基于4D-BIM-的施工资源动态管理与成本实时监控

基于4D BIM 的施工资源动态管理与成本实时监控来源：施工技术;作者：张建平 范喆 王阳利 黄志刚;发布时间：2011-06-02; 分享到： 摘要针对建筑工程施工资源和成本管理的复杂性以及工程建造成本超过预算现象，通过建立 4D 施工资源信息模型和系统开发，实现了施工阶段对人力 材料和机械等资源的动态管理和工程成本的实时监控， 为提高施工项目管理水平和成本控制能力探索了新途径和方法.H5F中国BIM门户 - ChinaBIM.com关键词BIM;4D 资源动态管理;成本实时监控;建筑施工H5F中国BIM门户 - ChinaBIM.com据统计，建筑业有多达 2 /3 的建设工程项目在竣工决算时超过预算1，做好施工阶段成本控制和资源管理已成为工程项目管理的重要任务 项目施工过程中， 必须根据工程预算对施工成本进行控制长期以来，由于施工过程的高度动态变化，施工资源及成本管理主要依靠人为控制， 现有资源及成本管理软件只能辅助管理者进行必要的计算和统计，无法对施工资源和成本进行实时监控和精细管理.H5F中国BIM门户 - ChinaBIM.com本文为国家十一五科技支撑项目专题基于4D技术的建筑施工仿真与动态管理软件研究 主要内容。旨在综 合 应 用 4D- CAD 和 BIM ( building information model)技术， 建立 4D 资源管理信息模型， 实现施工过程中人力、材料、机械等资源的动态管理和工程成本的实时监控， 减少工程超预算现象，提高企业施工阶段的资源管理和成本控制能力。H5F中国BIM门户 - ChinaBIM.com1 4D 施工资源信息模型建立H5F中国BIM门户 - ChinaBIM.com4D- CAD 技术是在 3D 模型的基础上，附加时间因素，将模型的形成过程以动态的 3D 方式表现出来，并能对整个形象变化过程进行优化和控制2。BIM 是一种创新的建筑设计 施工和管理方法，以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目等各种相关信息的工程数据模型，是数字技术在建筑工程中的直接应用3。本研究综合应用 4D- CAD 和 BIM技术， 对基于IFC 的4D施工管理扩展模型4DSMM+ + (4D site management model + + )4中的 4D 资源信息进行扩展和集成，建立 4D 施工资源信息模型，实现了施工资源动态管理和成本实时监控。H5F中国BIM门户 - ChinaBIM.com4D 施工资源信息模型是将建筑 3D 模型与施工进度相链接，并与施工资源及成本信息集成一体具体由 3 个子信息模型组成:基本信息模型 4D 信息模型以及预算模型。图 1 描述了 4D 施工资源信息模型的基本组成以及子模型间的相互关系。其中， 基本信息模型可提供项目 建筑构件的浏览与管理功能;4D 信息模型可支持工程项目施工过程动态模拟和施工管理;预算信息模型可根据建筑构件的类型自动关联预算信息，提供建筑构件所需资源用量和成本计算与查询。H5F中国BIM门户 - ChinaBIM.com1. 1 基本信息模型H5F中国BIM门户 - ChinaBIM.com基本信息模型是 BIM 的基础， 包括所有 BIM 子模型共同的基础信息，这些信息可用于项目整个生命周期，也是 4D 施工资源信息模型的核心 基本信息模型以建筑物三维几何信息为基本属性，包括以构件实体为基本单元的建筑对象的几何尺寸、空间位置和构件实体间空间关系，以及工程项目类型名称、用途、建设单位等项目的基本工程信息。H5F中国BIM门户 - ChinaBIM.com1. 2 4D 信息模型H5F中国BIM门户 - ChinaBIM.com4D 信息模型是在基本信息模型的基础上增加工程进度信息以及相关的资源、过程和管理信息等所形成的4D 时空模型。4D 信息模型主要针对施H5F中国BIM门户 - ChinaBIM.com工管理阶段应用，可以支持施工过程的可视化模拟以及施工进度的动态管理和优化。H5F中国BIM门户 - ChinaBIM.com1. 3 预算信息模型H5F中国BIM门户 - ChinaBIM.com预算信息模型是在基本信息模型的基础上增加工程预算信息，形成具有资源和成本信息的子信息模型。预算信息模型包括建筑构件的清单项目类型、工程量清单，人力、材料、机械定额和费率等信息。