| 标题 | 基于BIM技术的装配式混凝土建筑成本控制研究 |
| 范文 | 朱敏 张哨军 孙静 李子昌 摘要：目前，我国的装配式混凝土建筑比现浇结构的成本要高，成为阻碍装配式混凝土建筑发展的关键因素之一。BIM技术的应用对于降低装配式混凝土建筑成本具有重要意义。本文通过分析装配式混凝土建筑成本过高的原因，提出利用BIM技术在装配式混凝土建筑的深化设计阶段、构件生产阶段、构件运输阶段、施工阶段实施全过程的成本控制，可有效的提高建筑质量和降低成本，助推我国装配式混凝土建筑的蓬勃发展。 Abstract： At present， China's fabricated concrete construction costs are higher than cast-in-place structures， which has become one of the key factors hindering the development of fabricated concrete buildings. The application of BIM technology is of great significance for reducing the cost of prefabricated concrete construction. In this paper， by analyzing the reasons for the high cost of fabricated concrete buildings， it is proposed to use BIM technology to implement cost control in the deepening design stage， component production stage， component transportation stage and construction stage of prefabricated concrete buildings， which can effectively improve the construction quality. And to reduce costs， committed to the flourishing development of China's prefabricated concrete buildings. 關键词：BIM技术;装配式建筑;成本控制 Key words： BIM technology;prefabricated building;cost control 中图分类号：TU17 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文献标识码：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章编号：1006-4311（2019）30-0268-03 0 ?引言 2017年3月，住房和城乡建设部根据《“十三五”装配式建筑行动方案》，制定从2018年至2020年装配式混凝土建筑占新建筑物的比例要达到15%以上的工作要求。装配式混凝土结构和传统现浇混凝土结构相比，装配式混凝土建筑省去了复杂的建筑工序，不仅可以缩短工期，而且更加绿色环保。 我国的装配式混凝土建筑发展还在起步阶段，装配式混凝土建筑成本比现浇结构的成本要高，通过计算传统现浇式和预制装配式的施工成本差异，可以发现设计生产成本和建筑安装成本是装配式混凝土建筑成本偏高的主导因素。BIM技术作为建筑工程项目管理的信息化手段，将其运用到装配式混凝土建筑的各个阶段，可以提高装配式混凝土建筑协调设计效率、优化预制构件的生产流程、模拟施工流程，为我国装配式混凝土建筑在降低成本方面取得关键性突破。 1 ?装配式建筑成本过高原因分析 传统现浇混凝土结构成本由直接费、间接费、利润、规费、税金组成，其中直接费在传统现浇混凝土结构中占有较大比例，是成本支出的重要组成部分。预制装配式建筑结构的成本构成不仅仅包括现浇混凝土结构直接费中的人工费、材料费、机械费和措施费，还包括预制构件的生产、运输和安装成本，这些过程成本对装配式混凝土建筑成本起决定性作用。 目前，我国装配式混凝土建筑成本高于现浇结构的原因主要体现在三个方面： 1.1 预制构件拆分不合理：设计师需要根据预制构件的受力情况、施工特点、吊点设计、后期运输要求等，根据设计院提供的建筑设计图纸，针对图纸中节点接头部位，合理的对预制构件尺寸进行分割，这样一来，就比传统的现浇建筑的设计成本多出了二次拆分的费用。同时，不合理的拆分也会增大后期施工阶段构件运输和吊装的难度，增加了施工成本。 