(上海建工四建集團(tuán)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(diǎn)的建筑數(shù)字化表示模型。隨著BIM的推廣運(yùn)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(jì)占有很大優(yōu)勢。

基于BIM的自動(dòng)化算量方法比傳統(tǒng)手算更為準(zhǔn)確和快速[1]。實(shí)際工程中的部件多數(shù)為不規(guī)則的體量，計(jì)算過程非常復(fù)雜，造價(jià)工程師很容易因?yàn)槿藶樵蛟斐捎?jì)算錯(cuò)誤，BIM的自動(dòng)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(jì)算結(jié)果能夠及時(shí)反饋設(shè)計(jì)方案的成本，便于在整個(gè)工程的前期階段對成本進(jìn)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(jià)中應(yīng)用更貼合市場需求。Faraj等人開發(fā)了基于Web的項(xiàng)目數(shù)據(jù)工程環(huán)境，實(shí)現(xiàn)在工程項(xiàng)目中將預(yù)算、工程進(jìn)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(dòng)匹配定額進(jìn)行成本預(yù)算，實(shí)現(xiàn)智能化量價(jià)搭接。

而國外的工程量計(jì)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(jìn)行成本與進(jìn)度計(jì)劃的管理。利用BIM模型與工期、費(fèi)用成本相關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)在施工過程中各個(gè)條線的數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)。

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(xì)表統(tǒng)計(jì)計(jì)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(jì)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(jià)軟件對接，比如廣聯(lián)達(dá)、魯班等軟件。廣聯(lián)達(dá)使用GFC插件，將BIM導(dǎo)出成GFC文件，然后導(dǎo)入到廣聯(lián)達(dá)GCL軟件中，運(yùn)用廣聯(lián)達(dá)工程量計(jì)算程序生成工程量報(bào)表。魯班軟件同樣也是將BIM導(dǎo)入自己的平臺中。

(3)運(yùn)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(diǎn)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(bào)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(jì)價(jià)、合同管理等整個(gè)施工過程中的項(xiàng)目管理集合在同一個(gè)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(shí)現(xiàn)算量，無法與計(jì)價(jià)、進(jìn)度實(shí)時(shí)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(jì)算規(guī)則，故不能直接使用Revit進(jìn)行工程量統(tǒng)計(jì)；2)使用傳統(tǒng)造價(jià)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(shí)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(jià)進(jìn)行匹配； 既保證了模型的復(fù)用率也實(shí)現(xiàn)了工程量數(shù)據(jù)與價(jià)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(jià)管理。故本次研究采用使用Revit算量插件來實(shí)現(xiàn)BIM的工程量計(jì)算。

2 基于BIM的工程量計(jì)算軟件對比研究

圖1 Revit軟件中對單個(gè)構(gòu)件的工程量研究

通過對基于BIM技術(shù)的工程量計(jì)算三種方式展開對比研究，驗(yàn)證本研究采用通過BIM模型得出符合算量規(guī)則的實(shí)物工程量并匹配清單編碼輸出分部分項(xiàng)工程量清單、措施項(xiàng)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(jì)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(jì)算規(guī)范》，在Revit軟件中，根據(jù)清單與定額不同的計(jì)算規(guī)則對Revit建立的模型構(gòu)件進(jìn)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(jì)算規(guī)則下的模型分別進(jìn)行算量的統(tǒng)計(jì)。

通過Revit中的命令“連接”——“切換連接順序”，可以實(shí)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(shí)際工程運(yùn)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(jì)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(xiàng)目Revit則無法計(jì)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(shí)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(jì)算規(guī)則，使得直接使用BIM設(shè)計(jì)軟件統(tǒng)計(jì)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(dá)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(dá)自身的平臺進(jìn)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(jìn)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(diǎn)比目云5D算量Revit平臺將Revit模型映射成算量模型進(jìn)行算量.rvtISBIMQSRevit平臺將Revit模型映射成算量模型進(jìn)行算量.rvt

通過對一般的工程造價(jià)算量軟件對比研究，廣聯(lián)達(dá)、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(cuò)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(shí)間信息、進(jìn)度信息、成本信息、材料管理等具有時(shí)態(tài)性的工程造價(jià)信息。

我司用于施工階段的造價(jià)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)產(chǎn)值計(jì)報(bào)、匯總形成臺賬。而廣聯(lián)達(dá)、魯班等軟件都采用專用文件格式進(jìn)行存儲(chǔ)，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(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)的工程量計(jì)算。

表2 工程量對比

序號名稱計(jì)量單位廣聯(lián)達(dá)計(jì)算工程量新點(diǎn)比目云計(jì)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(diǎn)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(shí)現(xiàn)的基本功能相似。通過研究工程量計(jì)算的詳細(xì)公式，得出新點(diǎn)比目云工程計(jì)量的準(zhǔn)確性較高。并通過新點(diǎn)插件計(jì)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(jià)中需要統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，比如模板、腳手架、裝飾面層等通過算量插件實(shí)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(shí)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(diǎn)比目云與廣聯(lián)達(dá)軟件對模型工程量統(tǒng)計(jì)對比研究

