BIM应用对城市轨道交通机电安装工程成本的影响研究

BIM应用对城市轨道交通机电安装工程成本的影响研究

张帅

张帅

中铁北京工程局集团北京公司北京100000

摘要：城市轨道交通机电安装工程涉及图纸繁多、管线复杂、且多专业交叉作业的问题。由于图纸工程量大，且各座车站图纸相互独立，仅施工图算量一项工作就需要花费很多时间。另外，机电安装专业管道综合图纸设计变更多，在施工前期计算出的施工图预算往往难以满足项目后期成本管控的实际需求。传统施工方式人工、材料及机械设备浪费严重，大大增加了工程建设成本。BIM作为一种新兴建筑模型信息载体，其独有的信息可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性为真正实现建设项目全周期成本管理提供了工具，为节约劳动力和减少材料耗损提供了新的施工方式。

关键词：BIM应用；成本控制；施工图预算；机电安装

引言

轨道交通运输作为现代城市交通运输的重要组成部分，运输线路大多数贯穿整个城市，沿途需设立数十座车站，且车站形式各异，图纸类似程度往往不高，且机电安装系统繁多，涉及常规风水电、消防系统、通信系统等。机电安装综合管线图纸前期优化程度低，后期变更复杂。而且工程量计算过程冗杂，清单编制与定额子母挂接需要消耗大量精力与时间，而预算工程师付出诸多心血计算出的工程造价却只能在图纸无变更的项目前期阶段产生一定的作用，这样的施工图预算往往不能很好的适应新的环境。

BIM应用作为建筑行业的后起之秀，目前受到市场的青睐，也为广大的造价工作者带来了福音。BIM技术是以从设计、施工到运营协调、项目信息为基础而构建的集成流程，它具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性5大特点。通过使用BIM技术，可以绘制出整座车站的建筑信息模型，将建筑内部的系统完全还原，根据现场变更情况只需要更改信息模型，就可以快捷的得出现阶段的工程数量及造价，以便让项目各方现场实时情况、成本和环境影响等项目基本信息。

1.项目背景

昆明市轨道交通4号线作为昆明市最长的轨道交通线路，4号线线路起于西北部高新开发区，经中心区、经开区到达呈贡新区白龙潭，是串联昆明主要产业基地的产业型辅助轴线。线路全长43.5公里，共设车站29座，设大漾田车辆段停车场1座，广卫停车场及白龙潭停车场各1座。常规机电安装工程主要由通风空调工程、电气工程、给排水及消防工程组成，协调土建工程、装修工程、弱电工程等专业施工，具有环境复杂、施工场地移交困难、设计方案变化大、管综图纸精细化不足、运营单位要求多变、与既有线运营冲突的特点，采用传统的成本控制方法难以实现对工程造价的精准控制分析。

2.传统模式与BIM应用模式在成本管理上的差异

工程造价管理是项目建设过程中至关重要的环节，关系着项目能否实现盈利，工程造价管理能力也直接决定着企业的核心竞争力。目前，大部分企业仍延用传统的计算工程造价的方法，然而陈旧的CAD算量方法及常规二维图纸越来越难以适应市场的需求。随着BIM应用市场的扩大，其独有的特性越来越受到广大造价工作者的喜爱。

传统施工模式主要依托于CAD电子图纸获得工程信息，二维图纸往往不能很好的处理机电安装专业复杂的管线系统，在施工过程中经常会出现设计变更，而设计变更最直接的影响是施工从业者的辛苦付之东流。其次，传统施工方法工序交叉复杂，施工交底采用cad图纸交底，针对其中复杂的施工点，由于从业人员水平不同，理解程度不足，可能会导致施工方法错误。设计变更和施工方法错误所产生的的人工、机械、材料的浪费直接导致建筑资源能耗高、生产效率低下、劳动力成本逐步升高、资源短缺等问题。

