基于BIM的建设项目全生命周期成本解决方案.doc

基于BIM的建设项目全生命周期成本解决方案第26卷第8期NO.8Vo1.26内江师范学院JOURNAIOFNEIJlANGNORMAIUNIVERSITY?71?基于BIM的建设项目全生命周期成本解决方案黄华(内江师范学院工程技术学院,四川内江641100)摘要:现实中存在建设项目运营和维护成本大大高于建设成本的现象,主要是因为我国在采用全生命周期成本管理中,已完工程缺乏完整的历史数据,存在信息共享性差,未来成本估算的风险性和不确定性等问题,从而限制了相关理论在解决全生命周期成本计算中的实际应用.为此提出,利用建筑信息模型作为信息共享平台,各工具软件可通过AP1接口与之动态集成,数据库与BIM之间的连接将以()DBC为基础,构建基于BIM的建设项目全生命周期成本的解决方案.关键词:建筑信息模型(B1M);建设项目;全生命周期成本;解决方案中图分类号:F275.3文献标志码:A文章编号:16711785(2011)080071一O4过去,我国在传统的造价管理模式下,无论是业主还是设计单位,在建设项目投资决策和设计阶段,往往只考虑建设成本,并且都是较为粗略的估算,决策,设计与造价不能协同,而且忽视了运营和维护阶段的成本,这容易造成运营和维护费用大大高于建设成本的现象.美国一家负责建筑运营及维护的公司对2000栋建筑进行的全生命周期成本分析结果显示,运营及维护费用是建造费用的7.7倍l1.面对这种情况,人们已经意识到在建设项目的前期,从建设项目全生命周期的角度来进行投资决策和设计的重要性.因此,在建设项目的前期找到一种实用的全生命周期成本分析,估算与控制的解决方案就成了必须要解决的问题.目前已有学者提出了相应的解决方案.同济大学王广斌教授2009年提出了基于BIM的工程项目成本核算理论及实现方法,但此法只是针对建设成本;对于建设项目的前期策划阶段,斯坦福大学CIFE(CenterforlntegratedFacilityEngineering)的MartinFischer教授联合CRGP(CollaboratoryforResearchonGlobalPrOjects)于2007年在BIM基础上提出了应Jj到前期策划阶段的DSS(DevelopmentStrategySimulator)CAD模型;王广斌教授在此基础上,提出了基于BIM的一种新的前期策划方法.该方法能提高决策质量,减少工程变更,并惠及建筑物运营管理,能可持续节省费用.但此法并没有对成本分析,估算提出具体方案;另外,赵松波在有关文献中阐述了鲁班安装算量软件在整个建筑生命周期中的作用以及给企业带来的价值,但也未提出具体的实现方案.本文拟探讨一种基于建筑信息模型的建设项目全生命周期成本解决方案.运用这种方案,对建设项目全生命周期进行成本分析,估算与控制,使得建设项目各方能在项目的前期,在一个统一的平台上进行有效地沟通,从建设项目全生命周期出发来考虑成本问题,综合考虑建设成本和未来的运营及维护成本.1建筑信息模型及全生命周期成本概述对于BIM,国际标准组织设施信息委员会给出了一个定义:BIM(buildinginformationmode1)即建筑信息模型,是在开放的工业标准下对设施的物理和功能特性及其相关的项目生命周期信息的可计算/可运算的形式表现,从而为决策提供支持,以更好地实现项目的价值.这种模型的特征有三点,一是由参数定义的,互动的建筑物构件;二是即时的二维/三维模型显示和编辑;三是完全整合的非图形数据报告方式.由于模型元素都是参数化和可计算的,因此可以基于模型信息进行各种分析和计算,采用层次分析法或模糊聚类等方法来进行方案优选,这就为在建设项目前期进行全生命周期成本分析,估算和控制提供了一个理论基础.全生命周期成本是指一个建筑物或建筑物系统在一段时期内的拥有,运行,维护和拆除的总成本.全生命周期收稿日期:201l一0617作者简介:黄华(1964一),男,四川简阳人,内江师范学院副研究员,研究方向:T程管理信息化.?72?内江师范学院第26卷第8期成本包括建设成本和未来成本即运营和维护成本.2全生命周期成本管理存在问题及原因第一个方面的问题是工程管理信息共享性差.在工程建设领域,我国目前工程管理信息化水平较低,加上制度和体制的原因,使得建设阶段发生割裂,造成建设前后期数据不能互相利用,各专业人员之间也缺乏有效的沟通,信息不能共享.