实时监控施工成本-5D模拟优势

建筑工程5D模型是在4D模型的基础上增加成本的维度，按照设置的计算规则，计算BIM3D模型内随时间变更的所有构件清单工程量，从而替代预算员在施工过程中繁重的工程量计算工作，实现精细化的预算和项目成本的可视化。

1.5D施工模拟软件

现阶段，建筑工程5D模型的应用主要是体现在工程量计算方面，它是以3D建筑模型为载体，以进度为主线，以成本控制为结果的5D智能算量。在5D施工管理系统中，将设计、成本、进度三部分互相关联，能够进行实时更新，从而减少建筑项目评估预算所花费的时间，显著提高预算的准确性，增强项目施工的可控性。通过5D施工模拟还可以提前发现设计和施工中的问题，保证设计、预算、进度等数据信息的一致性和准确性。目前主要的5D施工模拟软件有：

（1）Innovaya—Visual Estimating 前面已经提到，Innovaya公司的Visual Estimating是一款针对工程造价的5D模拟应用软件，它支持BIM模型的自动计算并显示工程量，还可以将设计构件与预算数据库连接，以完成工程造价。Visual Estimating软件（图4-5）可以导入Revit和Tekla所创建的BIM模型，并能与Sage Timbedine以及MC2 ICE工程造价类软件协作分析。其具体功能包括：①自动计算工程量，即首先根据设计模型中的构件尺寸与类型直接导出工程量，该功能可以为用户度身定制，也可被多个工程重复使用；其次，将导出的工程量按照特定的格式保存，如Uniformat格式（美国建设工程项目编码）；再次，将每一项工程量与BIM模型的构件自动关联，该关联功能可以随设计变更而自动更新；最后，工程量协同Sage Timbedine以及MC2 ICE工程造价软件以Microsoft Excel报告形式给出总造价。②定义装配件的组成，即首先利用Visual Estimating在Sage Timbedine以及MC2ICE中定义装配件的组成；然后直接将模型中相应定义装配件的组成件尺寸与数量拉入定义中；最后，利用软件自动归类功能计算所有同类型的装配件，这样大大减少了工作量，提高了效率。

图4-5 Visual Estimating软件工作界面

优势：Visual Estimating通过结合设计模型，可以对施工类的物料和装配件进行综合处理，并将精确到细节的施工装配件进行统计、分类集合与择录工作，然后直接为工程造价所使用；此外，一旦被Visual Estimating所量化的信息，在三维空间中都能与构件直接关联；用户只需通过简单的操作，就能了解构件的数量、类型、分布情况、开销等；并具有较强的软件兼容性。

劣势：由于我国工程造价体系在工程量的计算规则和定额管理体制上与国外不同，若想直接利用Visual Estimating软件统计工程量，则需设置参数，甚至修改软件，代价高昂。

（2）VICO Software—Virtual Construction Vico软件公司是业界公认的5D虚拟建造软件领导者，于2012年11月2日被天宝（Trimble）公司收购并扩展了其建设领域的整体解决方案，但其开发的Virtual Construction软件仍是业内集协调、数量管理、成本估算、项目调度和生产控制于一体的高度集成解决方案。如图4-6所示，Virtual Construction软件套装主要分为以下几类：①VICO Constructor（建模）：创建VICO环境下BIM模型，包括建筑（Archi-tecture）、结构（Structure）及机电管道（MEP）模型，作为其他工具的基础；②VICO Esti-mator（概预算）：基于模型的预算分析，对于不同的预算方案（Budget alternatives）与投标包报价（bid packages）可以提供数值及图表分析；③VICO Control（进度控制）：基于详尽的建筑构件、造价及施工进度计划的工作分解结构（Work breakdown structure）和地区的生产流程常规编制施工进度计划、减少进度风险；同样的，由Microsoft Project及Primavera进度计划软件创建的施工进度计划可以被导入该软件；④VICO 5D Presenter（5D演示工具）：将BIM模型（3D）、施工进度计划（4D）与施工过程模拟以及工程造价（5D）所有信息集中在一个平台演示，为项目各参与方提供决策参考；⑤VICO Cost Manager（造价管理）：监控与管理造价变更；⑥VICO Change Manager（变更管理）：跟踪管理实现同步化。

图4-6 Virtual Construction软件工作界面

优势：Virtual Construction是一套成熟度高、综合性强的5D管理工具，它将设计、施工、造价、工期紧密地连接成一个有机的整体，使项目各参与方对项目有更深刻的认识与理解，以便作出更正确的决策。其多元化的优势体现在：①可施工性分析：5D建模过程能及时发现潜在的问题，避免施工时的碰撞与错误发生；②项目的可控性分析：5D建模过程能加强对项目的管控，尽早减少不确定因素所造成的损失，进而缩短工期、提高生产率；③造价分析：利用5D仿真技术，可以实时获取造价分析结果，使造价计算值更接近实际；④促进各参与方的合作与交流。

劣势：与国外相比，我国的工程造价体系在定额管理体制、设备条件、施工技术方法以及工程量计算规则等方面存在较大差异，故Virtual Construction软件的使用和我国建筑业的大环境不相符；值得注意的是，运用5D模拟进行施工管理对于现行的工作模式来说是革新性的变化，因此，工程人员在实际运用软件时，必须具备丰富的知识与经验，且配套的软硬件也必须满足相应要求，所以该软件的推广与应用存在局限性。

