1. 前言
近几年，我国经济得到了高速发展，人们的生活水平不断提高，对居住的舒适度要求也越来越高，智能家居系统融入现代建筑设施中，已经成为现代建筑发展的必然趋势，然而智能家居系统具有多专业交叉、管线隐蔽安装等特点，给工程造价的准确管理带来了巨大挑战。BIM技术作为一种三维几何信息与非几何信息集成的数字化的建筑信息模型，能够有效地解决传统设计中存在的各种问题。
BIM软件建立建筑信息共享平台和建立三维建筑模型，并且使用BIM-VR进行协同检查管线是否产生碰撞等做法有利于降低施工阶段因设计变更导致的成本增加，保障项目的成本可控性。
1.1. 研究背景与意义
党的十九大首次提出“高质量展”的建设方针，表明中国经济由高速增长阶段转向高质量发展阶段，国务院2018年政府工作报告中提出的深度推进供给侧结构改革等方面的部署，都是围绕着高质量发展来部署。表明高质量发展不仅仅是指我们建设行业，高质量发展和转型升级是全国各行各业的一种要求，我国各行各业都在讲转型升级与高质量发展。因此，安装工程作为建设项目重要组成部分，逐步从传统模式向智能化方向转型与升级发展。
目前，智能家居系统的建设已由最初的单一设备控制发展成集安全、照明、娱乐等功能于一体的整体建筑智能化综合管理系统，有效地提升了住户的使用体验感，但是随着建设的内容越来越多，也就加大了安装工程的难度，使得成本控制更加难上加难。建设项目的智能家居系统投资成本控制难题主要体现在以下三个方面：第一，智能家居系统集成度高，涉及到多个领域，如强弱电配管配线、设备安装、中控平台搭建等，各类标准繁多，诸如接口标准、协议标准等；不同专业的链接不到位，时常出现碰撞的情况，为了更好地保证质量，需要变更设计，产生–系列连锁费用。其次，一些品牌之间会出现相互不兼容的情况，要投入更多的调试适配费。因为有很多不同品牌的设备以及各种不同的型号，加之不同的功能性能差异性较大，也不容易看出来。再就是，在施工过程中有一些不同的工种要同时交叉施工，比如土建、装修、安装工程都有一些管线要埋设，这种情况下在施工时就必须做到合理有序，在前期一定要定位准确，如果定位不准的话，那后期返工成本会特别高，所以这就对于安装人员的技术水平有较高的要求，所需的人工费用远远高于普通的电工。还有另外一个原因就是成本控制不准的主要原因之一是由于成本人员没有足够的知识积累和经验，从而导致没有相应的现场经验，工程量核算出错率高。所以要想有效控制投资成本，不但要在设计时做好细致化管理和全过程的成本跟踪，而且还需要造价人员要有一定的实践工作经验。
作为城镇化进程中的重要载体，现代建筑的功能正从传统简单的居住、办公向智能化、舒适化、绿色化、节能等方向演进，智能家居系统作为提升建筑品质与用户体验的核心，涵盖了智能安防、消防、煤气管理、照明、影音娱乐等多个子系统，其设计与施工安装变得日益复杂。这种复杂性直接导致工程造价管理难度突增，融入智能家居系统后的安装工程会产生复杂的管线布设，管线多数为隐蔽工程，如果布设不合理，或管道发生碰撞等现象发生，会造成频繁的设计变更和综合问题，往往会发生预算超支、返工浪费、工期延误等问题，这些问题是传统的二维图纸和手工算量的方式难以应对。
BIM技术是通过建造数字李生体，把建筑物、结构、机电以及智能家居设备等全部的信息以可视化的形式展示出来，从“画”到“算”，全面支撑我们的工作。运用BIM技术对现代建筑智能家居系统造价进行控制，不但可以实现工程量自动化统计，并且可以提前应用模拟、仿真功能，在虚拟环境下发现问题和解决问题，从而实现建筑造价的精细化管理和全过程控制，有助于其开展更加顺利，本课题对于我国智能建筑行业走向数字化、智能化的进程有一定的参考价值和指导意义，并且可以帮助提高项目BIM技术管理能力，保证投资者的经济利益。
1.2. 国内外研究现状
就目前来说，对于BIM在成本方面的应用价值认识，国内外大多数学者都有一定的共识。国外研究开始时间较早，并且由理论走向了实践运用，现己广泛地使用BIM进行自动算量(QTO)、成本预测、LCCA (生命周期成本分析)等工作；对于复杂的MCE (机械、电气、管道)系统的碰撞检查也已经成为目前常用的成本控制手段之一。
