BIM5D在施工阶段成本控制中的应用研究毕业论文.docx
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BIM5D在施工阶段成本控制中的应用研究毕业论文
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摘要
随着建筑业的不断发展，建筑公司在成本控制方面的要求更严格了。
建设项目有着施工工期长，造价大，施工资料多，施工现场设计变更频率高的特点。
在施工阶段，施工成本信息的采集变得困难，更新速度变慢，施工企业在成本控制上普遍存在低效率、信息化管理不足等问题，最终降低了施工成本的控制率。
在国家的大力推广下，BIM技术在快速的发展，从BIM技术延伸出来的BIM5D技术也开始应用到建设项目成本控制中。
本文通过对大量相关文献的查阅，分析传统成本控制方法在现阶段存在的不足和挑战；然后在此基础上引入BIM5D技术，并对其进行SWOT分析。
总结出在成本控制中的应用优势，以及收集一些国内在BIM5D技术应用的成功案例来验证BIM5D技术在成本控制上的可行性；再通过广联达BIM5D软件，构建进度-成本5D模型，结合挣得值法对施工成本进行监测、预警和预测。
最后结合工程案例，分析模型的工作流程以及在BIM5D提供数据的基础上用挣得值法分析案例情况。
关键词：
BIM5D；施工阶段成本控制；挣得值法
Abstract
Withtheprogressofconstructionindustry,constructionfirmsinthecostcontrolrequirementsmorestringent.Theconstructionprojecthasthecharacteristicsofthelongtimefor,largecost,muchconstructiondataandhighfrequencyofdesignchangeontheconstructionsite.Intheconstructionstage,theconstructioncostinformationcollectionbecomesdifficult,therenewalspeedbecomesslow,theconstructionenterpriseinthecostcontrolgenerallylowefficiency,insufficientinformationmanagementandotherquestions,andfinallyreducedtheconstructioncostcontrolrate.WiththepromotionofBIMtechnologyinChina,BIMtechnologyisgrowingfast,andthetechnologyofBIM5D,whichisextendedfromBIMtechnology,hasbeenappliedtothecostcontrolofconstructionprojects.Thispaperanalyzesthedeficienciesandchallengesofthetraditionalcostmanagementlmethods,andthenintroducestheBIM5DtechnologyandcarriesontheSWOTanalysis.TheadvantagesofBIM5Dincostcontrolaresummarized,andsomesuccessfulcasesofdomesticapplicationofBIM5Dtechnologyarecollectedtoverifythefeasibilityincostmanagement,theconstructioncostismonitored,forewarnedandpredictedbyearnedvaluemethod.Intheend,theworkingflowofthemodelandtheearnedvaluemethodareusedtoanalyzethecasebasedonthedataprovidedbyBIM5D.
Keywords:
BIM5D；CostControlinconstructionstage；Earnedvalueanalysis
第一章绪论
1.1研究意义
在当今建筑业快速发展的时期，催生了大量的施工企业，同时也加大了企业间的竞争，所以在质量得以保证的基础上，施工成本上是否能有效地控制，创造较大的经济利益，成为施工企业能否在激烈竞争中生存下来的关键，因此提高工作效率和管理质量变得颇为重要。
