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【摘 要】BIM虚拟施工技术的应用，打破了建筑工程各项目参与方之间的信息隔阂，解决了项目全生命周期的信息孤岛问题，也有效弥补了传统成本管理的缺陷，为工程项目施工提供了一个可以协同工作、信息共享的应用管理平台。基于此，文章将以宜攀高速公路工程项目为例，分析BIM虚拟施工技术在其成本管理中应用的方案，在基于BIM的5D成本模型良好的数据支持基础上完成成本控制，从项目施工前期、项目施工阶段以及项目竣工阶段控制项目成本，在工程实践案例中执行应用，检验成本控制的效果与水平，总结分析BIM技术在实践过程的优势，也为以后的具体应用实践提供参考分析。
【关键词】工程项目;成本控制;BIM
引言
建筑信息模型（简称BIM）在项目管理的基础上，将各参建方拉入一个操作平台进行资源整合。它利用数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息，构成了一个包含建筑项目全部的参数信息由计算机三维模型所形成的数据库，并利用BIM的插入、提取、更新、修改、数据共用和传送功能，使工程项目参与方对各种建筑信息做出正确理解和高效应对。BIM虚拟施工技术的引入，可以帮助高速公路工程项目的各参建方提供信息共享的平台，从而使其可以更好地克服项目全生命周期的信息孤岛问题，有效弥补了传统成本管理的缺陷，为高速公路工程项目施工提供了一个可以协同工作、信息共享的应用管理平台。
1.BIM技术概述
1.1 BIM技术的基本概念
美国麦克格劳希尔将BIM（Building Information Modeling）定义为：利用数字模型对建设项目进行设计、施工、运营和管理的过程。建筑信息模型不是简单的将数字信息进行集成，而是将数字信息应用于建筑设计、造价、管理的数字化方法。那么BIM技术是信息化技术在建筑行业中应用的新型表达方式，集成了建设工程项目全生命周期各个阶段的信息，并通过数字化、可视化的模型方式来共享建筑物的特性信息，为项目各个参与方提供了全新的协同工作平台，提高各方沟通效率、减少理解性错误，从而大大提高了建设效率、保障了施工工期与成本。
1.2 BIM技术的特点
BIM技术的核心与难点是三维数据库的建立。三维BIM模型数据库包含从开发到竣工、运营维护各个阶段与建筑工程项目相关的所有信息，并且这些数据信息都有一定的逻辑关系，任何数据信息的变化都会导致其他数据信息发生变化，因此，BIM技术具有如下特点：（1）可视化。BIM技术以三维虚拟实体形式展示构件之间形成的互动和反馈，使得建设项目设计、建造、运营的整个过程可视化，便于各专业在可视化模型下沟通、讨论与决策，从而认为项目提前消除了安全隐患，提高了方案的合理性和准确性，促进了项目的正常进行。（2）协调与优化性。BIM技术能综合协调各专业信息，降低冲突，减少不合理的变更方案。（3）模拟性。设计阶段，BIM技术能够进行日照、建筑能耗等模拟来协助优化设计;招投标和施工阶段，4D-BIM技术结合三维BIM模型与施工进度，分专业可视化的模拟施工，确定合理的施工方案，不仅能够指导现场施工，合理安排材料、设备进场与劳动力分配，还能够可视化的进行工程进度管理。（4）信息输出多元性。BIM技术通过对建筑设计图的可视化模拟及优化以后，可以导出各种形式的数据与信息。包括直接从BIM模型中输出经过碰撞检查和消除相应错误的设计变更之后的平面图、立面图、剖面图及综合施工图等。（5）成本可控性。BIM技术能够消除40%预算外变更，缩短80%的工程造价估算时间，通过发现和解决冲突降低10%的合同价格，缩短项目工期7%，及早实现项目投资回报。
2.BIM虚拟施工在工程项目成本管理中的应用
宜攀高速公路（宜宾—攀枝花）初步路线方案敲定，初拟路线全长约560公里，涉及宜宾、凉山和攀枝花。凉山境内路线约430公里，沿线经过会理、会东、宁南、金阳、雷波5县。路面为双向四车道，设计速度每小时80公里。项目起源于南充市嘉陵区，经广安市武胜县进入重庆市。目前，四川省政府已经授权宜宾市政府，对宜攀高速公路宜宾至新市镇（宜新高速）进行BOT项目招商。项目整体式路基宽度24.5m，采用沥青混凝土路面，设计行车速度80公里/小时，投资概算高达700亿元人民币。此项目建设规模大，工期紧，又加上地域复杂、地质环境和自然气候条件以及生态环境敏感、交叉建设等不利因素，比一般的高速公路项目建设难度大，具有其独特性。
