史佳琳，王 豐，郭中正，陳芃妍

(1.大連民族大學(xué) 土木工程學(xué)院，遼寧 大連116650;2. 三一筑工科技股份有限公司 筑享云智能研究院，北京 102200)

BIM技術(shù)在土木工程建設(shè)領(lǐng)域正在被廣泛的推廣和應(yīng)用。BIM作為建筑信息的載體可以直接獲取建筑模型的幾何信息，進而可以得到工程造價所需要的工程量信息。目前基于BIM的工程算量主要有兩種方式：(1) 將BIM模型導(dǎo)入算量軟件中進行計算；(2) 通過BIM二次開發(fā)直接提取建筑結(jié)構(gòu)模型的工程量。國內(nèi)目前廣泛使用的算量商用軟件能夠?qū)IM模型導(dǎo)入其平臺中進行計算，但是需要進行軟件之間的模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，而在轉(zhuǎn)換過程中可能會出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失等情況?；贐IM二次開發(fā)進行工程算量不需要重新建?；驍?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，有利于提高效率和準(zhǔn)確性，且能夠?qū)崿F(xiàn)在工程變更時BIM模型與工程量、計價結(jié)果的同步改變，體現(xiàn)BIM的集成化和協(xié)同工作的特點，所以正成為該領(lǐng)域的研究和應(yīng)用熱點[1-2]。

目前，Revit作為一款BIM主流軟件在相關(guān)研究及應(yīng)用中受到廣泛認(rèn)可。Revit可以自動生成工程量明細(xì)表，但明細(xì)表以模型構(gòu)件作為獨立單元分項列出，項目劃分過細(xì)且雜亂無序，與中國清單計價規(guī)范要求的工程量清單表不符，不便于后續(xù)套用單價進行計價工作[3]。Revit提供了應(yīng)用程序開發(fā)接口Revit API，很多學(xué)者通過API接口對Revit進行二次開發(fā)以實現(xiàn)工程的算量和計價功能。林韓涵等[4](2015年) 在Revit中開發(fā)了可輸出混凝土工程量的算量插件。裴艷等[5](2016年) 對比分析各類BIM算量工具，證實通過BIM二次開發(fā)設(shè)計的算量插件在工程量計算中具有優(yōu)勢。Krzysztof[6](2017年) 強調(diào)了在設(shè)計階段BIM模型錄入信息詳細(xì)程度的重要性，信息越詳細(xì)則工程量清單計價的結(jié)果就越準(zhǔn)確。于鑫等[7](2019年) 開發(fā)了Revit的三維鋼筋算量插件，在鋼筋工程中得到了廣泛應(yīng)用；高東東等[8](2020年) 利用Revit二次開發(fā)提取模型中的構(gòu)件屬性信息，根據(jù)清單計價規(guī)則實現(xiàn)工程量清單編制。

通過文獻研究可知，以往對鋼筋混凝土主體結(jié)構(gòu)的相關(guān)研究中缺少模板的快速算量和計價的研究工作。本文針對鋼筋混凝土框架建筑的主體結(jié)構(gòu)，提出了直接基于Revit的工程量提取和造價計算方法，并通過Revit API開發(fā)了Revit結(jié)構(gòu)算量和計價系統(tǒng)。

1 Revit模型工程量提取

1.1 混凝土工程量提取

在使用Revit建模過程中，默認(rèn)的構(gòu)件體積扣減規(guī)則為板扣減柱和梁，柱扣減梁。而在國內(nèi)工程量清單計價規(guī)范中，扣減規(guī)則與Revit建模相反，為柱扣減梁和板，梁扣減板。王茹等[9]針對此問題對Revit進行二次開發(fā)，通過自動切換構(gòu)件之間連接順序的方法實現(xiàn)了體積扣減規(guī)則的重置，以符合我國清單規(guī)范。本文也采用這種方法來提取Revit模型中的混凝土工程量。

1.2 鋼筋工程量提取

相比Revit軟件中自帶的鋼筋建模功能，應(yīng)用Revit速博插件能夠快速批量的布置鋼筋。本文針對應(yīng)用Revit速博插件布置鋼筋的情況，通過Revit二次開發(fā)實現(xiàn)了鋼筋工程量的快速提取。

