尹為強(qiáng) 肖名義

(廣聯(lián)達(dá)軟件股份有限公司,北京 100193)

1 引言

目前我國正處在城鎮(zhèn)化、城市化進(jìn)程的快速發(fā)展時(shí)期,作為國家支柱產(chǎn)業(yè)之一的建筑業(yè)因此迎來了巨大的發(fā)展機(jī)遇。每年我國在建的建筑工程數(shù)量在全球所占比例很大,但是相比歐美等發(fā)達(dá)國家,我國的建筑業(yè)依然存在以下亟待提高的地方:信息化程度低、能源消耗大、工作效率低、機(jī)械化程度低等。

鋼筋工程[1]是整個(gè)建筑工程中工程量計(jì)算的重點(diǎn)與難點(diǎn),據(jù)統(tǒng)計(jì)鋼筋工程的計(jì)算量占總工程量的 50～60%,其中列計(jì)算式的時(shí)間占 50%左右。因此工程造價(jià)人員的工作是重復(fù)、繁重和辛苦的。廣聯(lián)達(dá)公司專注于建設(shè)領(lǐng)域,提供建筑工程信息化整體解決方案。從 1997年起,廣聯(lián)達(dá)公司推出第一代基于建筑實(shí)體模型的算量軟件,經(jīng)過十余年的專業(yè)沉淀與技術(shù)研究,至 2007年已經(jīng)更新到第六代。過程中,孕育了 BIM在招投標(biāo)、施工過程、竣工驗(yàn)收等階段的應(yīng)用產(chǎn)品,提出建筑工程全過程的解決方案。

本文淺述的內(nèi)容是 BIM 5D技術(shù)在整個(gè)鋼筋工程中的應(yīng)用,涵蓋了從工程模型建立到鋼筋預(yù)算算量、鋼筋翻樣算量、鋼筋施工算量等各子階段。

2 GBIM-5D概述

BIM(Building Information Modeling,建筑信息模型)[2]技術(shù)于上世紀(jì) 90年代起源于國外,其基本思想是,在利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí),不再是對線段、弧線、圓等基本圖元進(jìn)行操作,而是對帶有屬性信息的建筑構(gòu)件進(jìn)行操作。BIM技術(shù)是引領(lǐng)建筑業(yè)信息技術(shù)走向更高層次的一種新技術(shù),它的全面應(yīng)用將為建筑業(yè)的進(jìn)步產(chǎn)生巨大而深遠(yuǎn)的影響,大大提高建筑工程的集成化程度。同時(shí),也為建筑業(yè)的發(fā)展帶來巨大的效益,使設(shè)計(jì)乃至整個(gè)工程的質(zhì)量和效率顯著提高、成本降低。

BIM數(shù)據(jù)模型基于 3D建模技術(shù)[3],融入了建筑構(gòu)件的屬性信息,封裝成的多維度、多屬性的信息載體。廣聯(lián)達(dá)公司的 BIM5D技術(shù)(簡稱 GBIM-5D)是在 BIM技術(shù)的基礎(chǔ)上,加入時(shí)間(Time)和成本(Cost)兩個(gè)維度,封裝成的五維信息載體。GBIM-5D承載建筑工程 3D幾何模型和建筑實(shí)體的建造時(shí)間、成本,內(nèi)容包括空間幾何信息、WBS節(jié)點(diǎn)信息、時(shí)間范圍信息、合同預(yù)算信息、施工預(yù)算信息等。從而解決了 BIM只關(guān)注幾何屬性和構(gòu)件屬性的不足,拓展了 BIM信息模型的建模能力與應(yīng)用范圍。

GBIM-5D技術(shù)由于加入了時(shí)間和成本屬性,因而在鋼筋工程各階段的實(shí)施過程中,能夠關(guān)注工程進(jìn)度、工程成本和造價(jià)。使鋼筋工程的進(jìn)度管理和成本管理成為可能,并在 3D處理上做了大膽的創(chuàng)新嘗試,構(gòu)造三維可視化鋼筋數(shù)據(jù)模型,使得放樣更直觀,排查更方面,可以很好地指導(dǎo)鋼筋現(xiàn)場施工,大大提高了施工效率。

3 技術(shù)方案與實(shí)現(xiàn)