2.1 BIM虚拟施工在项目施工前期阶段成本管理中的应用
通过 BIM土建模型的建立，导入到Navisworks中进行碰撞检查，生成碰撞检查报告，提交设计方进行设计优化，争取做到设计零缺陷。在未采用优化措施时水管立管穿过风管，经过现场优化后调整风管方向，以解决管线碰撞问题。
结合施工工序工法的规范要求，對BIM模型进行深化设计，达到能够直接指导工人进行施工的程度，出具设备安装图，包括吊支架模型。从吊支架到管道的安装采取动画的方式对施工工艺进行模拟，直接指导施工变更操作。
在施工前做好准备工作能够排查错误找出缺陷，更重要的是能够避免后期工作中可能出现的问题，尽量减少设计变更、工程返工等不必要的工作，保证施工构件质量满足设计及规范要求，严格控制施工成本。
2.2 BIM虚拟施工在项目施工阶段成本管理中的应用
2.1.1工程量复核
对于建筑面积大的工程，现场核对工程量的难度大，效率低，利用BIM技术可以充分地发挥在工程量汇总这方面的优势，当BIM模型建好后，通过观察三维动态模型、碰撞检查等措施提前发现问题，及时修改完善。
2.1.2分析费用偏差和进度偏差
运用广联达5D对该工程进行施工模拟，模拟工程的实际施工情况，将其与进度计划进行对比，观察工程进度是否存在提前或者滞后，工程费用是否存在超支或节约。 在模拟施工时，材料的价格只能采用当时当地的市场价格，所需要材料的数量也只能按照计划的数量计入。在实际施工时，材料的市场价格会存在一定程度的上下波动，需要按照实际施工时的市场状况对材料价格进行精准计算，材料的实际数量也需要按照实际情况进行采购，提前对材料的成本进行预测有利于后期实际施工时对成本的科学把控。
2.2.3成本数据对比
在施工建造过程中，利用BIM技术的共享性，将施工现场实际的工程量数据上传到数据库中，工程量确定后，将其带入计价软件，计算每项内容相应的成本，为了更好的控制施工成本，成本管理人员可以在施工现场每完成一项施工内容后及时进行数据整理，与计划的成本数据进行比较。
在工程完工后，根据现场的施工资料及时编制结算书，进一步细化各分部分项工程费、措施项目费等数据，与预算书进行对比，分析成本增加或者减少的原因，总结经验教训。从表2.1的预算书和表2.2结算书的成本数据来看，增加的成本主要发生在土建部分，管理人员需要分析成本增加的具体原因，例如工程变更、材料的市场价格上下波动等，对影响成本的原因展开分析，做好总结工作。
2.3BIM虚拟施工在项目竣工阶段成本管理中的应用
工程项目工期长，涉及的工程资料门类较多，施工单位可能存在资料保管不当的现象，在竣工结算时因现场保留资料不全而造成业主不认同现场施工成本，对施工单位的成本控制影响极大。BIM数据库记录了施工过程中发生的包括工程变更在内所有事件，任何一个数据都能通过BIM模型或者BIM数据库体现出来，从施工前的BIM建模开始，建筑物所有结构构件的信息都储存在计算机的数据库中，跟随工程项目的施工进度，每个构件的进度信息、成本数据信息也不断完善。在工程竣工后，施工单位通过BIM数据库的信息可以和业主方开展工程结算工作，BIM技术的信息共享性也为业主方在工程结算时提供了可靠的数据支持，将结算工作的重心放在关键环节，提高商务部管理人员的效率。
结论
随着高速公路建设行业的快速发展，传统项目管理模式的效率已经跟不上行业发展的步伐，必须结合信息化的方法和技术进行管理。将BIM与高速公路项目管理相结合，探索了BIM这一新的管理理念和技术如何应用在高速公路建设中。分析了BIM虚拟施工技术在宜攀高速公路工程项目的应用情况，证明了将BIM虚拟施工技术融入高速公路项目管理中切实可行。
参考文献：
[1]杨柳. 基于BIM的工程造价大数据下的施工项目成本控制[J]. 经济学，2019，002（002）：54-55.