在Revit模型中，構(gòu)件和鋼筋是相互獨立的。當(dāng)選取某一構(gòu)件時，不能將該構(gòu)件內(nèi)部的鋼筋一同選中，所以需要先識別出構(gòu)件內(nèi)部的鋼筋?？梢酝ㄟ^GetHostId命令判斷鋼筋和構(gòu)件之間是否有所屬關(guān)系。若鋼筋所屬于當(dāng)前構(gòu)件，可將其存放至對應(yīng)集合中。然后使用LookupParameter命令提取鋼筋直徑和鋼筋長度，并根據(jù)鋼筋容重計算出每根鋼筋的重量。按照鋼筋型號進行分類求和即可得到鋼筋工程量。

1.3 模板工程量提取

Revit結(jié)構(gòu)模型中沒有模板元素，所以無法直接從模型中提取模板工程量。需要根據(jù)混凝土構(gòu)件與模板的接觸面尺寸信息計算模板工程量，并要扣除相交構(gòu)件的重疊部分，具體計算規(guī)則如下：

(1)柱模板只有側(cè)板，計算柱模板面積需扣除梁與柱搭接處的梁截面面積，板與柱搭接處的模板重疊面積很小，此處忽略不計。計算方法為：柱底面周長×柱高度-梁柱搭接處重疊面積。

(2)梁模板由兩個側(cè)板和一個底板組成，計算梁模板面積時需扣除梁與板搭接處的板截面重疊面積。計算方法為：梁高×梁長×2+梁寬×梁長-梁板搭接處重疊面積。

(3)剪力墻兩側(cè)布置模板，墻面面積×2即為剪力墻模板面積。

(4)樓板只有底部需要模板，切換構(gòu)件剪切順序后的樓板無重疊部分，不需要扣減，提取的樓板面積即為樓板的模板工程量。

提取模板工程量的難點在于對柱、梁、板交接處模板重疊面積的處理。以柱構(gòu)件為例，提取柱構(gòu)件模板面積時，應(yīng)扣除與之相連的梁截面的面積。在Revit模型中，柱和梁之間相接觸但并不相交，無法直接獲取與柱相交的梁。本文首先獲取柱構(gòu)件的四個側(cè)面，并分別對四個側(cè)面創(chuàng)建新的拉伸實體，如圖1。然后利用ElementIntersects SolidFilter過濾器篩選與拉伸實體搭接的梁構(gòu)件，獲取到的梁構(gòu)件就是與柱相交的梁，梁的截面面積即為計算柱模板工程量時需扣除的重疊面積。

圖1 創(chuàng)建柱的拉伸實體

2 Revit模型清單計價

由于在Revit中沒有項目編碼、綜合單價等清單要素屬性，所以在Revit中完成了工程量提取之后仍無法直接進行造價計算，需根據(jù)《建設(shè)工程工程量清單計價規(guī)范》[10]為各分項自動匹配清單要素信息。

本文結(jié)合清單中各個要素相互對應(yīng)的特點，將清單庫文件中的清單要素數(shù)據(jù)讀取到Revit計價窗口中，并從Revit模型中提取結(jié)構(gòu)模型的材料信息，通過數(shù)據(jù)匹配找到對應(yīng)的清單要素，工作路徑如圖2。具體方法為：將xls格式的清單數(shù)據(jù)庫文件導(dǎo)入Revit計價窗體中，提取Revit模型中各構(gòu)件的結(jié)構(gòu)材料屬性，為結(jié)構(gòu)材質(zhì)匹配對應(yīng)的清單項目，建立模型材質(zhì)與清單項目的匹配關(guān)聯(lián)之后，調(diào)取前文所獲得的工程量數(shù)據(jù)，即可生成符合清單計價規(guī)范要求的工程量清單和工程量清單計價表。

圖2 Revit清單計價的實現(xiàn)路徑

清單數(shù)據(jù)庫文件中包含柱、梁、板、墻構(gòu)件的混凝土、模板、鋼筋等清單項目，并記錄了每一個清單項目的編碼、名稱、項目特征描述、計量單位、綜合單價等清單要素信息。根據(jù)清單要素一一對應(yīng)的特性，結(jié)合工程量的計算方法，定義專門用來接收并存儲清單要素的類Project，它是匹配清單和存儲數(shù)據(jù)的重要媒介，Project類的屬性信息見表1。

