基于BIM的工程量計(jì)算與計(jì)價(jià)方法

付 歡， 史健勇， 王 凱

(1. 上海交通大學(xué) 船舶海洋與建筑工程學(xué)院， 上海 200240；2. 上?，F(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)(集團(tuán))有限公司， 上海 200041)

實(shí)現(xiàn)建設(shè)工程項(xiàng)目成本目標(biāo)的關(guān)鍵是進(jìn)行工程價(jià)格預(yù)算和工程造價(jià)管理。我國目前的工程預(yù)算現(xiàn)狀是，造價(jià)人員根據(jù)二維圖紙進(jìn)行測(cè)量、計(jì)算和統(tǒng)計(jì)，浪費(fèi)人力和時(shí)間；此外，造價(jià)管理在工程建設(shè)的過程中不連續(xù)，只有投資估算、施工圖預(yù)算、結(jié)算價(jià)等階段性工程價(jià)格備受關(guān)注；同時(shí)，工程信息的共享與協(xié)同難以實(shí)現(xiàn)，工程項(xiàng)目各利益相關(guān)方對(duì)信息的種類和格式需求不同，相互之間缺少有效溝通和及時(shí)協(xié)同，導(dǎo)致工程變更時(shí)，工程造價(jià)的預(yù)算不能及時(shí)修改，積累導(dǎo)致工程結(jié)算價(jià)與預(yù)算的偏差，最終造成工程項(xiàng)目成本目標(biāo)控制失敗。

建筑信息模型[1](Building Information Modeling，BIM)是一種應(yīng)用于工程項(xiàng)目協(xié)同管理的數(shù)據(jù)化工具。它將工程項(xiàng)目中各參與方需要和產(chǎn)生的信息參數(shù)作為基礎(chǔ)進(jìn)行建模，攜帶信息屬性的模型在工程項(xiàng)目策劃、建設(shè)、運(yùn)營維護(hù)的全生命周期中進(jìn)行共享、傳遞和更新。BIM具有參數(shù)化、可視化、模擬化、可輸出等特點(diǎn)，可極大程度提高協(xié)同及工作效率，并且BIM在建設(shè)工程中應(yīng)用的時(shí)間越早、周期越長，攜帶的信息量越完整，工程效益越大。

工業(yè)基礎(chǔ)類平臺(tái)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)(Industry Foundation Class，IFC)是國際化的開放BIM標(biāo)準(zhǔn)，其規(guī)定了概念數(shù)據(jù)架構(gòu)以及建筑信息模型數(shù)據(jù)交換的文件格式[2]。IFC大綱[3]涵蓋了工程項(xiàng)目建設(shè)全生命周期中各個(gè)相關(guān)方所需要的各種信息的描述方法和定義規(guī)范，IFC大綱描述的信息對(duì)象既可以是真實(shí)的，如結(jié)構(gòu)柱、工程樁；也可以是抽象的，如施工關(guān)系和施工過程等。

國內(nèi)外諸多學(xué)者研究了BIM技術(shù)在工程算量和造價(jià)中的應(yīng)用。張建平等[4]提出基于BIM技術(shù)的4D工程造價(jià)實(shí)時(shí)管理理論；黃華[5]提出利用API創(chuàng)建工程信息在各BIM軟件傳遞的橋梁。葉術(shù)娟[6]從BIM的原理出發(fā)，研究在工程各階段中BIM技術(shù)計(jì)價(jià)的應(yīng)用方式。馬智亮等[7]研究了IFC標(biāo)準(zhǔn)對(duì)構(gòu)件屬性的表達(dá)模型以及其與工程量清單的結(jié)合應(yīng)用。

本文對(duì)比BIM技術(shù)與傳統(tǒng)計(jì)價(jià)模式在工程量算量標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)價(jià)方式的差異，建立基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的工程量和造價(jià)信息BIM表達(dá)模型。通過案例驗(yàn)證由BIM設(shè)計(jì)模型計(jì)算得到工程量信息，添加價(jià)格信息得到造價(jià)管理模型的可行性，使得設(shè)計(jì)階段使用的BIM模型不需要反復(fù)建模或借助軟件平臺(tái)，而直接通過IFC標(biāo)準(zhǔn)貫穿設(shè)計(jì)、造價(jià)和施工全過程的造價(jià)管理；同時(shí)本文采用的計(jì)價(jià)模式為企業(yè)定額計(jì)價(jià)模式，相比工程量清單計(jì)價(jià)模式更加適合于BIM技術(shù)。

1 傳統(tǒng)計(jì)價(jià)模式在BIM環(huán)境中的適用性

1.1 項(xiàng)目劃分方式和算量方式的對(duì)比

定額計(jì)價(jià)模式按照《全國統(tǒng)一建筑工程預(yù)算工程量計(jì)算規(guī)則》[8]進(jìn)行工程量計(jì)算時(shí)，得到的結(jié)果不都是工程量的凈量。清單計(jì)價(jià)模式按照《建設(shè)工程工程量清單計(jì)價(jià)規(guī)范》[9]統(tǒng)計(jì)各清單項(xiàng)的工程實(shí)體幾何量。BIM技術(shù)以三維實(shí)體方式進(jìn)行建模，建模單元是工程構(gòu)件，常用構(gòu)件在類型庫中儲(chǔ)存和復(fù)用，構(gòu)件屬性在模型項(xiàng)目中添加，因此構(gòu)件作為工程量算量的基本單元在BIM應(yīng)用中尤為重要。