[2]蔡梦娜，吕雪源，徐文杰，等. BIM技术在大型装配式厂房施工中的应用[J]. 施工技术，2019，48（10）：33.
[3]陈文宝，魏志松，张航，等. BIM技术在装配式桥梁工程中的应用[J]. 北京交通大学学报，2019，43（04）：22-23.
[4]Kristen Barlish，Kenneth Sullivan：How to measure the benefits of BIM-A case study approach[J]. Automation in Construction，2012，（24）：149-159.
[5]Franco K.T. Cheung，Jonathan Rihan，Joseph Taha.et al.：Early stage multi-level cost estimation for schematic BIM models[J）. Automation in Construction，2012，（27）：67-77.
[6]Brittany K. Giel and Raja R. A. Issa，FASCE. Return on Investment Analysis of Using Building Information Modeling in Construction[J]. Journal of Computing in Civil Engineering，2013，27（5）：511-521.
[7]Seul-Ki Lee，Ka-Ram Kim，Jung-Ho Yu：BIM and ontology-based approach for building cost estimation[J]. Automation in Construction，2014，（41）：96-105.
[8]Meng-Han Tsaia，Mony Momb&Shang-Hsien Hsiehb*.Developing critical success factors for the assessment of BIM technology adoption：part I. Methodology and survey[J]. Journal of the Chinese Institute of Engineers，2014，37（7）：845-858.
[9]Ajibade Aibinu，Ph.D.，Sudha Venkatesh.Status of BIM Adoption and the BIM Experience of Cost Consultants in Australia[J]. Journal of Professional Issues in Engineering Education and Practice，2013，（140）.
（作者單位：长沙理工大学）
【关键词】工程项目;成本控制;BIM
引言
建筑信息模型（简称BIM）在项目管理的基础上，将各参建方拉入一个操作平台进行资源整合。它利用数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息，构成了一个包含建筑项目全部的参数信息由计算机三维模型所形成的数据库，并利用BIM的插入、提取、更新、修改、数据共用和传送功能，使工程项目参与方对各种建筑信息做出正确理解和高效应对。BIM虚拟施工技术的引入，可以帮助高速公路工程项目的各参建方提供信息共享的平台，从而使其可以更好地克服项目全生命周期的信息孤岛问题，有效弥补了传统成本管理的缺陷，为高速公路工程项目施工提供了一个可以协同工作、信息共享的应用管理平台。
1.BIM技术概述
1.1 BIM技术的基本概念
美国麦克格劳希尔将BIM（Building Information Modeling）定义为：利用数字模型对建设项目进行设计、施工、运营和管理的过程。建筑信息模型不是简单的将数字信息进行集成，而是将数字信息应用于建筑设计、造价、管理的数字化方法。那么BIM技术是信息化技术在建筑行业中应用的新型表达方式，集成了建设工程项目全生命周期各个阶段的信息，并通过数字化、可视化的模型方式来共享建筑物的特性信息，为项目各个参与方提供了全新的协同工作平台，提高各方沟通效率、减少理解性错误，从而大大提高了建设效率、保障了施工工期与成本。
1.2 BIM技术的特点
