(上海建工四建集團有限公司，上海 201103)

1 引言

BIM(建筑信息模型)包含著豐富數(shù)據(jù)、具有信息化、參數(shù)化特點的建筑數(shù)字化表示模型。隨著BIM的推廣運用，建筑信息模型的功能不僅僅局限在于三維的展示，包含準(zhǔn)確構(gòu)件信息的模型對算量統(tǒng)計占有很大優(yōu)勢。

基于BIM的自動化算量方法比傳統(tǒng)手算更為準(zhǔn)確和快速[1]。實際工程中的部件多數(shù)為不規(guī)則的體量，計算過程非常復(fù)雜，造價工程師很容易因為人為原因造成計算錯誤，BIM的自動化算量工作得出的結(jié)果更為直觀準(zhǔn)確。而快速地得出計算結(jié)果能夠及時反饋設(shè)計方案的成本，便于在整個工程的前期階段對成本進行控制。

1.1 國外研究現(xiàn)狀

在國外，BIM技術(shù)發(fā)展較為成熟，在工程造價中應(yīng)用更貼合市場需求。Faraj等人開發(fā)了基于Web的項目數(shù)據(jù)工程環(huán)境，實現(xiàn)在工程項目中將預(yù)算、工程進度等信息集成共享[2]。Sheryl等人將IFC標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用與成本預(yù)算原型系統(tǒng)的開發(fā)，利用模型中構(gòu)件的信息及屬性自動匹配定額進行成本預(yù)算，實現(xiàn)智能化量價搭接。

而國外的工程量計算軟件如Vico、RIB iTWO等基本為基于5D的BIM軟件，在施工階段可以進行成本與進度計劃的管理。利用BIM模型與工期、費用成本相關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)在施工過程中各個條線的數(shù)據(jù)聯(lián)動。

1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國基于BIM技術(shù)的算量方式主要有以下三種方式[3]。

(1)直接使用Revit明細表統(tǒng)計計算構(gòu)件工程量并輸出為Excel文件，直接利用BIM軟件的工程量統(tǒng)計功能。

(2)在BIM相關(guān)軟件和成本預(yù)算軟件之間建立應(yīng)用程序接口(API)，通過API接口從BIM中提取數(shù)據(jù)與造價軟件對接，比如廣聯(lián)達、魯班等軟件。廣聯(lián)達使用GFC插件，將BIM導(dǎo)出成GFC文件，然后導(dǎo)入到廣聯(lián)達GCL軟件中，運用廣聯(lián)達工程量計算程序生成工程量報表。魯班軟件同樣也是將BIM導(dǎo)入自己的平臺中。

(3)運用開放式數(shù)據(jù)庫連接(ODBC)訪問BIM數(shù)據(jù)庫，以BIM軟件為集成對象。比如新點比目云、ISBIM等軟件都是直接在Revit平臺上開發(fā)，嵌入清單定額規(guī)則，直接訪問模型的數(shù)據(jù)庫，按照規(guī)則生成工程量報表。

對比國內(nèi)外工程算量技術(shù)，國外軟件更貼合集成軟件，將算量、計價、合同管理等整個施工過程中的項目管理集合在同一個平臺。而國內(nèi)目前的技術(shù)只能解決單一問題，算量軟件僅僅實現(xiàn)算量，無法與計價、進度實時交互。

我國目前的三種基于BIM技術(shù)的算量方案前兩種的不足在于：1)Revit軟件內(nèi)置算法不符合國內(nèi)工程量計算規(guī)則，故不能直接使用Revit進行工程量統(tǒng)計；2)使用傳統(tǒng)造價軟件則造成數(shù)據(jù)的封閉性，且沿用BIM模型容易在模型交互時導(dǎo)致模型缺失移位等問題。

根據(jù)我司研發(fā)的智慧建造平臺采用直接使用模型提取的量，再于平臺中與價進行匹配； 既保證了模型的復(fù)用率也實現(xiàn)了工程量數(shù)據(jù)與價格數(shù)據(jù)的集成與匯總，更為貼近國外的技術(shù)，形成基于5D-BIM技術(shù)的施工階段的成本控制與造價管理。故本次研究采用使用Revit算量插件來實現(xiàn)BIM的工程量計算。

