王 凱

(黑龍江省政府投資項目建設管理中心,哈爾濱 150001)

BIM 4D技術包含傳統(tǒng)的施工進度計劃管理功能,將施工項目成本及費用等重要信息整合在一起,通過綜合運用,使工程建設管理更為科學化、合理化,在降低工程造價、增加工程效益等方面優(yōu)勢顯著,有利于提高工程建設整體管理水平。本研究利用BIM 4D技術,開發(fā)出一套能夠對施工項目造價參數(shù)進行自動提取的軟件系統(tǒng),對BIM建模過程進行分析,提出一種基于BIM技術的工程造價控制方法,大大減少手工作業(yè),有效降低作業(yè)中的差錯,提高工作效率,節(jié)省費用,增加工程效益,促進了建筑業(yè)的智能、高效發(fā)展。

1 前期準備

1.1 建筑工程構件分解

BIM(Building Information Modeling)模型是建筑工程圖樣的數(shù)字化表示,各個構件以族的形式展現(xiàn)在軟件中。這些構件代表了建筑工程中的不同部分,包括土建與設備兩大方面。在土建方面,BIM模型涵蓋了建筑與結構兩個專業(yè)。建筑專業(yè)包括墻體、地板、門窗等構件,結構專業(yè)則包括梁、柱、板等構件。這些構件在BIM模型中以族的形式存在,通過連接關系建立彼此之間的聯(lián)系。在設備方面,BIM模型包含給排水系統(tǒng)、采暖通風空調系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等專業(yè)設備。這些設備在建筑項目中起著重要作用,BIM模型能夠以三維形式準確呈現(xiàn)它們的位置、布置及連接方式。給排水專業(yè)包括水管、下水道等構件,采暖通風與空調專業(yè)包括暖氣管道、風道等構件,電氣專業(yè)包括電纜、開關等構件。其通過BIM模型與土建構件相互關聯(lián)及整合。

建筑工程可劃分為以下幾方面:①結構方面。包括墻體、柱子、梁、樓板及樓梯等構件,以族的形式展現(xiàn),與其他構件相互關聯(lián)。②建筑方面。包括砌體、抹灰層、保溫層、門窗及排煙道等構件,以族的形式存在于BIM模型中,與其他構件進行關聯(lián)及協(xié)調。③機電方面。包括水暖管道、設備、消防管道、電器及儀表等構件,以族的形式呈現(xiàn)在BIM模型中,與其他構件相互連接。將建筑工程的各個構件以族的形式展現(xiàn),實現(xiàn)對建筑工程項目的詳細劃分及整體管理。BIM模型還可用于協(xié)同設計及施工過程中的沖突檢測,從而減少錯誤并改進設計。

1.2 工作任務分解

為了將項目工作分解為可管理的單元,清楚地描述每個任務的細節(jié),需進行工作任務分解。常用的分解方式是按照施工層級逐層分解,將不同工程按照具體的施工層進行劃分,每個層級代表特定的工作范圍。鋼筋工程可進一步分解為鋼筋的安裝、連接、固定等子任務?；炷凉こ炭煞纸鉃榛炷翝仓?、振搗、養(yǎng)護等子任務。木工工程可分解為木材加工、拼裝、涂漆等子任務。通過逐步分解及交叉工程的方式,每個工程節(jié)點都能被具體描述及管理,有助于后續(xù)工作的進行,這樣的分解方式與實際施工過程更加匹配,為施工管理提供指導及支持。

1.3 成本參數(shù)