通过此模型，系统能识别并自动提取建筑构件的清单类型和工程量(如体积、质量 、面积、长度等)等信息，自动计算建筑构件的资源用量及成本。H5F中国BIM门户 - ChinaBIM.com工程预算存在定额计价和清单计价两种模式自 建设工程工程量清单计价规范 GB50500 2003(目前已作废)5发布以来，建设工程招投标过程中清单计价方法成为主流 在清单计价模式下，预算项目往往基于建筑构件进行资源的组织和计价，与建筑构件存在良好对应关系， 满足 BIM 信息模型以三维数字技术为基础的特征6。因此，本文研究采用了清单计价模式， 并且支持企业定额， 以满足工程项目资源及成本管理多方面需要。H5F中国BIM门户 - ChinaBIM.com1. 4 4D 施工资源信息模型H5F中国BIM门户 - ChinaBIM.com4D 施工资源信息模型是基本信息模型 4D 信息模型与预算信息模型的集成与扩展，包括了建筑构件、信息进度信息、WBS 划分信息 预算信息等。模型构建是通过引入 IFC( industry foundation class)标准， 对模型实体对象进行定义和描述，并建立相应的数据交换与共享机制。4D 施工资源信息模型的逻辑结构如图 2 所示，描述了其中建筑构件WBS节点、施工进度、预算信息之间的关联关系。基于4D 施工资源信息模型可以自动计算任意 WBS 节点或 3D 施工段及构件的工程量以及相对施工进度的人力、材料、机械消耗量和预算成本，进行工程量完成情况。资源计划和实际消耗等多方面的统计分析，实现施工资源的 4D 动态管理和成本实时监控。H5F中国BIM门户 - ChinaBIM.comH5F中国BIM门户 - ChinaBIM.com2 施工资源动态管理和成本实时监控的实现H5F中国BIM门户 - ChinaBIM.com基于 4D 施工资源信息模型，本文研究开发了4D 施工资源管理系统，该系统是清华大学开发的基于 BIM 的工程项目4D 施工动态管理系统(4D- GCPSU 2009 ) 的子系统7。系统开发平台为Microsoft Visual Studio 2008，开发语言为 C#，代码框架为组合界面程序块 ( composite UI application block， CAB)， 数据库为 Microsoft SQL Server 2005在开发过程中，采用了 composite(组合) factory(工厂) proxy(代理)等多种开发设计模式。4D- GCPSU 2009 系统的功能结构以及施工资源管理的相关功能模块如图 3 所示，图 4 详细描述了4D 施工资源管理子系统的功能结构。H5F中国BIM门户 - ChinaBIM.com2. 1 工程量动态查询H5F中国BIM门户 - ChinaBIM.com系统根据计划进度和实际进度信息，可以动态计算任意 WBS 节点任意时间段内每日计划工程量计划工程量累计、每日实际工程量、实际工程量累计， 帮助施工管理者实时掌握工程量的计划完工和实际完工情况 在分期结算过程中，每期实际工程量累计数据是结算的重要参考， 系统动态计算实际工程量可以为施工阶段工程款结算提供数据支持。H5F中国BIM门户 - ChinaBIM.comH5F中国BIM门户 - ChinaBIM.com2. 2 施工资源动态管理H5F中国BIM门户 - ChinaBIM.com施工资源动态管理可分为资源使用计划管理和资源用量动态查询与分析两大功能: 1、施工资源使用计划管理。系统可以自动计算任意 WBS 节点的日、周、月各项施工资源计划用量，以合理安排施工人员的调配、工程材料的采购、大型机械的进场等工作。该功能的特点之一是可以根据施工过程中其他信息的改变，如进度计划调整 WBS 任务划分调整设计变更等动态调整资源使用计划。2、施工资源动态查询与分析。系统可以动态计算任意 WBS 节点任意时间段内的人力、材料、机械资源对于计划进度的预算用量。对于实际进度的预算用量以及实际消耗量， 并对 3 项用量进行对比和分析。当某项施工资源出现实际消耗量大于实际进度预算用量时，则说明该资源存在超预算使用现象，应当引起重视。系统会自动分析各项施工资源是否存在超过预算用量的现象，如果存在，则发出预警信号，以便施工管理者及时查找原因，做出改进。H5F中国BIM门户 - ChinaBIM.com2. 