（3）RIB公司—iTWO iTWO是真正意义上实现传统施工规划和先进5D规划理念融为一体的集成解决方案，旨在优化整个建筑流程的管理（图4-7）。在一个单独的5DBIM平台之上，iTWO可以覆盖整个建筑阶段的功能：设计分析、冲突检测、招标投标、分包管理、利润管理、合同管理、工程变更管理、采购管理、工程规划管理、成本控制、多项目报告、视觉化模拟以及财务系统。通过iTWO软件，用户可以进行虚拟演示，准确简易地把握工程中的数据和图形，其具体功能包括：

图4-7 iTWO软件工作界面

1）应用三维整合技术，从专业层面丰富并扩大项目数据的获取，大大减少操作时间。

2）把CAD系统及专业应用软件的数据集合到统一数据模型中。

3）通过三维模型，iTWO可根据设计抽取数据，提高估价操作和基准值审定的准确性，同时也可在设计变更的情况下及时导入工程选项值以备施工操作。

4）可在设计规划时跟踪工程量，并进行实时传输，以加强对运营的管控和绩效管理。

5）通过冲突检查，可在施工进行前发出设计错误消息。运营方即可在项目施工之前审定设计流程，提前发现错误，并进行更改。

6）可在iTWO模型中清晰显示建筑流程变更及其引起的成本和期限变化。

7）iTWO建筑管理解决方案整合规划和设计，降低风险。

优势：iTWO是能满足建造阶段任何功能需求的软件。其CPI（建筑流程整合）技术集合了几何与数字：通过该技术，规划者即可获知机械设备规格信息，而施工者则可获知建筑材料和设备资料信息。同时，可根据时间进程和流程分布，将模型数据添加于系统中。此外，iTWO能够与最通用的软件实现无缝对接，如：成本估算、工程协作、财务、ERP、进度管理和项目管理等软件。5D施工模拟能够带来的最大益处之一就是大幅节约成本，德国Pinkert工程公司就因此尝到了甜头。他们通过iTWO的应用，使项目的规划信息更精确，进而使施工时出现偏差错误的概率减小，从而节省了大约20%～25%的规划和工程成本。

劣势：iTWO软件是根据德国和国际规定标准（德国的营建业发包法“VOB”或英国的建筑工程量标准计算规则“SMM7”）精确计算工程量以及成本的，这与我国工程造价体系在工程量的计算规则上是不同的。同时，iTWO软件里不能对导入的3D模型进行修改，一旦设计方案有些许变化，必须重新计算，但这也是iTWO定位于工程管理型软件所不可避免的问题。

2.5D施工的应用

当前，5D施工管理技术的应用不多，仅在个别大型的工程承建公司应用。例如：Webcor营造商、YIT施工有限公司和YIT的子公司等。目前，5D施工管理解决方案已逐步改变建筑商的工作模式，加强了与分包商、建筑师们的合作能力，极大地减少了建筑行业中普遍存在的浪费、低效以及返工现象。总之，5D施工管理技术的应用不仅能大大缩短项目计划的编制与预算时间，而且能提高预算的准确性。

由美国Webcor公司承建的旧金山某基督教堂就采用5D模拟技术仿真施工全过程，如图4-8、图4-9所示，在建立该虚拟施工BIM模型的过程中，工程量的统计和简化的报告数据都是自动且实时生成的，并可按需求进行材料采购安排与施工进度安排等，具体数据如图4-10所示。(www.xing528.com)

图4-8 美国某基督教堂的BIM模型局部

图4-9 美国某基督教堂的虚拟施工BIM模型

图片来源：Graphisoft公司提供

图4-10 虚拟施工软件生成的工程量统计表格 图片来源：Graphisoft公司提供

此外，美国Webcor公司还对承建的旧金山加利福尼亚科学院进行了虚拟施工，如图4-11所示，其设计者是伦佐·皮亚诺。由于该建筑形体特殊，若使用传统二维CAD设计，不仅图纸表达比较困难，而且项目施工进度和效率也无法保证。所以就采用了基于BIM技术的5D施工管理软件，使得本项目中各个构件在三维模型中都能得到准确体现，效果图如图4-12所示。

图4-11 加利福尼亚科学院的虚拟施工模型 图片来源：Graphisoft公司提供

图4-12 加利福尼亚科学院的虚拟施工模型局部 图片来源：Graphisoft公司提供

近年来，通过引入5D模拟技术（如：iTWO软件的应用），并逐步在施工管理理论与工程项目实践方面进行探索研究。例如北京某综合办公楼（图4-13），就是应用虚拟施工软件做的一个试点项目。该项目的目的在于证实采用的5D模拟解决方案的有效性以及能否得到可用于其他目的的三维模型、可建性分析、精确的概预算和计划编制等相关信息。

图4-14、图4-15是通过虚拟施工软件制作的该综合办公楼项目不同阶段的三维模型和工作界面；结合模型与导入的时间进度表（图4-16），可以实时查看当前的收益、成本趋势及其估计值（图4-17）。在此基础上，再叠加成本要素，又能实现概预算和施工进度编制。因此最终的施工模型如图4-18所示。

图4-13 北京某综合办公楼的Revit模型

图4-14 模拟施工阶段的三维模型1

图4-15 模拟施工阶段的三维模型2

图4-16 时间进度表

5D模拟不仅为工程量的计算提供了便利快捷的方法，而且为建筑全生命周期各阶段的应用起着举足轻重的作用。未来的建筑5D模型将会扩充到建筑行业的全过程，从工程设计招标，到施工变更、竣工结算，甚至到后期的设施管理等过程，5D模型将成为未来建筑信息化水平的核心载体，使建筑全生命周期的表现更为具体、更为形象、更为准确。

图4-17 成本预算曲线

图4-18 北京某综合办公楼的虚拟施工模型