在BIM構件族的設計階段對構件信息進行詳細分析,為BIM模型添加相關參數(shù),以便從不同構件中成功提取成本信息,根據(jù)建筑工程定額標準及清單工程量計算規(guī)則進行計算。根據(jù)設計要求及施工需要確定每個構件使用的具體材料種類,如鋼筋、混凝土、磚塊等。添加材料性質參數(shù),如強度、密度、導熱系數(shù)等,便于后續(xù)的計算及分析。添加每個構件的尺寸信息,包括構件長度、寬度、高度等參數(shù),以便進行材料用量的計算。還需考慮構件形狀及幾何特征,如曲線形狀或特殊的連接方式。添加與施工工藝相關的參數(shù),包括構件施工方法、施工順序、安裝要求等,有助于評估施工的難易程度,對成本進行合理估算,實現(xiàn)對每個構件成本信息的提取及計算,為項目成本控制及預算編制提供有力支持,優(yōu)化設計及施工過程,提高項目效率及質量。

2 系統(tǒng)設計

2.1 架構成本參數(shù)自動提取系統(tǒng)

目前有很多4D規(guī)劃設計軟件,就功能性而言,Fuzor要比其他程序更強大。該系統(tǒng)可對建筑進行四維規(guī)劃建設仿真,對人員、材料及機械等資源的使用狀況進行直觀展示。Fuzor可通過增加插件進行二次開發(fā),更加靈活且具有定制功能。在BIM 4D技術基礎上對Revit軟件進行二次開發(fā),使其能夠在施工項目中進行自動抽取。在這個平臺上使用Visual Studio 2012、2013 OfficeOffice,4.5.2的.NET框架及2018 4D設計軟件,提出了一種基于BIM的施工過程建模方法。通過對Revit的二次開發(fā),對Revit的反求模式進 沒耐心行建模,將所需的工程資料輸入到Excel中,完成對工程人員、材料、機械等費用的自動化核算。該系統(tǒng)能夠高效評估建筑工程成本,做出相應的決策。圖1為建筑項目成本自動提取系統(tǒng)。

圖1 建筑工程成本自動化提取系統(tǒng)架構Fig.1 Construction engineering cost automatic extraction system architecture

以某商業(yè)大廈工程為例,為4層地上建筑,采用獨立基礎及框架結構,主要由墻體、柱子、梁板及樓梯等構件組成。結合工程圖紙、施工工藝及工期等具體要求建立了Revit模型。

2.2 BIM模型參數(shù)化

建筑模型一般由多個構件組合而成,不同構件在建筑物模型中起到不同的作用。如果不能在組件模型中附加參數(shù),則很難從組件中提取所需信息。為達到這個目的,在Revit軟件中根據(jù)工作任務分解設定項目全局參數(shù),通過標記及注釋元件的屬性,使其參數(shù)化,給出各個部件的施工順序及施工地點等相關信息。通過參數(shù)化的三維模型實現(xiàn)對項目信息的自動提取及控制。通過建立組件模型中的參數(shù)關系,得到組件的各個屬性、特性等細節(jié)信息。例如,從零件中提取零件大小、材質、重量、成本等信息,將其用于工程規(guī)劃、預算及資源管理中,以提高工程效率及可靠性。

在BIM軟件中進行參數(shù)化設計可實現(xiàn)構件之間的關聯(lián)及交互,如定義構件之間的連接方式及相互影響等。在設計變更或模型更新時,系統(tǒng)可自動調整相關構件的參數(shù)及屬性,從而保證模型的正確性,圖2為一個模型的參數(shù)化示意圖。

圖2 模型參數(shù)化Fig.2 Model parameterization

2.3 提取BIM模型參數(shù)信息

在IE Visual Studio平臺上進行Revit的二次開發(fā),按照以下步驟進行:

調用Revit API.dll和Revit APIUI.dll程序組,包含Revit軟件的應用程序接口。通過引用這些程序組,使用Revit提供的各種類及方法進行二次開發(fā)。

使用Add-In Manager,將用戶開發(fā)的插件加載到Revit平臺中。該插件能夠按照使用者的要求抽取出與零件有關的主要測量數(shù)據(jù),令使用者識別并標注零件。