3 成本实时监控H5F中国BIM门户 - ChinaBIM.com成本实时监控可分为 WBS 节点预算成本动态计算和成本实时跟踪与分析两大功能: 1、任意 WBS节点预算成本动态查询。系统可以自动计算任意WBS 节点的直接成本、管理费、 利润 、规费 、税金以及总造价等预算信息。该功能的特点之一是可以根据 WBS 任务划分调整、设计变更等，动态调整预算成本。一方面施工企业可以据此准确把握各 WBS节点的预算成本，另一方面总承包企业可以据此更好的控制分包工作的成本。2、成本实时跟踪与分析。系统可以实时跟踪项目的施工情况，自动计算和监控总体工程或者任意 WBS 节点的计划进度预算成本、实际进度预算成本、实际消耗成本、进度偏差和成本偏差。根据跟踪信息可以对已完成分部分项工程进行成本评价，当成本偏差为负值时表示执行效果不佳，实际消耗成本超过预算成本即超支，当成本偏差为正值时表示实际消耗成本低于预算值即节支，若成本偏差等于零时，表示成本按预算进行。系统还运用挣值分析方法，根据成本的实时消耗情况，自动对未完工工程进行成本预测，为施工管理者进行成本动态管理提供支持。H5F中国BIM门户 - ChinaBIM.com3 实际应用H5F中国BIM门户 - ChinaBIM.com4D- GCPSU 2009 在上海某工程项目中进行了实际应用，该工程为 3 层钢结构办公楼，建筑面积3 800，系统主界面及工程的 4D 施工模拟如图 5所示。H5F中国BIM门户 - ChinaBIM.comH5F中国BIM门户 - ChinaBIM.com实际工程中， 4D 施工资源动态管理子系统应用于施工全过程。通过建立该工程的计价清单，并与WBS 节点关联，实现了预算及成本信息与工程 4D模型的链接。项目管理者可针对计划进度和实际进度查询任意 WBS 节点在指定时间段内的工程量以及相应的人力、材料、机械预算用量和实际用量， 并可进行相关计划进度人力、材料、机械预算用量、实际进度预算用量和实际消耗量 3 项数据的对比分析。图 6a 分别用图表方式显示了工程第 1 流水段在 2010 年 5 月 17 24 日的计划每日工程量、计划累计工程量、 实际每日工程量、 实际累计工程量。 图6b 显示了该流水段在同样时间段内相应工程量所需的各种材料的计划进度预算用量、实际进度预算用量和实际消耗量，当实际消耗量超过预算用量时，系统自动进行超预算 预警提示。从图中可以看出，该流水段的各项材料用量都存在不同程度的超预算现象。H5F中国BIM门户 - ChinaBIM.com通过选择不同的选项卡， 可查询分部分项工程费 措施项目费 其他项目费等具体明细，并可进行成本实时跟踪和分析。图 6c 显示该流水段在同样时间段内的计划进度预算成本、实际进度预算成本和实际消耗成本，及其进度偏差和成本偏差分析。图 6d 显示了工程第 1 流水段指定日期的材料使用周计划，包括每项材料的名称、单价、计划用量、费用等信息。H5F中国BIM门户 - ChinaBIM.com4 结语H5F中国BIM门户 - ChinaBIM.com实际应用表明，综合应用 4D- CAD 和 BIM 技术，通过建立4D 施工资源信息模型，实现建筑工程施工资源的动态管理和成本实时监控，可以以相对施工进度对工程量及资源、成本进行动态查询和统计分析，有助于全面把握工程的实施和进展，及时发现和解决施工资源与成本控制出现的矛盾和冲突，可减少工程超预算， 保障资源供给。提高施工项目管理水平和成本控制能力。H5F中国BIM门户 - ChinaBIM.com实现基于BIM的项目全过程实际成本快速核算来源：鲁班咨询;作者：杨宝明;发布时间：2011-05-16; 分享到： 为什么工程项目过程成本核算非常困难？YKN中国BIM门户 - ChinaBIM.com 为什么建企信息化难以突破核心业务管理？YKN中国BIM门户 - ChinaBIM.com 为什么BIM技术将成为成本核算关键支撑？YKN中国BIM门户 - ChinaBIM.com 工程项目要实现精细化管理，在过程中实现短周期（月、季、年）的成本核算（多算对比）是必不可少的，但实际上国内建企能做到这一点的几乎没有。真实现状是企业总部，包括项目部在过程中对动态的工程成本基本心中无数，普遍情况是到项目结束才知道赚多少、亏多少。YKN中国BIM门户 - ChinaBIM.com若项目部刻意给总部布下迷雾，总部以为大赚的项目，最后会亏个大洞，总部以为没有利润的项目，很大一块被截留在项目上，总部对项目毫无掌控能力。