建设工程设计阶段造价控制新方式

    大量案例资料证明，建设工程的设计阶段的费用虽然占整个工程费用的1~3%，但对整个工程造价的影响程度超过70~80%，因而必须充分重视设计阶段的造价控制。设计阶段造价控制方法主要有：发挥价值工程作用，提高设计产品的价值；推广限额设计和标准化设计，实现工程造价的动态管理；加强设计变更的管理和设计监理的推广；对设计方案进行优化设计；加强对设计概算、施工图预算的编制管理和审查等.然而在传统的管理体制和设计工作方式下，这些控制造价的方法实际效果较差，往往造成“三超”（概算超估算，预算超概算，决算超预算）现象。究其原因，除了存在认识不足、体制不全、具体方法手段操作性不强等因素外，还存在一个至关重要的原因：传统建筑设计方式信息化应用水平较低。采用基于参数化的信息模型BIM方法，则可以改变建设工程信息的创建过程，实现建筑设计从传统的2D图形到3D再到nD的信息模型的本质变换（nD的含义是指建筑工程项目随生命周期而表现出的多个方面，包括空间三维、时间或进度维、费用维、质量维、安全维、能维、光维、热维等），实现真正意义上的建设工程管理集成化和信息化，只有这样才能在设计阶段有效地控制造价。

    目前从管理和技术两方面因素来看，传统造价控制方式主要存在的问题是：不能很好地利用价值工程方法从项目全生命周期角度控制建造成本和使用成本，从而对设计方案进行优化设计；限额设计指标分解难度较大，限额设计被动实施；设计与造价控制环节脱节；设计与施工脱节，可操作性差，变更频繁；设计各专业之间冲突，项目各方之间缺乏有效沟通和协调。这一系列的问题导致在采购和施工阶段工程变更增加，从而引起高成本返工、工期延误、索赔等，直接或间接造成了工程造价成本大幅上升。从信息技术在设计中的应用角度进一步分析产生这些现象的原因有以下两个方面：

    目前，全国各大中型设计院虽然普及了CAD技术，甚至出现了较为高级的Object-CAD建筑设计软件，但它们仍然是以CAD为基础，采用基本的图形文件存储和管理数据，强调的仍然是建筑图形，不能有效地创建房屋建筑的信息和实现对这样的信息的共享和管理。虽然这些图形也可以是三维的建筑模型，但每个建筑构件没有材料信息、价格信息，它们只是图视模型，缺乏可运算的信息，这使得设计人员、造价人员不能实时分析和计算所涉及的设计单元的造价，并根据所得造价信息对细节设计方案进行优化调整，而方案的优化设计是保证投资限额设计的重要措施和行之有效的重要方法。同样的原因，人们只能按完整设计方案一次性进行造价计算，设计不能被分解为针对每一个具体设计步骤的造价计算，限额设计的指标分解也就难以实现；每次只有整个设计方案完成后，由造价人员根据设计方案算出概算，此时再按照限额设计进行调整，必然降低设计的合理性，造成限额设计被动实施。

    由于CAD技术创建的是非参数化的建筑设计数据，CAD系统没有建立与图形相关的数据结构，没有给出表示建筑组成单元内部的特征元素和关系，它只包含与几何图形及数据有关的数据模型，没有包括与管理有关的行为模型，两者无法通过关联为数据赋予意义，难以描述建筑物随时间的变化以及各工序间复杂的内在联系，因而不能模拟真实世界的行为；而技术、经济、管理和其他附属数据也无法与核心数据整合，设计人员不能创建协调的、内部一致的和可运算的建筑信息。这样就不能事先进行施工过程和使用过程模拟分析、工程进度分析，也就无法很好地对项目的功能和费用之间的关系进行定性的与定量的分析，从而确定工程的必要功能，择优选用实现其功能的可靠设计方案，为降低费用支出寻求科学的依据。如此，在设计阶段就不能很好地利用价值工程方法对设计方案进行优化设计。CAD创建的设计数据无法与管理数据自动关联，难以为后续建设阶段的管理工作所利用，以及在项目生命周期管理中实现共享使用，在项目的采购、施工和使用阶段容易缺失，设计信息与管理信息是割裂的，主要表现为阶段割裂和专业割裂两方面。这些是造成设计与造价控制环节脱节，设计与施工脱节，可操作性差，变更频繁，设计各专业之间产生冲突、设计与业主之间缺乏有效沟通和协调的主要的技术方面的原因。设计信息不能与成本预算解决方案建立起有效的链接，造成设计信息与造价管理信息的割裂，这就使得设计人员在进行设计时并不能实时、同步地了解每一个设计细节所产生的造价信息。造价与设计的这种关系，是导致造价控制难以真正进入设计阶段的主要原因之一。从行业实践中看，目前还没有一种让造价与设计协同起来的业务运作机制，也缺乏实际的技术平台。

