【BIM项目案例】HILLWOOD商业项目——BIM之概念成本估算

一、前言

本案例研究要点是建筑信息模型支持项目初期、概念设计及发展阶段的概念估算的潜力。设计-建造商(design-builder)BeckGroup使用参数模型示范在项目初期提供业主设计传达选项的利益，让业主和设计-建造团队去探索更多选项，而最终在方案和成本的要求方面得到更佳的整体设计。

本项目座落于德州的达拉斯市中心的Victory区，原为一个老旧的铁路调车场，目前为了准备进行Victory Park DevelopmentProject而在整地中，Victory Park将包含了商办设施和一些其他建筑（见图1)。业主和开发商HillwoodDevelopmen计划要将办公室和商场出租。项目起始于2006年8月，总造价包含设计服务费将由Beck Group支付。在2007年3月，项目进入方案设计阶段，租赁的研商也正在进行中。本案例研究将从概念设计估算的开始进行，关注本项目为期2个月的方案设计。

图1：项目基地图示（A) 3D的项目基地渲染图。(B) Victory项目的3D渲染图。(C) 2D的AutoCAD平面视图。(D)3D概念性建筑渲染图。

项目为一6层楼高，面积达135,000平方英尺的商办大楼，基地为1.6英亩。基地对车辆和行人有特殊限制，因地形而需要做成无障碍设计（见图1 )。Beck Group主要是商业大楼的建商，有许多重复的客户，他们的服务包含使用合适的软件做概念估算。

二、概念估算过程

Beck Group把提供概念估算视为他们的标准建筑设计服务之一。在德州的达拉斯，Beck Group在当地的设计-建造商之中具独占鳌头的地位，他们率先使用以参数为基础的CAD来支持他们的设计和施工程序。在2000年，Beck Group获得了Parametric TechnologyCorporation (PTC)智慧财产权，而得以提供客户更佳的服务。在Beck Group里有一个全天候待命的小组，专门进行定制化和提升这项技术，他们有能力用PTC的技术将建筑和他们的专业结合在一起。他们初步的工作则是致力于支持快速探索不同的设计选项。

在本项目中，Beck Group在业主签订了概念设计后，即在方案设计阶段开始之前就着手制作的数位模型。Beck Group的建筑设计团队在探索各种设计修正方案和评估每项替代功能相关的费用后，发展出一个概念成本模型和估算。这个反复修正的过程包含了设计替代方案的探索、计算成本估算和客户简报。参与者主要来自Beck Group的建筑师和施工计划管理人，施工计划管理人在可施工性、估算和施工前服务方面提供指导。由于Beck Group为设计-建造公司，他们可以依赖内部知识。来自两团队的成员皆能受益于多产业的合作。

三、BIM技术支持概念估算之概观

主要使用软件DProfiler，DProfiler可以从数位设计模型生成精确的估算值，提供以BIM为基础的解决方案。DProfiler是3D参数化BIM软件，可以让团队在特定功能、参数变数和自订设计的基础上用参数元件快速生成设计。相较于其他建筑资讯建模工具，使用DProfiler主要能加强和成本资讯之间的连结。

当设计师使用来自建筑元件资料库的元件打造一个数位模型时，则可浏览即时成本资讯。每个与支出项目相关的元件皆来自于资料库。DProfiler软件可以和RSMeans的成本数据进行整合，RSMeans内包含了18,000个组件和超过18,000个单项条目（line items)。RSMeans是由Reed Construction Data开发的工程支出资料库。这样的关联让团队可以快速计算特定功能和设计替代方案，也让业主和设计师能在即时的状态下工作。

Beck使用DProfiler进行数位估算程序并产生估算值，和传统的人工估算相比可减少92%的时间，且在类似的案件人工估算值还多算了1%。因此，设计团队也可以用更少的时间达成同样的目标，让估算更精确并有能力探索更多方案。对于他们的客户而言是一项重要的利益。