在这竞争激烈的环境下，企业人员慢慢发现，在传统的施工成本管理方法上，存在信息缺失不对称、部门协调性差等问题，使得成本控制过程中达不到集中而增加施工成本，近几年BIM技术的崛起正逐渐解决这些问题。
近些年，国家也在大力推行建筑信息化，2015年住建部发布的《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》中，把新立项目在2020年末，集成应用BIM项目比率达到90%作为发展目标[1]；2017年交通运输部在《交通运输部办公厅关于印发推进智慧交通发展行动计划（2017-2020年）的通知》中，表明到2020年，在基础设施智能化上，推进建筑信息模型（BIM）技术的运用[2]。
BIM技术在政府的鼓励和推动下，逐渐被建筑企业所了解和应用，并不断挖掘出BIM应用在建设施工各方面的价值，建筑业也在慢慢走入大数据时代，因此，建筑施工企业采用BIM技术来提高施工成本控制的管理能力，有利于提高企业的生存和发展空间。
1.2国内研究现状
（1）BIM技术研究现状
1970年起BIM的概念就出现在了美国，其后欧美、日本等发达国家也开展了类似的研究，国外学者对其进行各个方面不同的定义。
而我国对BIM的研究现在还没达到成熟，最近这十年来，国内学者才掀起对BIM研究的热潮，但在这十年间，国内研究学者也取得了一定的成果。
柳丽娟、葛具萍（2019）等人结合BIM技术，基于BIM5D建立各管理级的施工管理平台，进而对施工成本进行探究[3]。
杨可乐、张彩红（2020）通过对BIM三维碰撞检查的研究，并进行项目建设前的优化，提高施工现场的管理[4]。
（2）施工项目成本控制研究现状
18世纪起，施工成本控制已经引起了国外建筑企业的关注，随后欧美等发达国家开始成立相应的成本管理协会，并制订了符合自己国家的建筑工程标准计算规范。
在成本控制的研究上，国内是比较晚起步的，1949年以后，我国是采取定额计价模式，自2003年起我国才开始实施工程量清单计价。
即使我国对成本控制没有较早地开始研究，但是目前国内学者在研究上还是从多方面取得了不错的成果。
秦国兰、李锦华（2014）在层次关联分析对成本控制的影响的研究中，发现前者对成本控制方案选择上有很大的帮助[5]。
张惠东（2016）从合同管理的理论出发，研究其对成本控制的影响与应用，总结得出合同管理可以指导和保障施工中的任一经济活动，在加强对合同的管理同时有效地控制施工成本[6]。
麻海峰（2017）基于价值工程，结合建设工程案对其项目全寿命周期的功能和成本进行分析，丰富了同类型项目成本控制的应用方法[7]。
陈姣、杨洪娜（2019）等人基于挣得值法，结合工程实例，对项目各项指标进行动态分析，并对其进行纠偏，形成对施工成本的一个动态控制[8]。
（3）基于BIM技术施工项目成本控制研究现状
通过相关文献可知，近几年国内学者对建筑信息化技术方面的研究有较大的突破，也对发展BIM技术在施工成本控制的应用有很大的帮助，有不少学者已经对这方面有所研究了。
郑浩凯（2014）分别从事前和事中控制出发，研究基于BIM技术的施工成本控制，改善和提高了施工成本控制的现状和水平[9]。
闫文凯、刘济瑀（2016）等人为提升工程造价计算的工作效率，对BIM模型和常用造价软件进行研究，实现成本控制因素参与到设计方案的讨论中去[10]。
吴蓉蓉（2017）基于BIM5D技术使用挣得值法，分析成本控制的事前和事后预防的相关措施，再结合案例加以分析[11]。
郭承孜（2018）基于BIM技术，结合赢得值法对建设项目进行成本控制从而节约成本，并提出BIM技术应用到成本控制的待改进的相关功能[12]。
张苏婷、陆永强（2019）等人在BIM5D技术的理论基础上，提出了在建设工程造价动态管理中BIM5D技术的应用方式[13]。
1.3研究目的与研究思路
1.3.1研究目的
本文通过分析我国现阶段施工成本控制存在的问题与不足，挖掘BIM5D技术应用到成本控制中的应用价值，弥补现存的不足。
结合挣得值法和BIM5D技术运用到施工成本动态控制中，实现对建设项目工程合理的成本控制，从而提升施工企业的管理能力，提高项目经济效益。
1.3.2研究内容
本文主要研究内容有以下几点
（1）分析基于BIM技术施工成本控制的研究背景、现状、意义、目的以及内容，在对以上研究的基础上明确本文的研究问题以及视角。
（2）总结BIM5D技术在施工成本控制中的优势以及应用，分析其可行性。
（3）与挣得值法相结合，构建基于BIM5D技术的进度-成本模型，
