BIM技术在工程造价管理中的应用研究.docx
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BIM技术在工程造价管理中的应用研究
BIM技术在工程造价管理中的应用研究
BIM技术在工程造价管理中的应用研究
摘要
建筑业在我国是一个劳动密集型、粗放经营的行业，随着人们对建筑物的功能、外观及舒适度要求的提高，附加在建设项目上的信息量也越来越大，尤其是对于某些现代大型建设项目，由于其参建单位多、建设周期长、建设过程信息量大，项目工程管理的难度也大大增加，依赖传统的信息沟通和管理方式很容易导致工程造价管理失控。
而使用BIM软件建立建筑信息模型可以将工程项目各个阶段的信息整合在一起，促进项目各主体的参与和配合，在工程实际施工前进行造价管理，从而实现从设计到施工、运营的全过程造价管理，有效避免项目完工后实际成本超出预算情况的发生。
本文针对我国现阶段造价管理中存在的问题，提出将建筑信息模型引入到造价管理中，并从我国BIM应用现状出发，采用“分布式”BIM模型的方法，以具体工程为例建立成本模型，将传统的二维图纸转化为三维模型，对项目造价进行精细化管理，从而实现真正意义上的全过程造价管理。
关键词：
建筑信息模型，工程造价管理，BIM造价软件，“分布式”BIM模型方法
1绪论
1.1课题研究背景及意义
建筑业在我国的国民经济增长和社会经济发展中具有举足轻重的地位。
长期以来，建筑业在我国是一个劳动密集型、粗放经营行业，其工作效率低、建设成本高的现象较为普遍。
随着生活水平的提高，人们对建筑物的功能、外观及舒适度等要求越来越高，由此附加在建设项目上的信息量也越来越大，而且在项目实际施工过程中，经常会因为设计无法施工或者参与方之间的沟通问题导致工程变更，尤其对于那些投资规模较大的现代大型建设项目，由于其参建单位多、建设周期长、建设过程信息量大，项目工程管理的难度也大大增加，造价管理问题尤为突出。
在这种情况下，依赖传统的信息沟通和管理方式很容易导致投资规模失控、施工质量不稳定的现象，由此产生的三超工程和烂尾楼工程也比较普遍，不仅造成投资的巨大浪费，也造成资源无谓的消耗，与国家倡导的可持续发展的理念相悖。
因此，为了保证工程项目的效益，并减少资源的浪费，必须要加强并改进工程管理模式，尤其是在工程管理中起重要作用的造价管理，有效运用信息技术处理中的各种相关信息，实现工程全过程造价管理，从根本上减少工程变更和工期延误，从而降低成本，使项目的收益达到最大化。
在信息技术迅速发展的今天，信息资源已经成为新世纪的三大战略资源之一，伴随着互联网技术不断发展，计算机硬件的容量和性能也不断升级，这些都为各行各业的信息化发展提供了可能。
在我国，电子业、制造业等行业的信息化程度已经处于较高水平，信息技术生成的模型使这些行业的生产效率得到了显著提高，但建筑业的信息化仍处于起步阶段。
所谓建筑业信息化是指运用信息技术，特别是计算机技术、网络技术、通信技术、控制技术、系统集成技术和信息安全技术等，改造和提升建筑业技术手段和生产组织方式，提高建筑企业经营管理水平和核心竞争能力，提高建筑业主管部门的管理、决策和服务水平。
在欧美等发达国家，建筑业信息化起步较早，建筑企业中信息技术的应用已经较为普遍，主要体现在建筑信息模型（BuildingInformationModeling）的广泛利用上。
建筑信息模型的使用不仅使建筑业效率得到提高，成本也得到有效的控制，并因此得到了业界人士的广泛关注和认可。
由于对建筑信息模型（BIM）的认识深浅不一，人们对BIM含义的理解也有所有不同。
对其最直接的理解为BIM是一种生产工具，各相关人员以建筑工程项目的各项相关信息数据为基础，以BIM为工具平台，将所有信息置于这一平台上建立建筑模型，模拟建筑物的真实情况：
BIM同时又是一种新的管理理念，通过BIM建立的建筑模型可以容纳建筑建设过程中各个阶段的信息，并且能够随时更新，促进项目各主体的参与和配合，从而实现从设计到施工、运营甚至拆除的全寿命周期管理。