我国的BIM研究近年来取得很大进展，主要集中在BIM技术用于土建工程和通用机电工程造价方面的应用研究中，并已经取得了不少成果；然而，专门针对智能家居这样一个特定、重要的子系统BIM造价应用的研究较少。智能家居系统是集弱电、通讯、自动化控制等专业的综合体，其设备的型号、接口协议、安装方式均不同于传统的强电、给水排水等系统，另外，二者之间又有着大量的交叉点，因此智能家居系统的造价管理和相应的投资研究–直没有得到足够的重视以及系统的探讨，在这种情况下，关于智能家居系统BIM技术如何实现降低成本的相关研究就有着很重要的实际意义。
1.3. 研究内容与方法
本研究采用文献研究法、案例分析法、仿真实证法三种研究方法相结合的研究方法，是一种以理论研究为主，以案例分析为辅，结合模拟实证法的研究方法。主要学习内容有：对智能家居系统工程造价的特点及存在的问题进行分析；构建智能家居系统工程全生命周期成本控制中BIM技术的应用模式；阐述BIM在各个阶段(决策，设计，招标，施工，竣工)的应用价值和实施方法；BIM技术应用所带来的经济利益和管理利益，通过案例模拟进行量化分析。
2. 相关理论概述
2.1. BIM技术的基本内涵与发展
建筑行业多数人对建筑信息模型(Building Information Mode1)的狭义定义，认为它就是一种建筑设计模型，它其实也是一种包含了建筑物的几何信息、物理信息、功能信息等所有相关信息的数字化表达方式。BIM的技术特点是信息共享化、协同性、模拟性、优化性和可出图性，从维度上来讲，分别是3D (几何)、4D (时间)、5D (成本)，其中5DBIM是能够把3D的构件和时间、成本全部打通，进而实现全过程工程项目的成本管理的一种重要的管理模式[1]。
不过我国建筑业因种种原因并未建立统一信息平台，那么不同建设阶段间，在计划、设计、施工、运维等各环节分别存在的信息都被切断，便会出现“信息孤岛”问题。一旦出现“信息孤岛”，信息会存在–定的偏差和误差，在进行项目成本控制的时候会出现一些偏差，BIM技术通过构建全生命周期的信息平台刚好解决了这个问题，为了解决该短板问题，国家很重视BIM + 统一信息平台建设，这对于我国建筑行业来说可以实现建筑行业的信息化和数字化转型。
2.2. 智能家居系统的构成与造价特点
智能家居系统的组成包括：中央控制单元(智能网关/消防控制中心)和各个子系统(如：智能照明、智能安防、通风空调工程、煤气系统管理、公共广播等等)，造价特点是：以设备和线路配管配线为主的主导项目，但各个设备所使用品牌太多且存在较大差别，线路配管多属于隐蔽工程，无法直接从设计图中得知工程量大小：各个系统间和各个专业系统间均存在大量交叉，造价的管理难度大。如果前期施工的时候没有按照要求进行敷设，则会使后续出现多次返工和变更的情况，此时还会因为设计图中美观性的问题，在设计图中与实际的现场施工情况存在很大的差距，造价人员如果缺少相应的现场施工的经验，在工程量计算方面就会产生较大的偏差，给成本估价带来一定的风险性。
2.3. 传统造价控制模式的局限性
在智能家居等集成度较高、需要专业协同配合较多的技术项目当中，传统的造价控制方式还存在较多问题，主要包括：一，由于采用了人工用二维图纸手工算量，容易出错漏，工程量清单与实际需求差别比较大；二，由于各专业独立设计，互相不协调，多作业出现交叉部位设计冲突等问题，一般要到施工的时候才会暴露，这时已经造成了返工和浪费；三，对于设计变更的问题，响应速度太慢了，要重新手工算量、重新核价，给决策和项目进度带来了很大麻烦；四是存在严重的割裂现象，即造价信息和设计、施工的信息各自为政，无法实现全过程成本动态跟踪、闭环管理；五是很多造价人员脱离了现场实践，不了解施工工艺做法、不了解现场情况，在造价的过程中会出现漏项或少计，不能够精准地去得出准确的造价。所以说，他们无法达到智能家居对成本精细化管控的要求。
3. 智能家居系统工程造价控制中的BIM应用框架构建
3.1. 全过程应用框架设计
根据项目建设全过程的成本控制思路，以BIM模型为载体贯穿于投资决策、设计、招投标、施工、竣工结算等各阶段，利用BIM模型数据库中存储的有关成本信息、各参与方协同完成的信息分享等优势避免信息传递过程太长造成数据偏移及多专业管道碰撞的现象[2]。
