，所得结果直观且可以直接使用，最后导出IGMS格式导入广联达BIM-5D平台。
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二、钢筋工程算量
钢筋工程的手算一直费时费力，造价人员在计算时除了反复翻阅图纸外，要不断地翻图集，查看钢筋锚固、搭接长度、钢筋节点，还要计算不同类型的接头数量。现在利用BIM钢筋算量软件就可以解决这一问题。具体为：①在软件中设置相应的设计规范、计算规则、楼层、标高、抗震等级、砼标号以及其它相应属性；②对照施工图纸，在BIM钢筋算量软件输入各类构件的属性，把电子CAD图纸导入BIM钢筋算量软件识别生成图元，或是通过构件点、线、面的绘图布置生成图元形成整体模型，细部节点、锚固搭接都能清晰形象展现；③创建完成钢筋工程模型，软件便按照设置形式，自动汇总统计钢筋工程量，最后导出IGMS格式导入广联达BIM-5D平台。
三、机电安装工程算量
将机电安装各系统电子施工图导入BIM算量软件，识别生成各系统图元，或是通过构件点、线、面的绘图布置方式生成各系统模型。建模过程中，针对XXXXX项目特点，对建模人员分工，且按照系统和楼层区域进行分工；XXX项目地上分为三个区，由机电安装建模团队每人负责一个系统，合力完成一个区，随后整合各系统模型形成一个区域机电安装模型，依此方式合力完成整楼。如此，机电安装系统多、建筑体量大、机电复杂、时间紧迫的难题就迎刃而解。为了保证计量结果的准确性，将机电安装模型导入Naviswork软件检查浏览，对施工图纸深度不够的部位，在软件中用特殊颜色进行标记，编制图纸疑问清单并及时反馈给业主，由设计单位及顾问单位回复后及时修正工程量，以确保工程量清单的准确无误，最后将模型导成IGMS格式导入广联BIM-5D平台。
四、钢结构工程算量
在以往钢结构算量过程中，造价人员要反复翻阅图纸，查看钢结构设计规范及节点；且对于钢结构的施工平面图、二维图纸的信息，只能通过想象来判断三维构造及连接形式；对图纸不详细、不理解的部位节点，只有在施工完成的现场才能看到直观形象的构造。当利用Tekla软件创建的钢结构BIM模型，可以快速、直观地在软件上处理上述问题。因为BIM软件就是把抽象、孤立的信息组合成可视化的3D模型，它可以将复杂劲性的与非劲性钢结构工程在软件上直观地呈现出来。BIM模型可以将墙钢板、钢立柱、钢梁、巨型柱、钢桁架有机组合，直观形象地反映各种构件连接节点。通过编辑模型共享的长度、宽度、厚度、钢材比重参数，就能实现算量所需的各种钢板型钢的重量及面积，做到算量统计的准确精细，最后将文件导成IGMS格式导入广联达BIM-5D平台。
4.2 异形、曲面构件处理
XXXXX项目造型独特，外立面及内部装饰异形曲面构件多，工程量计算难度大。以其裙房幕墙为例，外立面表皮复杂，不仅涉及普通单曲面、双曲面，更有无规则的空间扭曲面，每个幕墙系统都会有其专属独特的空间几何造型分布于裙楼各个外立面上，这就给造价人员进行工程计量带来特别大的难度。如按传统算量方式或利用CAD图算量，无法保证工程量的准确性。利用Rhinoceros犀牛软件、Grasshopper软件相结合建模计量方式可以完美解决。造价建模员在Rhinoceros犀牛软件中把清单算量所需的幕墙系统名称、属性设置在模型中，对每块图元归属的幕墙系统逐一分类，然后把每个幕墙系统的计算方式在Grasshopper软件中编辑函数表达，软件就会按照设置形式、选定的图元范围以及函数公式，自动汇总计算，使结果直观地显示，最后输出IGMS格式文件导入广联达BIM-5D平台。
4.3 工程数据调整
手算列计算式和汇总计算工作量大，当整体工程需要标段拆分或工程界面调整时，工程数据调整、修改起来非常麻烦。由于工程上数据相互关联，修改一个数据往往导致上百个数据的调整，计算过程需要非常小心严谨，反复检查核算，耗时费力。但应用BIM技术就可以便捷实现工程数据的调整，比如以XXXXX项目的地下室结构工程，地下室结构工程的合同清单分为主楼和裙楼合同清单，无论实际施工过程发生怎样变化，只需根据最终确认的界面，在软件中设置主裙楼的界限，软件将自动分别统计主楼、裙楼工程量。
4.4 变更管理