因此项目承包制就成了当前国内项目管理的主流模式。项目承包制也并不能排除总部的项目成本风险，无论是直营制还是承包制模式，项目经理包盈不包亏的情况普遍存在。YKN中国BIM门户 - ChinaBIM.com 由于项目部成本核算能力弱，导致无法及时发现项目过程中的管理漏洞，采取有效措施，利润流失严重，本应大赢的项目变成大亏。如当前项目普遍存在的供应商飞单、材料消耗超过定额消耗量，各种成本超预算长期存在，都是成本核算能力不够导致的。YKN中国BIM门户 - ChinaBIM.com 由于总部对项目部的成本核算能力弱，总部像个税务局，只能收个管理费，对项目的运作进展、动态成本信息和数据不能及时准确掌握，对项目的成本风险不能及时预警，更别提提前采取有效控制措施。中国铁建沙特轻轨项目到工程结束才爆出41亿巨亏，过程成本控制完全处于盲目状态。一些承包制项目因低价中标或项目经理将资金转移他处而无法完成项目，项目经理拍屁股走人，摔下烂摊子，总部收拾残局；一个项目损失掉整个公司一半的年度利润，这种情形并不少见，也是实行项目承包制模式建企管控的一大难题。YKN中国BIM门户 - ChinaBIM.com 一个工程项目过程成本核算存在两大难题：一是预算成本的计算分析困难，二是实际成本的准确及时归集困难。本文将专门探讨实际成本的分析方法论和解决方案。YKN中国BIM门户 - ChinaBIM.com 当前实际成本核算存在以下问题和难点：YKN中国BIM门户 - ChinaBIM.com 一是不能及时统计分析。由于行业特点导致的难度和工作量大，往往一般项目上难以按月、季或按关键节点统计分析成本，导致不能及时分析找出管理中存在的问题。YKN中国BIM门户 - ChinaBIM.com 二是成本数据真实性差。由于行业特点导致的实际成本统计归集的复杂性，统计数真实性极差，漏项、对应错误多，过程中自认为赢利的项目工程直至结束后才发觉实际亏损巨大。YKN中国BIM门户 - ChinaBIM.com 三是总部对项目的实际成本掌控能力弱，给企业运营带来巨大风险。项目部自身搞清很难，总部就自然更难掌控了。YKN中国BIM门户 - ChinaBIM.com 正因工程行业特点，传统手工核算几乎完全无法做好这一项工作。而事实上，当前已实施ERP的建企也仍然无能力做好实际成本核算，成为当前建企信息化发展的一大瓶颈。我们必须创新思维，引入更先进的方法论和成本分析支撑系统。YKN中国BIM门户 - ChinaBIM.com实现基于BIM的项目全过程实际成本快速核算来源：鲁班咨询;作者：杨宝明;发布时间：2011-05-16; 分享到： YKN中国BIM门户 - ChinaBIM.com实际成本核算困难原因YKN中国BIM门户 - ChinaBIM.com 一是数据量大。每一个施工阶段都牵涉大量材料、机械、工种、消耗和各种财务费用，每一种人、材、机和资金消耗都统计清楚，数据量十分巨大。工作量如此巨大，实行短周期（月、季）成本在当前管理手段下，就变成了一种奢侈。随着进度进展，应付进度工作自顾不暇，过程成本分析、优化管理就只能搁在一边。YKN中国BIM门户 - ChinaBIM.com 二是牵涉部门和岗位众多。实际成本核算，当前情况下需要预算、材料、仓库、施工、财务多部门多岗位协同分析汇总提供数据，才能汇总出完整的某时点实际成本，往往某个或某几个部门不能实行，整个工程成本汇总就难以做出。YKN中国BIM门户 - ChinaBIM.com 三是对应分解困难。一种材料、人工、机械甚至一笔款项往往用于多个成本项目，拆分分解对应好专业要求相当高，难度非常高。YKN中国BIM门户 - ChinaBIM.com 四是消耗量和资金支付情况复杂。材料方面，有的进了库未付款，有的先预付款未进货，用了未出库，出了库未用掉的；人工方面，有的先干未付，预付未干，干了未确定工价；机械周转材料租赁也有类似情况；专业分包，有的项目甚至未签约先干，事后再谈判确定费用。情况如此复杂，成本项目和数据归集在没有一个强大的平台支撑情况下，不漏项做好三个维度的（时间、空间、工序）的对应很困难。YKN中国BIM门户 - ChinaBIM.com基于BIM的实际成本核算解决方案YKN中国BIM门户 - ChinaBIM.com 为解决数据量大、对应分解困难和支付消耗情况复杂等问题，本文提出的基于BIM的实际成本快速核算方法，可取的很好效果。