1.2 预制构件缺乏统一的标准：我国对预制构件的设计和生产还没有完整的统一标准，导致装配式建筑构件生产能力低下、产品类型单一、设备工艺落后、标准化程度低。不同企业之间的标准不统一、互相之间不存在可替代性，这样就造成构配件生产商缺少竞争力，价格难以下降。因此，要实现构件标准化生产，提升综合效益，从而降低成本。 1.3 施工吊装方案不合理：与现浇混凝土结构相比，预制构件的在安装过程中的垂直运输工作量大幅增加，安装熟练工种的缺失，也会导致人工成本提高。在吊装过程中，不同塔吊方案的选择、安装构件的数量、构件的不同也会对建造成本造成影响。在材料费用方面，构件之间的连接件在安装成本中也占了较大的比重，由于我国目前技术不成熟，对于连接件、防水处理等技术问题处理不完善，也增加了装配式建筑成本。 2 ?BIM技术与装配式建筑结合的优势 BIM理念源自制造业，大土木行业的工业化就是装配式。BIM技术与装配式的结合，主要在模块化BIM设计、BIM模型构件生产和BIM构件现场装配三方面。BIM与装配式的结合，即利用BIM一体化的方式，将装配式混凝土建筑设计、生产、装配环节结合起来，实现BIM信息化协同。 2.1 实现装配式建筑的标准化设计 对于装配式混凝土建筑而言，预制构件的标准化体现在从设计到安装的整个过程中，其设计的合理性直接影响到装配式建筑的成本。相较于传统装配式建筑设计模式，BIM技术应用下的装配式混凝土建筑能够更好的实现预制构件标准化设计、模块化设计以及可视化设计，能够表现出较强的应用优势。 2.2 优化施工进度和流程 将BIM技术可视化、参数化等优势，与预制构件生产加工流水线系统融合，在构件从原材料进场到成品出厂的生产周期中合理利用，可使生产更加高效、管理更加便捷。在装配式建筑实际生产施工中，应用BIM技术能有效地控制及协调材料的运输进场时间，尽早确定预制构件所需要的原材料的实际状态，根据不同的材料供应情况制定出现场施工安排，减少不确定因素带来的成本增加问题。 2.3 提高施工效率和精度 BIM技术能够解决预制混凝土施工过程中各阶段、各专业之间信息不通畅、沟通不到位等问题，确保工程施工项目的工期、质量、成本得到保证和沟通协调有序进行。对于工程施工的关键部位，比如预制关键构件及部位的拼装，其安装相对比较复杂，通过BIM技术，能够提前对重要部位的安装进行动态展示，对安装工人进行三维可视化施工交底，进而提高施工效率和安装的精度，减少施工过程中的成本。 3 ?BIM技术在装配式混凝土建筑成本控制中的应用 3.1 设计阶段 装配式混凝土建筑结构设计是以现浇混凝土结构为基础的深化设计，大部分工作是在常规设计之后，一般先对整个结构进行全面的分析，然后针对不同的构件进行节点的拆分，拆分完成以后再进行深化设计，工厂根据深化设计的图纸进行预制生产，最后将预制成品运往施工现场。在现场实际中，PC设计师往往没有核对结构施工图的准确性，拿到结构施工图就开始做拆分，即使发现问题，考虑到牵扯的平行专业太多，沟通的时间太长，设计完的图纸需要反复审核修改，效率不高，这是传统装配式混凝土管理手段的局限性。因此，需要引进新的BIM管理工具，在设计的初期就关注预制构件的标准化问题，使用更少类型的构件设计满足不同需求的建筑物，形成预制构件库，更好的实现标准化设计、模块化设计、高效协同设计以及可视化设计，表现出较强的应用优势。此设计方法共分为三个阶段：形成预制构件库、构建BIM模型和优化BIM模型。 3.1.1 形成预制构件库 形成预制构件库的主要目的是为了提高预制混凝土构件的标准化和通用性，其标准化有利用提高预制混凝土构件生产厂的流水线施工的工作效率，而通用性则体现在可以满足不同要求的预制混凝土建筑产品。 首先应该明确建筑设计中的标高和轴网，然后根据设计要求在做好的预制构件库中查询相同的预制混凝土常规构件，最后对于不属于常规构件且不在预制构件库中的预制混凝土构件，可以在确定需求后设计出该构件并入构件库，丰富构件库的种类。 3.1.2 构建BIM模型 預制构件库形成以后，布置所有的预制混凝土构件，从而构建出装配式结构设计BIM模型。在实际操作中，通常用Revit软件创建预制构件族，根据不同的设计需求修改族的参数，构建出BIM模型。 3.1.3 优化BIM模型 BIM模型构建完成后，还需要对其结构安全性进行复核。BIM作为一种管理手段，通过三维模拟的形式搭建建筑物的建筑、结构、水电暖通专业，可以通过碰撞检查，点击撞车部位，避免设计中的撞车和疏漏带来的巨大损失。预制构件是在构件厂生产，通过目前的生产和管理方式，质量可以得到较好的控制，难点在于节点控制，如梁、柱、板的节点详图，楼板和阳台的节点详图，都需要利用三维来检验连接件和钢筋之间的冲突，此时碰撞检查显得尤为重要。对BIM模型的结构复核后，可以指导现场预制混凝土构件吊装和施工作业，减少因为设计不合理带来的成本增加。 