1、基于 BIM 技术的施工成本控制研究以天津市河东文化馆为例任志涛，雷瑞波，张利民(天津城建大学 经济与管理学院，天津 300384)摘要：新常态下，建筑业存在严重资源浪费和信息数据处理效率低下，成本控制手段和方法落后的问题。将 BIM 技术引入到建设项目施工成本控制中，构建基于 BIM 技术的成本控制体系，依据天津市河东文化馆项目的实际情况，建立 5D BIM 模型，并在此基础上构建基于 BIM 的施工成本控制系统模型，设计成本监控、成本预警及成本预测的系统功能。以期提高工程项目的资源利用率，为施工企业成本精细化管理提供借鉴。关键词：BIM；施工阶段；成本控制Research on const
2、ruction cost control based on BIM TechnologyTake Hedong Museum of Tianjin as an exampleREN zhitao LEI ruibo ZHANG liming(School of Economics and Management,Tianjin Chengjian University,300384 Tianjin,China)Abstract: Under the new normal, the construction industry has serious waste of resources and i
3、nefficient data processing, backward cost control tools and methods. BIM will be introduced to the project construction cost control in construction, construction cost control system based on BIM technology, based on the actual situation of Tianjin Hedong culture museum project, the establishment of
4、 5D BIM model, and on the basis of the construction cost control system model based on BIM, designed the system function monitoring, early warning and forecasting the cost cost. In order to improve the utilization rate of resources in engineering projects, it can provide reference for the fine manag
5、ement of construction enterprises cost.Key words: BIM; construction stage; cost control1 引言随着我国经济发展进入新常态，建筑业的发展也飞速发展逐步趋向稳步增长，运用传统的工程管理技术已经很难适应当前飞速发展的信息化时代步伐。为满足经济新常态下施工企业发展需求，进一步挖掘利润增长点，运用 BIM 等先进技术看来提高成本控制水平是当前施工企业的一个重要课题。BIM 技术在工程项目管理中能够对各种信息集合汇总，在成本控制中实现对项目成本的严格把控，对目标成本的确定起到指导作用。在实际施工中对项目成本有着牢固的掌
6、握，避免盲目追求片面，有效提高经济效益。本文将 BIM 技术引入建设项目施工成本控制中，初步构建基于 BIM 技术的成本控制体系，以天津市河东文化馆为例，通过建立 5D BIM 模型，设计成本监控、成本预警及成本预测的系统功能，分析BIM 模型在再施工阶段成本控制的应用及成效。2 基于 BIM 技术的成本控制体系（1）多维度的多算对比通过使用 BIM 技术能够容易的实现时间维度和工序维度的多算对比。将完成的 BIM模型与时间维度结合起来，给定每个构件的具体时间信息，就能够对比分析在某个时间段内发生的实际成本以及计划成本，能够直观地显示出该项目在本阶段是盈利还是亏损，易于采取相应措施进行成本控制
7、；将 BIM 模型与项目进度计划结合起来后，通过对某一特定工作做出的成本对比，能够对该工作的成本运行情况及时做出反应，采取相应的措施进行处理，以此实现建设工程成本的精细化管理。同时，如果建模过程中有公共部分，应用较多的工作，尽量将其各个维度的信息多做对比，找出其共性的特征，保存有价值的部位，加强其实用性。（2）施工现场优化在现场施工的过程中，利用 BIM 技术精确的自动化算量功能，能够随时方便快捷的统计出每个阶段的工程量，从而更加合理准确地分配资源，对工作段上的各种要素安排计划进行审核，做到心中有数，避免不必要的浪费；而且，在项目施工的时候经常发生设计变更的现象，而拥有 BIM 技术参数化的特