1.2国内外研究现状
1.2.1国外研究现状
BIM是从美国发展起来的，2002年，美国建筑师协会资深建筑师杰里·莱瑟林（JerryLaiserin）在《比较苹果与橙子》一文中首次提出BuildingInformationModeling这一术语，并逐渐得到业界人士广泛认可。
随着全球化的进程的加快，BIM发展和应用在欧洲、日本、新加坡等发达国家已经逐渐普及。
其实早在20世纪70年代，类似的技术研究就没有中断过。
1975年，Chuck
Eastman教授提出。
“BuildingDescriptionSystem”概念；1982年Oraphisoft公司提出VBM（VirtualBuildingModel，虚拟建筑模型）理念；1984年推出ArchiCAD软件；1986年RobertAish提出了”BuildingModeling”的概念。
在美国，有一半以上的建设项目已经开始应用BIM。
美国总务署在2003年便推出了3D-4D-BIM计划，并且对采用该技术的项目给予相应的资金和技术支持，另外还提出了从2007年起，所有大型项目都需要应用BIM的要求；2004年开始，美国陆军工程兵团也陆续使用BIM软件，对军事建筑项目进行了碰撞检查以及算量统计等。
英国BIM技术起步较美国稍晚，但英国政府已经要求强制使用BIM。
2009年11月英国建筑业BIM标准委员会（AEC（UK）BIM）发布了英国建筑业BIM标准，为BIM链上的所有成员实现协同工作提供了可能；2011年，英国内阁办公室发布的“政府建设战略”文件中，关于BIM的章节明确要求，到2016年，要实现全面协同的3D-BIM，所有的文件也将进行信息化管理；英国NBS（NationalBuildingSpecification）组织的全英的BIM网络调研结果显示，2012年英国有39％的人已经在应用BIM了。
日本是亚洲较早接触BIM的国家之一，由于日本软件业较为发达，而BIM是需要多个软件来互相配合的，这为BIM在日本的发展提供了平台。
从2009年开始，日本大量的设计单位和施工企业开始应用BIM；2012年7月日本建筑学会发布了日本BIM指南，为日本的设计院和施工企业应用BIM提供指导。
1.2.2国内研究现状
在国内，香港和台湾最早接触了BIM技术，但在大陆BIM应用目前还处于起步阶段。
自2006年起，香港房屋署率先试用建筑信息模型；并且为了推行BIM，于2009年自行订立了BIM标准和用户指南等。
同年，还成立了香港BIM学会。
2007年台湾大学也开始加入到了研究建筑信息模型（BIM）的行列，还与Autodesk签订了产学合作协议；2008年起，“BIM”这个词引起了台湾建筑营建业高度关注。
在台湾，一些实力雄厚的大型企业已经在企业内部推广使用BIM，并有大量的成功案例，台湾几所知名大学，如国立交通大等也对BIM进行了广泛、深入的研究，推动了台湾对于BIM的认知和应用。
在大陆，BIM也正在被越来越多的人知晓，调查显示，2011年业内相关人员对BIM的知晓程度达到87％，并且有39％的单位已经使用了BIM相关软件，其中大部分为设计单位。
BIM技术在建筑业的高效性也引起国家相关部门的高度重视，2011年5月，住建部发布（2011-2015建筑业信息化发展纲要》明确指出：
在施工阶段开展BIM技术的研究与应用，推进BIM技术从设计阶段向施工段的应用延伸，降低信息传递过程中的衰减；研究基于BIM技术的4D项目管理信息系统在大型复杂工程施工过程中的应用，实现对建筑工程有效的可视化管理等：
2012年1月，住建部“关于印发2012年工程建设标准规范制订修订计划的通知”宣告了中国BIM标准制定工作的正式启动。
近几年来，随着国外建筑市场的冲击以及国家政策的推动，国内产业界的许多大型企业为了提高国际竞争力，都在积极探索使用BIM，某些建设项目招标时将对BIM的要求写入招标合同，BIM逐渐成为企业参与项目的一道门槛；目前，一些大中型设计企业已经组建了自己的BIM团队，并不断积累实践经验；施工企业虽然起步较晚，但也一直在摸索中前进，并取得了一定的成果。