3.2. 各阶段应用内容
投资决策阶段：利用BIM模型进行多方案设计与造价对比，通过植入不同设备族库，快速生成不同配置方案的初步模型和投资估算，避免编制人员仅考虑理论论述而无法检查错误或专业碰撞，造成造价的失控。因此本阶段建立初步BIM模型，检查项目的初步信息，为持续的阶段提供初步合理的项目信息。实现第一阶段的“事前控制”。
设计阶段：根据模型建立BIM模型，并开展第二阶段“事前控制”。模型可以用来模拟项目的现场，进行碰撞检查，在设计初期就针对多种方案做出比较，从而选出最优的方案，并进行协调优化，防止无根据地使用新技术新工艺所带来的施工难度增大和成本上涨。
招标阶段：把设计的模型导入到算量软件中，在应用专业的软件中，借助专业的软件自动计算出管线长度及各类设备的数量(比如广联达BIM算量软件GQI2021等)，以准确的BIM模型为基础，来形成准确的工程量清单，作为对各施工单位开标投标提供公平、公正和公开的依据；同时又要针对各专业的管路设备进行交错布置复核，并结合一些细分的分项来进行优化完善，尽量避免产生本不该出现的投资费用或者高出投资成本。实现第一阶段的“事中控制”。
项目实施阶段：将前一环节的招投标阶段模型与数据导入到BIM5D中，通过5D模型加进度计划进行成本的动态控制；采用变革管理职能来应对变革对项目成本的影响，实现第一阶段的“事中有控”；利用BIM技术进行施工碰撞检讨、消解以避免返工；根据实际情况设备采购清单精确取号设备型号，进行充分合理的材料调用节约资金，实现第二阶段“事中有控”。
完成阶段：基于BIM模型完成施工后能提升结算审核速度，产生结算工程量并产生精准化的数字档案。
BIM模型贯穿于投资决策–设计–招投标施工–竣工结算的成本控制全过程，在BIM的作用下，信息可共享互换，每个环节也不会彼此割裂，最终可实现整个成本控制的最优。
4. 案例实证分析一一某市某中学2#教师宿舍楼为例
4.1. 项目概况
以某市某中学2#教师宿舍楼为例，建设地点位于广西某市。项目为地下1层、地上12层、总高36米的二类高层公建，地上建筑面积13051.04平方米，地下1层为6栋共有群楼建筑面积9541.15平方米，本项目对应的建筑面积约1590平方米，包含强电、弱电、消防、智能家居系统等内容。
4.2. BIM应用实施方案
项目决策阶段的信息尚无法搭建前期信息共享平台，前期决策阶段信息由业主提供。首先采用Autodesk Revit创建建筑、结构、MEP模型，为智能家居系统创建专门的设备族库。使用Navisworks软件进行系统间碰撞检测，检查过程中发现并解决冲突120余处(如图1局部智能线桥架碰撞排水管的图所示)。
随后，在广联达BIM算量软件(GQI2021)中导入Revit模型，将设计阶段的模型及数据信息全部导入算量软件中，算量软件能够依据软件嵌入的工程量计算规则，自动对工程量依据实际施工进行扣减，实现工程量精确计算[3]。避免了造价员在进行手工工程量计算时出现较在的偏差。造成偏差大的原因是二维的设计图纸往往为了美观，与实际现场施工存在一定的差异[4]，如图2设备实际安装位置与图纸之间的差异示意图。而广联达BIM算量软件(GQI2021)能够实现以实际场景很好的将管线与设备连接，减少工程量偏差[5]。让造价能够反映真实的成本。
此外，电井垂直部分的工程量，由于造价人员缺少实际现场经验的人员，在二维图中只看到水平段，垂直段未见体现，因此往往会少算或漏算该部分的工程量，广联达BIM算量软件(GQI2021)却能很好的将电井内垂直部分线路，与二维平面图中水平部分直接连接起来。如图3弱电桥架设计平面图与算量软件中三维图的对比，二维图只能看到剖切的水平投影情况，垂直部分需要有经常的造价员方可能正确计算，而三维图能更直观的显示实际现场情况，更能准确的进行工程量计算，使投资成本反映实际情况。
Figure 1. Partial layout showing intelligent cable tray conflict with drain pipe
图1. 局部智能桥架碰撞排水管的图