BIM技术的核心与难点是三维数据库的建立。三维BIM模型数据库包含从开发到竣工、运营维护各个阶段与建筑工程项目相关的所有信息，并且这些数据信息都有一定的逻辑关系，任何数据信息的变化都会导致其他数据信息发生变化，因此，BIM技术具有如下特点：（1）可视化。BIM技术以三维虚拟实体形式展示构件之间形成的互动和反馈，使得建设项目设计、建造、运营的整个过程可视化，便于各专业在可视化模型下沟通、讨论与决策，从而认为项目提前消除了安全隐患，提高了方案的合理性和准确性，促进了项目的正常进行。（2）协调与优化性。BIM技术能综合协调各专业信息，降低冲突，减少不合理的变更方案。（3）模拟性。设计阶段，BIM技术能够进行日照、建筑能耗等模拟来协助优化设计;招投标和施工阶段，4D-BIM技术结合三维BIM模型与施工进度，分专业可视化的模拟施工，确定合理的施工方案，不仅能够指导现场施工，合理安排材料、设备进场与劳动力分配，还能够可视化的进行工程进度管理。（4）信息输出多元性。BIM技术通过对建筑设计图的可视化模拟及优化以后，可以导出各种形式的数据与信息。包括直接从BIM模型中输出经过碰撞检查和消除相应错误的设计变更之后的平面图、立面图、剖面图及综合施工图等。（5）成本可控性。BIM技术能够消除40%预算外变更，缩短80%的工程造价估算时间，通过发现和解决冲突降低10%的合同价格，缩短项目工期7%，及早实现项目投资回报。
2.BIM虚拟施工在工程项目成本管理中的应用
宜攀高速公路（宜宾—攀枝花）初步路线方案敲定，初拟路线全长约560公里，涉及宜宾、凉山和攀枝花。凉山境内路线约430公里，沿线经过会理、会东、宁南、金阳、雷波5县。路面为双向四车道，设计速度每小时80公里。项目起源于南充市嘉陵区，经广安市武胜县进入重庆市。目前，四川省政府已经授权宜宾市政府，对宜攀高速公路宜宾至新市镇（宜新高速）进行BOT项目招商。项目整体式路基宽度24.5m，采用沥青混凝土路面，设计行车速度80公里/小时，投资概算高达700亿元人民币。此项目建设规模大，工期紧，又加上地域复杂、地质环境和自然气候条件以及生态环境敏感、交叉建设等不利因素，比一般的高速公路项目建设难度大，具有其独特性。
2.1 BIM虚拟施工在项目施工前期阶段成本管理中的应用
通过 BIM土建模型的建立，导入到Navisworks中进行碰撞检查，生成碰撞检查报告，提交设计方进行设计优化，争取做到设计零缺陷。在未采用优化措施时水管立管穿过风管，经过现场优化后调整风管方向，以解决管线碰撞问题。
结合施工工序工法的规范要求，對BIM模型进行深化设计，达到能够直接指导工人进行施工的程度，出具设备安装图，包括吊支架模型。从吊支架到管道的安装采取动画的方式对施工工艺进行模拟，直接指导施工变更操作。
在施工前做好准备工作能够排查错误找出缺陷，更重要的是能够避免后期工作中可能出现的问题，尽量减少设计变更、工程返工等不必要的工作，保证施工构件质量满足设计及规范要求，严格控制施工成本。
2.2 BIM虚拟施工在项目施工阶段成本管理中的应用
2.1.1工程量复核
对于建筑面积大的工程，现场核对工程量的难度大，效率低，利用BIM技术可以充分地发挥在工程量汇总这方面的优势，当BIM模型建好后，通过观察三维动态模型、碰撞检查等措施提前发现问题，及时修改完善。
2.1.2分析费用偏差和进度偏差
运用广联达5D对该工程进行施工模拟，模拟工程的实际施工情况，将其与进度计划进行对比，观察工程进度是否存在提前或者滞后，工程费用是否存在超支或节约。 在模拟施工时，材料的价格只能采用当时当地的市场价格，所需要材料的数量也只能按照计划的数量计入。在实际施工时，材料的市场价格会存在一定程度的上下波动，需要按照实际施工时的市场状况对材料价格进行精准计算，材料的实际数量也需要按照实际情况进行采购，提前对材料的成本进行预测有利于后期实际施工时对成本的科学把控。
2.2.3成本数据对比
在施工建造过程中，利用BIM技术的共享性，将施工现场实际的工程量数据上传到数据库中，工程量确定后，将其带入计价软件，计算每项内容相应的成本，为了更好的控制施工成本，成本管理人员可以在施工现场每完成一项施工内容后及时进行数据整理，与计划的成本数据进行比较。
在工程完工后，根据现场的施工资料及时编制结算书，进一步细化各分部分项工程费、措施项目费等数据，与预算书进行对比，分析成本增加或者减少的原因，总结经验教训。从表2.1的预算书和表2.2结算书的成本数据来看，增加的成本主要发生在土建部分，管理人员需要分析成本增加的具体原因，例如工程变更、材料的市场价格上下波动等，对影响成本的原因展开分析，做好总结工作。