（4）结合某具体案例基于BIM5D技术进行分析，选取某部分施工时段采用挣得值法，对“进度—成本”数据（BCWS、ACWP、BCWP）进行偏差分析，对施工阶段成本进行监控、预警和预测。
1.3.3研究方法及研究思路
本文主要采用文献研究、定性分析和案例分析的方法分别对国内BIM技术以及施工成本控制研究现状、传统施工成本控制方法存在不足、结合具体工程案例，进行建模以及数据分析进行研究。
本文的研究思路如图1.1所示。
图1.1研究思路
1.3.4主要创新点
本论文的创新点表现在将传统的成本控制方法——挣得值法融入到BIM5D技术中，解决了传统成本控制方法的难点。
通过创建BIM5D进度-成本模型，动态跟踪施工实施阶段的成本变化，实现对施工成本的监测、预警和预测，提高了成本管理人员的工作效率和施工成本控制力度，为企业带来更大的经济利润，提高企业综合实力。
1.4本章小结
本文通过对国家政策、行业背景的研究，以及对施工成本控制和BIM技术的研究现状分析，明确了本文的研究目的和内容，并以提出问题-分析问题-解决问题的逻辑理清了本文的研究思路。
第二章工程项目施工成本控制相关理论
2.1施工成本控制的相关理论
2.1.1施工成本控制的概念
施工成本控制是指施工方为了又保证质量，又节省施工成本，而对施工项目制定合适的成本管理制度，并对施工中有可能发生而使得施工成本超支的情况采取相应措施的手段[14]。
首先，企业需对施工项目的施工成本做个预算；然后，以此工程预算为依据，结合施工合同以及资源市场价格等相关因素制定项目施工的计划成本；再以计划成本作为目标，在施工阶段，与实际成本进行动态对比分析，发现偏差，并采取有效的纠偏措施使实际成本不偏离目标值。
如图2.1所示
图2.1项目施工成本控制流程
2.1.2工程项目施工成本控制的方法
（1）价值工程法：
对项目功能进行分析，使作业的价值与其功能相匹配，用最少的成本来实现项目主要功能。
改方法可用于施工成本决策和价值方案选择。
（2）目标成本管理
项目施工前，确定成本目标并在施工过程中对其进行监测，控制实际发生成本在目标成本的偏差范围内，进而实现目标成本管理。
（3）ABC分析法：
对项目成本影响因素进行分析，依照0%~10%、10%~20%、70%~80%三种对成本的影响程度，将成本影响分为A、B、C三类，分别为一般、次要和主要影响因素，将主要因素列为成本控制的主要对象。
（4）挣得值法
挣得值法是通过控制施工进度和成本，从而追踪实际进度、成本，并分析对目标进度和目标成本，及时发现偏差并采取有效纠偏措施的手段。
下文结合了挣得值法，基于BIM5D技术，有效地控制施工阶段成本，本文第四章详细介绍了挣得值法的原理及其作用。
以上四种传统成本控制方法在运用上的优缺点如表2.1所示：
表2.1方法对比表
成本控制方法
优点
缺点
价值工程法
分析项目价值，实现必要功能
在成本调控中，一定程度上提高了项目的价值
对价值的分析，受个人主观因素影响，可能会缺乏对时间等重要因素的考虑。
目标成本管理
施工实施前制定成本目标，给予了成本控制依据和方向。
目标成本需要从成本主体、责任主体、时间进度多个角度进行管理，难以做到多角度兼顾，导致成本的增加。
ABC分析法
易操作、易执行。
能抓住主要因素，重点分析。
可能会忽略成本比例不大，但实际功能很大的因素
挣得值法
联合进度和成本综合反映项目成本管理水平。
在项目实施过程中，通过对计划与实际的成本-进度对比分析，可及时发现偏差，采取有效纠偏措施控制成本。
人工难以对追踪、收集统计成本数据，
要真实反映项目偏差情况，对数据的准确度高。
这些方法分别通过对成本的影响因素、项目价值、成本进度和成本目标的分析作为依据，进而对施工成本进行控制管理，在实际运用中应根据项目的特点和需要，结合各个方法的优缺点，选择有效地成本控制方法。
2.1.3传统施工成本控制方法的缺点
（1）难以实现数据共享和协同工作
传统成本控制模式下，各部门需通过密切的沟通和协调，才能掌握其他部门的数据信息，无法实现数据共享，对信息处理的效率低下，不能及时掌握成本数据，不利于成本部门对成本的有效管控。
（2）资源缺少精细化管理
传统成本控制模式下，管理人员对资源配置的工作大多凭借以往工作经验。
据有关数据统计，在工程项目施工过程中，材料费占总成本的50%~65%[15]，一旦物资材料采购计划存在缺陷，则不但会增加材料存放的管理费，且易导致材料质量下降的情况；若物资材料采购过少则会增加二次搬运的费用。
若在人员配置上没有合理安排，使得施工班组不足，则会造成工期延误；若出现窝工现象，则会造成人工的浪费。
所以在施工过程中对施工资源的合理管控，可减少资源的浪费，从而有效控制施工成本。
