基于BIM的装配式混凝土建筑模块化计价方式分析研究

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论文字数:42511 论文编号:sb2021062513390836165 日期:2021-06-27 来源:硕博论文网
笔者经过分析,得到如下结论:1)由于对 BIM 技术与装配式建筑计价方面结合的研究较少,因此本文对装配式混凝土建筑、BIM 技术、模块化计价三者之间的联系进行探究,结合当前装配式建筑的计价方法与传统混凝土建筑的相关清单计价规范,建立了基于 BIM 的装配式混凝土建筑模块化计价方法。

第 1 章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义
1.1.1 研究背景
建筑业对我国经济发展起着举足轻重的影响,伴随国家城镇化的高速发展,在相当长的时间里,建筑行业的主要施工方式依然是现场施工,绝大多数工作比如混凝土的浇注,钢筋的绑扎,模板的支设等都是依靠工人在施工现场处理解决的,这种施工方式造成了建筑材料浪费和环境污染等问题,与我国提倡的可持续生态发展要求相违背。近些年,由于装配式施工技术以及管理水平的不断进步,使得预制构件在制作精度与质量等方面得到了改善,因此构件提前预制生产再现场装配成为了建筑行业发展的必然施工方式。2016 年国家开始大力推展装配式建筑,与此同时各地区也相继出台相关税收政策,以扶持装配式建筑发展。2017 年住建部出台的《“十三五”装配式建筑行动方案》一文中,明确指出预计到 2020 年,保障达到 15%以上的地区能够积极落实装配式建筑,同时建筑数量占比达到 15%以上。由住建部出台的《装配式建筑消耗量定额》中表明,在低层装配式混凝土建筑中建造成本约 2150元/m2,在高层装配式混凝土建筑中建造成本约 2420 元/m2,与住建部测算出的现浇混凝土建筑 2000 元/m2建造成本相比而言,装配式混凝土建筑的建造成本偏高于现浇混凝土建筑建造成本。
当前我国大力推荐装配式建筑,虽然在研究方面获得了一些进步与成绩,但和传统的现浇式混凝土建筑相比,装配式混凝土建筑户型过于简单,而且造价较高,这些因素影响了装配式建筑发展的趋势[1],装配式混凝土建筑不同的结构形式与特殊的施工方法使得装配式混凝土建筑的造价成本构成发生了一定变化,也可以说目前高昂的造价成本是阻碍装配式混凝土建筑逐渐发展的重要原因之一[2]。
工程计价是造价管理的重要一环,现阶段我国装配式混凝土建筑的计价方式,主要采用装配式建筑成本增量法以及补充定额法两种。成本增量法是工程造价管理部门对市场上现有存在的装配式建筑,通过对其成本进行测定分析并在后续作为指导装配式建筑计价依据的方法;有些省市则通过发布装配式建筑补充定额进行装配式建筑计价。然而构件价格信息缺失,管理费用、利润计取的基数和费率不再适用等问题,在这两种方法应用于装配式建筑计价的过程中均浮现出来。同时,设计图纸较多,软件间模型传递易产生重复计算与多次核对,这也导致在造价计算过程中精度难以提高,不利于全过程造价管理的运用。
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1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
Mehrdad Arashpour[3],通过对装配式建筑的信息进行集成管理,提高了澳大利亚布里斯班与墨尔本市装配式项目的柔性多资源配置成本效益,并在生产需要与资源利用性方面产生了实际应用价值,有效地进行了造价管理。
Tomonari Yashiro[4]提到在日本等装配式建筑发展较早的国家,已形成了完整成熟的工业化产业链,并有专业的构件生产厂,同时构件可回收利用,实现建筑全生命周期收益的最大化。Lu 等[5]的研究表明,运输的限制、设计选择的限制以及无法对后期施工进行变更是主要限制美国模块化建筑发展的因素。
Lopez 等[6]将装配式建筑分为结构面板以及箱型模块两种类型,通过对其定性定量分析,以确定出通过何种方式使得成本效益更高,结果表明传统建筑方案可以被装配式建筑所替代。
Pan 等[7]以 8 个中高层建筑形式住宅项目为实例,针对装配式钢结构、预制混凝土跨墙板结构、预制木结构、传统现浇钢筋混凝土结构,进行了该四种不同结构形式的成本分析,通过数据结果对比分析,得出预制结构成本的收益价值远高于传统结构,并分析了能够降低成本的有效手段。
Abanda 等[8]在 BIM 技术与编程技术相结合的基础上,通过 Excel 和 Naviswork等对成本进行估算,但由于未建立造价数据库,造成估算过程耗时耗力。
Lingard H C 等[9]针对美国在现阶段的装配式建筑发展,以及装配式建筑造价管理等情况进行分析,对美国未来的装配式建筑造价管理方面做出相关推测,并根据研究成果提出相关发展建议。
Sumitro 等[10]对日本装配式建筑造价管理进行研究,构建出适合日本的装配式建筑造价管理体系并进行案例分析,为完善日本装配式建筑管理提供了参考。
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第 2 章 装配式混凝土建筑计价模式现状及存在的问题