从技术上看,这主要原因是缺乏一个信息交流的技术平台.这种状况直接导致对全生命周期成本分析,估算和控制无法有效进行.第二方面的问题是缺乏统一,完整和一致的历史成本数据资料.从国外成功经验来看,对建设成本和未来成本的分析计算,基本上都建立在对已完工程造价信息的数据库管理技术基础上,它的突出特点是动态,科学,准确.而在我国,由于体制和机制的限制,已完工程的历史数据由设计单位,施工单位和建设单位分别创建,而运营和维护期的历史数据主要由物业公司创建,且记载很少或根本没有记载,数据之间缺乏统一性,完整性和一致性.更重要的是没有利用数据库技术进行统一的管理,更谈不上针对概念方案主要特征,针对具体设计参数以及针对设计细节,供设计单位使用的预算定额等数据库的建设问题.这些问题限制了现代技术如模糊聚类方法,神经网络方法等在分析计算建设成本,未来成本中的应用.因此,我们需要建设相应的数据库,对建设项目全生命周期内产生的信息进行统一的管理.这些数据库主要有:一是项目数据库,负责储存已完工程的信息.二是资源数据库,负责存储已完工程的成本数据,造价指标数据.重点是开发用于分步造价计算的造价指标数据库,包括估算指标(指数)库,概算指标(定额)库,预算定额库.这些指标,定额库与当前的指标库的主要不同点在于其库中的指标可能规定得更为详细,更具针对性,是针对方案特征,设计参数或者具体的设计单元的.三是估价模型库,负责存储项目生命周期成本估价的方法,这些方法包括模糊聚类,神经网络和蒙特卡罗法等.四是专家库,负责存储以模糊语言为载体的专家经验.第三方面的问题是对未来成本估算与性能预测的固有风险性和不确定性.这个问题实际上就是如何更加精确地在决策和设计阶段来确定建设项目的未来成本,尽量减少其固有的风险和不确定性.这也是全生命周期成本管理中的难点.在我国,由于在T程管理信息化方面比较落后,缺乏应用现代技术对建设项目全生命周期成本多种风险和不确定性进行修正与补充,人们很难在建设初期准确地确定和全面地优化一个项目的全生命周期成本.随着数学模型技术,风险处理技术,预测技术,计算机信息处理技术等的发展,现在人们开始把模糊数学的理论用于全生命周期成本计算和方案的选择,建立了基于模糊数学的投资决策支持系统,提出了基于蒙特卡罗法,模糊聚类的全生命周期成本模型,并在实际中得到了一定的应用.对于未来成本的计算,目前,国外比较成熟的方法有三类:一是确定性方法,这种方法需要详细描述未来运营与维护的方案;二是不确定性方法,主要有蒙特卡罗方法和模糊聚类方法;三是基于成本数据库的方法,主要是神经网络方法,利用已完T程中类似项目作为输入样本,通过神经网络计算出未来成本.然而,这些方法主要是从理论上提出了解决问题的措施,还未找到实用的方案来推广应用它们.因为这些方法的实现,首先,要在决策和设计阶段对建设项目未来的运营和维护作出比较详细的方案,这就要对建设项目相关性能进行模拟仿真,那么我们就必须具备一个建筑的三维数字化模型,通过它来完成相关的工作;其次,设计师还要对方案进行价值功能分析和评估,例如建筑运行情况,采光,通风,建筑物整体能耗,碳排放等指标的分析,需要有相应的建筑物功能分析软件;另外,要对每一种方案及时估算出成本,并通过坪价系统进行评估,以便帮助建设项目各方优选l叶I最佳办案,这就需要相应的成本计算软件和一个决策支持系统,南它们来完成相应的成本估算和设计工作的综合评价和决策,为设计决策工作提供全面支持,对于未来成本计算的风险性问题,可以通过神经网络等不确定性分析方法来减小建设项目成本估算与性能预测的固有风险.然而,这也是基于项目成本数据库的方法,因此必须要有相应的成本数据库.以上这些方案的实现最终都需要一个统一的平台,一个集成的环境.由于缺乏可靠,有效和一致的生命周期成本估价所需数据而导致工程造价信息共享性差,加上生命周期成本估价方法本身的复杂性,未来成本与性能预测的固有风险和不确定性,缺乏一个信息共享与交流的平台,由此造成在实际的工作流程中,特别是决策和设计这两个在全生命周期成本分析,估算与控制的最重要阶段,无论是业主还是设计师,造价师等建设项目各利益相关方均无法在实际工作中进行协同工作,不能有效地运用生命周期成本估价的现代理论进行成本分析,估算,控制,方案优化,决策,设计不能与造价同步,不能及时反馈成本信息,无法为制定最佳项目决策和设计方案的优化提供有力支持,致使生命周期成本估价的现代理论在实际中并没有得到很好的推广和应用.3基于BIM的建设项目全生命周期成本解决方案针对以上问题,我们必须要找到一种有效的方案,将已有的方法,各种T具软件,数据库在一个统一的平台上进行集成,才能真正具有实用性.