在以往的成本核算方法下，设计变更一旦发生，造价工程师就需要对比不同版次、不同专业的图纸检查核对设计变更，重新查找原来计算底稿，找出影响工程量的计算式，这一过程不仅缓慢，并且效率性不高、可靠性不强。应对此问题，应用BIM算量软件就能轻松解决。根据工程变更指令，只需直接在BIM模型中修改图元属性、位置、做法、施工方等，利用BIM变更管理功能，就可自动计算汇总变更前后工程量差值，并同时生成变更前后两份文件；为了更好地管理这些设计变更，对每次设计变更的BIM文件进行编号并注上修改时间直到项目竣工完成，这样可以为查找以及资料存档提供便利。同时，在这种管理模式下，BIM模型就在时时的动态更新所见即所得，也为将来结算做好了铺垫。软件根据变更再分析得到结果，配上相应的价格，设计变更的费用也就一目了然。每次就设计变更所引起的造价增减额向业主呈报，供业主方决策，让业主清楚了解项目进展过程中投资金额的实时变化，决定是否对设计变更发出正式明确的工程指令，或设计变更是否需要再进行优化。正是有了这种高效的数据运作速度，在发生对造价影响较大的设计变更时，能更及时准确的与业主方、设计方沟通并提供参考意见，并争取寻找到最佳方案，使总的工程成本在可控制范围之内。这样，整个项目团队都能清楚地了解设计方案的变化对成本的影响，使有限的建设资金发挥出最大效益。
4.5 成本管理
一、成本事先控制
将BIM算量模型文件导入清单计价软件，匹配相应人工、材料、机械价格于是形成了造价成本。对项目造价管理来者来说，将BIM算量模型文件和造价成本文件分别导入BIM-5D软件中，就可以提取模型多维度数据，实现模型、进度、成本的关联，轻松实现动态成本管理。
二、中期付款
随着XXX项目开展，中期付款发生的合同标段越来越多，涉及的分包工程也越来越多，快速高效审理中期付款月报成为至关重要的时间节点。实施过程中，充分利用BIM软件技术处理分析特点，根据工程监理签字审定的工程形象进度，在BIM软件里面设定对应当月完成的进度，设置输出报表工程量范围，根据报表输出的工程量，实现快速审核施工单位工程进度产值。在阶段性与施工单位对量过程中，利用BIM算量软件充分发挥出三维可视化优势，信息可信度高，三维自动化扣减精准，以致施工单位不会出现虚报工程量的情况，既可以为项目营造和谐的造价氛围，也可以统筹兼顾到整个项目的各个环节。
三、工程竣工结算
由于有了前期的BIM模型创建和实施阶段的变更动态管理，XXX项目到施工结算阶段时通过BIM技术建模的工作方法提供可视化的审核方式，可使结算工作更加直观且能增加工程结算的精确度。以机电安装为例，造价人员通过BIM三维可视化模型可看到每一根管道、电线的走向和工程量，并且可以利用回路核查的方式反查其所属系统、工程量计算式，所见即所得，即时查看工程量，减少对量争议。整个XXXXX项目以土建、钢结构、幕墙、机电安装为主要算量模型组合，构成围绕该项目各专业为一体的统计算量建筑信息模型，大大地提高了结算工作效率，不仅节约人力成本、时间成本，而且让结算审核结果更加准确，可信度更高。
第5章 IPD模式下的成本协同控制
5.1 IPD模式简介
IPD（Integrated Project Delivery，集成项目交付）是一种将人、各系统、企业结构和实践活动集成为一个流程的项目交付方式。在这种方式下，项目参与各方能够在全寿命周期内充分利用自身的技能与知识，通过合作使得项目的工作效率得以提升，为业主创造价值、减少浪费，获得最优的项目结果。IPD合同是以信任和合作为基础，通过共享奖励、共担风险、相关参与方的提前介入、财务透明、责任豁免等一系列原则实现项目各参与方在同一个合同下工作，并建立共同的愿景，努力为项目整体利益的最优而工作。
在AIA（美国建造师协会）的一份关于IPD的案例研究中，明确指出费用的可预见性是选择IPD的重要动力，IPD模式可以使项目成员为了合理的成本而在一起努力工作，并取得更高的回报率。而在AGC（美国总承包商协会）的一份白皮书中指出：对于业主来说，成本的可预测性是选择IPD的动力之一。Owen Matthews和Gregory A.Howell早在2005年即提出IPD合同作为一种关系型合同，可以在项目运行过程中使价值最大化、浪费最小化。在利用IPD和BIM结合进行成本控制方面，魏晓宇等人尝试在BIM技术的平台下，建立基于BIM的IPD协同成本控制模型。在模型中，各方间可以在IPD合同下，进行协同的成本管理工作，并指出在IPD模式下，各方间协同的成本控制可以在设计阶段、施工阶段和运营阶段发挥重要的作用，可以有效地减少项目的不必要支出。综上所述，IPD合同是一种关系型合同，其强调的利益共享、风险共担、设立风险/奖励池、激励各参与方为目的利益最优而出谋划策等原则，提高了成本控制的准确性、拉近了各参与方间的关系，使得各方间的成本利益趋于一致，为各方间协同进行成本控制提供了动力。
