BIM正向设计在EPC项目中成本控制的应用分析

刁宝军 赵国华 杨凯泉 耿言坤 杨方玉

1 引言

2020 年政府工作报告提出，重点支持“两新一重”建设（即新型基础设施建设、新型城镇化建设以及交通、水利等重大工程建设），标志着建筑行业又将迎来新的发展机遇。同时，国家对建筑行业中节能减排、避免资源浪费也提出了更高的要求，其中，项目成本控制显得尤为重要。EPC 工程总承包模式以其统筹规划、高效实施、节省投资的特点，越来越多地被运用到大型工程建设项目中，但仍面临过分依赖传统成本控制手段、新技术运用不足的问题。无法有效节约资金和提高资金的利用效率，势必导致整个工程资源的浪费、工期的延误，而当下广泛应用于建筑工程项目的BIM技术，以其信息化、协同化、可视化等优点为建设带来了新的选择。

2 EPC 项目成本控制的传统方式

2.1 设计阶段

设计阶段的传统成本控制，关键在于设计单位要明确项目需求和使用功能，在满足使用功能的基础上最大程度地提高空间利用效率，同时还要注重各个专业和业主对接充分，避免设计漏项，并且了解项目的各项指标，避免冗余设计。在此过程中需综合考虑设计的采购成本和施工成本，同时，借助BIM 手段尽早发现问题，不断优化设计方案，完成最终的施工图设计，作为现场施工的依据。

2.2 采购阶段

材料成本是工程项目成本的重要组成部分，传统的材料成本控制过程是先熟悉各项材料的市场价格，再对比不同供应商的价格、质量以及运输成本确定合适的材料供应商，然后根据施工图所提供的信息手动算量，最终形成材料成本。对于能周转使用的材料提前规划好施工顺序，提高周转材料的利用效率，确定采购数量，以避免材料浪费。

2.3 施工阶段

建筑工程项目的成本支出主要产生于施工阶段，但此阶段的成本控制更多依赖于项目管理者的经验配置人、机、料等各项资源。但当项目遇到问题无法推进时，只能联系业主、设计、施工等各个项目参与单位共同协商处理，若问题无法解决，只能由其中一方妥协来保证项目继续推进。

2.4 存在问题

2.4.1 数据统计准确性差

工程建设阶段的工程量统计管理周期长，涵盖了工程建设的每个阶段。当施工图完成时配置专业人员手动算量，而算量依赖二维图纸，一方面图纸数量繁多、内容复杂，工作量巨大；另一方面人工处理数据，工作效率低，难免出现失误，导致最终数据产生较大误差[1]。

2.4.2 各阶段数据整合协同性差

EPC工程总承包项目作为一个整体，设计、采购、施工各个环节息息相关，但在推进成本控制时，各项数据往往是独立处理，缺乏协同。由于各方面的原因，工程变更往往无法避免，任何变更都会导致成本的变化，使得成本控制更加复杂，无法及时将数据进行整合来分析成本动态，致使无法对成本偏差进行及时调整。这也使得在工程项目推进中，各种纠纷频繁发生。EPC 项目能在一定程度上缓解各参建单位的沟通问题，但在非总承包模式下遇到此类情况只会使推进更加困难[2]。

2.4.3 缺乏高效的管理模式

大部分工程项目前期都未能制定严格的成本控制模式，一方面过度依赖项目管理者的专业水平，依靠其工作经验来分析处理各项信息和数据，这种低效的手段无法被精细化控制。而且实际实施项目的主体多为小型工程承包队，不同承包队人员素质不同、管理水平不一，当工程项目全面推进，各项数据不断产生需管理者去处理时，往往会导致生产资源调配不及时，最终造成不同程度的资源浪费[3]。

2.4.4 BIM 运用的缺陷

现在越来越多的设计单位开始采用BIM 来辅助设计，但传统的BIM 工作流程是各专业施工图完成后再开始建模及深化，这时候图纸往往已提交现场准备施工，留给BIM 团队的时间十分有限。当BIM 最终提交分析报告交由设计解决时，无形之中又造成了时间成本的增加。上述种种原因使得所谓提高工作效率的工具反而降低了效率。

3 基于BIM 正向设计的技术验证

3.1 项目介绍

中建五局承接的江苏省康复医院项目为大型EPC 项目，位于南京市溧水区，总建筑面积为21 万平方米。中建五局需承担项目的设计、采购、施工等各阶段的工作。项目专业全面，为了避免后期各环节配合协调出现问题导致成本及工期增加，管理人员决定采用BIM 正向设计来协助项目实施。

表1 编号B01-015 区域方案对比清单

3.2 BIM 正向设计的基本概念

传统的BIM 实施手段是先进行施工图设计，再根据图纸建立三维模型，即所谓翻模，继而进行BIM 优化的逆向设计。BIM 正向设计采用三维模型到二维图纸的方式来决定设计方案，依靠其在专业协同、信息集成、可视化等方面的优点，将项目各阶段容易发生的问题集中在施工图设计阶段集中解决。

3.3 BIM 正向设计的实施

（1）组建BIM 设计团队。项目的设计团队由可熟练使用BIM 软件的各专业人员组成，通过搭建BIM 服务器和BIM中心文件，在同一个平台上进行协同设计。首先由建筑结构专业完成土建模型的设计与建模，再由设备专业设计人员根据不同空间的使用要求进行设计建模，设计过程中根据实际条件调整优化管线路由和预留结构洞口，当设备专业无法提出合理解决方案时，则由建筑专业进行建筑布局上的优化。