笔者提出利用建筑信息模型(BIM)来进行建设项目全生命周期成本的分析,估算与控制,解决成本估算的实用性问题.黄华:基于BIM的建设项目全生命周期成本解决方案?73?建筑信息模型(BIM)是一种参数化的三维数字化模型,其主要特征是:模型元素是参数化的和可计算的.可计算的建筑信息支持各种建筑设计和施T丁作:结构分析,MEP系统建模,建筑能耗分析,规范管理等等;建筑信息模型(BIM)软件解决方案则为相关团队提供了专业的工具,这些工具包括建筑性能化分析软件,成本估算软件等,他们可以通过多种方法与建筑信息模型进行直接交互,从决策到设计再到施工及运营维护,专业人士通过基本模型获取所需的信息,用专业_T具做他们自己的那部分,然后把他们的成果通过IFC格式交换反馈到信息模型当中,传递到下一个阶段以供使用和参考,这种系统可行性强,而且模型在整个生命周期巾可以充分利用,他们之问的数据交换是目前建筑业事实上的交换与共享标准IFC标准.根据以上特点,在本方案中,对于诸如功能分析软件,建设成本计算软件,并行设计软件等工具软件,通过建筑信息模型的API接口与之进行动态链接,如此,各专业团队都可以通过一个统一的模型进行各种分析计算,这就为建设项目各方提供了一个信息共享的平台,保证了他们创建的数据的统一性,一致性和完整性,解决了信息共享性差的问题.另外,BIM支持建筑师和T程师在实际建造前使川数字设计信息分析和了解项目性能.通过同时制定和评估多个设计方案,建筑师和设计师即可轻松比较并制定更明智的可持续设计决策,这样就解决了决策支持系统的问题;将三维的建筑信息模型与施1:进度计划控制软件,物业管理软件相互连接,能够动态,时适地展现建设和运营的全过程,这就是对建筑在实际建设前进行性能和运营维护的模拟仿真,这就解决了在建设早期对运营和维护方案的详细描述的问题,满足了利用确定性的方法来计算未来成本的条件.对于数据库管理,使用联合数据库将项目数据库,资源数据库,估价数据库,专家库等进行整合,在此基础上,采用微软公司的开放式数据库连接格式ODBC,将BIM与联合数据库进行相互连接,这样就在各种应用软件和数据库管理系统之间,数据库系统和BIM之间搭起了一座标准化的桥梁作为通道,数据在不同的数据库管理系统和不同的软件之问交换和共享,实现丁各种专业人员通过一个模型进行交流,同时,通过充分利川统一,完整和一致的历史成本数据,为模糊聚类方法,神经网络方法等现代技术分析计算建设成本,未来成本,减少未来成本估算的同有风险奠定了基础.运用这个解决方案实现建设项日全生命周期成本分析计算的具体过程是:在基于BIM的集成环境中,通过提取建筑信息模型中建筑的各特征,建立从设计域到成本域的特征映射,通过计算机程序涮_j成本估算方法库中相应的方法,如模糊聚类,神经网络和蒙特卡岁法,利用成本数据库巾的类似I:程历史数据,运用相应的软件来计算全生命周期成本.采用虚拟建筑技术进行实施阶段,运营和维护阶段的计算机仿真,功能模拟分析,在此基础上通过决策支持系统,完成对设计工作和相应的全生命周期成本的综合评价和决策,特别是在建设成本和未来成本之间找到一个平衡点,进行方案优选,选出最佳设计方案,实现在建设项目早期对全生命周期成本进行分析,估算和控制.为了验证本方案的可行性,笔者在研究方案完成后,针对一个实际工程项目,就如何在决策和设计阶段对全生命周期成本进行计算,运用本方案对整个过程进行了全新方式的再现,包括从决策,设计,施工模拟,运营实际的全生命周期过程,并与传统成本管理方式进行了对比.实际工程概况:拟建一幢建筑面积为6200m.的展馆,结构类型为钢结构.首先采用BIM技术,使用欧特克公司的AutodeskRevit系列软件为信息共享的平台,分别由各专业设计人员创建了建筑专业BIM模型,结构专业BIM模型,机电专业BIM模型.