基于BIM应用的施工模式，实现了工程管理三维具象化。通过依据二维图纸建立的三维BIM建筑信息模型，直接检测出系统交叉碰撞点，相较于传统方法规避了可能发生的设计变更。施工交底采用三维图纸交底，提高了交底水平，减少了材料浪费，提高了人工利用效率。虽然BIM技术使用起来方便快捷，但是也需要建模人员根据图纸不断更正模型信息，提高模型精细化程度，在构建信息模型时就将材料信息录入，避免后期对模型的大量修改。

3.BIM应用在不同阶段对成本管理的作用

BIM应用贯穿工程建设的各个阶段，有利于提高项目的品质与效能，除此之外BIM应用在项目前期设计阶段、施工阶段均对成本管理有不同程度的影响。

1.BIM应用在设计阶段对成本管理的影响

1.1管综碰撞检查，优化图纸

昆明市轨道交通4号线机电安装全线共计29座车站，系统种类涉及消防系统、气体灭火系统、通风空调系统、电气系统、给排水系统、弱电系统等多个系统，体量巨大。若采用常规图纸设计-深化-施工-反馈-再深化的流程，施工周期长、投入精力多、额外损失大是不能忽视的缺点。采用BIM技术绘制土建及机电安装图纸，达到300以上的精度能够直观的检查出设计不合理的位置，生成碰撞检测报告，避免了到施工时才发现问题的情况，优化结果如表1。轨道交通4号线牛头山站使用了BIM三维信息模型优化，与未使用的祥丰街站点对比，图纸优化时间及优化程度均有很大差异，如表1。

表1是否使用BIM模型优化程度及优化时间对比

如表1，通过对比发现牛头山站和祥丰街站环境条件相似的情况下，使用BIM应用的牛头山站碰撞检测出错误数量为999处，根据碰撞位置逐一修正，理论上可以达到100%的优化程度，需要时间为1-3天；使用传统设计方法的祥丰街站无法直接检测碰撞数量，图纸优化率低，施工反馈周期长。通过对比，使用BIM可以减少变更情况、节约人力物力、加快工期。

2.BIM应用在施工阶段对成本管理的影响

2.1施工过程模拟

据统计，全球建筑业存在生产效率底下的问题，其中30%来自施工过程需要返工，60%由于劳动力被浪费，10%来自材料浪费。BIM模型是建筑信息的综合反映，通过BIM5D施工进度模拟，可以根据不同施工阶段反应现场人材机投入情况，方便承建单位协调各班组施工顺序、提前组织施工力量进场等，避免劳动力不足或者窝工，减少项目直接成本。针对施工过程中关键节点，可以利用平台即时获取相应的施工情况、场地布置、临时设施及机械租赁情况的信息及图片，便于管理层面实时掌控现场生产情况，做好施工进度情况分析，从工期上节约成本。

昆明轨道交通4号线牛头山站采用BIM技术模拟牛头山站某一区域通风空调、给排水及电气工程安装工程工序，根据实际进度与计划进度的差异可以调整现场人、材、机的使用数量，减少了生产力的浪费。

表2是否使用BIM指导施工人、材、机及时间对比

如表2，通过统计可以发现，在环境相似的条件下，使用BIM模型预先合理安排施工方法，能够比传统方式提前4天完成此区域施工，且材料算好率为1%低于传统施工方法的3%，与此对应，投入的机械台班数量也随之减少。

2.2材料成本控制

2.2.1运用BIM模型进行可视化交底

BIM模型与传统CAD图纸相比，具有可视化的显著特点。管理人员应透彻理解BIM三维模型、吃透设计思想，并按施工规范要求向施工班组进行技术交底。

风管安装工程中，风管的法兰加工方法、工艺、连接方式等，技术员可以按照BIM模型中用料方式和安装方式，用BIM三维图做好用料交底，可以有效防止班组浪费材料，做到物资材料利用率最大化，减少班组施工损耗率。

2.3.2运用BIM模型限额发料

在施工管理过程中材料消耗量的控制是一大难题。安装工程中材料浪费是施工过程中的重点控制问题，BIM技术提供按照流水段、进度计划、区域、构件等划分的丰富的物资量统计功能，为物资采购、限额领料提供准确数据支撑，材料员限制分包单位领料，做到有据可依。也能够尽可能减少物资积压、损坏、二次搬运等费用。