四、BIM估算程序之概观

一旦设计团队已经发展出初期概念，使用专门建模的DProfiler来创建一个与支出项目相连结的参数化建筑模型（图2)。重要的第一步是输入项目的资讯，包含项目的邮政编码，这样可让团队将地区性的成本因素考量进来（见图3)。之后模组要选择与案件最相似的建筑类型。建筑类型设定了项目的预订假设，这项假设是来自于DProfiler资料库内的预定参数值。建筑类型基本上是连结传统建筑元素的线索，例如，它使用一个4到6层楼的办公室大楼模板，内含在此类建筑物当中常见的现场浇置钢筋混凝土结构和板构件，而另外一栋为8到24层的钢骨住宅大楼，其中会包含钢构件。这些模板都以Beck Group在相似项目的经验为基础创建而成，其他的23个项目模板亦是如此。组织可以根据他们设计和建造的设施发展和修改这些基础模版。

图2：使用DPrafile做概念性分析的作业流程。包含：设计方案的建模及发展，使用参数化建筑元件和/或专案模版；用来自于如RSMeans的成本资料库中与成本资讯相关联的建筑元件，进行以评估为目的的估算，让具有经验的设计师和项目经理进行观察；然后业主和设计-建造团队一同展示和检视评估过的设计选项。整个过程可以运用在不同的设计方案上。

而后模组会根据初始概念，使用选择的模版中的建筑元件对项目基地和建筑进行布局。模组可以输入2D平面图并把它们当底图来加速初始设计程序。当模组创建基地或是建筑量体时，总数据将会即时更新，如图3所示。

每个元件或是构件都和资料库中的支出项目相关。当模组将细节加入模型之中，成本估算会即时更新且模组可以浏览估算出来的资讯，如图3所示。在这个状况下，项目和RSMeans成本资料库的资讯有关联，但也可以建立自订的单项条目或构件。

图3：Dprofiler的快照显示项目资讯、建筑摘要数据、停车位摘要数据、基地与基地使用率数据以及模拟设计的即时成本估算。

这些支出包含有从模型元件中提取参数的规则的单项条目，以及非图示的建筑元件。举例而言，板构件可能包含考量到防火的规则，及建筑物内板面积每2500平方英尺就要有一个消防箱等条件。此外，支出单项条目可用来计算和临时服务或其他较无形的建筑项目相关的成本。纵观整个建模程序，模组在3D模型视图和细化成本视图之间切换，如图4所示。

图4：Dprofiler详细成本估算的荧幕快照展示结构层次和资讯。

值得一提的是设计和施工团队一定要一起界定这类项目和决定将它们纳入估算模板、元素或构件的最佳方式。

建模过程也会牵涉到新元件的建立或非一般或特殊元件的构件形状。例如遮阳元件则为了这个案件由scratch所建立。这部分牵涉到建立元件的几何形状，及在成本资料库中和它相关的构件项目。

当模型已被建立，和成本资料库相关的即时资讯就变得垂手可得。这种类型的资讯提供设计师目前设计替代方案的成本预估值，也可提供特定设计功能的相关成本。

五、已评估的设计替代方案

Beck的设计-建造团队同时也使用DProfiler跑一些备用方案，以防初始设计概念模型和相关的估算是超过预算且无法在业主的Proforma工作架构下作业的情况发生（见图5)。团队评估数种成本选项，如改变每层楼的高度、加入和移除楼层已增加或减少楼地板面积、改变车库元件的位置，还有将现有平面图改成更直线性且更具效率的形状，来确定因现场限制造成的成本溢价，现场限制可能会让团队使用效率较低的计划和边界形状。

图5：DProfiler系统的萤幕快照，图为项目的2D空间视图、3D视图、相关的Proforma (左上角的视图）和成本细目(右边）。

一个设计选项包含了在外部的窗墙系统使用玻璃釉料，取代施工成本高昂的金属面板，以应付直接来自南向和西向阳光的曝晒。图6(A)和(B)为此两种选项。团队结合不同的选项（在可能的情况下），并与业主检视这些资讯。

图6：(A)图为有拱型遮阳棚可以遮蔽阳光直接照射的设计选项的模型快照，（B)图为移除遮阳棚并用玻璃釉料取代的设计选项的模型快照。玻璃釉料是一种用在玻璃内部的薄膜，在模型中是看不到的。