当完成智能化多专业三维模型之后,模型数据可采用DWF格式传递到AutodeskNavisworks软件中,项目设计负责人在设计阶段对BIM模型的结构构件,设备管线信息进行整合,并进行结构构件与三维管线综合碰撞检查,同时,将BIM与施工进度计划控制软件链接,使得建造师在项目开建之前通过计算机数字化模拟建造全程和关键施工细节,优化工序,进行可施1:性分析,避免发生施T问题,引起高成本返T.接下来是各专业人员在统一个平台上,对建筑进行性能分析,主要通过API接口,将模型导人给T具软件AutodeskEcotectAnalysis,进行日照,可视度,光环境,热环境,建筑整体能耗,水耗,碳排放等分析,提供运营和维护阶段的方案的详细描述,通过客观的数据来辅助设计师进行方案调整与优化.其中的亮点是设计师根据Ecotect软件对建筑模型的风环境进行风频模拟分析,从风频图表中得出夏秋季节西北,东南方向的风频最高.通过这项模拟,设计师设计出了四个设计方案.然后,造价人员针对每一设计方案,利用本文提出的方法计算相应的建设项目的全生命周期成本:对于建设成本计算,应用编程接口(API),将BIM与造价软件进行直接链接,利用BIM自动统计工程量,造价人员将T程量导入造价软件计算出建设成本;对于运营和维护等未来成本,本实验主要通过建筑物能耗来验证:提取建筑物的动力系统参数(功率),直接建立从设计特征域到成本域的特征映射,冉通过计算机程序调用成本估算方法库中的神经网络法,以成本数据库中类似_T程的历史数据为输入样本,通过神经网络计算卅未来成本.最后,根据四种设计方案的全生命周期成本,通过决策支持系统,从中优选出一个带有风通道的建筑形体设计方案.利用风通道,一方面室内充分利用了夏季自然风,减少了空调的使用;另一方面,该方案设汁r一个竖向的?74?内江师范学院第26卷第8期风通道,利用夏,秋季强劲的主导风带动屋顶的小型风力发电机发电,加上屋顶的光伏太阳能电池发电,为场馆提供能源,从而节约能源,极大地降低了运营成本.这样,通过本方案的运用,成功实现了在建设前期,项目参与各方信息的共享,建筑的建造和运营的模拟仿真,建设项目全生命周期成本计算,避免了传统管理方式下建设项目运营和维护成本大大高于建设成本的现象.对于不同的设计方案,该方法都能及时反馈全生命周期成本,为科学合理地决策,优化设计方案提供了有力的支持.对比传统方式的成本计算,极大地提高了效率,成本计算更加精确.基于BIM的建设项目全生命周期成本解决方案,在建设项目生命周期成本管理集成的应用环境中,不同建设阶段,不同的建设项目参与各方利用不同的工具软件产生的大量工程数据都整合在联合数据库中,并以ODBC数据库驱动程序为基础实现与最初的建筑信息模型进行集成,创建并保持了数据的统一性,完整性和一致性,解决了建设项目历史数据缺乏统一性,完整性和一致性的问题,为模糊聚类方法,神经网络方法等现代技术分析计算建设成本,未来成本,减少未来成本估算的固有风险扫清了技术障碍;各种工具软件通过API接口与BIM动态链接,极大地提高了各方的信息交流与共享水平;通过BIM集成环境中的决策支持系统,较为精确地评估设计方案和当前的建设成本,未来成本,为业主,设计师,造价师等建设项目各利益相关方在实际工作中来运用生命周期成本估价理论进行成本分析,计算,方案优化,实现建设阶段早期的最佳决策提供了一种实用的方法.参考文献:1任勇,崔新嫒.工程项目全生命周期成本分析的应用研究J.建设监理,2008(6):41.2王广斌,张洋,谭丹.基于BIM的工程项目成本核算理论及实现方法研究J.科技进步与对策,2009(11):48.3王广斌,任文斌,罗广亮.建设工程项目前期策划新视角-BIM/DSSJ.建筑科学,2010(5):102.4赵松波.基于BIM技术的鲁班安装算量软件应用价值分析j.新技术研究与推广,2000(0):41.5丁士昭,马继伟,陈建国.建设工程信息化导论M.山东建筑大学,2006(8):71.E6本书编写委员会.工程造价新技术M.天津:天津大学出版社,2006:82.E7任国强,黄建瓯.建设项目生命周期成本估价集成环境研究EJ.武汉理工大学?信息与管理工程版,2009(8):660.8严玲,尹贻林.工程造价导论M.天津大学出版社,2004:2223.BIM-basedLifeCycleCostScenarioinConstructionProjectsHUANGHHa(CollegeofEngineeringTechnology,NeijiangNormalUniversity,Neij