8、性，可以及时调整 WBS 任务的分工，对进度安排进行重新调整制定，同时对资源的消耗计划进行相应变动，避免机械的非正常工作时间以及材料的浪费；另外，通过 BIM 三维立体模型的构建，关联进度及成本，想要准确统计各个部件的消耗、每个工作资源的耗费以及每个区域资源的布置就变得十分容易，并且资源的消耗过程可以随时监控，准确快速的补充到资源缺乏的区域，大大提升材料彼此投放的衔接速率，尽量避免一些不必要的无效支出，控制多次搬运的资金投入，提高各工序的配合，对成本进行控制。（3）施工方案优化在施工准备阶段要进行施工方案设计，在伴随工程项目施工的过程中，应逐次对施工方案进行优化。通过 BIM 技术三维建模以后
9、，可以对工程项目进行虚拟施工，通过虚拟手段建立模型，解决掉可能在施工过程中出现的各种问题隐患，提前决策，提前预防，尽最大的努力减少返工、碰撞、超支的现象发生，从而做到工程项目成本控制；施工现场的安全是工程项目建设的重中之重，安全的工作环境不仅能够确保工程顺利实施，同时能有效提高工作效率，对项目的时间成本大有益处。在正式施工之前，通过三维建模对存在着危险及安全隐患的地方进行改正和标记，在实际施工时做好防护，同时利用三维模型对工人进行指导教育，三维可视化的模型更容易被人接受，形象直观，使其对安全部位牢记于心，严格按图施工，防止事故的发生。另外，可以依据模型对施工现场的安全系统以及防护措施作出改进和
10、优化。（4）施工模拟分析进行 BIM 三维建模以后，要多次对模型进行施工过程的模拟分析。对施工项目造价进行分析，对材料库存进行清零生产，严格把控施工材料的领取，争取达到最优的材料使用，获得最大效益；将工序信息关联以后，分析所研究工序特点，将 BIM 模型建立到 5D 阶段，集成成本信息，并进行成本监控、成本预警及成本预测；对资源使用的情况同样进行模拟分析，合理优化资金的使用计划，对于在项目前期设定一个合理的成本目标值十分有利，同样能够更合理的对成本进行控制，使得资金的筹措及协调变得相对容易，较为准确的预测资金在未来的发展走势，尽量减少资金浪费情况的出，以防造成资金链的崩塌，防止将来的其他项目遭
11、遇同样情况时缺乏经验，增加自身的主观能动性，避免盲目做出判断，有效提高资源利用率，实现成本控制，为项目增益。3 基于BIM的施工成本控制系统模型设计基于BIM技术的施工项目成本控制体系在建立时应先通过三维建模关联进度信息和成本信息以后，形成5D BIM模型，生成底层数据库，然后通过模型的数据支撑，实现系统模型的功能部分：成本监控、成本预警及成本预测，再结合河东文化馆项目的实际情况，利用挣值法分析成本控制的具体情况。3.1 5D BIM模型的构建3.1.1 5D BIM 模型的概念通过构建5D BIM模型不仅能够清晰地反映项目的三维实体情况，而且构建过程中关联着进度信息和成本信息两个维度，使得在
12、每一个层面上对项目的研究都变得十分方便，真正能够做到项目的精细化管理，对项目中期合理进行成本控制。在进行模型构建时，通常的等式关系是5D=3D实体+ 时间（Time）+成本（Cost） 。从本质上来说，3D模型的建立是5D模型建立的基础，他们的主要区别是后者赋予每个图元更多的信息，关联了时间和成本两个维度。在实际构建时，3D 模型是构建5D 模型必不可少的一个部分，如果建立之前已有构建完成的3D实体模型，并不需要重复建模，可以在此模型的基础上继续完成进度信息与成本信息的关联，即可完成5D 模型的构建。3.1.2 5D BIM 模型的构建方式在构建5D模型的方法上，一般有两种不同的设计方案可供选
13、择。第一种，在软件中直接进行设计，每一个构件的尺寸、空间及材料信息直接输入，直接形成三维立体模型。在建立过程中对进度和成本信息进行关联，以此完成的5D 模型在前期建立上能够避免很多可能存在的人为失误，防止为后边的模型应用造成负担，是较常用的一种建模方式。第二种，在获得项目的二维图纸以后，将其导入到BIM软件中，然后对项目构建添加空间信息等，形成初步的3D 实体模型，同时在获取了进度及成本信息以后，在3D 模型上将其关联，最终形成5D BIM模型。这种方法较为繁琐，在建立过程中难以避免一些人为的失误，容易发生错误。天津市河东文化馆项目，地上主体结构分为剧场部分与主楼文化馆部分，其中剧场部分为框架
14、结构，主楼文化馆部分为框架-剪力墙结构；剧场部分:地下1层，地上4层，室内外高差0.150m。地下一层层高 4.420m，地上首层层高5.8m，二、三层层高3.9m，四层层高4.030m，结构总高度为17.650m。主楼文化馆部分:地下1层，地上9层，室内外高差0.150m。地下一层层高4.420m，地上首、二层层高5.1m，三七层层高4.8m，八九层高4.2m，结构总高度为39.750m，建筑物总高度:45.95m。天津市河东文化馆项目采用的是第二种建模方式，建立完成的3D 模型如下图1所示。图1 河东文化馆3D 模型两种方式相比较，第一种方式效果比第二种要好，错现错误的概率低，效率也更高，