2.1 装配式混凝土建筑的特点
装配式建筑的兴起,使传统混凝土建筑在施工方式上发生了根本性变革[26-28],装配式建筑根据目前行业发展需要,对预制构件的标准进行了统一制定,对施工工艺进行不断完善,优化了资源的合理配置[29]。装配式混凝土建筑主要在 PC 构件上进行深化,例如装配式设计标准化处理、预制构件工业化生产、建筑结构一体化设计等,相较于传统混凝土建筑增加了 PC 构件的工厂预制加工生产、PC 构件运输、PC构件现场吊装等工序,如图 2-1 所示。
图 2-1 装配式混凝土建筑增加工序
图 2-1 装配式混凝土建筑增加工序
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2.2 装配式混凝土建筑计价模式现状
2.2.1 装配式混凝土建筑的成本组成与分析
传统现浇式混凝土结构,其成本是由直接费、间接费、利润和税金共同组成的[34]。在这四项中,直接费用作为施工过程中直接在建造过程中产生费用的总和,直接费的组成主要包含直接工程费与措施费,直接工程费由人工费,材料费以及机械台班费共同组成,是其他各项费用所进行参考的取费基数。因此,直接工程费是整个项目成本组成中的核心部分,其金额数量大小直接影响到整个建筑工程造价成本的高低;措施费指的是为完成建筑工程施工所产生的非实体项目费用;间接费中的企业管理费以及利润根据企业自身定制取费标准,是可控的费用范畴内;间接费中所包含的规费与税金是按照政府相关部门要求来进行缴纳的,需要根据相关标准进行取费,属于必须上缴的非竞争性费用,传统现浇混凝土建筑成本组成如图 2-2 所示。
造成装配式混凝土建筑与传统混凝土建筑造价成本的差异主要有以下几个原因[35-37],首先装配式建筑在设计阶段需要设计的标准化与管理过程的精细化,根据设计院所提供的设计图纸,施工一方还需要进行 PC 构件拆分,对 PC 构件的拆分图进行更进一步的细化设计,使 PC 构件更加标准化,这就增加了设计阶段的工作量,相应费用也进行增加;其次装配式建筑在搭接的连接处需要增加套管和灌浆料,钢筋搭接处、剪力墙连接套筒与连接浆锚的区域,其中的加密箍筋会使得钢筋量进行增加,同时相应预埋件也进行增加,从而造成成本费用的增加;第三,构件标准化程度高则模具的周转次数会增多,相应模具费用会减少,用水量与劳动力也会减少,所相应的费用也会减少;第四,对于运输费用,由于 PC 构件具有运输这一特殊需求,所以在运输过程中需要增算 PC 构件的运输专用吊具和托架等费用,从而增加了 PC构件在运输过程中的费用;第五,在装配过程中,需要吊装用大吨位起重机,其所对应的购置费或租赁费也使得总费用增加;第六,PC 构件的预制工厂生产方式,使得模板以及脚手架的使用量相对减少,由此产生的建筑垃圾排放量也相应减少,对应的运输费用也会相应减少;
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第 3 章 基于 BIM 模块化计价方式的基本原理........................... 19
3.1 基于 BIM 的模块化计价概述.................................. 19
3.1.1 模块与模块化的概念与特征................................19
3.1.2 模块化正向分解与逆向模块化重组计价............................21
第 4 章 基于 BIM 的构件综合单价研究.............................. 31
4.1 装配式混凝土建筑与 PC 构件...........................31
4.2 PC 构件的成本组成分析与计价方法................................32
第 5 章 基于 BIM 的装配式混凝土建筑模块化计价案例........................... 55
5.1 项目应用.............................55
5.1.1 PC 构件建模..................................55
5.1.2 赋予构件造价信息......................56