表1 Project類的屬性

使用Project類，一方面可以用來讀取清單數(shù)據(jù)，另一方面，可以存儲匯總計算后的Revit模型工程量數(shù)據(jù)。這保證了數(shù)據(jù)格式的一致性，簡化了工程量與數(shù)據(jù)庫的匹配過程。通過匯總Project類中存放的清單項目即可生成工程量清單和清單計價表。使用System.Windows.Forms命名空間下的SaveFileDialog方法根據(jù)需求進行導(dǎo)出操作。

基于Revit API 開發(fā)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)算量計價系統(tǒng)如圖3?！敖Y(jié)構(gòu)材質(zhì)”樹形菜單展示了當(dāng)前文檔中所選模型構(gòu)件的混凝土、模板、鋼筋材料信息?！扒鍐雾椖俊绷斜砜蝻@示導(dǎo)入的清單項目名稱。為構(gòu)件材質(zhì)匹配清單項目，對應(yīng)關(guān)系顯示在“匹配信息”文本框中。點擊“查看工程量”按鈕便可進入工程量展示界面，查看生成的工程項目清單表和工程項目清單計價表如圖4。

圖3 算量計價操作界面

圖4 工程量清單結(jié)果界面

3 算例分析

為驗證所開發(fā)的Revit算量計價系統(tǒng)的適用性和準(zhǔn)確性，針對一幢五層的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)進行了工程量計算和清單計價。該算例結(jié)構(gòu)總高度為19.5 m建筑面積2620.8 m2。結(jié)構(gòu)中的柱、梁和樓屋面板混凝土強度均為C30，構(gòu)件中縱向鋼筋均為HRB335，箍筋均為HPB300。算例結(jié)構(gòu)的Revit模型如圖5。

圖5 算例工程的Revit模型

分別使用Revit 算量計價系統(tǒng)和廣聯(lián)達算量軟件的進行結(jié)構(gòu)工程量計算，主要結(jié)果見表2。由表2可知，兩種方法所得結(jié)果量差不足1%，分析產(chǎn)生差額的原因如下：

表2 Revit算量計價系統(tǒng)與廣聯(lián)達算量軟件的工程量計算結(jié)果對比

混凝土工程量部分，Revit算量計價系統(tǒng)提取的梁、柱工程量與廣聯(lián)達軟件基本相同，提取的樓板工程量偏小。原因在于使用Revit算量計價系統(tǒng)進行算量時，依據(jù)我國清單規(guī)范對模型構(gòu)件的剪切順序進行了修改，提取的樓板混凝土工程量為扣減了與梁柱重疊部分之后的樓板體積，而廣聯(lián)達軟件中沒有對樓板重疊部分進行扣減。

模板工程量部分，Revit算量計價系統(tǒng)提取的梁、樓板模板工程量與廣聯(lián)達軟件相同。提取的柱模板面積相比廣聯(lián)達軟件偏大，量差為0.96%，誤差原因為計算柱模板工程量時沒有扣除柱與樓板連接處的樓板截面面積。

鋼筋工程量部分，Revit中的鋼筋模型是使用速博鋼筋插件布置的，由于鋼筋布置的精確程度不同，速博插件布置的鋼筋無法與廣聯(lián)達中鋼筋完全一致，而鋼筋工程量的統(tǒng)計又依賴于Revit中的鋼筋實體模型，因此提取的鋼筋工程量存在少許誤差。

通過Revit結(jié)構(gòu)算量計價系統(tǒng)得到的清單計價表如圖6。

圖6 工程量清單計價結(jié)果界面

4 結(jié) 論

為了實現(xiàn)工程算量和計價工作在BIM平臺上完成，本文針對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)提出了一種基于Revit模型的結(jié)構(gòu)工程量計算和造價計算方法，并通過Revit API開發(fā)了Revit結(jié)構(gòu)算量計價系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)可以直接提取Revit結(jié)構(gòu)模型中的鋼筋、混凝土和模板工程量，能夠?qū)⒛Ｐ椭械牟牧蠈傩耘c所建數(shù)據(jù)庫中的清單項目自動匹配，并自動完成結(jié)構(gòu)部分的造價計算，形成算量清單和計價清單。

分別采用本文開發(fā)的系統(tǒng)和廣聯(lián)達算量計價軟件對一幢五層鋼筋混凝土框架算例模型進行計算和比較分析表明，采用本研究開發(fā)的Revit結(jié)構(gòu)算量計價系統(tǒng)可直接、快速地得到較為準(zhǔn)確的工程量清單和計價清單，也驗證了直接基于BIM進行結(jié)構(gòu)算量計價的可行性。