BIM 技术在建筑设计中降低工程造价的应用

摘要：BIM技术通过三维虚拟建模，实现建筑全周期信息化管理，有效降低了工程造价。其在设计优化、工程量计算、进度模拟、资源优化配置及造价信息管理等方面发挥重要作用，减少了设计错误，提高了施工效率，优化了物流及协调，实现了全过程的造价管控，显著降低了工程成本。

关键词：BIM技术；建筑设计；工程造价；信息化管理

一、引言

随着建筑行业的快速发展，工程造价控制成为项目管理中的关键环节。传统的工程造价管理方式往往依赖于二维图纸和手工计算，这种方式不仅效率低下，而且容易出现误差，导致工程造价偏高。建筑信息模型（BIM）技术的出现，为工程造价管理带来了新的机遇。BIM技术通过三维虚拟建模的方式，实现对建筑进行全周期信息化管理，从而在建筑设计中有效降低工程造价。

二、BIM技术概述

BIM技术是一种集成了建筑工程项目各种相关信息的数据模型，是对工程项目设施实体与功能特性的数字化表达。它涵盖了几何学、空间关系、地理信息系统、各种建筑组件的性质及数量等信息，为建筑项目的设计、施工、运营等全生命周期提供了可靠的数据支持。BIM技术的核心在于其可视化、协调性、模拟性、优化性等特点，这些特点为降低工程造价提供了有力保障。

三、BIM技术在设计阶段降低工程造价的具体应用

3.1 设计优化与错误减少

3.1.1 可视化设计与冲突检测

设计师在利用BIM技术进行建筑设计时，能够获得前所未有的直观体验。三维建模不仅让建筑的每个细节都清晰可见，而且使得空间布局和结构安排变得一目了然。当所有组件都被精确地放置于虚拟环境中，潜在的设计冲突便暴露无遗。借助AI辅助设计优化工具，可以深入分析海量数据，自动生成多种设计方案，并对其成本效益进行全面评估。这一过程为设计师提供了丰富的选择，使其能够在众多方案中甄选出最符合项目需求的那个。同时，自动化流程大大提升了工作效率，确保每一个决策都在节省时间和资源方面发挥最大效能。此外，通过实时调整设计参数，团队可以在早期阶段迅速解决发现的问题，从而避免后期施工中的额外开销和延误。

3.1.2 环境模拟与节能优化

建筑环境性能的评估是现代建筑设计不可或缺的一部分。BIM技术在这方面展现了其独特价值，允许对建筑物的采光、通风及能耗等关键指标进行细致入微的模拟分析。结合AI算法，基于BIM的成本预测成为可能，使得工程造价估算更加精准，有助于识别并规避潜在的成本风险。AI的应用还体现在对建筑材料的选择上，它可以根据特定的功能需求推荐最优材料组合，以达到降低成本的目的。不仅如此，这种技术还能优化设备布局，确保每一寸空间都被高效利用。如此一来，不仅能提升建筑的舒适性和功能性，也为长期运营成本控制打下坚实基础。借助先进技术的力量，设计师得以实现节能减排目标，推动绿色建筑的发展。

3.1.3 预先模拟与迭代优化

面对复杂多变的建筑设计挑战，预先模拟显得尤为重要。借助BIM技术，设计师能够对不同设计方案进行多次模拟，探索各种可能性。每一次模拟都是对设计方案的一次深度检验，有助于发现潜在问题并提前规划解决方案。AI在此过程中扮演着重要角色，它能识别出进度延误和成本超支的风险因素，指导团队做出更为科学合理的决策。随着每一轮迭代优化的推进，设计方案不断完善，最终形成一个既满足功能要求又经济合理的结果。此方法鼓励设计师从项目的初始阶段就考虑全局，采用系统化思维进行设计。这不仅提高了设计质量，也确保了项目的顺利实施，减少了不必要的返工和变更，极大地提升了项目的整体效益。

3.2 精确工程量计算

3.2.1 提高计算效率与准确性

BIM技术提供精确高效的工程量计算方式，AI工程量自动计算从BIM模型中自动提取信息，减少人工计算错误，提高效率，为成本控制提供准确数据支持。传统的工程量计算方法通常依赖手工操作或二维软件，这不仅耗时费力，而且容易出现漏项和计算错误。相比之下，BIM技术提供了更为精确和高效的工程量计算方式。由于BIM模型包含了详细的建筑信息，如构件尺寸、数量和材质等，造价人员可以直接从模型中提取所需数据，利用自动算量功能快速准确地完成计算。