5.2 IPD模式下的成本协同控制系统
为了保证协同成本控制的有效性，必须要制定各方间共同的成本目标。只有在保证自身利益的前提下，项目参与者才会进行协同的成本控制。为此要建立IPD模式下的协同成本控制系统，运用上文提到的IPD合同来保证协同成本控制的运行。在IPD模式的相关合同原则保障下，各参与方可以在项目全寿命周期的各个阶段进行协同工作，并建立成本利益/风险池，在项目最后阶段分享结余。在IPD相关的成本激励措施下，各参与方有了足够的动力进行成本的协同控制。在该系统中，业主、设计方、施工方、监理方和供应商在IPD合同和相关工作原则的指导下共同组成IPD团队。在该团队中，各方实现了利益共享、风险共担，并就相关的成本节省达成激励措施，以使得各方可以充分享受到成本节约所带来的收益。IPD团队在项目的决策、设计、施工、竣工移交等各个阶段，协同各方进行工作，保证各方可以建立共同的成本目标、减少设计错误所带来的返工和浪费，最终在竣工结算阶段得到让各方都满意的成本。
第6章 IPD模式下基于BIM-5D的成本协同控制研究
在IPD模式下各方间虽然有了协同成本控制的动力愿望，但在实际项目运行过程中，成本信息的不对称性和信息收集的难度会大大增加成本协调控制的难度。由于部分利益责任方不在现场工作，难以及时掌握成本变化的动态信息，使得IPD模式下的成本协同控制难以发挥作用。针对此问题，本文引入BIM-5D技术，来实现成本信息的收集和工程量清单的自动生成。
6.1 BIM-5D的概述
BIM-5D模型是基于数据库、3D模型以及WBS节点，附加进度信息、成本信息并且在3D模型构件、成本信息、WBS以及进度信息之间建立关联。BIM-5D模型，能从BIM建模/算量软件、计价软件、进度计划软件获取IFC数据、成本信息、进度信息。BIM建模/算量软件可以为BIM-5D模型提供IFC数据，并利用其自动化算量功能为计价软件提供EXCEL格式工程量清单，同时，它可以根据BIM-5D模型反馈的设计修改信息，对模型进行自动更新；进度计划软件则根据施工组织计划创建进度信息，导出进度信息与BIM-5D模型中的建筑构件进行关联；计价软件利用BIM建模/算量软件提供的工程量清单，可以实现成本信息的自动生成，并将成本信息导入BIM-5D模型。在BIM-5D的环境下，可以实现建筑构件的物理信息和进度信息、费用信息的结合。通过3DBIM对所需完成工程进行虚拟施工，并在虚拟进度的控制下，可以准确地得到完成项目所需的实时工程量，在将工程量导入费用维度后，利用BIM-5D中的清单计算规则，可以准确地对完成项目的实时费用进行估算和调整。同时由于BIM-5D的信息交互功能，相关的进度和成本信息可以第一时间在各参与方间传递，减少了各方间沟通的时间，以及由于沟通不畅和互不信任所造成的矛盾和误解。
6.2 IPD模式下基于BIM-5D的成本协同控制模型
在IPD模式下的成本协同控制系统中，各参与方实现了相互间的信任和合作，并建立了共同的成本目标。但在实际应用中，如果没有一个统一的操作平台，不能在第一时间实现各参与方间的信息沟通和交互，不能准确计算出工程量并自动测算出完成价格，就难以实现对工程成本的准确估算，也就难以发挥IPD模式在成本控制上的优势。
而将BIM-5D技术应用于成本协同管控，可以利用BIM技术的虚拟施工、碰撞检查以及自动生成工程量清单和价款等功能，进行准确的成本估算，减少可能产生的矛盾和纠纷，实现成本信息的及时共享和传递，减少项目的不必要支出，实现对成本的总体控制。在BIM-5D技术的支撑下，各参与方可以实现协同成本管控，并通过协同成本管控实现项目总体成本的最优。
因此，引入BIM-5D技术，利用BIM-5D技术的自动算量、自动生成成本信息等功能，实现建筑的构件信息与进度信息和成本信息相结合。在BIM-5D的操作平台下，可以实现成本信息第一时间的传递和沟通，而成本信息随着进度的变化而不断调整，实现对成本的动态控制，可以使IPD模式在成本协同控制方面发挥最大的作用。本文建立IPD模式下基于BIM-5D的成本协同控制模型，此平台以IPD模式为理论基础，以BIM-5D为技术支撑，以实现项目成本的协同高效控制，保证项目总成本目标最优为目标。