2 基于BIM的工程量計算軟件對比研究

圖1 Revit軟件中對單個構(gòu)件的工程量研究

通過對基于BIM技術(shù)的工程量計算三種方式展開對比研究，驗證本研究采用通過BIM模型得出符合算量規(guī)則的實物工程量并匹配清單編碼輸出分部分項工程量清單、措施項目清單等信息的研究技術(shù)路線。

2.1 基于Revit的單構(gòu)件工程量研究

在清單和定額計算規(guī)則下模型的工程量是不同的，根據(jù)清單規(guī)定豎向構(gòu)件如墻、柱等尺寸按層高布置，而定額規(guī)定豎向構(gòu)件尺寸按自板底標(biāo)高起的凈高布置。依據(jù)《GB50854-2013房屋建筑與裝飾工程工程量計算規(guī)范》，在Revit軟件中，根據(jù)清單與定額不同的計算規(guī)則對Revit建立的模型構(gòu)件進行修改連接關(guān)系，確保模型中的構(gòu)件有正確的扣減關(guān)系，從而對不同計算規(guī)則下的模型分別進行算量的統(tǒng)計。

通過Revit中的命令“連接”——“切換連接順序”，可以實現(xiàn)改變構(gòu)件之間的優(yōu)先權(quán)，構(gòu)件扣減設(shè)定，得出的工程量符合規(guī)范要求，但此步驟在實際工程運用中非常繁瑣，無法滿足現(xiàn)場工作。對于小于0.3m2的孔洞、構(gòu)造柱此類構(gòu)件，無法滿足算量計算規(guī)則； 對于不建立模型的構(gòu)件如模板、粉刷層、腳手架、屋面防水層等項目Revit則無法計量。

Revit模型中構(gòu)件的工程量代表了構(gòu)件的幾何物理屬性[4]，同時軟件自帶部分工程量扣減規(guī)則，但受到構(gòu)件建模順序，建模精度等影響，無法保證完全符合計算規(guī)則，使得直接使用BIM設(shè)計軟件統(tǒng)計工程量困難重重。

2.2 現(xiàn)有BIM算量軟件對比

在本文中對比了幾款算量軟件，如表1所示。

表1 BIM算量軟件對比

算量軟件名稱開發(fā)平臺與BIM對接程度格式廣聯(lián)達BIM算量軟件自主開發(fā)平臺通過將Revit模型導(dǎo)入廣聯(lián)達自身的平臺進行算量,模型中復(fù)雜異形構(gòu)件導(dǎo)入不太準(zhǔn)確.gfc魯班BIM算量軟件CAD平臺通過將Revit模型導(dǎo)入魯班的平臺進行算量,模型中復(fù)雜異形構(gòu)件導(dǎo)入不太準(zhǔn)確.eng新點比目云5D算量Revit平臺將Revit模型映射成算量模型進行算量.rvtISBIMQSRevit平臺將Revit模型映射成算量模型進行算量.rvt

通過對一般的工程造價算量軟件對比研究，廣聯(lián)達、魯班這樣的軟件商在其內(nèi)部不同軟件之間的數(shù)據(jù)的交互能夠保證數(shù)據(jù)的完整性、快速性，但與外部軟件的交互性較差，出現(xiàn)較多的錯誤與遺漏現(xiàn)象。其次，所得的工程量為靜態(tài)工程量，模型中不涵蓋時間信息、進度信息、成本信息、材料管理等具有時態(tài)性的工程造價信息。

我司用于施工階段的造價管理方式主要基于自主研發(fā)的智慧建造平臺中商務(wù)條線來實現(xiàn)自動產(chǎn)值計報、匯總形成臺賬。而廣聯(lián)達、魯班等軟件都采用專用文件格式進行存儲，這些封閉式的數(shù)據(jù)無法對接平臺中的數(shù)據(jù)庫，故在本研究中采用了ODBC方式實現(xiàn)BIM技術(shù)的工程量計算。