BIM技术将在我国建筑业信息化道路上发挥举足轻重的作用，通过BIM应用改变我国造价管理失控的现状，增强企业与同行业之间的竞争力，实现我国建筑行业乃至经济的可持续发展势在必行。
BIM技术不仅带来现有技术的进步和更新换代，实现建筑业跨越式发展，它也间接影响了生产组织模式和管理方式，并将更长远地影响人们的思维方式。
1.3论文研究内容及技术路线
1.3.1研究内容
本文主要研究建设项目成本模型的构建及其在实际工程的造价管理中的应用，以青岛某置业有限公司投资建设的中华国际广场建设项目为研究对象，通过分析现阶段我国工程造价管理存在的问题，提出将BIM技术应用在造价管理当中。
在对各BIM造价软件分析比较后，选择最合适的软件对项目建立成本模型，并运用该模型进行施工图预算，探讨其在招投标阶段及施工阶段的造价管理中的应用。
具体研究内容概括如下：
（1）对BIM技术与工程造价管理进行理论研究：
查阅相关文献资料，了解我国建筑业工程造价管理的发展历程和现阶段工程造价的计价方式，分析此计价模式下需要解决的问题；了解BIM技术，对BIM模型的基本特征及其在工程造价管理中的优越性进行研究，探讨BIM技术在工程造价中的可用性，为后续建筑信息模型的建立提供理论基础。
（2）对BIM造价软件进行分析必较，选择适合本课题的软件：
分析国内外常见的几种BIM造价软件，针对我国造价管理中存在的问题及具体国情，选择最适合的软件构建BIM模型。
（3）以中华国际广场建设项目为研究对象，运用BIM造价软件建立BIM模型：
以中华国际广场建设项目的施工图为依据，利用BIM造价软件构建成本模型，计算项目的工程量，然后结合计价软件得到施工图预算，并在此模型的的基础上，对项目招投标阶段及施工阶段的造价管理进行探究。
1.3.2技术路线
本文的技术路线如图1．1所示：
2BIM与工程造价管理理论研究
工程造价的涉及面较广，包括了国民经济各部门、各行业，以及社会再生产中的各个环节，它是项目决策、制定投资计划、控制投资、筹集建设资金的重要依据，同时也是评价投资效果的重要指标。
在工程建设项目管理活动中，造价管理是其最核心的内容，对建设项目起到至关重要的作用。
2.1工程造价的相关知识
2.1.1工程造价的含义
工程造价从侠义上就是指某项工程建设的建造价格，广义上工程造价则涵盖了建设工程造价，安装工程造价，市政工程造价，电力工程造价，水利工程造价，通信工程造价等。
建设项目工程造价的含义分别从业主（投资者）和承包商的角度把握可以有两种不同的理解：
1从业主（建设方）的角度——是指建设项目有计划地进行固定资产再生产、形成相应无形资产和铺底流动资金的一次性费用总和，即建设项目固定资产投资，同时也是投资者在作为市场供给主体时“出售”项目时定价的基础。
②从承包商的角度——是指预计或实际在土地市场、技术劳务市场、设备市场等交易活动中所形成的建筑安装工程的价格和建设工程总价格，其前提是社会主义商品经济和市场经济，通常被认定为工程承发包价格。
2.1.2工程造价管理
与工程造价的两种含义相对应地，工程造价管理的含义也有两种：
一种是业主（建设方）对工程投资费用的管理：
另一种是承包商对工程价格（包括中标价和承包价）的管理。
1．我国工程造价管理发展历程
人们对工程造价管理的认识是随着生产力的不断发展而逐步深入的，在我国漫长的历史进程中，历代工匠积累了丰富的经验，根据史书的记载，早在封建社会我国便有了造价管理的雏形，例如唐代夯筑城台用的用功定额——功；北宋年问已经有关于“功限”和“料例”的记载，其中的“功限”指的是劳动定额，“料例”则是指材料消耗定额。