15、但是却需要一段时间进行推广，相反第二种在软件中直接导入二维图纸在实际应用中是目前的主流，比较适合目前的实际项目管理中应用。随着BIM技术在我国的大力推广和使用，不久的将来第二种建模形式将会被第一种取代。3.1.3 进度与成本信息的关联对完成的3D模型进行成本与信息的关联是实现 5D BIM的关键一步，通常这项工作是由对WBS 工作进行逐级分解实现的，再讲 WBS分解到底层单元时，各个工作的进展情况也能够随之得到，以此达到进度信息与成本信息的关联。目前来说比较常用的便是工程量清单计价模式，而河东文化馆项目也是用到的这个原理，通过工程量清单计价完成WBS工作分解，由此建立准确的进度信息与成本信息的
16、关联，实现最终5D模型的建立。在进度关联图中，能够直观的研究施工过程中各项工序的建造情况，各个工序的任务状态、前置任务、计划开始与计划结束的时间、实际开始与实际结束的时间等都能直接获取，通过进度进行的施工模拟能够对某一特定工序的实际施工过程进行研究，便于分析该工序在整体进度安排中的实际安排情况，方便做出相应调整。在将完整的施工进度计划关联以后，形成的完整进度关联模型便可用于分析整体进度的安排是否合理，进行完整的施工模拟能够将项目从开始到结束的完整过程形象的表现出来，发现设计方案中的不合理之处，针对需要改进的地方作出研究改进，完整的进度关联图如下图2所示。图2 进度关联图将工程量清单计价模式进行
17、完WBS工作分解，进度信息和成本信息就完整的导入到模型中与之相关联，各分部分项工程的清单量与计价费用都在软件中编制，对项目进行单体汇总，自动匹配到模型中，完成数据导入工作。工程量清单计价表导入如图4-3所示。图3 导入清单计价图形成的5D BIM模型可以反映出项目建设过程中的成本信息，随着项目的建设计划成本与实际成本的走势图可以直观的在模型下显示出来，便于直接进行分析对比，成本的差值同样能够在图中展示，需要调整的部分便可一目了然，成本关联图如下图4所示。图4 成本关联图3.2 5D BIM 模型的实现通过三维模型建立最终的5D BIM模型，需要在其本身基础上辅助以时间维度和成本维度，这往往是完
18、成本项工作的一个障碍。只有通过将各工作进行分解联系，最终将进度和成本的相关信息融合到三维模型中完成模型的建立。在建立三位模型之后，必须设置相应的施工数据，对模型中的每个构件、每个单元都赋予相应的信息，在Revit软件中实现数据搭接，这里的重点是对施工数据的精确收集及准确录入，是一个相对耗费时间和精力的过程。模型具备了空间等信息之后，在进度计划中设置既定的工程项目具体起止时间及各工作的时间信息，成本费用下工程量清单与综合单价等信息，每个构件便拥有了自身的特定意义，相互结合对三维模型完成“升级” ，形成5D BIM模型，相关过程见下图 5。创建三维模型 设置施工数据施工任务起止时间工程量清单与综合
19、单价W B S 工作分解结构进度计划5 D B I M 模型成本费用R e v i t 模型图5 5D BIM模型的创建4 系统功能模块设计5D BIM模型建立之后的下一步就是对系统功能模块进行设计，此处结合传统成本控制中的挣得值分析法进行计算分析，对模型的应用起到了较大的作用。通过5D BIM模型能够获得很多需要的数据，建设前期可以通过模型读取计划工作预算费用（BCWS）对项目成本进行预算，获取过程十分容易，拥有模型也更加形象直观；随着项目各项工作的开展，在项目建设中期各工作的实际费用也可以通过统计实际数字得到已完工程实际费用（ACWP ） ，通过计算便能得到已完工作预算费用（BCWP ）
20、。几个数据相比较，可以得到成本偏差（CV） ，进度偏差（SV） ，进度绩效指标（SPI ） ，成本绩效指标（CPI）等指标，用于分析项目的进度快慢及成本偏差等方面的情况，对产生的偏差进行系统的分析，根据分析的结果采用相应的措施进行纠偏。由此通过对模型的研究及获取数据的分析，计算出相应的指标数据，系统功能模块设计即可完成，即实现以下系统功能：成本监控、成本预警及成本预测。4.1 成本监控（1）计算基本参数通过对5D BIM模型的研究查询，结合挣得值法分析需要，计算获得用于分析进度及成本情况的几个基本数据：已完工作预算费用BCWP、已完工作实际费 ACWP、计划工作预算费用BCWS。如，2017年