使用Revit的外部指令,實現(xiàn)直接錄入工程部位、材料特性、工程量及施工任務信息等功能。通過與Excel的交互,實現(xiàn)信息自動提取及導出,提高數(shù)據(jù)處理效率及準確性。

在IE Visual Studio平臺上進行Revit的二次開發(fā),滿足從Revit模型中提取構件信息并導入Excel的需求,實現(xiàn)信息的自動化處理及管理,提高工作效率,減少錯誤,為項目管理及決策提供準確的數(shù)據(jù)支持。

2.4 Excel數(shù)據(jù)存儲及計算

在Excel中實現(xiàn)以下功能:為工程造價核算提供必要的定額及單價分析表,運用Excel軟件的運算功能對編程過程進行運算,根據(jù)具體需求從BIM建模中抽取相關數(shù)據(jù),輸入到Excel表單中,供程序運算使用。

3 基于BIM 4D技術的建筑工程計劃成本提取系統(tǒng)

3.1 成本參數(shù)自動提取系統(tǒng)

利用VisualStudio 2012中的表單,實現(xiàn)對該系統(tǒng)的用戶接口擴充。在人機交互中實現(xiàn)對各種施工工序的自動輸入,生成Excel表格。對輸出資料進行加工后,再由開發(fā)者進行校核與會計。成本自動化提取系統(tǒng)的用戶界面外觀及布局如圖3所示。通過自動提取功能展示工程量數(shù)據(jù),如圖4所示。

圖3 成本自動化提取系統(tǒng)界面Fig.3 Cost automatic extraction system interface

圖4 工程量示意圖Fig.4 Quantity sketch map

3.2 成本核算

根據(jù)相關計價規(guī)則對已有的計算方法進行比較,對每項單項工程進行成本單價分析。以2013年版《工程量清單項目計量規(guī)范》與2016年版《河南省房屋建筑裝飾工程預算定額》作為參考,結合清單工程量及單價信息對4D計劃中各項工程的人力、材料、機械設備、管道、利潤等成本信息進行計算。按照工程部位及不同結構進行劃分,按照相關計價要求進行單價分析,包括獨立地基C30(地基層)、地基梁C30(地基層)及矩形柱C30(一層)的混凝土造價。綜合單價分析(圖5)可對每個單項工程的人、料、機、管、利等成本信息進行比較分析。成本信息匯總(圖6)直觀反映了該工程的總體人、料、機、管、利等成本信息,方便進行成本控制及管理。

圖6 成本信息匯總Fig.6 Cost information summary

3.3 成本信息導入

在建設項目中,造價資料與工期安排是很重要的。根據(jù)Fuzor軟件需求將每個工程的人工、材料費、機器費等成本資料與項目計劃進行整合,生成CSV文件。將CSV文檔輸入到Fuzor軟件中,將采集到的數(shù)據(jù)自動轉換成三維模型并進行可視化顯示,自動提取施工項目中的造價信息。

4 結論

以某商業(yè)樓項目的混凝土工程為研究對象,設計了BIM 4D技術的建筑工程計劃成本提取系統(tǒng),通過建立三維模型、參數(shù)化建模、提取模型參數(shù)及自動計算成本信息等,成功生成了符合Fuzor軟件要求的計劃文件,實現(xiàn)了基于BIM 4D技術的建筑工程計劃成本自動化提取。通過對Revit的二次開發(fā),結合施工項目費用核算原理,構建了施工項目價格分析表。該系統(tǒng)成功完成了工程造價自動化,使工程造價控制得到了很大程度上的改善。使用 Excel表單對測量結果進行分析,這些數(shù)據(jù)在工程造價核算、施工現(xiàn)場造價管理中具有重要的作用,對整個造價管理具有重要的指導意義。該系統(tǒng)具有建設項目造價提取及管理功能,能夠為決策者提供準確及時的數(shù)據(jù)支持,提高建筑工程項目成本控制及管理水平,有助于推動BIM技術在建筑工程管理中的應用。