而真正的工程造价管理行业是从19世纪末20世纪初发展起来的，随着我国民族工业的发展和外资投资的扩大，我国开始由一个闭关自守的国家向工业化发展，国外工程造价管理的方法也逐渐传人我国，在工程建设领域出现了一种新的管理方式——招投标，但是由于当时经济条件和历史条件的限制，这种管理方式并未被广泛使用，而只是在部分沿海城市的少数工程中采用。
直到建国初期，工程造价管理才作为一种管理体制被建立。
为了合理利用有限的建设资金进行恢复重建工作，我国引进了前苏联一套概预算定额管理制度，并于1957年颁布了《关于编制工业与民用建筑预算的若干规定》，其中明确规定了各个设计阶段都需要编制概预算㈣。
这一管理制度在计划经济时期为提高国家投资效益发挥了很大作用，我国目前采用的定额管理制度便是在此基础上，通过不断消化和改进发展起来的。
而随着计划经济体制向市场经济体制的转变，这种传统的工程造价管理体制呈现出一定的不适应性，为了适应经济发展的需要，工程量清单计价管理模式应运而生。
2．工程造价管理现状
（1）定额计价
定额计价法在我国已经使用了几十年，业主或者承包商套用国家建设行政主管部门发布的建设工程预算定额的工程量计算规则，计算出项目定额工程量，再参照省级建设行政主管部门发布的人、材、机价格信息及同期市场价格，得到直接费；然后根据费率计算间接费、利润和税金；最后汇总确定标底或投标报价。
定额计价的特点是“量价结合”，通过不同层次的计算，最终形成量与价的最优结合。
定额计价模式中，承发包双方采用共同的定额和费用标准，定额价格定期更新，但由于更新周期远不能跟上市场变化的步伐，极易产生定额价与市场价脱节的现象，从而影响计价的准确性。
由于定额计价的本质是由政府对工程造价进行统一管理，而计划经济在对生产、资源分配以及产品消费前都会进行计划，所以定额计价在计划经济体制下能够充分发挥其优势。
但是自从我国加人世界贸易组织（WTO）以后，中国经济日益融入全球市场，社会主义市场经济体制逐渐代替了计划经济体制，定额计价模式呈现出明显的不适应性，为了适应对外开放建设市场的形式，我国开始实行国际通行的计价方法——工程量清单计价。
（2）工程量清单计价
工程量清单计价方式是招标人自行或委托具有资质的中介机构，编制反映工程实体消耗和措施性消耗的工程量清单，并作为招标文件的一部分提供给投标人，由投标人依据工程量清单自主报价的计价方式。
它与定额计价的区别在于工程量清单计价采用的“量”、“价”分离的管理思想，这里的“价”指的是综合单价，由竞标企业自行编制，每个企业都可以拥有自己的企业定额，企业在综合考虑市场和自身实力的情况下，根据项目所需的人工费、材料费、机械使用费、管理费、利润以及风险因素自主报价，这样通过市场和企业之间的竞争形成价格，既可以体现企业的实力，又可以体现出公开、公平、公正，同时业主也能通过企业报价直观的了解项目造价。
由于我国目前还未形成成熟的市场环境，实现工程量清单计价对定额计价的完全替换需要一定的过渡时间，这段时间内仍会有定额计价的形式出现，不能真正体现企业根据市场行情和自身条件自主报价。
为了鼓励采用清单计价，《建设工程工程量清单计价规范》（GB50500—2008）明确规定：
全部使用国有资产投资或国有资产投资为主的工程建设项目，必须采用工程量清单计价。
其他情况下的工程项目可以由业主视工程具体情况自己来决定，当确定采用工程量清单计价，不论资金来源是国有资金、国外资金、贷款、援助资金或私人资金都必须遵守清单计价规范的规定。
2.1.3我国工程造价存在的问题
尽管我国工程造价管理方式一直在不断发展和完善，计价模式也得到改善，但整个工程造价行业发展水平与当前经济社会发展水平仍然存在一定差距，还存在一系列问题需要解决。
（1）工程信息的共享与协同困难
我国的工程造价管理机构部门多、层次多，各部门的规定不一致，相互之间缺乏必要的沟通与协调配合，而由于技术手段以及数据格式等问题，造价人员所需要或者提供的项目成本数据还无法和其他部门人员直接共享，需要通过计算机处理，甚至采用手工输入等方式进行二次加工。