基于 GBIM-5D數(shù)據(jù)模型的技術(shù),在建筑工程建造階段的各算量業(yè)務(wù)中均有應(yīng)用。它利用 GBIM-5D數(shù)據(jù)模型,依據(jù)工程量計(jì)算要求計(jì)算各專業(yè)和不同類型算量。包括:土建、建筑裝飾、鋼筋、安裝(含給排水、采暖、電氣、消防、空調(diào)通風(fēng)、智控弱電六個(gè)專業(yè))、精裝修工程量、鋼筋下料等、施工計(jì)劃算量、進(jìn)度報(bào)量算量、設(shè)計(jì)變更算量等。GBIM-5D數(shù)據(jù)模型的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)是基于廣聯(lián)達(dá)自主研發(fā)的圖形平臺,以 GBIM-5D數(shù)據(jù)模型為中心,做到共享模型數(shù)據(jù),共享平臺文件。

3.1 GBIM-5D數(shù)據(jù)模型

GBIM-5D數(shù)據(jù)模型參照使用3層數(shù)據(jù)模型:數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層和表現(xiàn)層。數(shù)據(jù)層是 GBIM-5D的數(shù)據(jù)區(qū),包括建筑實(shí)體(Building Elements)的物理信息、3D幾何信息,建筑工程的工作內(nèi)容、成本、施工過程等信息數(shù)據(jù),可供招投標(biāo)、建造等不同階段,不同工種(如 建筑師、土木工程師、結(jié)構(gòu)工程師等)之間進(jìn)行信息共享。業(yè)務(wù)層包括兩個(gè)方面:業(yè)務(wù)規(guī)則和模型操作,它們是一個(gè)個(gè)可以封裝的具有業(yè)務(wù)獨(dú)立性的 Com組件。最后把業(yè)務(wù)規(guī)則、模型操作和數(shù)據(jù)層進(jìn)行組合成不同的產(chǎn)品表現(xiàn),以滿足不同的應(yīng)用需求。

圖1 GBIM-5D數(shù)據(jù)模型

圖2 基于BIM 5D數(shù)據(jù)模型的產(chǎn)品架構(gòu)

3.2 GBIM-5D產(chǎn)品架構(gòu)

鋼筋算量、鋼筋下料等軟件的架構(gòu)如圖2所示,整體采用 MVC架構(gòu)。數(shù)據(jù)模型部分就是 GBIM-5D數(shù)據(jù)模型,分為核心的 BIM以及擴(kuò)展的 Cost和 Time部分。GGC是產(chǎn)品的核心,即是傳統(tǒng)意義上的 BIM模型,包含幾何屬性 Shape和建筑屬性 Property。WBS(Work Breakdown Structure,工作分解結(jié)構(gòu))[4]是鋼筋工程時(shí)間維度的體現(xiàn),WBS對鋼筋工程進(jìn)行了細(xì)分,使項(xiàng)目工作更加詳細(xì)。軟件通過定義劃分工程施工節(jié)點(diǎn)(流水段),做到對工程進(jìn)度的時(shí)間管理。

對于產(chǎn)品線的不同軟件產(chǎn)品,GBIM-5D數(shù)據(jù)模型是相同的,只是呈現(xiàn)與控制的實(shí)現(xiàn)不同。這樣工程數(shù)據(jù)的共享,模型數(shù)據(jù)的共享就變得容易了。

3.3 基于 GBIM-5D數(shù)據(jù)模型的呈現(xiàn)

產(chǎn)品采用移植性好、使用率高的 3D圖形庫OpenGL作為模型呈現(xiàn)庫,結(jié)合業(yè)務(wù)的考慮,內(nèi)置了兩種視圖環(huán)境:3D視圖和 2D視圖。軟件可以方便地在3D和2D視圖下面進(jìn)行顯示圖元的繪制、編輯、修改、屬性定義與修改等操作。其呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

View2D、View3D使用 BIM5D模型數(shù)據(jù),利用OpenGL顯示庫進(jìn)行模型的二維、三維顯示。

圖3 BIM 5D模型數(shù)據(jù)呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)

3.4 產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)

鋼筋軟件產(chǎn)品方案是:依據(jù)國家設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),參照工程中的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)形式,運(yùn)用整個(gè)工程 BIM信息模型中構(gòu)件實(shí)體的 3D數(shù)據(jù),如梁、柱、板等 3D幾何模型。在計(jì)算機(jī)屏幕上經(jīng)過增刪改等操作輸入建筑實(shí)體構(gòu)件(Building Elements)的相關(guān)鋼筋信息,通過設(shè)置的鋼筋計(jì)算規(guī)則,系統(tǒng)自動計(jì)算模型內(nèi)所有構(gòu)件實(shí)體的鋼筋信息。使軟件在鋼筋處理使用上,簡便和智能化,同時(shí)把鋼筋信息全面融合到 BIM信息模型中。下面主要闡述工程設(shè)置和建模輸入模塊,相對 BIM5D數(shù)據(jù)模型的實(shí)現(xiàn)。

a.BIM5D中時(shí)間、成本的實(shí)現(xiàn)