3.2 生产阶段 我国建立了许多生产预制构件的预制加工厂，这些加工厂大多机械化水平不高，很少利用信息化软件，效率相对较低，生产出的预制构件的成本和质量很难控制。将BIM技术可视化、参数化等优势，与预制构件生产加工流水线系统融合，在构件从原材料进场，到成品出厂的生产周期中合理利用，可使生产更加高效，有效节约成本。 在预制构件的成本组成中，模具的摊销费用约占5～10%，由此可见，模具的费用对于整个工业化建筑成本非常重要，拥有好的模具设计，不仅可以减少工作量、节约时间，更可以节省成本开支。因此，采用BIM建模软件进行设计，通过三维可视化、精准化、参数化等优势，将大量的脑力工作通过三维的手段进行简化，可直接对构件建模进行检查纠错。 在构建BIM模型时，在构件参数设置中已经输入了构件的尺寸大小、材质等信息，可以从BIM模型中导出精确的材料用量，制定出预制厂每天所需生产的构件数量、钢筋加工量计划，还可以利用BIM输出的钢筋信息，通过数控机床实现对钢筋的自动裁剪、弯折，然后根据BIM所生成的构件图纸信息完成混凝土的浇筑、振捣，并自动传送至构件养护室进行养护，直至构件运出生产厂房实现有序堆放，为控制危险源和降低成本提供了新的技术手段。 3.3 运输阶段 与现浇结构相比，装配式混凝土建筑成本增加了构件从预制工厂到施工现场的运输费用，降低运输费用成为控制装配式混凝土建筑成本的关键。BIM技术在装配式混凝土建筑运输阶段成本管理的应用主要体现在两个方面： 3.3.1 运输时间 预制构件在工厂加工完成后，在运输到施工现场的过程中，需要考虑运输时间，应根据实际进度下单、配送，达到现场零库存的目标，解决大面积铺开预制构件后产能不足、场地不足的问题，提前规划好运输时间。将BIM技术运用到预制构件实际的运输和管理过程中，通过植入RFID芯片，能够短时间内迅速获取车辆和构件的信息，实现对于运输车辆的准确定位以及信息收集。还可以根据现场实际施工进度，合理安排运输时间，保证满足构件现场及时准确的安装需求，这样可以提高运输效率，节约成本。 3.3.2 运输空间 由于预制构件尺寸相差可能较大，造成运输装车存放难度加大，如果预制构件装车不合理，构件防护措施不到位，可能会损坏预制混凝土构件，造成预制构件成本的增加，同时也会影响现场装配进度。为了降低该部分运输带来的成本损耗，利用BIM模拟功能对构件的装卸顺序，以及配备相应的存放架、运输架等进行模拟，制定出一个能够高效配合现场施工的运输路径，提高满载率，制定运输方案，考虑限高，并结合吊装方案，减少现场堆放，降低成本。 3.4 施工阶段 在装配式混凝土施工吊装阶段，利用BIM技术可以提前发现施工中存在的问题，及时规避潜在风险，进而降低成本。具体应用主要表现在吊装方案模拟和复杂节点样板引路两方面。 3.4.1 吊装方案模拟 在施工吊装阶段，对于体积和重量较大的预制混凝土构件不能用人工进行安装，往往需要借助吊装机械。在现场实际中，吊装机械的精度达不到预制混凝土构件的安装需求，常会造成个别构件无法吊装的情况，这样会导致工期变长和成本增加，现场的进度控制无法得到保障。因此，将BIM技术的施工吊装模拟功能利用起来提高预制混凝土构件的安装效率显得尤为重要。首先，在前期创建好的BIM建筑模型的基础上，制定好吊装机械和预制构件的摆放位置;然后，根据制定好的施工组织设计和施工方案模拟出预制构件在现场吊装的过程;最后，将演示动画视频向现场施工人员输出，针对潜在的问题进行沟通，优化出最佳的吊装方案。 3.4.2 复杂节点样板引路 在预制混凝土构件吊装过程中，预制构件种类多且节点复杂，如预制混凝土板，即使发生比较小的位移，也有可能造成预制板无法定位施工，有些节点较为复杂的构件难以对现场施工人员进行输出和交底，施工人员不能快速掌握吊装的过程和方法，就无法保障现场施工进度符合计划安排。此时，可以充分利用BIM可视化的显著特点，根据现场实际提前制作出满足要求的BIM动态样板，如工前样板、交底样板和操作样板等。将这些动态样板对现场人员进行交底后，减少因交底不明确带来的成本增加。 在施工阶段，除了利用BIM技术进行吊装模拟和对复杂节点引路外，还可以建立装配式混凝土建筑的BIM5D模型，增加了时间和资源两大要素后，可以更加清晰的了解到装配式混凝土建筑资源投入情况，将目标成本和动态成本对比后进行偏差分析，针对分析出的成本偏差制定纠偏措施，及时解决问题。 4 ?结语 文章重点分析了装配式混凝土建筑构件设计阶段、生产阶段、运输阶段、施工吊装阶段成本过高的原因，利用BIM信息化的优势对不同阶段制定对应的解决措施，从而有效的提高装配式混凝土建筑的生产效率和施工质量，为降低装配式混凝土建筑的成本提供有力支撑。 参考文献： [1]张龙飞，张威.装配式建筑在新农村建设中的发展研究[J].风景名胜，2018. 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