团队可直接把设计变数，如租赁空间的面积，输入到业主的财务Proforma里，但在本项目里并未采用此做法。潜在的优点是直接把模型和Proforma连结在一起，便能做包含估算建筑成本和营运收入及支出的即时反馈。由于业主一般视这些资讯为财产，因此可用真实建筑尺寸快速评估设计选项的功能便是无价的。DProfiler系统提供把模型变数连结到Microsoft Excel试算表的变数和公式的功能。取代直接连结到业主的Proforma，Beck团队使用根据业主输入的Proforma并进行修正后，拿来评估设计选项和观察楼地板面积的增加和减少如何影响整体结果。业主对于这项功能的回应是：【建模内有价格影响的设计选项，我们可以鉴别适合市场的产品。潜在的租户将会有高度需求，我们必须同时提供正确的建筑和正确的租金来满足他们。】

六、实现利益

概念阶段评估为业主和设计团队带来无数的利益，这些利益包括：

减少制作估算的施工前/估算人力工时：时间的减少的原因来自于两方，首先是一般的估算过程需要来自施工前团队的成员的参与，包含估算师和有经验的工程管理人。有了DProfiler，设计团队中经验老到的成员可以在项目经理的指导下产生估算，因此会减少他们工作的时间，以及减少估算团队为了协调而需要的整体人力工时。在传统的设定下，同样的估算结果需要多一个人才能在同样的时间内达到同样的计算数量。再者，DProfiler可以执行繁琐的数量计算程序，大幅度减少传统方式所需要的时间。

正确的即时成本估计：参数化模型用验证确保了数量的精确性，确保所有的物件都被纳入计算，如此便能减少估算的潜在错误。成本的快速反馈使设计团队可以聚焦于分析设计变更的财务影响，而非评估估算值的正确性。

估算的视觉表现：成本估算在3D模型中以图形方式呈现。这种作法减少了因成本估算师的疏忽造成的潜在错误和疏漏。例如，传统外墙包覆的量化是以表面积来做计算，但如果估算师错估了墙的面积或遗漏了其中一部分，这个面积就不会被计算到。有DProfiler的话，假设模组遗失了外墙包覆的一个区块，便会直接显示在3D图示上。换言之，板的面积是参数值，代表模型是用它固有的几何形状计算它的面积。板也可以用图形表示，因此使得可以在视觉上看到板的几何形状。因为成本估算是直接连结到模型中的实体元件，让模型中的元件不和成本或相连几乎是不可能的，反之亦然，让估算的成本不显示在实体元件上是几乎不可能的。举例而言，模组在建筑中发现一块多余的面积，而这块面积在2D平面和建筑剖面上是很难被察觉出来的。业主对于这样功能的反应是：【使用这套软件带给我们的意义在于，我们可以得到我们关于整个项目成本所需要的资讯，同时也能以视觉化文件的方式呈现成本代表的意义。】

七、结论

在设计程序早期的概念性估算为业主和设计-建造团队带来大量的潜在利益。本案例研究指出了组织如何在多年以后调整他们的设计程序，并从BIM技术中获益，使他们能提供客户更佳的服务和完成更具成本效益且更贴近业主要求的设计。要达到这些利益需要：

*经验老到的设计师和项目经理，他们能在数位估算过程中提供无价的洞察力。对这种新技术的常见误解就是智慧型解决方案和强大的软件可让年轻和经验较少的员工可以变得有效率。本案例研究指出了由有知识和技术且具现场经验的员工操作软件，他们对于和建筑施工相关的构件与复杂度的了解是相当宝贵的。在很多状况下，这些软件需要更多人投入更多心力来提升产出物的效率与品质。

*在程序早期投资时间和心力来训练员工正确地使用软件。

*自订符合组织的标准估算程序的资料库。当组织采纳这些类型的概念性估算软件时，在前期需要大量的投资来转换估算规则和方式为模型变数、参数和模型元件属性。过了一段时间，相似项目的先期投资将会大幅减少。这部分涉及了使用工业格式发展连结建筑元件和成本项目的标准途径，如UniFormat fields或可以被简单地和成本资料库中的项目作连结的自订义属性。

*业主或客户配合提供评估和分析估算资讯的Proforma模版或试算表，连结这些模版到试算表可以省略掉程序中的其他步骤，并提供业主浏览估算数据的软件，不仅是施工成本方面，还要有它对营运收入及支出造成的冲击。

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