2.3BIM虚拟施工在项目竣工阶段成本管理中的应用
工程项目工期长，涉及的工程资料门类较多，施工单位可能存在资料保管不当的现象，在竣工结算时因现场保留资料不全而造成业主不认同现场施工成本，对施工单位的成本控制影响极大。BIM数据库记录了施工过程中发生的包括工程变更在内所有事件，任何一个数据都能通过BIM模型或者BIM数据库体现出来，从施工前的BIM建模开始，建筑物所有结构构件的信息都储存在计算机的数据库中，跟随工程项目的施工进度，每个构件的进度信息、成本数据信息也不断完善。在工程竣工后，施工单位通过BIM数据库的信息可以和业主方开展工程结算工作，BIM技术的信息共享性也为业主方在工程结算时提供了可靠的数据支持，将结算工作的重心放在关键环节，提高商务部管理人员的效率。
结论
随着高速公路建设行业的快速发展，传统项目管理模式的效率已经跟不上行业发展的步伐，必须结合信息化的方法和技术进行管理。将BIM与高速公路项目管理相结合，探索了BIM这一新的管理理念和技术如何应用在高速公路建设中。分析了BIM虚拟施工技术在宜攀高速公路工程项目的应用情况，证明了将BIM虚拟施工技术融入高速公路项目管理中切实可行。
参考文献：
[1]杨柳. 基于BIM的工程造价大数据下的施工项目成本控制[J]. 经济学，2019，002（002）：54-55.
[2]蔡梦娜，吕雪源，徐文杰，等. BIM技术在大型装配式厂房施工中的应用[J]. 施工技术，2019，48（10）：33.
[3]陈文宝，魏志松，张航，等. BIM技术在装配式桥梁工程中的应用[J]. 北京交通大学学报，2019，43（04）：22-23.
[4]Kristen Barlish，Kenneth Sullivan：How to measure the benefits of BIM-A case study approach[J]. Automation in Construction，2012，（24）：149-159.
[5]Franco K.T. Cheung，Jonathan Rihan，Joseph Taha.et al.：Early stage multi-level cost estimation for schematic BIM models[J）. Automation in Construction，2012，（27）：67-77.
[6]Brittany K. Giel and Raja R. A. Issa，FASCE. Return on Investment Analysis of Using Building Information Modeling in Construction[J]. Journal of Computing in Civil Engineering，2013，27（5）：511-521.
[7]Seul-Ki Lee，Ka-Ram Kim，Jung-Ho Yu：BIM and ontology-based approach for building cost estimation[J]. Automation in Construction，2014，（41）：96-105.
[8]Meng-Han Tsaia，Mony Momb&Shang-Hsien Hsiehb*.Developing critical success factors for the assessment of BIM technology adoption：part I. Methodology and survey[J]. Journal of the Chinese Institute of Engineers，2014，37（7）：845-858.
[9]Ajibade Aibinu，Ph.D.，Sudha Venkatesh.Status of BIM Adoption and the BIM Experience of Cost Consultants in Australia[J]. Journal of Professional Issues in Engineering Education and Practice，2013，（140）.
（作者單位：长沙理工大学）