2.3流水段管理及三算对比

建设过程中如何方便快捷的实现流水段情况分析和三算对比对传统施工提出了挑战，传统方式采集数据及对比分析困难，不能做到实时分析。通过利用BIM模型，可以构建统一的信息集成平台，获取大量的模型信息。利用BIM模型的形象直观、可计算分析的特性，将牛头山站各专业划分为不同的施工流水段，管理人员可以按照专业及工作面的角度，进行任务完成情况分析，分阶段将项目的收入、项目预算成本、实际成本进行对比分析，找出结算中预计成本与实际成本之间的差距，针对亏损点进行工程量反查，避免超量结算亏损。

3.结论和展望

项目通过使用BIM技术实现了图纸优化、施工过程模拟、施工材料成本控制、工程量复核、安全管理等多项应用。经计算，牛头山站采用BIM技术共计节约施工成本324282元，发现碰撞问题达99处、有效处理了24次质量问题、63次安全问题、避免多次停工整顿，避免了经济损失。

BIM是建筑业发展的重要革命，在施工项目管理中，实现进度、成本、资金、资源等全面的动态化管理管控，对项目实现精细化管理有着重要的意义。但是BIM发展过程中仍存在很多的问题，标准与规范缺失、BIM工程师数量少，构件数据库不够全面等因素仍制约着BIM技术的全面普及，BIM技术的发展仍需要政府、社会和企业的大力支持。

参考文献

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[2]闫锟.基于BIM的工程项目全生命周期成本管理研究[硕士论文D].天津市：天津大学，2015（年）.

[3]朱烨，朱从香，呼梦洁.基于BIM技术的装配式建筑建设过程探讨[J].山西建筑，2017年，（第36期）.

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要根据实际的施工情况，制定出联合巡检制度，定期派遣具有专业知识的技术人员负责对现场施工进行巡视检查，发现问题及时的进行解决。还有就是相关质量监督人员要将现场的有关施工责任具体落实到某个人，若是过程中出现质量问题，必须由该项的负责人对作业人员进行组织，然后采取统一的应对措施。对于那些有着安全隐患的施工质量问题，及时纠正处理，对于施工人员的施工安全也要做到切实保障。还有就是在安全监督的过程中，建立起科学的奖励机制，利用物质或者精神鼓励大大提高工作人员的主观能定性。最后还要进行不定时的突击检查，更能完善工程质量的监督工作。

4.建筑现场施工管理以及质量监督的原则

4.1经济性原则

在施工现场的管理和质量监督工作中，一定要改变管理观念，不能够只抓工程进度而忽略掉质量管理，形成一种正确的进度观。而且还要在建筑生产经营的各要素中精打细算，比如在施工材料的选用上多注重替代品的选择，杜绝浪费和不合理的现象，坚持经济性的原则。

4.2科学合理原则

施工现场的管理中，要做到对于新能源和新作业方法的科学合理使用，保证整个流程的合理性，并且充分的利用现场的人力资源，提高管理效率。而在质量监督的工作中，也要遵循一种科学合理的原则，即在监督质量工作中，善于总结质量监督问题，集思广益的针对有关问题进行分析探讨，对于每个管理人员的想法意见进行仔细听取，尽可能减少管理工作中可能出现的意外。

4.3标准化规范化原则

标准化和规范化是现场施工管理以及质量监督工作所要遵循的一个最重要原则，施工的整体工程是极其复杂的过程，不按照相关的标准或者规范进行施工管理和质量监督，就有可能导致施工现场调度不统一无法进行配合，最终让管理工作举步维艰。因此，在施工管理和质量监督都要进行统一的调度指挥，服从统一的规范意志，让部门之间各司其职，克服主观随意性，保证施工管理和质量监督工作的有序进行。

5.结语

综上所述，新时期施工现场管理以及质量监督工作在开展的过程中，都要坚持着经济性原则、科学合理原则以及标准化规范化的原则。在具体的优化措施上，施工管理工作应在施工前、施工中以及施工后各个阶段都对施工现场的人力和材料做到合理分配，并且做好档案管理工作。而在质量监督工作上，应通过建立起监督体系并且加大监督力度，从而促进新时期质量监督工作的有序运行。

参考文献

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[2]薛建伟.加强建筑施工现场管理的优化措施[J].科学技术创新，2015（34）：205-205.