（3）轻视成本动态控制
工程施工项目的规模越来越大，对于实施过程中的突发变化难以预测，在实际工程施工中出现设计图纸的变更和施工方案的修改都是不可避免的，而这些都会导致施工成本的变动，但因轻视项目实施过程中的成本控制，无法及时发现各项成本费用的变动是否会导致成本超支的情况，使得纠偏延误，无法挽回损失。
（4）难以及时更新成本数据
工程量和预算单价是成本计算的决定因素，但在项目实施过程中，预算单价是受市场的影响不断地波动的，工程量也会因受到各种因素的影响而发生变化，但受传统施工水平的限制，无法及时更新这些数据，使得成本偏离目标值。
2.2BIM施工成本控制相关理论
2.2.1BIM技术和BIM5D技术
（1）BIM技术的概念及发展
BIM技术也称建筑信息模型，将建筑所具有的真实物理形态和工程特征等信息，以数字化模型呈现出来。
近几年BIM技术逐渐被建筑行业所需要和关注，众多学者不断挖掘和研究其深度和广度，从BIM技术在设计阶段的应用拓宽到建设项目的全生命周期的各个阶段，对项目进行造价、施工、技术、质量、安全等各个方面地有效管理。
据美国斯坦福大学对32个BIM技术项目的统计分析[16]，总结出BIM技术给建设施工项目带来了减少预算外变更、估算误差和时间、项目总投资和工期最为明显的优势。
BIM技术将二维图纸三维化，基于在三维技术模型，分别关联时间和成本信息，得到BIM4D模型和BIM5D模型。
BIM的发展趋势将会向着着BIMnD的方向出发，不断优化项目施工过程，加快工程进度，节约施工资源，更好地体现出BIM技术的价值。
（2）BIM5D技术的定义和应用价值
BIM5D是基于BIM3D技术，集成时间信息和成本信息构成的5D建筑信息模型[17]。
BIM5D技术是BIM技术的延伸，所以BIM技术的大部分特性和功能都能在BIM5D技术中体现出来，比如快速统计工程量、项目工程造价等功能，除此以外BIM5D技术还可以通过关联三维模型与进度、成本信息来实时监控工程项目施工全过程，从而预测工程项目的发展情况，使得管理人员掌握对项目进程管理的主动权。
除了集成时间和成本信息，BIM5D还可以集成质量、安全、合同、场地等信息，对工程项目进行质量控制、安全控制等，但在主流应用中，BIM5D技术在项目施工阶段的价值主要体现在成本管理方面，这也是本文研究的原因之一。
2.2.2BIM成本控制的定概念及应用
将BIM技术引入到成本控制中，明确各部门及岗位的在成本管理中的职责，结合多维度的施工信息系统地分析施工成本控制的工作内容，更有效地对施工成本进行控制，使施工实际成本更顺利地向着目标成本计划方向进行。
基于BIM技术的成本控制活动可以分别在施工准备阶段、实施阶段以及竣工结算阶段对施工成本目标进行控制。
在施工准备阶段，通过建立BIM模型，进行碰撞检查等操作，尽可能在施工中避免返工；借助BIM模型，计算出相关施工资源的需求量，制定相应的施工成本计划，分析可能会影响施工成本的因素，从而控制成本。
在施工实施阶段，对于施工中的相关变动，例如设计变更和市场价格的变动，通过BIM技术及时更新BIM模型、实际进度和实际成本，获取资源曲线及资金曲线，更好地对施工成本进行分析及纠偏，帮助实现项目成本目标。
在竣工结算阶段，可以对BIM模型直接提取施工阶段工作量，计算实际施工成本，提高结算工作效率。
2.3本章小结
本章主要从两方面进行叙述。
第一部分对施工成本控制的理论进行概述，总结了施工成本控制的四种常用方法以及它们的优缺点，并指出传统施工成本控制中存在的问题。
第二部分BIM技术和BIM成本控制的概念，以及BIM技术的发展。
这两部分的理论基础为后文基于BIM5D技术施工成本管理应用做好了铺垫。
第三章BIM5D在施工成本控制中应用的可行性分析
3.1BIM5D在施工成本控制中应用的SWOT分析
3.1.1BIM5D在施工成本控制中的优势（S）
（1）快速、准确地处理成本数据。
因为项目全生命周期信息集成于BIM5D模型上，大大加强了对历史数据地调用和分析能力，加快效率。
在施工实施阶段，实际成本数据是与实际进度情况同步更新的，提高了数据的准确性。
（2）预测、监控项目施工动态成本。
BIM5D软件能够对项目的计划成本、实际成本、已完成工程量等数据进行追踪，判断实际成本是否偏离计划成本，并分析偏差的大小，做出相应的预警反应，让成本管理人员及时准确地意识到偏差的严重性，并采取有效的纠偏措施，减轻偏差给施工成本带来的影响。
（3）提升企业施工成本控制的能力和竞争力。
引入BIM5D技术后，各工作部门工作内容基于同一个BIM5D模型，实现数据共享、协同工作，全面提升施工企业的综合管理能力和工作效率。