Figure 2. Difference schematic diagram of the actual installation position and the drawing
图2. 实际安装设备的位置和图纸的区别示意图
(a) (b)
Figure 3. Comparison between weak wire trough design plan and 3D diagram in quantity calculation software; (a) Two dimensional plan; (b) 3D model diagram
图3. 弱电线槽设计平面图与算量软件中三维图的对比；(a) 二维平面图；(b) 三维模型图
同时通过三维建模技术再次检查各构件之间是否还存在碰撞，避免施工过程中出现碰撞导致设计变更，从而增加投资成本。最后，使用广联达BIM 5D平台，将广联达BIM算量软件(GQI2021)数据导入模型与造价数据，并与进度计划关联，构建5D模型。模拟施工现场，合理安排施工人员、材料、机械的进场时间，对工序进行合理的安排，避免交叉作业影响施工质量或出现窝工现象。
4.3. 应用效果与经济性分析
同小区的3#宿舍楼采用传统的二维图纸及工程量手工计算，手工计算为有实践经验的造价员。两栋楼除了建筑面积及层数不同，造成工程数量不同外，其他的设计内容全部相同(见表1，2#宿舍与3#宿舍主要设备及材料表)。这两栋楼因为是同时建设，因此业主要求采购的设备品牌是一致的(即集中控制器为海湾等)，从表2，2#宿舍楼与3#宿舍楼工程造价经济指标对比表中看出，单方造价指标存在显著偏差，究其原因，手工计算的工程量不够精准。且在计算的过程二维图纸无法发现碰撞的构件，后期的投资成本势必会增加，让业主前期预定的投资失控。
Table 1. Main equipment and materials of Dormitory 2# and Dormitory 3#
表1. 2#宿舍与3#宿舍主要设备及材料表
序号 |
图例 |
名称 |
型号 |
尺寸
(长 × 宽 × 高) |
定额功率/工作电压 |
安装方式 |
单位 |
数量 |
备注 |
2#宿舍 |
3#宿舍 |
1 |
|
集中型应急
照明控制器 |
HY-C-5000 |
1800 × 600 × 550 |
AC220V |
落地式 安装 |
台 |
1 |
1 |
紧急启动，断电控制、自动复位等功能 |
2 |
|
A型应急照
明集中电源 |
H-D-0.45KVA1 |
900 × 400 × 200 |
450W/ AC220V |
底边距地 1.0 m， 壁明 |
个 |
2 |
2 |
A型 |
3 |
|
集中电源集中
控制型消防应
急安全出口标志 |
HY-BLJC-1LR OE I 1W/Q |
150 × 365 × 30 |
1WDC24V |
门顶上 0.2 m 壁明 |
个 |
7 |
2 |
A型灯具 巡检灭灯，平时常亮 |
4 |
|
集中电源集中
控制型消防应
急安全出口标志 |
HY-BLJC-1 OE Ⅱ 0.2W |
150 × 365 × 8 |
1WDC24V |
门顶上 0.2 m 壁明 |
个 |
85 |
21 |
A型灯具 巡检灭灯，平时常亮 |
5 |
|
集中电源集中
控制型消防应
急楼层标志灯 |
HY-BLJC-1 OE Ⅱ 0.2W |
150 × 365 × 8 |
0.2WDC24 |
底边距地 2.3 m 壁明 |
个 |
20 |
22 |
A型灯具 巡检灭灯，平时可亮/可不亮 |
6 |
|
集中电源集中
控制型消防应
急照明灯 |
HY-ZFJC-E 3WX |
Φ291 mm H = 97 mm |
2×3WDC24 |
吸顶安装 |
套 |
276 |
127 |
A型灯具，应急自动点燃 |
... |
....... |
...... |
...... |
...... |
...... |
...... |
... |
... |
... |
...... |
7 |
....... |
通讯总线
(485总线) |
WDZN-RYJSP-{2x1.5) |
详系统图 |
米 |
按实计 |
按实计 |
....... |
8 |