BIM模型計(jì)算得到的工程量是以三維模型為基礎(chǔ)的幾何尺寸，計(jì)算結(jié)果首先按照不同構(gòu)件實(shí)例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果再按照不同的屬性進(jìn)行歸并，最終生成計(jì)價(jià)階段所需的工程量歸并表，按照不同層級(jí)進(jìn)行歸并的方式使得工程計(jì)價(jià)過程更加靈活。建設(shè)方采用BIM設(shè)計(jì)模型得到各類構(gòu)件的全部工程量信息，施工單位套用企業(yè)定額時(shí)，可以根據(jù)需求歸并不同類別的工程量，這種“量價(jià)分離”的方式比清單計(jì)價(jià)模式中的“量價(jià)分離”方式更加徹底，中間不需要通過編制工程量清單表格來統(tǒng)一建設(shè)方和施工方的計(jì)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

在進(jìn)行工程量計(jì)算和造價(jià)計(jì)算時(shí)，不同工程階段對(duì)于建模細(xì)度的要求不同，因此本文將BIM模型中的構(gòu)件分成三類：建筑設(shè)計(jì)主體工程、細(xì)部工程和臨時(shí)工程，每類工程中的構(gòu)件類型如表1所示。

表1 BIM工程分類

主體工程構(gòu)件的工程量可以在BIM模型中通過直接讀取構(gòu)件的幾何信息得到。細(xì)部工程構(gòu)件的工程量統(tǒng)計(jì)，是通過構(gòu)件與其附屬對(duì)象進(jìn)行屬性關(guān)聯(lián)，將其并入到附屬對(duì)象的類別中考慮，比如墻體保溫層的工程量用外墻的表面積統(tǒng)計(jì)。表2以裝飾抹灰和構(gòu)造柱為例，給出了三種模式對(duì)于不同類型建筑細(xì)部及附屬工程量的計(jì)算方式的對(duì)比。而對(duì)于建筑施工臨時(shí)措施，例如腳手架，可以在設(shè)計(jì)模型中用實(shí)體構(gòu)件臨時(shí)表示，也可以通過關(guān)聯(lián)墻構(gòu)件的幾何信息計(jì)算工程量；模板的價(jià)格信息可以關(guān)聯(lián)到現(xiàn)澆混凝土構(gòu)件的表面積屬性中進(jìn)行計(jì)算。

1.2 非直接費(fèi)等費(fèi)用取價(jià)規(guī)則的對(duì)比

在定額計(jì)價(jià)模式中，間接費(fèi)(規(guī)費(fèi)和企業(yè)管理費(fèi))、利潤和稅金均由某個(gè)取費(fèi)基數(shù)與政府規(guī)定的費(fèi)率進(jìn)行計(jì)算。在清單計(jì)價(jià)模式中，工程項(xiàng)目的利潤、管理費(fèi)、風(fēng)險(xiǎn)費(fèi)和人工費(fèi)、材料費(fèi)、機(jī)械費(fèi)一同并入項(xiàng)目的綜合單價(jià)中考慮，充分體現(xiàn)了企業(yè)管理水平對(duì)工程費(fèi)用的影響；規(guī)費(fèi)和稅費(fèi)由直接費(fèi)乘以相關(guān)費(fèi)率得到，其中取費(fèi)的費(fèi)率也由國家和政府來制定。BIM技術(shù)不能完全確定稅費(fèi)，但為了體現(xiàn)人文關(guān)懷和環(huán)保意識(shí)，本文提倡將規(guī)費(fèi)作為企業(yè)定額的一部分，由政府監(jiān)管而非規(guī)定來約束企業(yè)對(duì)規(guī)費(fèi)取值的合理性，將工程排污費(fèi)、社會(huì)保障費(fèi)、住房公積金、危險(xiǎn)作業(yè)和意外保險(xiǎn)作為企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的因素之一。

2 IFC標(biāo)準(zhǔn)對(duì)工程量價(jià)信息的表達(dá)與企業(yè)定額編制

2.1 IFC標(biāo)準(zhǔn)對(duì)工程信息的表達(dá)方式

本文構(gòu)建了基于BIM技術(shù)的工程成本預(yù)算及進(jìn)度管理信息需求模型，其表達(dá)方式如圖1所示。圖1表明基于BIM技術(shù)的建筑工程成本預(yù)算及進(jìn)度管理信息需求模型的建立需要借助統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)建筑產(chǎn)品信息、構(gòu)件信息、工程量信息、資源信息、綜合單價(jià)信息、進(jìn)度信息和企業(yè)定額進(jìn)行關(guān)聯(lián)。相關(guān)學(xué)者曾經(jīng)研究過IFC表達(dá)形式[10]及基于工程量清單的BIM框架IFC表達(dá)形式[11, 12]，本文在此類研究的基礎(chǔ)上，提出基于企業(yè)自主定額的工程量與造價(jià)的IFC表達(dá)形式。