表2 工程量對比

序號名稱計量單位廣聯(lián)達計算工程量新點比目云計算工程量相差率(%)1一結(jié)構(gòu)混凝土量m32 909.912 901.540.282一結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆砼模板模板m214 243.4714 265.630.153二結(jié)構(gòu)混凝土量m3215.99211.821.94二結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆砼模板模板m22 344.632 246.454.15砂漿砌砼砌塊m3646.34645.860.076裝飾粉刷面積m222 696.4923 602.643.99

對比新點比目云軟件與ISBIMQS軟件，兩者都是基于Revit軟件開發(fā)的算量插件，可實現(xiàn)的基本功能相似。通過研究工程量計算的詳細公式，得出新點比目云工程計量的準(zhǔn)確性較高。并通過新點插件計算得出的工程量符合算量扣減規(guī)則，對于在Revit模型中不便于體現(xiàn)的構(gòu)件但在工程造價中需要統(tǒng)計的數(shù)據(jù)，比如模板、腳手架、裝飾面層等通過算量插件實現(xiàn)準(zhǔn)確出量，解決了Revit軟件對算量的局限性。本文研究利用算量插件實現(xiàn)基于BIM模型的工程算量技術(shù)路線圖如2所示。

2.3 新點比目云與廣聯(lián)達軟件對模型工程量統(tǒng)計對比研究

廣聯(lián)達的數(shù)據(jù)雖然封閉不能導(dǎo)出使用，但作為目前造價工作中最主流的計算軟件，其模型工程量的計算準(zhǔn)確度是公認的，故本次研究主要通過新點比目云軟件與廣聯(lián)達計算的工程量做對比研究來驗證利用BIM算量插件的計算準(zhǔn)確性。以下具體取B3層對各類構(gòu)件進行實物量對比。

圖2 基于BIM技術(shù)實現(xiàn)算量的技術(shù)方案

圖3 B3層BIM模型與廣聯(lián)達模型

通過對具體建出的模型(如梁、板、柱、墻等)、簡化模型(如構(gòu)造柱等)與不建立的模型(如裝飾面層、模板等)進行對比研究。

在Revit軟件中建立實體模型的情況下，一結(jié)構(gòu)構(gòu)件的混凝土實物工程量誤差率在±1%以內(nèi)，利用新點算量插件解決了Revit軟件無法實現(xiàn)的自動扣減關(guān)系以及不符合算量規(guī)則的問題，利用BIM實現(xiàn)了模型體積工程量的準(zhǔn)確計算。

而在不建立實體模型的情況下，一結(jié)構(gòu)的模板面積誤差率在±1%以內(nèi)，但二結(jié)構(gòu)的模板面積誤差率相差較大。主要原因在于二結(jié)構(gòu)的構(gòu)造柱為簡化模型，算量插件通過讀取原模型自動生成算量模型后再對其表面積進行計算； 而圈梁、過梁為自動生成的模型從而導(dǎo)致模型誤差。誤差相對較大的為裝飾結(jié)構(gòu)的粉刷層工程量，計算誤差在4%以內(nèi)，主要原因在于其包含面比較復(fù)雜。但對比目前計算軟件以及項目上手動計算裝飾工程量，此類誤差在商務(wù)部門可以接受范圍之內(nèi)。故得出結(jié)論基于BIM的工程算量符合工程造價的應(yīng)用。

3 支持算量的BIM模型建模規(guī)范研究

自動化算量的準(zhǔn)確與否最重要取決于模型的規(guī)范建模，為分析確定算量軟件對Revit模型的建模要求，按構(gòu)件之間的連接和扣減關(guān)系，依次研究了BIM構(gòu)件布置的正確方法并建立確認了具有算量功能的BIM建模規(guī)則。通過對模型拆分、模型精度控制、構(gòu)件規(guī)范布置等三方面制定了我司基于工程算量要求的建模規(guī)范，通過規(guī)范建模保證模型的準(zhǔn)確度。