....... |
通讯线 |
WDZN- RYJS- (2x1.5) |
详系统图 |
米 |
按实计 |
按实计 |
....... |
9 |
....... |
DC24V电源线 |
WDZN- BYJ-(2x2 5) |
详系统图 |
米 |
按实计 |
按实计 |
....... |
|
....... |
热镀锌钢管 |
SC20、SC25 |
详系统图 |
米 |
按实计 |
按实计 |
....... |
数据来源于某市某中学3#楼学员宿舍电气施工图。
通过对比分析可知应用BIM之后获得较大的经济效益：算量的时间可以节约75%以上、准确率达到95%以上；且发生碰撞返工的问题大大的减少，大概可节约总费用的5%~8%；变更成本评估时间从3天缩至2小时；采购成本降低约3%，协同效率提高，合同纠纷得到缓解。
Table 2. Comparison of economic indicators of construction cost between No.2 dormitory building and No.3 dormitory building
表2. 2#宿舍楼与3#宿舍楼工程造价经济指标对比
工程名称 |
某市某中学2#教师宿舍楼 |
某市中学3#教师宿舍楼 |
工程
概况 |
总建筑面积(m2) |
地上13051.04，地下1590 |
地上4562.67，地下994.48 |
结构/层数 |
框剪结构/地下1层，地上12层 |
框剪结构/地下一层，地上10层 |
建筑高度(m) |
36 |
31 |
造价
指标 |
项目名称 |
金额(元) |
平米指标
(元/m2) |
占总造价比例(%) |
金额(元) |
平米指标
(元/m2) |
占总造价比例(%) |
工程造价 |
5810225.03 |
445.19 |
100 |
1114576.68 |
371.45 |
100 |
其中 |
分部分项和单价措施项目费 |
4764477.97 |
365.07 |
82.00 |
947513.13 |
315.78 |
85.01 |
总价措施费 |
200627.62 |
15.37 |
3.45 |
15654.37 |
5.22 |
1.40 |
税前项目费 |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
规费 |
365376.10 |
27.99 |
6.29 |
54661.12 |
18.22 |
4.9 |
税金 |
479743.34 |
36.76 |
8.26 |
96748.06 |
32.24 |
8.68 |
数据来源于某市某中学教学宿舍项目招标控制价。
4.4. 应用过程中的挑战与对策
针对缺乏标准和协议的问题，项目初期由业主牵头制定BIM实施方案和造型标准；建立基于云平台的协同工作流程，实现信息共享。针对协同难度大的问题；针对前期投入费用较高的问题，我们从整个生命周期费用的角度来看投入的问题，业主应有前瞻意识，方能建立整个项目的建筑信息系统Building Information Modeling。实现信息共享，让投资成本得到预期的控制。
5. 结论与展望
5.1. 研究结论
研究发现，BIM技术能够很好地解决传统造价管理模式在面对智能家居系统的复杂度问题上无能为力的难题。利用项目全生命周期BIM成本控制体系，经过精准算量、碰撞检测、动态成本控制以及变革管理等一系列措施后，将使原本的“粗放式”管理模式转变成“精细化”管理方式，其效果会很显著，BIM技术的应用会取得直接或间接的管理收益。
5.2. 未来展望
投资成本的控制，除了需要考虑工程量精准计算和避免碰撞造成返工外，还有其他的多种因素，如材料价格品牌不同，价格不同等因素存在。在项目投资成本的控制管理中均要考虑周全。今后需要做以下工作：基于实际数据研究BIM和互联网、大数据和人工智能的结合，实现精准的成本分析；研制基于行业通用标准的智能家居产品BIM标准族库；实现实质上的全生命周期成本管理，由以往只关注项目建设期间的管控转变为项目建设全过程(即供应链管理 + 资产管理)的管控。
NOTES
*通讯作者。