    综上所述，要有效地在设计阶段进行造价控制，必须解决传统设计方式中纯图形设计与建筑信息的割裂和缺损以及设计数据彼此无法关联等问题。这实质就是要在设计阶段改变建筑工程项目生命周期内信息的创建、管理和共享，创建协调的、内部一致的和可运算的建筑信息，形成建设工程生命周期内所期待的唯一的、准确的和完整的信息模型，实现建设工程管理集成化和信息化。

    虽然传统的建设领域的信息技术使工程设计人员有可能利用软件工具直接生成核心的设计信息数据，而技术、经济、管理和其他附属数据的生成以及与核心数据的整合仍然缺乏有效的工具和手段，难以最终形成建设工程生命周期内所期待的唯一的、准确的和完整的信息模型.如果采用基于参数化的建筑信息模型方法，则可以改变建设工程信息的创建过程，由建筑设计从传统的2D图形到3D再到nD的信息模型，即由图形到工程信息模型的本质变换，实现真正意义上的建设工程管理集成化和信息化。

    BIM即建筑信息模型（Building InformationModeling），是以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型。目前有基于CAD技术的BIM、基于面向对象的BIM和基于参数化的BIM，基于参数化的BIM是一个包含丰富数据、面向对象的、具有智能化、参数化特点的建筑设施的数字化表示.参数化建筑信息模型的结构是一个包含有数据模型和行为模型的复合结构。它除了包含与几何图形及数据有关的数据模型外，还包含与管理有关的行为模型，两相结合通过关联为数据赋予意义，因而可用于模拟真实世界的行为。参数化建筑信息模型中的构件信息是可计算的信息，借助这些信息，计算机可以自动识别模型中的不同构件，并根据模型内嵌的几何和物理信息对各种构件的数量进行统计。其中所有内容都是参数化的并且所有内容都是相互关联的。双向关联性和即时、全面的变更传播可以实现高质量、一致、可靠的模型数据输出，有助于创建协调的、内部一致的和可运算的建筑信息。

    设计阶段的信息大量地涉及到了建设工程的技术细节，如工程项目的技术设计和施工图设计文件等，同时也包括一些宏观的施工和安装阶段的技术、管理、经济信息，如工程的造价估算等。整个设计过程对建筑本身的特征及属性的描述如几何特征、物理特性、功能特点等构成核心信息数据，而其他方面的技术、经济、管理和其他信息则成为核心信息的附属数据。如何具体利用BIM建筑信息模型将技术、经济、管理和其他附属数据与核心数据整合；如何关联与几何图形及数据有关的数据模型和与管理有关的行为模型，使得设计信息模型能模拟真实世界的行为，从而实现建设工程管理集成化和信息化，在设计阶段有效控制造价，这是当前需要解决的迫切问题。