21、4月已完工作预算费用BCWP=349.6729 万元，已完工作实际费用ACWP=360.5212万元，计划工作预算费用BCWS=321.9172万元。（2）计算评价指标根据前边获取到的的数字，能够对工程项目进行进一步分析对比，通过挣得值的三个基本参数计算四个评价指标：费用偏差CV，进度偏差SV，费用绩效指数CPI，进度绩效指数SPI 。根据成本分析曲线，CV=BCWP-ACWP=-10.8483 万元，SV=BCWP-BCWS=27.7557万元， 0.97， 1.09。ACWPBIBCWSPI（3）分析数据比较挣得值分析法的基本参数之间的关系或评价指标的大小，从而确定各项工作的费用是否超支或
22、节支，进度是否提前或延误，并有针对性地采取应对措施。表1 挣得值分析与应对措施表序号 参数关系 分析 应对措施1 ACWPBCWPBCWS SV0，CV1，CPIBCWSBCWPSVACWPBCWP SVBCWPACWP SV0 ；SPI1 效率较高，进度较慢， 投入延后 迅速增加人员投入5 BCWPBCWSACWPSV0，CV0 ；SPI1，CPI1 效率高，进度较快， 投入延后 若偏离不大，维持现状6 BCWPACWPBCWSSV0，CV0 ；SPI1，CPI1 效率较高，进度快， 投入超前 抽出部分人员，放慢进度根据挣得值分析与应对措施表及计算出的指标数据，截止到该月，项目效率较低，进度
23、较快，投入超前，应当抽出部分人员，增加少量骨干人员。4.2 成本预警通过挣得值分析指标得到的成本偏差能够对工程项目进行过程中成本的发展趋势进行严格监控，明确成本偏差出现的时间及时引起关注，但是成本偏差是客观存在的，判断成本偏差在达到何种临界值时需要做出调整仅仅依靠成本监控功能显然是无法满足的，这就需要建立一个能够将成本偏差量化的指标来进行研究，以此来分析当成本偏差出现时，作为成本管理人员是否需要及时作出调整，而相对的决定作出何种调整。在这里通过对挣得值法继续分析研究，建立工程项目的成本预警功能，以便能够及时提醒成本管理人员做出反应。在该功能实现过程中，需要将成本绩效指标（CPI）值划分为五个等
24、级，相应的偏差值由高到低设置为：高偏差、较高偏差、中度偏差、较低偏差和低偏差，每个偏差等级都对应有各自颜色的预警信号，以便在发生偏差时能够一目了然的对偏差等级作出划分，建设项目的成本偏差预警区间如下表2所示。表2 建设项目成本偏差预警区间成本绩效指标（CPI ） 00.8 0.80.85 0.850.9 0.90.95 0.951.0偏差级别 高偏差 较高偏差 中度偏差 较低偏差 低偏差预警信号 红色 橙色 黄色 蓝色 绿色根据计算得出的CPI=0.96，可知项目成本预警级别为低偏差，预警信号为绿色。4.3 成本预测当工程项目成本偏差值达到设定值时，成本绩效指标也就达到了某个预警区间，作为管理
25、人员在发现这种情况后应当及时采取措施进行纠偏，同时，还要根据收集来的数据对成本发展的趋势作出分析及预测，以便对项目的资源分配及资金使用起到积极地指导作用。采用挣得值法对成本、进度进行偏差分析，根据偏差分析找出造成偏差的因素，对因素进行影响程度计算的同时能够对项目成本的趋势进行预测，预测项目结束时的进度、成本情况。BAC为项目完工预算，EAC为预测的项目完工估算，ACV为预测项目完工时的费用偏差，三者之间存在以下等式关系： EACBACV通过对项目完工时的成本进行预测，能够更好的安排资源及资金的落实情况，作出合理的资源分配方案和资金计划，有利于进行项目的成本控制。图6 成本预测曲线图根据成本分析
26、图，能够看出在第10周检查时，成本偏差出现预警，应当及时找到导致成本偏差的原因，为了防止成本偏差继续扩大，需要及时作出调整，提高工作效率，减少工期成本。5 结论作为建设工程项目消耗资源的主要阶段，施工阶段往往占据了整个工程项目成本的最主要部分，对施工阶段进行成本的控制研究对于降低整个项目的成本有着巨大的作用。本文通过将 BIM 技术与引入到建设工程的成本控制中，着重研究其在施工阶段的应用，结合天津市河东文化馆项目的实例，构建基于 BIM 的施工成本控制系统模型，从成本监控、成本预警及成本预测三个功能设计系统功能模型，为我国施工企业成本控制中 BIM 的应用提供参考。参考文献1孟森.刘欣.张世洋
27、.浅谈基于BIM的工程造价管理J.工程建设.2012(1):31-42.2赵彬.牛博生.王友群建筑业中精益建造与BIM技术的交互应用研究 J工程管理学报，2011(05):483-486.3于景飞,谢宇晨. BIM 技术在工程管理与施工成本控制中的应用J. 山东农业大学学报(自然科学版),2017,:1-3. 4拾秋月,王军,方继涛. BIM 技术在施工阶段成本控制中的应用研究 J.建筑经济,2016,(12):65-67. 5寇雪霞,石振武. BIM 技术在施工阶段的成本控制应用 J.经济师,2016,(01):72-73. 6隋振国,马锦明,陈东,徐伟. BIM 技术在土木工程施工领域的应用进展 J. 施工技术,2013,(S2):161-165.