(1)模型拆分

模型拆分按單位工程、樓層、專業(yè)依次劃分。在樓層劃分中按照實際工程中樓層標(biāo)高，分別按樓層定義繪制其所在標(biāo)高構(gòu)件。當(dāng)前層的夾層應(yīng)建入當(dāng)前層與當(dāng)前層共同參與算量，升降板、上翻梁等非當(dāng)前層標(biāo)高但在當(dāng)前層設(shè)計施工圖中表示的構(gòu)件應(yīng)建入當(dāng)前層與當(dāng)前層共同參與算量。

(2)模型精度控制

基于實現(xiàn)工程量計算的BIM構(gòu)件精度定為LOD300，構(gòu)件應(yīng)包含幾何尺寸、材質(zhì)等屬性。BIM的工程算量的準(zhǔn)確程度取決于模型實際外形的幾何信息； 而項目中工程量統(tǒng)計一般按級配劃分后套入不同的單價，故在模型中需對構(gòu)件添加準(zhǔn)確的材質(zhì)信息。

(3)構(gòu)件規(guī)范布置

本研究對模型的建立進行分部分項工程精細到構(gòu)件級別提出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范： 1)模型規(guī)范命名時要求建模的構(gòu)件一般需要按照種類、規(guī)格、材料分開，構(gòu)件類型名稱按照施工圖紙命名； 2)規(guī)范模型布置是指在模型建立時規(guī)定了有些無法在屬性明確的構(gòu)件類型如棧橋、支撐、導(dǎo)墻等構(gòu)件用其他類型的族表示； 3)規(guī)范了模型布置的方式，比如板洞按照板洞布置，而非板邊線編輯等。在構(gòu)件搭接時明確了各個構(gòu)件之間的連接關(guān)系，確保在無需手動調(diào)整的情況下算量軟件可以實現(xiàn)自動扣減。

4 基于BIM的工程量數(shù)據(jù)共享技術(shù)

根據(jù)項目上工程預(yù)算中分部分項工程的實物量具體定義BIM模型中需要導(dǎo)出的模型屬性信息，形成工程量輸出的標(biāo)準(zhǔn)化，將清單工程量與我司開發(fā)的建造智慧平臺中商務(wù)部分數(shù)據(jù)對接。實現(xiàn)利用BIM技術(shù)在工程造價中的應(yīng)用。

將Revit模型的工程量形成報表統(tǒng)計與智慧管理平臺相聯(lián)接，而報表統(tǒng)計的方式多樣，確保統(tǒng)計的內(nèi)容充分完整并規(guī)范格式，即滿足造價工程中對量統(tǒng)計的要求也必須可以與平臺中模型進行關(guān)聯(lián)。統(tǒng)計方式主要根據(jù)模型的分類按單位工程、樓層、專業(yè)、構(gòu)件級別統(tǒng)計，統(tǒng)計的內(nèi)容帶有模型構(gòu)件數(shù)據(jù)以及工程量數(shù)據(jù)。

(1)清單與模型的匹配

基于Revit的算量軟件一般內(nèi)置國家及各省市的定額庫，在對Revit模型進行算量前，應(yīng)先設(shè)置中國的清單類型，根據(jù)新點比目云軟件，總結(jié)清單與模型匹配的流程如圖3所示。

指定輸出的工程量清單符合我國國標(biāo)《建設(shè)工程工程量清單計價規(guī)范》(GB50500-2013)和其他建設(shè)定額對建筑物構(gòu)件分類、編碼和工程量計算規(guī)則的規(guī)定[5]。每一個工程量清單子目支持編輯計算公式，計算公式涵括構(gòu)件的幾何形狀、標(biāo)高、尺寸和工程屬性等信息。通過復(fù)制做法將同一類型的構(gòu)件套用同個工程量清單編碼。

(2)工程量輸出交換標(biāo)準(zhǔn)