例如在进行三算对比时，需要将设计概算，施工图预算，竣工决算三个阶段的仓储数据、财务数据、消耗数据等进行汇总和比较，传统的交流方式往往造成数据的重复录入，而且很容易因为人为失误使信息流失或产生错误，使工作效率较低口。
（2）造价数据滞后性明显
我国现阶段实行的是静态与动态相结合的造价管理方式，各地区按照其社会平均成本价格和平均劳动效率编制本地区的工程预算定额和消耗量指标，然后分阶段动态调整市场价格，按月份或季度发布指导价，定期不定期的公布指导性调整系数，由此编制、审查、确定工程造价。
建筑工程造价估算困难的原因是多方面的，首先，建筑材料的品种、型号、价格纷繁复杂，材料价格更是瞬息万变，定期发布指导价无法与市场价格的同步，以这种方式提供的造价数据与实际市场行情相差甚远：
再者，消耗量指标也与市场发生了脱节，大部分企业都采用政府颁布的定额数据，由于其更新迟缓，在竞争激烈的建筑市场环境下，不能准确、及时的反映生产力水平，即使是使用清单模式的企业，其所拥有的企业定额也严重滞后。
（3）区域性明显
由于我国各地区经济发展水平不同，自然条件也存在很大差异，几乎各省都根据自身条件制定了不同的定额标准，工程量计算规则也各不相同，因此建筑业的计价形式也呈现出明显的区域性，这样每个地区的造价员往往只对当地的造价体系比较熟悉，积累的常用业务数据和工作经验也都不具有普遍适用性，造价人员一旦更换了工作地区就需要重新开始，而这些数据和经验对造价工作又是至关重要的，造价机构聘请的新员工要掌握其中的精髓需要长时间的积累和摸索，无法很快胜任，所以造价人员的流动无论对造价员本身还是造价机构都会带来直接或间接的损失。
为此，造价机构亟需找到一个能够将历史造价数据进行整理归档，对日后相似的项目具有参考价值的工具。
（4）精细化管理理念缺乏
精细化管理强调通过最大限度的利用资源来降低成本，体现在建筑工程造价上，就是通过量化手段对项目投资决策到竣工验收各阶段的造价进行有效的控制和管理。
而我国建筑业目前仍为粗放式经营，这种经营方式缺乏合理有效的运行体制，很多企业单纯追求最终的建设目标，而忽视了在建设过程中对各个环节进行精细化控制，所以概算超估算、预算超概算、决算超预算的“三超”现象屡见不鲜，污染物产生量、能源和材料消耗也居高不下。
只有将精细化管理的思想渗透到工程的各个阶段，增强参与项目各成员的成本控制意识，把定量化落实到行动上，才能使工程投资的效益达到最大化。
2.2BIM在造价管理中的发展趋势
2.2.1BIM技术的基本原理
在一个建筑项目中会涉及到建筑、结构、材料、安装等不同的专业，经历从决策到竣工几个不同的阶段，在这个过程中，同一个信息在不同的专业或者在不同阶段的不同参与方会有不同的表达和管理方式，从而造成信息冗余和共享困难的现象。
BIM的核心是信息，BIM模型的基本元素是单个构件或者物体，所有构件或物体的物理特性、几何信息、成本信息和施工要求等都通过参数方式来表达，再运用3D布尔运算和空间拓扑关系将这些信息进行整理，集中存放在数据库当中，最终形成一个数字化模型。
并且以BIM作为构建基础的项目系统，可以根据项目的变更随时调整相关信息，不仅解决了信息冗余的问题，而且为各利益相关方进行信息交流提供了便利条件。
BIM模型具有如下特征：
①参数化（数字化）
BIM模型多以数字技术为依托，模型中基本构件的特有属性都可以通过参数来表达和区分，具有面向对象化的特点，能够接受数据、处理数据并将数据传达给其他对象。
运用参数化的基本构件搭建的模型能够向建筑工程的其他相关工作提供需要的信息，同时也可以接受信息的反馈，并通过信息处理使模型更加完善。
因此，模型参数化的特点是其他功能的基础。
②可视化：
将二维线条式构件通过三维立体实物图形象展现出来，同构件之
间还能够形成互动性和反馈性的可视，这样不仅实现视觉上的可视化，而且可以使项目从设计至运营整个过程中的沟通、讨论都能够在可视化的状态下进行。
③模拟性：
可以模拟设计出的建筑模型，还可以进行施工进度模拟、节能模拟、日照模拟、热能传导模拟以及紧急疏散模拟等在实际生活中不容易操作的模拟。