YKN中国BIM门户 - ChinaBIM.com 本文解决方案方法论是：YKN中国BIM门户 - ChinaBIM.com 1） 创建实际成本5D (3D实体、时间、WBS)BIM数据库，按施工WBS创建实际成本BIM。YKN中国BIM门户 - ChinaBIM.com2） 以WBS而不是以合同为实际成本分析主线。我们传统项目实际成本管理强调合同主线，而成本核算目标要以成本项目（WBS）为主线，一个成本项目（WBS）会包含多个合同，合同的数据5D关系建立非常困难，造成成本分析难度和效率低下。YKN中国BIM门户 - ChinaBIM.com 3） 将合同、消耗和费用等成本信息尽可能实时进入实际成本BIM。YKN中国BIM门户 - ChinaBIM.com 4） 将成本数据在实际成本BIM中细化到构件级，利用BIM技术很容易做到这一点。YKN中国BIM门户 - ChinaBIM.com 5） 按月梳理成本信息，调整实际成本的5DBIM模型相关数据。要周期性梳理的成本信息有：材料的入库、出库和消耗情况、人工的单价和消耗情况、机械周转材料消耗情况、管理费用支出情况等。YKN中国BIM门户 - ChinaBIM.com 6） 利用实际成本5DBIM模型快速准确分析实际成本。阶段总实际成本和各WBS阶段实际成本都很容易统计分析出，同时还可根据进度计划较准确预测后一阶段的成本。YKN中国BIM门户 - ChinaBIM.com 7） 实际成本5DBIM数据库，由成本经济师负责统一维护调整，各方面数据向成本经济师汇总。YKN中国BIM门户 - ChinaBIM.com 传统成本分析以财务为主，改为以成本经济师为主。YKN中国BIM门户 - ChinaBIM.com8） 按总量分析，减少累积误差。近期成本按本期总成本减上期总成本得出，这样不会发生累计误差，减少统计误差。YKN中国BIM门户 - ChinaBIM.comBIM技术在处理实际成本核算中有着巨大的优势。基于BIM建立的工程5D（3D实体、时间、WBS）关系数据库，可以建立与成本相关数据的时间、空间、工序维度关系，数据粒度处理能力达到了构件级，使实际成本数据高效处理分析有了可能，解决方案操作方法如下：YKN中国BIM门户 - ChinaBIM.com1）创建基于BIM的实际成本数据库。YKN中国BIM门户 - ChinaBIM.com建立成本的5D（3D实体、时间、工序）关系数据库，让实际成本数据及时进入5D关系数据库，成本汇总、统计、拆分对应瞬间可得。YKN中国BIM门户 - ChinaBIM.com 以各WBS单位工程量人材机单价为主要数据进入实际成本BIM中。YKN中国BIM门户 - ChinaBIM.com 未有合同确定单价的项目，按预算价先进入。有实际成本数据后，及时按实际数据替换掉。YKN中国BIM门户 - ChinaBIM.com2）实际成本数据及时进入数据库YKN中国BIM门户 - ChinaBIM.com 一开始实际成本BIM中成本数据以采取合同价和企业定额消耗量为依据。随着进度进展，实际消耗量与定额消耗量会有差异，要及时调整。每月对实际消耗进行盘点，调整实际成本数据。化整为零，动态维护实际成本BIM，大幅减少一次性工作量，并有利于保证数据准确性。YKN中国BIM门户 - ChinaBIM.com 材料实际成本。要以实际消耗为最终调整数据，而不能以财务付款为标准，材料费的财务支付有多种情况：未订合同进场的、进场未付款的、付款未进场的按财务付款为成本统计方法将无法反映实际情况，会出现严重误差。YKN中国BIM门户 - ChinaBIM.com 仓库应每月盘点一次，将入库材料的消耗情况详细列出清单向成本经济师提交，成本经济师按时调整每个WBS材料实际消耗。YKN中国BIM门户 - ChinaBIM.com人工费实际成本。同材料实际成本。按合同实际完成项目和签证工作量调整实际成本数据，一个劳务队可能对应多个WBS，要按合同和用工情况进行分解落实到各个WBS。YKN中国BIM门户 - ChinaBIM.com 机械周转材料实际成本：同材料实际成本。要注意各WBS分摊，有的可按措施费单独立项。YKN中国BIM门户 - ChinaBIM.com 管理费实际成本：由财务部门每月盘点，提供给成本经济师，调整预算成本为实际成本，实际成本不确定的项目仍按预算成本进入实际成本。YKN中国BIM门户 - ChinaB