利用BIM5D在施工全过程的可视化特点，可对模拟各阶段对人、材、机成本的需求，合理分配施工资源，进而对成本进行控制，提高企业竞争力。
3.1.2BIM5D在施工成本控制中的劣势（W）
（1）BIM5D技术专业人员紧缺。
BIM5D技术对专业人员的能力要求较高，需要结合工程技术、工程造价成本管理以及计算机等多方面的技术，才能很好的掌握并运用到成本控制中。
而社会中缺少对建筑信息化的培养体系，只有极少数人参加过BIM5D技术的学习和培训，导致BIM5D技术运用到成本管理中的工作难以开展。
（2）BIM5D相关软件功能不完善。
BIM5D相关软件现阶段的开发缺少集成性高的系统，需要对其进行二次开发才能更好地运用到成本控制中。
例如，针对广联达BIM5D软件，无法实现对导入三维模型的修改和编辑，这对于施工中产生的不可避免的材料损耗，无法得到实际工程量，不能提供准确的成本建议。
3.1.3BIM5D在施工成本控制中的机遇（O）
（1）传统成本控制方法明显落后。
对于竞争日趋激烈的建筑施工行业，项目情况复杂程度不断加大，对成本的控制要求越来越高，而传统管理手段已渐渐显露出不适用现阶段发展的状况，所以对高新技术投入到成本控制中显得极其重要。
BIM5D技术的投入，能弥补传统成本控制手段的缺点，提高施工成本管理的水平。
（2）高新技术的发展促进BIM技术的推广。
BIM5D技术需要构建五个维度的数据来对施工成本进行管理，要做到数据共享、协同工作必须依靠信息技术的支持，而近年来，我国互联网、大数据等信息技术的崛起，为BIM技术的发展打下了坚硬的基础，在BIM5D应用到施工成本控制方面提供了强大的技术支持。
（3）国家政策对BIM技术的支持。
近年来，为推动BIM技术的应用，各地行政主管部门出台相关政策，并以补贴为鼓励方式，带领着建筑行业向信息化方向发展，让BIM技术得到了业内人士的认可。
3.1.4BIM5D在施工成本控制中的风险（T）
（1）BIM5D软件投入到项目中的成本较高。
BIM5D的应用还与一系列的BIM软件相关联，对计算机配置要求较高，软件使用权购买也较为昂贵，并且对于人才的培养也需要一笔比较大的花销，但现阶段BIM软件的性能还不是很成熟，兼容性较差，这对于BIM5D应用的推广存在一定的障碍。
（2）现阶段对BIM5D技术的掌握还不够强，实例少，应用前景不明确。
对于BIM5D技术的应用，我国还正处于初级阶段，企业对BIM5D的应用还处于尝试阶段，BIM5D技术所需要的复合型人才不足，施工企业成本管理部门的人员主体为具备专业知识和管理能力的人才，缺少对BIM5D进行成本管理的能力。
同时由于种种原因，导致企业无法认识到BIM5D技术给工程项目带来经济效益，所以使用BIM5D进行成本管理的工程实例较少，让企业对它的前景产生怀疑。
3.2SWOT矩阵分析
结合上文的分析，交叉分析BIM5D在施工阶段成本控制中应用的优劣势、机遇和威胁，并给出在BIM5D应用中的各方面战略，如表3.1所示：
表3.1BIM5D应用SWOT矩阵分析表
综上所述，虽然BIM5D在施工阶段成本控制中的应用存在一定的劣势和风险，但总体看，其中的优势大于劣势、面临的机遇多于风险。
BIM5D技术运用到施工成本控制中，可以有效解决成本管理过程中成本信息缺失分散、管理不便等问题。
还可以实时跟踪分析施工过程成本信息，做到对成本的动态管理，降低成本风险。
在当今社会快速发展，信息技术利好的环境中，企业应抓住BIM5D技术在施工成本控制中应用发展的机遇，加速培养BIM5D专业技术人员，提升企业施工成管理水平，给企业带来更大的利润。
由此可见，将BIM5D技术投入到施工成本管理中是可行的，也是现阶段施工企业提升竞争力的一个手段。
3.3BIM5D在施工阶段成本管理的应用情况
近几年来，随着国家政策的出台，国内越来越多大型施工企业使用BIM5D技术来提升项目成本管理水平，对一些大型复杂的项目尝试将这种新型信息技术投入到施工过程中去，从以前只是当做效果图的三维模型转变到成本管理的领域，弥补了传统成本控方法在施工阶段的不足。
近几年，国内运用BIM5D在一些较大型、复杂的施工项目也中取得了不错的成就，下面列举四个运用BIM5D在施工成本管理的成功案例，如表3.2所示：
表3.2施工成本管理BIM5D应用成功案例
从以上四个案例可以看出，目前我国在BIM5D的运用在超高层、施工难度大、数据信息难以收集等较为复杂的项目中有明显的应用成果。
据有关统计，BIM5D已经覆盖国内50%的特级施工企业；而有450多家一级施工企
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