（2）优化流程。一般情况下，精装单位进场时间过晚，提出的装饰净高要求常与机电管线的净高冲突，为避免此种情况发生，总包单位要提前确定精装单位并确认各区域的净高要求，使各专业设计人员在优化管线时可参考装饰净高要求进行规划，避免将机电管线抬至极限高度而带来成本和施工难度的增加。

（3）整合数据。在设计过程中，总包单位安排专业技术人员配合各项信息的录入，包括各项材料的定额及内部采购价，在优化设计方案的同时可以对比成本。专业技术人员也对复杂区域的施工流程提出指导意见，协助制订这些区域的人工的工期规划清单。同时，总包单位也搭建BIM 综合管理平台，将人工、工期、材料等各项数据统一到同一平台上进行统筹管理。

（4）方案对比。对于复杂节点，设计将会综合考虑不同方案的成本及效果，提出多套方案供业主及总包单位选择，这一方式的关键在于将施工过程中会产生的问题提前到设计阶段解决，避免后期反复开会讨论解决方案，以此有效提高项目推进的效率。

3.4 效益分析

3.4.1 经济效益

（1）节约工期。第一，本EPC 项目共计21 万平方米，若采用传统的BIM推进流程，BIM 翻模及优化预计需要40 天，并会导致问题后置。本项目采用BIM 正向设计，虽然在设计阶段增加了30 天时间，但整体共计节约10 天时间。第二，BIM 在正向设计过程不断与精装单位沟通协调吊顶净高与机电净高冲突区域，最终解决此类问题共计36 处，以后期每处占用0.5 天时间计算，共节约18 天。第三，通过BIM 正向设计，共发现420 处碰撞问题，由于此类问题在设计阶段解决，以后期此类每处问题占用0.05 天计算，共节省21 天。第四，BIM共提出58 处机电复杂节点的施工优化方案，58 处复杂阶段的合理规划共节约58 天。综上所述，通过BIM 正向设计，本项目在施工阶段预计共节约工期约90天。以每天节约2.5 万元计算，共计节约225 万元。

（2）节约施工成本。本项目共提供58 处复杂区域方案对比方案，根据与总包单位多次协商，其中40 处方案采纳施工难度小、综合成本低的方案，40 处方案综合计算显示共计节约85 万元。

3.4.2 管理效益

（1）提高设计质量。BIM 正向设计的实施将问题解决在设计阶段，最终由BIM 出具的施工图保证了图纸一次成型，避免由于设计问题导致的后期调整及窝工，极大地提升了设计质量，各个关键节点的三维模型也为施工单位施工时提供了有效的参考，避免由于复杂区域协调不及时产生的施工纠纷[4]。

（2）提高管理效率。通过BIM 正向设计能使项目管理者尽早了解项目中的难点，及时优化施工组设计，通过BIM综合管理平台，整合工程项目中各项梳理，提前对项目的人员、材料、设备安排作出合理规划，对不合理的成本项目及时纠偏，保证项目实施过程中合理高效的推进。

4 BIM 正向设计应用障碍

江苏省康复医院项目通过BIM 正向设计达到了预期的效果，也为其他项目的BIM 运用提供了有效参考。但要正视的是，在BIM 正向设计的实施过程中，仍存在一些新的问题需要深入思考。

4.1 各参建单位协同性不及预期

在设计单位实施BIM 正向设计的过程中，各单位各部门独立运行，沟通与信息共享上存在障碍。同时，在设计院内部推行正向设计时，由于缺乏主导整个项目的BIM 负责人和协同化的成本管理机制，导致解决问题时，缺乏决策者协调各个专业的设计调整，严重影响了设计优化的效率。本项目为EPC 项目，能够在一定程度上缓解各参建单位的沟通问题，但在非总承包模式下推进BIM正向设计，遇到此类情况只会变得更加复杂。

4.2 缺乏有效的数据共享方式

BIM 在实施正向设计时，在数据录入环节需要总承包单位安排专业技术人员进行对接，各项材料的数据需要单独整理录入，数据量极为庞大，使得这一过程尤为复杂。企业内部定额也会随着时间动态调整，调整后的数据BIM 往往无法及时更新，这也导致BIM 导出的数据存在误差，造成潜在风险，将造价数据与BIM 软件进行有效整合，是推行BIM正向设计时亟待解决的问题。

4.3 BIM 正向设计人才短缺

目前绝大多数专业设计人员还是依托CAD 等平面设计软件进行设计，能够使用BIM 软件进行正向设计的人才稀缺。即使掌握了BIM 软件，在与其他专业协同设计的过程中也会因缺乏有效沟通降低效率，而且目前总承包单位缺乏BIM 项目负责人这类角色，无人统筹协调EPC 项目各阶段多部门的BIM 工作。

5 结语

通过江苏省康复医院项目能验证BIM正向设计技术在建筑工程项目上的积极作用，带来的价值可供从业人员参考借鉴。在项目实际应用过程中，团队仍遇到了各参建单位协同性不及预期，缺乏有效的数据共享方式[5]，及BIM 正向设计人才短缺等问题。但这些问题并非无法解决，这需要全体从业者积极思考、不断摸索，探索出更科学的方式，让BIM 正向设计更有效地服务于建筑工程项目。