图1构建的模型由数据层、应用层及用户界面层三个部分构成。数据层利用BIM-5D技术提供IFC结构信息、进度信息、成本信息，为成本协同控制模型提供数据支持。而这些实时数据在应用层部分，通过工程量清单生成、自动合成工程造价、虚拟施工、碰撞检查等功能的实现，对工程项目成本进行估算，并对在施工中可能引起成本变化的部分加以关注。应用层相关功能实现后，在用户界面层，由IPD相关合同和原则的基础上形成的IPD团队，对项目成本进行整体的协同管控。由于成本问题牵扯到各方间利益上的矛盾，只有在IPD模式下，各方间才能够充分信任和合作，以实现整体成本的最优。
图1 IPD模式下基于BIM-5D的成本协同控制模型
6.3 案例分析
为验证上文构建模型在实际应用中的优势，把XXX作为案例来研究，通过将实际施工中碰到的问题虚拟引入本工作模型，分析使用前后成本实际变化的差异，以达到论证模型实际应用性的目的。
以桩基回土过程中，不同施工单位存在工作面交接不清，进而产生成本矛盾，影响施工整体成本和进度的问题来加以分析。在本项目中，业主将基础以上的施工交由总承包商施工，而桩基础施工则分包给桩基单位，土方挖土及运土由业主指定给土方单位分包。在实际施工中，桩基础单位承担桩基挖土、回填土及运土的费用，而桩基以上部分（含承台）的费用由总包负责给土方单位。由于在桩基础施工后，总包抄写的桩基标高未由桩基单位和业主方确认签字，便直接进行承台部分的施工，桩基单位对此标高及相关工程量不予认可，拒绝承担总包计算出的挖土和运土费用，土方单位在未收到相关费用的条件下，拒绝承担回填土及土方外运的工作，项目整体进度受到严重影响。
通过对照图纸，可以发现该栋楼共计有64个桩基础，总包单位按照桩直径800mm，桩长15.5m，计算得到桩基单位应承担498立方米的土方费用。按照协议，挖土+运土为7.3元/立方米，总共3635.4元。在该期项目施工中，共有19栋楼存在同样的情况，由桩基单位负责的挖土运土费用为69072.6元。而桩基单位对于总包计算的工程量有严重疑问，认为自己的桩长没有15.5米，且此时承台部分已完成施工，无法进行标高的复测。因此桩基单位拒绝承担这部分费用，导致工程进度超期，总包及分包单位承担了大量的窝工费及机械台班损失费。将该问题置于IPD模式下，总包和分包之间有了信任和合作的关系，并通过多方协议将彼此的利益进行了联结。而在BIM-5D技术的支撑下，各方间可以实现信息的第一时间传递和沟通交流，减少工作交接所需要的时间。同时BIM-5D技术的工程量清单和费用自动生成功能，可以让各利益相关方得到真实可信的费用和工程量，从而保证IPD模式在实际项目中的成功运行。在此情况下，如果彼此间的矛盾影响了项目的整个工期，所产生的窝工费及机械台班损失费由各方共担。因此在碰到问题时，各方只能通过协作将损失降到最低。利用IPD模式下基于BIM-5D的各方协同成本控制，各方组成的IPD团队首先在BIM-5D技术平台下计算出各方工作中实际完成的工作量及费用，并利用BIM-5D的信息传递功能将工程量和费用及时传递给各利益责任方。桩基单位在完成工作后第一时间将所花费用和工作面交接情况通过BIM-5D技术平台传递给IPD团队，团队内各方如对桩基单位的费用和工程量无异议，则迅速开展交接工作，减少因搭接损失的时间和费用；如果对桩基单位完成的工作量存有异议，依据IPD准则，总包单位和土方单位必须继续完成工作不能停工，同时将问题移交至IPD团队专门设立的纠纷处理机构解决，纠纷处理机构利用BIM-5D技术平台重新审核工程量和费用，并根据实际情况，做出裁决。当IPD团队做出裁决后，各方必须服从，同时开展下一步工作，保证工程不停工、不延期，不造成额外损失。对于此问题具体的处理流程见图2，案例处理结果分析见表1。
结束语
完成情况：本次论文的完成情况比较理想，因为BIM实施到了成都来，所以我们有很多的机会去接触，去完成我们需要研究的东西。
所得收获：因为需要写出真实且有依据的论文所以亲身经历了BIM的实施过程收获了书本上不能得到的东西，因为广联达BIM-5D平台可以导入Revit、gqi、ggj、gcf、gtj等基础土建钢筋模型，不用再去学习新的软件的建模方法，而在我国范围内绝大多数造价咨询行业人员都使用Revit和广联达软件的进行建模，所以以广联达BIM-5D作为推广BIM技术应用具有天然的优势。
参考文献
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