在工程設(shè)置中可以定義工程節(jié)點(diǎn)(流水段),進(jìn)行量價(jià)套定。如圖4所示,就是建立 WBS節(jié)點(diǎn)和顯示 WBS掛接模型后的預(yù)算內(nèi)容。

由于 GBIM-5D中成本和時(shí)間兩個(gè)維度在軟件的工程節(jié)點(diǎn)中予以了體現(xiàn),所以軟件能夠指導(dǎo)鋼筋工程的成本控制和時(shí)間進(jìn)度控制。如圖5所示,對于工程節(jié)點(diǎn)(WBS),在建模中能夠清晰明了地查看每個(gè)節(jié)點(diǎn)的成本、工作內(nèi)容和工作范圍(WBS節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的 3D構(gòu)件實(shí)體)等。

圖4 工程節(jié)點(diǎn)中量和價(jià)的關(guān)聯(lián)

b.GBIM-5D中幾何屬性、建筑屬性的實(shí)現(xiàn)

建筑信息模型數(shù)據(jù)作為 GBIM-5D數(shù)據(jù)模型的組成部分,是鋼筋工程模型的基礎(chǔ)和核心部分。當(dāng)前廣聯(lián)達(dá)鋼筋翻樣軟件采用了公司自主的數(shù)據(jù)平臺 GSP進(jìn)行幾何數(shù)據(jù)和建筑屬性數(shù)據(jù)的存儲,使用GGC圖形平臺進(jìn)行了數(shù)據(jù)封裝與開發(fā)。軟件對于墻、板、基礎(chǔ)等主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件予以了鋼筋結(jié)果三維呈現(xiàn)。

如圖6～8所示,為鋼筋工程中主要建筑構(gòu)件墻、基礎(chǔ)的 GBIM-5D數(shù)據(jù)模型的三維呈現(xiàn)?？梢钥闯鲈撲摻钊S結(jié)構(gòu)清晰明了,便于鋼筋預(yù)算時(shí)工程量的對量和核算,便于鋼筋下料時(shí)鋼筋的截?cái)嗪图庸?便于鋼筋現(xiàn)場施工時(shí)鋼筋的排放和綁扎。所以該基于 GBIM-5D數(shù)據(jù)模型的計(jì)算結(jié)果,對于鋼筋工程的各階段都具有很強(qiáng)的實(shí)用性和指導(dǎo)意義。

表2 抽樣鋼筋工程計(jì)算準(zhǔn)確率

4 應(yīng)用結(jié)果

目前廣聯(lián)達(dá)鋼筋算量等軟件全國用戶數(shù)量在 15萬以上,從市場的反應(yīng)以及用戶的反饋來看,該產(chǎn)品計(jì)算準(zhǔn)確性高,易學(xué)易用,大大提高了鋼筋工程造價(jià)預(yù)算的效率。表1是用戶鋼筋工程抽樣的信息。

表1 用戶工程信息的抽樣

通過上面表1、表2能夠分析得出,對于大型的鋼筋工程,其墻、板、基礎(chǔ)等主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件的鋼筋三維數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率很高。能夠大大提高用戶做鋼筋工程的工作效率。

5 結(jié)論

廣聯(lián)達(dá)公司的GBIM-5D技術(shù)在鋼筋工程中應(yīng)用的軟件產(chǎn)品,能夠很好地解決用戶做鋼筋工程時(shí)的各種問題?；?GBIM-5D的鋼筋算量、鋼筋下料等軟件的應(yīng)用,解決了建筑業(yè)工作效率低、信息化低等的現(xiàn)狀。后續(xù)工作還需要在 GBIM-5D技術(shù)中的成本和時(shí)間作進(jìn)一步地深入應(yīng)用,同時(shí)在產(chǎn)品線各產(chǎn)品的融合作更多工作,為推動建筑行業(yè)信息化服務(wù)。

[1]王威,高瑞清.淺談工程施工中鋼筋工程的施工工藝.理論縱橫,2009年第3期.

[2]馬智亮.BIM技術(shù)及其在我國的應(yīng)用問題和對策.中國建設(shè)信息.

[3]楊福邁.利用OpenGL實(shí)現(xiàn)三維繪圖.電腦知識與技術(shù),2005年第26期.

[4]張學(xué)佳,梁利娟等.淺談 WBS結(jié)構(gòu)在國際總承包工程中的應(yīng)用.中國高新技術(shù)企業(yè),2010年第7期.