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

圖2 基于BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)算量的技術(shù)方案

圖3 B3層BIM模型與廣聯(lián)達(dá)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(jìn)行對比研究。

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

而在不建立實(shí)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(dòng)生成算量模型后再對其表面積進(jìn)行計(jì)算； 而圈梁、過梁為自動(dòng)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(jì)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(jì)算軟件以及項(xiàng)目上手動(dòng)計(jì)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(jià)的應(yīng)用。

3 支持算量的BIM模型建模規(guī)范研究

自動(dòng)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(rèn)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(shí)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(jì)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(shí)現(xiàn)工程量計(jì)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(shí)際外形的幾何信息； 而項(xiàng)目中工程量統(tǒng)計(jì)一般按級配劃分后套入不同的單價(jià)，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(jìn)行分部分項(xiàng)工程精細(xì)到構(gòu)件級別提出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范： 1)模型規(guī)范命名時(shí)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(shí)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(shí)明確了各個(gè)構(gòu)件之間的連接關(guān)系，確保在無需手動(dòng)調(diào)整的情況下算量軟件可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)扣減。

4 基于BIM的工程量數(shù)據(jù)共享技術(shù)

根據(jù)項(xiàng)目上工程預(yù)算中分部分項(xiàng)工程的實(shí)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?jǐn)?shù)據(jù)對接。實(shí)現(xiàn)利用BIM技術(shù)在工程造價(jià)中的應(yīng)用。

將Revit模型的工程量形成報(bào)表統(tǒng)計(jì)與智慧管理平臺相聯(lián)接，而報(bào)表統(tǒng)計(jì)的方式多樣，確保統(tǒng)計(jì)的內(nèi)容充分完整并規(guī)范格式，即滿足造價(jià)工程中對量統(tǒng)計(jì)的要求也必須可以與平臺中模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)。統(tǒng)計(jì)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(jì)，統(tǒng)計(jì)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(jìn)行算量前，應(yīng)先設(shè)置中國的清單類型，根據(jù)新點(diǎn)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(jì)價(jià)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(jì)算規(guī)則的規(guī)定[5]。每一個(gè)工程量清單子目支持編輯計(jì)算公式，計(jì)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(gè)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(gè)構(gòu)件的ElementID和屬性信息自動(dòng)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(qiáng)度等級體積清單中注明體積清單末尾為清單的不可同時(shí)出現(xiàn),僅有一項(xiàng)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(jì)報(bào)表分類分為工程量與指標(biāo)報(bào)表兩大類，導(dǎo)出表格包含5列，類似于分部分項(xiàng)工程量清單編制要求，包括項(xiàng)目編碼、項(xiàng)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(yùn)營指揮調(diào)度大樓，建設(shè)用地面積10 669.3m2。該項(xiàng)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(xiàng)目為地上九層、地下三層的高層建筑。利用BIM模型計(jì)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(jì)算結(jié)果可用于項(xiàng)目預(yù)算中。而工程實(shí)物量的數(shù)據(jù)通過BIM計(jì)算得出的結(jié)果能夠按分部分項(xiàng)工程的清單導(dǎo)出，錄入企業(yè)項(xiàng)目智慧管理平臺。

此項(xiàng)目研究驗(yàn)證了基于BIM的工程量與商務(wù)部門產(chǎn)值計(jì)報(bào)工作的對接。目前在項(xiàng)目上的造價(jià)工程師估算和概算一般用EXCEL作為工具，每個(gè)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(xiàng)目上的實(shí)際施工數(shù)據(jù)，如計(jì)劃進(jìn)度、實(shí)際進(jìn)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(bào)表、分建成本。施工臺帳隨報(bào)表上報(bào)后自動(dòng)統(tǒng)計(jì)、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(jià)人員在階段性成本控制中反復(fù)的計(jì)算、審核、匯總等工作內(nèi)容，真正意義上地借助BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化工程造價(jià)管理，節(jié)省從業(yè)人員工作時(shí)間與精力。

6 研究總結(jié)

本研究旨在探究現(xiàn)有造價(jià)管理的工作流程中運(yùn)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(shí)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(jià)從業(yè)人員花費(fèi)大量時(shí)間在工程量計(jì)算的現(xiàn)狀。

(2)通過利用算量插件實(shí)現(xiàn)了工程量自動(dòng)計(jì)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(jì)算結(jié)果以及分析研究了扣減規(guī)則，實(shí)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(shí)物工程量自動(dòng)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(jià)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享。一鍵生成各種產(chǎn)值、臺賬報(bào)表，真正意義上節(jié)省造價(jià)員的時(shí)間。