3.2.2 合理安排材料采购与施工计划

借助AI材料管理与采购优化，可以分析材料价格波动趋势，优化材料采购计划，降低材料成本。同时，优化材料库存管理，减少浪费。当所有材料的数量和规格都明确后，可以根据实际需要进行精准采购，避免了因过量购买造成的浪费以及因材料不足导致的工期延误。此外，准确的工程量数据也为制定合理的施工进度计划提供了依据，确保人力和物力资源得到最优化配置，进一步降低了施工成本。

3.3 施工进度模拟与资源优化配置

3.3.1 施工过程的4D模拟

将BIM技术与施工进度计划相结合创建4D-BIM模型，用于模拟整个施工过程。AI施工进度模拟在此基础上进一步优化施工计划，识别潜在的进度延误和成本超支风险，提高施工效率。例如，在大型商业综合体的建设中，利用4D-BIM模型可以清晰地展示不同阶段的施工活动及其相互关系，使得管理人员能够更好地规划和协调各项工作。此外，通过对施工进度的动态模拟，项目团队还可以识别出可能影响工期的关键路径，并采取相应的措施加以优化，从而确保项目按时完成。

3.3.2 资源优化配置

基于4D-BIM模型的施工进度模拟不仅有助于发现潜在问题，还为资源的优化配置提供了依据。合理安排施工人员、机械设备和材料的进场时间是降低施工成本的关键因素之一。例如，对于重型机械的调度，如果按照传统方式随意安排，可能会因为设备闲置或者过度集中使用而导致成本增加。而借助于BIM技术，就可以根据实际需要精确调配，最大限度地发挥每一台设备的作用。通过这种方式，BIM技术不仅提高了施工效率，也有效降低了成本。

3.3.3 风险预测与应对策略借助AI技术

在施工管理中，风险预测至关重要，而AI技术的应用使得这一过程更加精准高效。利用AI算法分析历史项目数据和实时现场信息，可以识别出潜在的施工风险，如天气变化、供应链中断或劳动力短缺等，并为这些风险提供量化的评估。基于这些评估结果，AI能够生成针对性的应对策略，帮助管理者提前做好准备，减少不确定性对项目进度的影响。例如，通过机器学习模型预测未来几周的天气情况，系统可以建议调整户外作业的时间表以避开恶劣天气，或者提出临时保护措施来保障工程不受影响。此外，AI还能监控市场价格波动，预测原材料成本的变化趋势，从而指导采购决策，避免因价格突然上涨造成的预算超支。

3.4 全过程造价信息管理

3.4.1 数据集成与透明度

全过程造价信息管理实现了从项目策划到竣工验收的造价信息集成化管理，提高了决策质量与项目成功率。基于BIM的协同平台实现信息共享与协同工作，减少沟通成本，提高工作效率。例如，在招标过程中，潜在的承包商可以通过访问BIM模型了解项目的具体要求和预期成本，做出更加准确的报价。此外，所有相关方都可以访问相同的BIM模型，查看最新的工程量和成本估算，有助于建立各方之间的信任关系。

3.4.2 实时监控与动态调整

实时监控造价变化情况，预测可能的风险点，并迅速做出反应。AI辅助运维管理基于BIM模型分析运行数据，优化维护计划，降低运维成本。AI能耗优化则能够分析建筑能耗数据，优化能源管理策略，降低运行能耗。例如，通过分析建筑能耗数据，AI可以识别能耗异常，提出改进措施，减少不必要的能源消耗，达到节能减排的目的。同时，BIM技术还支持与其他管理系统（如ERP系统）的对接，实现数据共享和交互操作，进一步加强了造价信息管理的有效性。通过上述措施，BIM技术显著提升了项目的经济性和管理水平，促进了项目的按时按质完成。

3.4.3 提高决策质量与项目成功率借助AI技术

在全过程造价信息管理中，AI技术的应用极大地提高了决策的质量和项目的成功率。首先，AI能够对庞大的数据集进行深度分析，挖掘出隐藏在数据中的模式和趋势，为管理者提供有力的数据支持。通过这种方式，AI帮助识别潜在的风险因素，并提出预防措施，从而避免了可能的成本超支和进度延误。其次，AI辅助的预测模型可以基于历史数据和实时市场动态，精确预测材料价格波动和其他经济变量的变化，使得采购计划更加科学合理，有效控制成本。此外，利用机器学习算法优化资源分配，确保每一阶段的人力、物力资源得到最有效的使用。这种智能化的资源配置不仅提升了工作效率，还减少了资源浪费。最后，AI技术还能增强团队间的沟通效率，通过自动化的报告生成和即时信息更新，确保所有利益相关者都能及时获取最新信息，做出最佳决策。