模型工程量按照標(biāo)準(zhǔn)格式輸出，如表3所示。以Excel格式錄入我司自行開發(fā)的智慧管理平臺，主要通過對應(yīng)每個構(gòu)件的ElementID和屬性信息自動建立平臺中的BIM模型構(gòu)件與預(yù)算中清單編碼的關(guān)系。

表3 工程量輸出交換標(biāo)準(zhǔn)

下表對應(yīng)內(nèi)容備注構(gòu)件名稱構(gòu)件ID混凝土強度等級體積清單中注明體積清單末尾為清單的不可同時出現(xiàn),僅有一項模板(木)清單

圖4 工程量導(dǎo)出樣例

圖5 我司智慧建造平臺商務(wù)管理界面

通過軟件自帶統(tǒng)計報表分類分為工程量與指標(biāo)報表兩大類，導(dǎo)出表格包含5列，類似于分部分項工程量清單編制要求，包括項目編碼、項目特征、工程量、工程單位、分組編號。

5 應(yīng)用論證

本研究背景工程是上海市軌道交通網(wǎng)絡(luò)運營指揮調(diào)度大樓，建設(shè)用地面積10 669.3m2。該項目工程結(jié)構(gòu)選型為混凝土框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，頂部兩層大空間采用鋼結(jié)構(gòu)，項目為地上九層、地下三層的高層建筑。利用BIM模型計算一結(jié)構(gòu)、二結(jié)構(gòu)與部分裝飾的量并與傳統(tǒng)算量作對比研究，得出在規(guī)范建模的條件下，基于BIM的工程量計算結(jié)果可用于項目預(yù)算中。而工程實物量的數(shù)據(jù)通過BIM計算得出的結(jié)果能夠按分部分項工程的清單導(dǎo)出，錄入企業(yè)項目智慧管理平臺。

此項目研究驗證了基于BIM的工程量與商務(wù)部門產(chǎn)值計報工作的對接。目前在項目上的造價工程師估算和概算一般用EXCEL作為工具，每個月需要填寫大量的表單，這些工作零碎且繁瑣。而我司研發(fā)的智慧管理平臺通過收集項目上的實際施工數(shù)據(jù)，如計劃進度、實際進度、中標(biāo)預(yù)算、分包合同等，錄入智慧建造平臺。一鍵生成產(chǎn)值報表、分建成本。施工臺帳隨報表上報后自動統(tǒng)計、整理、匯總，形成結(jié)構(gòu)性、系統(tǒng)性的臺帳記錄，代替了造價人員在階段性成本控制中反復(fù)的計算、審核、匯總等工作內(nèi)容，真正意義上地借助BIM技術(shù)實現(xiàn)自動化、智能化工程造價管理，節(jié)省從業(yè)人員工作時間與精力。

6 研究總結(jié)

本研究旨在探究現(xiàn)有造價管理的工作流程中運用BIM技術(shù)的適宜性與可行性[6]，對BIM技術(shù)的核心建模技術(shù)以及模型的扣減關(guān)系分別作了理論和實證的研究，得到以下總結(jié)：

(1)針對算量要求對Revit建模提出了規(guī)范用來指導(dǎo)對模型的正確建立。建立相應(yīng)的工作模式、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、指導(dǎo)方案從而改變造價從業(yè)人員花費大量時間在工程量計算的現(xiàn)狀。

(2)通過利用算量插件實現(xiàn)了工程量自動計算。通過對比測試了Revit軟件對構(gòu)件在不同的建模條件下的計算結(jié)果以及分析研究了扣減規(guī)則，實現(xiàn)了利用BIM算量的準(zhǔn)確性。解決了BIM軟件建模能力有限的問題。

(3)利用算量插件自帶的清單庫對構(gòu)件的實物工程量自動賦予清單編碼匹配我司開發(fā)的智慧平臺中的定額庫與綜合單價，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享。一鍵生成各種產(chǎn)值、臺賬報表，真正意義上節(jié)省造價員的時間。