[3]王磊.试论建筑施工现场管理的优化及质量监督[J].科技经济导刊，2017（12）.

[4]刘笑迎，李海洋.建筑工程施工现场管理的优化措施研究[J].建材与装饰，2017（47）.

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文件中的规定的焊接方法、工艺参数、施焊顺序等进行，并应符合现行国家标准《钢结构焊接规范》GB50661及《钢结构工程施工规范》GB50755的规定[2]。

4.应用实例

光明文化艺术中心位于深圳市光明区观光路与创投路交汇处北侧。本工程由深圳市光明区建筑工务局兴建，建筑面积13万㎡，整个项目由五个功能区组成，分别为演艺中心、城市规划展览馆、美术馆、图书馆、文化综合中心。

该工程钢结构总用钢量约为8300吨，使用到钢结构的主要区域有：图书馆与城市规划展厅为一座3层15.6m高桁架（连廊1）强连接，最大跨度为56m，城市规划展厅与演艺中心为一座单层9m高桁架（连廊2）强连接，最大跨度为49m，城市展厅各层、美术馆部分大跨度区域、美术馆与图书馆连接区域、演艺中心大跨度楼面及屋面区域等。本工程所使用钢材的强度等级主要有：Q235、Q345、Q420等。主要的钢结构构件包括：钢梁、钢骨梁、钢骨柱、钢管混凝土柱、钢骨剪力墙、钢桁架、钢筋桁架楼承板等。

大桁架钢结构采用液压整体提升，大桁架钢结构由2榀纵向主桁架（HJ1～2）和其间次梁结构组成，主桁架的弦杆和腹杆均为箱型构件，次梁为H型截面。此部分钢结构最大标高为+32.750m，桁架自身高度16.6m，HJ-1跨度51.2m，HJ-2跨度56.35m，提升高度为17.15m，提升重量为1700t。钢结构提升单元在其投影面正下方的地面上拼装为整体，同时，利用两榀主桁架预装段设置提升牛腿（上吊点），共4组。每组上吊点处配置2台YS-SJ-405型液压提升器，共8台液压提升器。在提升单元的桁架下弦杆与上吊点对应位置处安装提升临时牛腿（下吊点），上下吊点间通过专用底锚和专用钢绞线连接，利用液压同步提升系统将钢桁架结构提升单元一次性提升至安装标高处，进行主桁架对接以及后装杆件的安装。

钢结构深化设计时，为配合现场安装需要，将部分构件设计成后装段，并且在提升上下吊点内部设计额外加劲板，保证在提升时无应力变形。该项目大桁架在整体提升后，钢构接口偏差在5mm以内，且在提升过程中对其进行应力、应变监测，监测结果均在设计允许范围内。可以说该项目在钢结构深化设计过程中，充分考虑到现场安装方案，进行局部加强，不但节省整体建造成本，也满足规范要求，是一个成功的钢结构应用案例。

结论

简而言之，社会经济的发展，进一步促进了建筑行业的进步，鉴于城市土地资源的紧缺，与钢结构力学性能，使得建筑工程钢结构得到普及应用。文章阐述了钢结构设计稳定性，分析了其设计稳定性原则以及设计要点，希望为关注这一话题的人们提供参考。

参考文献

[1]王骁，孟超.建筑工程钢结构设计的稳定性分析[J].住宅与房地产，2016（24）：43.

[2]周均来.高层钢结构的质量管理要点[J].工程技术研究，2019（7）：133-134.