四、BIM技术在其他阶段对工程造价的影响

4.1 招投标阶段

建设单位和招标代理机构利用BIM设计模型能够高效编制工程量清单，确保数据精确无误。BIM技术的应用使得信息集成度大幅提升，设计信息得以全面呈现于工程量清单中，为潜在投标者提供详尽资料。借助BIM模型，工程量清单直接载入，保证了设计信息的完整性与准确性，给予投标单位可靠依据进行报价。对于参与竞标的施工单位而言，BIM不仅是一个工具，更是一种策略。通过对业主提供的清单深入分析，结合BIM技术揭示的成本结构，有助于施工单位制定出更具竞争力的报价方案。尽管如此，目前很多施工单位尚未充分认识到BIM软件在招投标过程中带来的巨大潜力，限制了其广泛应用。

4.2 施工阶段

动态成本分析赋予项目团队实时监控项目进展及成本变动的能力。仓管人员依赖BIM系统查询特定施工区域所需材料用量，实现限额领料管理，减少资源浪费。BIM技术在处理设计变更时展现出独特优势，任何设计上的调整都能迅速反映在模型更新之中，并自动计算相应工程量变化，避免人工重复计算错误。快速响应机制保障了施工流程不受干扰，同时降低了因设计变更引发的成本上升风险。此外，BIM技术支持下的成本控制措施，让项目经理能及时发现并解决潜在问题，维持项目预算稳定。整个过程强调了技术驱动下的效率提升与成本节约，为项目成功奠定坚实基础。

4.3 竣工结算阶段

BIM模型在竣工结算阶段提供强有力的数据支持，确保结算工作的高效准确。通过对比实际完成工程量与BIM模型预设值，可以迅速确定结算金额，简化结算程序，减少争议。BIM技术助力实现项目造价合理化，确保每一笔支出都有据可依。基于BIM的结算方法减少了传统手工计算可能出现的误差，提升了结算速度与质量。工程各方利用BIM模型作为沟通平台，共享一致的数据源，增强了透明度与信任度。此阶段，BIM不仅优化了结算流程，还促进了各利益相关方之间的协作，确保项目最终成本符合预期目标。通过这种方式，BIM技术在整个建筑生命周期内持续发挥作用，最终实现了经济效益的最大化。

五、BIM技术降低工程造价的案例分析

5.1 项目背景

假设某大型商业综合体项目采用BIM技术进行全过程造价管理。该项目总建筑面积达到10万平方米，包含商业、办公、酒店等多种功能区域。由于项目规模大、功能复杂，传统的造价管理方式难以满足项目需求。

5.2 BIM技术应用

在项目设计阶段，设计师利用BIM技术进行了多轮模拟优化，避免了空间布局冲突和管道碰撞等问题。同时，通过BIM模型的自动算量功能，造价人员快速准确地计算出了工程量，为预算编制提供了可靠依据。

在招投标阶段，建设单位利用BIM模型快速编制了工程量清单，并发布了含有工程量清单的BIM模型给拟投标单位。施工单位则利用BIM技术进行了不平衡报价分析，成功获得了较高的结算利润。

在施工阶段，项目团队利用BIM技术进行了动态成本分析和限额领料管理。通过实时监控造价变化情况，及时采取了控制措施，确保了项目造价始终处于可控范围内。同时，BIM技术还快速响应了设计变更需求，避免了因设计变更带来的成本增加。

在竣工结算阶段，项目团队利用BIM模型提供了准确的结算数据，快速完成了结算工作。通过对比实际施工过程中的工程量与BIM模型中的工程量，确保了项目造价的合理性。

5.3 成效分析

通过采用BIM技术进行全过程造价管理，该项目成功降低了工程造价。具体表现为：设计优化减少了变更和返工成本；精确工程量计算提高了造价估算的准确性；施工进度模拟与资源优化配置提高了施工效率；全过程造价信息管理确保了项目造价的可控性。最终，该项目在保证质量的前提下，成功实现了成本节约和效益提升。

六、结语

BIM技术在建筑设计中降低工程造价的应用具有显著优势。通过设计优化、精确工程量计算、施工进度模拟与资源优化配置以及全过程造价信息管理等方式，BIM技术有效降低了工程造价，提高了项目管理的效率和质量。

参考文献：

[1] 建筑机电安装工程造价控制要点及优化措施研究. 凌燕.房地产世界，2024（22）

[2] 智慧住宅工程造价控制关键技术. 王擎擎;邵文文.住宅与房地产，2024（34）

[3] 建设工程造价控制管理过程中的问题及对策. 贾昆霖.工程技术研究，2024（02）

基金项目：2023年广东省科技创新战略专项资金（“攀登计划”专项资金）资助立项项目（编号：pdjh2023b0683 ）项目名称：BIM 技术在绿色建筑节能设计中的应用