④可协调性：
BIM模型可以模拟项目实际情况，便于及早发现各专业问的冲突及存在的其他问题，并及时协调解决，降低施工过程变更的次数。
⑤可输出性：
BIM数据库是由参数化数据构成，可以通过多种方式导出，例如建筑物不同角度的各种二维图形信息，工程量清单、设备表等电子表格信息，以及电子文档信息等。
2.2.2BIM技术的优势
BIM技术之所以被称为建筑业的第二次技术革命，是因为其对建筑业做出了突出贡献。
在BIM出现之前，设计师需要使用线段、曲线等画出平、立、剖三张图纸来全面展现自己的设计成果，这对大型建设项目来说，由于其空间结构比较复杂，仅仅依靠设计师的空间想象能力设计很容易出错。
而BIM技术的基本理念是将建筑构件与其属性相关联，如柱、梁、墙、板、门窗的尺寸、材料、型号等，然后用这些具有属性的构件将建筑物表达出来，使用BIM完成的设计图是三维的，不论项目多复杂，设计师都能够一次性完成设计，业主也可以很直观地了解自己投资的成果，使业主、设计单位及施工单位之间的交流更加方便流畅。
另外，在传统的设计过程中，对于同一个建设项目，各个专业的设计师都是根据自己专业的需求选择适合本专业的软件进行设计，设计时根据不同要求对原始数据进行处理后使用，而由于这些专业软件之间往往是不兼容的，同一信息重复录入便成为不可避免的现象。
而有了BIM技术的支持就完全不需要担心这一问题，各BIM软件均在开放的工业标准——IFC（IndustryFoundationClass）标准下建立模型，不同应用程序之问可以完成数据的转换和共享，设计师们采用BIM技术并通过网络将各自的设计理念整合到一起，实现协同设计，得到最终的数字化建筑（即建筑模型）[321。
建筑信息模型不仅可以完成对图形的描述，而且还可以容纳建筑从设计、施工到运营维护和最终拆除的全生命周期的信息，使所有信息完全相互关联。
协同的结果不仅是消除项目中的信息孤岛和不同专业软件之间的不兼容性，而且为各相关人员提供了一个交流、共享的平台。
BIM模型具有承载各种图形及数据信息的能力，其集成了整个建筑的相关信息和一整套设计文档，并且所有信息都经过参数化处理，支持建设工程中的各种运算，具有完全相互关联性，输入的信息可以被平台上各相关人员共享，避免同一信息的重复处理，减少信息传递过程中的信息损失，从而大大提高整体工作效率。
随着各种BIM软件的开发，协同的范围也在逐渐扩大，从项目的规划到设计、施工及运营都逐渐参与进来，使项目的综合效益得到大幅度提升。
应用BIM技术建立的模型还有一个很大的优势，就是可以很直观的发现设计中的空间位置冲突问题。
传统的建筑设计流程，首先是结构工程师在二维图纸上完成结构设计，然后暖通、给排水、消防和电气等专业的设计再在结构图纸的基础上分别独立进行，这样在最终汇总时就极易产生设计不协调的问题，例如各结构构件之间、各个专业的设备管道之间以及结构构件与各个专业设备管道之间的碰撞问题，对于大型复杂项目而言，这些碰撞问题仅靠人脑的空间想象是很难解决的，即使是经过有经验的专家会审也难以避免。
在实际施工过程中解决此类问题的方法设计变更使管道绕行，在结构梁上打洞穿过，不仅延误了施工进度，还要浪费大量的人力物力。
BIM模型的优势在于其三维性，可以模拟旅工后的效果，将结构梁及各个专业的管道的空间布置立体的表现出来，能够方便的读取各专业的模型数据，进而生成碰撞报告，并通过反查对图纸的实际情况进行复核，把问题在设计中解决，设计质量提高后，施工中因设计失误产生的变更、拆卸、返工问题就迎刃而解了，不仅可以加快施工进度，还能减少材料浪费。
下图是利用鲁班软件对某综合商业办公中心的通风、给排水和消防系统的管道碰撞检查结果，图中不同的管道用不同的颜色表示，可以清晰的看到管道的碰撞部位。
随着BIM技术的深入发展，其纬度也在三维的基础上有了新的扩展，BIM四维（4D）模型=3D+
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