    从目前的研究成果看，BIM已经从3D模型的创建职能经由4D（3D+时间或进度）建造模拟职能再进一步发展到了5D（3D+进度+成本）施工的职能，已形成了有关4D/5D甚至nD的理论。整个5D模型集3D立体模型、施工组织方案、成本及造价等3部分于一体，能实现对成本费用的实时模拟和核算，能够为后续建设阶段的管理工作所利用，让建筑师、工程师、造价师、施工方、业主在设计阶段能够进行协同设计，更加轻松地预见到施工的开销花费与建设的时间进度，解决了阶段割裂和专业割裂的问题，很好地避免了设计与造价控制环节脱节、设计与施工脱节、变更频繁等问题；BIM支持建筑师和工程师在实际建造前使用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，这样就能有效地从项目全生命周期角度对建设项目运用价值工程进行功能分析；对成本费用的实时模拟和核算使得设计人员和造价师能实时地、同步地分析和计算所涉及的设计单元的造价，并根据所得造价信息对细节设计方案进行优化调整，可以很好地实现限额设计。因此，将BIM用于造价管理能很好地解决设计阶段造价控制存在的问题。

    由于建筑信息模型包含的信息应该满足整个建筑生命周期，模型必须非常精细，包含相当多的建筑元素，才能适应所有各阶段的需要。那么建筑信息模型的系统实现方法有两种，一种是超级复杂的综合模型，是共享一个中央数据库；另外一种是分类模型，使用的是联合数据库，让各种专业通过一个模型进行交流。第一种方法导致BIM模型越来越大，容易超出硬件能力，而且对设计、施工、造价等参与方的协同要求比较高，无论是软件技术上的实现还是人员工作流程上的要求都需要付出很大的努力，目前可行性不强；第二种方法无论在软件产品和人员操作层面实现起来相对比较容易，但在大部分现有的3D产品均未实现参数化建模情况下，目前的缺点是不管是设计变化引起造价变化，还是造价变化反过来导致设计变化，都需要人工来进行管理和操作。

    针对以上问题，在软件实现方面，笔者提出通过使用基于参数化技术和基于国际协同工作联盟IAI制定的IFC标准创建的建筑信息模型，生成核心信息数据，而技术、经济、管理和其他附属数据与核心信息数据的整合则是通过以下方式实现：利用BIM编程接口（API），在BIM上进行二次开发，生成一种连接BIM与各工具软件如成本预算软件、施工进度管理软件、能耗分析软件等的中间软件产品，作为连接这些工具软件与BIM系统之间桥梁；建筑信息模型的系统实现采用分类模型，使用联合数据库，让各种专业通过一个模型进行交流，从而实现建筑信息从3D到5D直至nD的集成。它们之间的数据交换依赖目前建筑业事实上的交换与共享标准——IFC标准。在中间件中能自动生成可视化信息，用以帮助设计人员在针对成本预算、施工进度模拟等三维环境中查看建筑模型（例如由混凝土柱和剪力墙构成的板式结构的三维视图）、计算工程量和造价、进行施工模拟。采用API来链接软件应用的集成是“动态的”，因为API支持软件应用之间进行直接交互。借助API链接，这些可视化信息将自动与建筑信息模型双向关联，因此它们“记得”自己的来源。这就意味着中间软件可以轻松察觉BIM模型中的变化，以便设计人员根据新的设计验证原来的信息，然后自动更新这些信息。例如对于造价来讲，任何设计变更都能实时地反映到造价上来，保证了造价信息与设计信息的协调、同步、统一，避免了传统方式下人为出错的风险。

    利用参数化建筑信息模型，借助API链接各工具软件完成建筑信息的集成，能够让建设项目各方、各专业设计人员在设计阶段，从建设项目全生命周期的角度对项目很好地利用价值工程方法进行功能分析，对设计方案进行优化设计；有效地实施限额设计；防止设计各专业之间冲突，解决了项目参与各方之间缺乏有效沟通和协调的问题；避免了因为设计与造价控制环节脱节、设计与施工脱节，可操作性差，变更频繁等引起高成本返工、工期延误、索赔等，造成直接或间接工程成本大幅上升。工程造价管理的过程通过参数化建筑信息模型使得工程造价控制得以真正进入设计阶段，从而实现在设计阶段有效地控制造价。