第5章 基于BIM的装配式混凝土建筑模块化计价案例

5.1 项目应用
本案例采用某装配式混凝土高层结构中的标准层,对其进行基于 BIM 技术的装配式混凝土建筑模块化计价方式的验证。
5.1.1 PC 构件建模
根据上述分析,构件作为装配式混凝土建筑的最基本单元,首先运用 BIM 技术对 PC 构件进行建模,每种类型的 PC 构件对应 Revit 中的一个“族”文件,根据相关建模方法绘制出相应的 PC 构件,并对其赋予几何信息。需要注意在叠合梁、叠合板构件中对预制部分与现浇部分分别赋予相应的材质,以便于后面对工程量进行统计,图 5-1 所示为不同类型 PC 构件 BIM 模型。
图 5-1 PC 构件 BIM 模型
图 5-1 PC 构件 BIM 模型

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结论


与传统现浇混凝土建筑的施工模式相比较,装配式混凝土建筑具有构件尺寸标准化、节约资源以及施工效率更高等显著优点,所以我们国家未来建筑业的发展趋势必然是大力推广装配式建筑,而 BIM 技术为现代建筑行业信息化发展给予了巨大技术支撑,加速了装配式混凝土建筑 PC 构件系列化、标准化体系的建立,本文通过工程项目建立了基于 BIM 技术的 PC 构件库,并添加相关计价信息,对 PC 构件的建模等级标准、命名标准、编码标准进行了规范,对 PC 构件的综合单价进行计算,通过模块化重组与计价信息的组合形成了基于 BIM 技术的模块化计价方法,并将其应用到相关工程项目中,同时结合当前装配式建筑中计价方面存在的问题加以分析,得到如下结论:
1)由于对 BIM 技术与装配式建筑计价方面结合的研究较少,因此本文对装配式混凝土建筑、BIM 技术、模块化计价三者之间的联系进行探究,结合当前装配式建筑的计价方法与传统混凝土建筑的相关清单计价规范,建立了基于 BIM 的装配式混凝土建筑模块化计价方法。
2)参考传统工程量清单计价规范,结合 BIM 技术的特点,对项目编码、构件名称、项目特征、工作内容、计量单位与计量规则进行了分析与设置,根据不同阶段的不同模型精度要求对所需要的内容进行了设置,实现符合我国工程量清单形式的工程量与计价信息明细表。
3)模块化计价方法作为一种新的计价方式,对 PC 构件设计过程中的尺寸要求较高,以及对添加计价信息的构件库要求较高,需要逐渐丰富构件库里的构件种类。模块化理论结合 BIM 技术,通过软件本身导出的工程量信息,再添加相关计价信息,以构件为基本单位对构件进行综合单价的计算,最终量价结合实现基于 BIM 的装配式混凝土建筑模块化计价体系。
4)对装配式混凝土建筑及其 PC 构件的信息模型精度进行分析,建立了包括装配式混凝土建筑的预制柱、预制叠合梁、预制叠合板、预制隔墙等构件的 BIM 构件库,并对 PC 构件的命名及编码标准、构件及构件库的创建标准进行设置。
参考文献(略)


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