圖1 基于BIM技術(shù)的建筑工程成本預(yù)算及進(jìn)度管理信息需求模型

在BIM模型中對(duì)構(gòu)件的工程量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，依賴于構(gòu)件屬性的添加和關(guān)聯(lián)。在IFC的表達(dá)中，通過關(guān)系對(duì)象IfcRelDefinesByProperties將構(gòu)件與構(gòu)件的幾何屬性進(jìn)行關(guān)聯(lián)。與工程量相關(guān)的構(gòu)件幾何信息存儲(chǔ)在構(gòu)件的物理量屬性IfcPhysicalQuantity的屬性集中，用于描述構(gòu)件的長度、體積、面積等，圖2展示了在IFC文件中幾何信息的存儲(chǔ)模式，圖2中#20102是某個(gè)梁構(gòu)件的IFC語句，#20143，#20144，#20145是描述梁構(gòu)件體積、長度和面積的屬性信息。

圖2 IFC對(duì)工程量表達(dá)的文本文件

工程價(jià)格和進(jìn)度信息在IFC中也是通過關(guān)系對(duì)象與構(gòu)件關(guān)聯(lián)。成本值由IfcCostValue通過IfcAppliedValueRelationship關(guān)系定義到成本項(xiàng)IfcCostItem中，再通過IfcRelAssociates與構(gòu)件關(guān)聯(lián)。而施工過程根據(jù)工種分為不同工序，IFC中用IfcTask表達(dá)具體工序，一系列存在先后的施工工序在IFC中通過IfcRelSequence進(jìn)行排列，再通過IfcRelAssignsTasks與構(gòu)件對(duì)應(yīng)。

基于BIM的建筑工程成本預(yù)算及進(jìn)度管理的信息需求模型的完整IFC表達(dá)如圖3。

2.2 BIM環(huán)境下企業(yè)自主定額模式研究

如上文所述，由BIM模型得到的工程量是基于構(gòu)件的幾何屬性值，因此新的企業(yè)定額中的單價(jià)信息需要與工程量進(jìn)行統(tǒng)一，必須滿足一定的計(jì)算規(guī)則和格式。這里的BIM企業(yè)定額相當(dāng)于獨(dú)立于模型屬性庫的一個(gè)外部數(shù)據(jù)庫。不同工程階段對(duì)價(jià)格統(tǒng)計(jì)要求的精度不同，為了便于物料分析，企業(yè)定額應(yīng)按照人工、材料、機(jī)械、管理費(fèi)、利潤、規(guī)費(fèi)和風(fēng)險(xiǎn)費(fèi)等不同費(fèi)用類型進(jìn)行分類，如表3[8]中的綜合單價(jià)2；同時(shí)，不同施工工序所消耗的資源情況不同，分類統(tǒng)計(jì)成綜合單價(jià)1，綜合單價(jià)1在不同費(fèi)用類型上的加合即為綜合單價(jià)2。當(dāng)不同構(gòu)件的施工過程中需要同一種施工工序時(shí)，可以通過不同的編碼與工程構(gòu)件進(jìn)行關(guān)聯(lián)。最終，企業(yè)定額將構(gòu)件人工費(fèi)、構(gòu)件材料費(fèi)、構(gòu)件機(jī)械費(fèi)等費(fèi)用類別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可生成構(gòu)件的綜合單價(jià)。企業(yè)定額的工程量計(jì)算方法采用了傳統(tǒng)定額中的實(shí)體量計(jì)算，其同時(shí)采納了清單模式中綜合單價(jià)的分類方式，這種基于構(gòu)件計(jì)算量價(jià)的方法充分發(fā)揮了BIM的優(yōu)勢(shì)。

圖3 建筑工程成本預(yù)算信息需求模型及進(jìn)度管理信息需求模型的完整IFC表達(dá)

表3 BIM企業(yè)定額模式(以異形柱的人工費(fèi)為例)

在BIM造價(jià)應(yīng)用推廣初期，施工企業(yè)的企業(yè)定額是一個(gè)不斷完善的過程。每個(gè)實(shí)際施工案例的預(yù)算和實(shí)際成本的差價(jià)，反饋到企業(yè)定額中，都將作為企業(yè)定額修改的依據(jù)。在BIM造價(jià)應(yīng)用的后期階段，企業(yè)定額相對(duì)穩(wěn)定，施工企業(yè)將通過發(fā)展新的施工技術(shù)、增強(qiáng)管理和減少排污來提高市場(chǎng)綜合競(jìng)爭(zhēng)能力。

3 基于BIM的工程量計(jì)算和計(jì)價(jià)案例分析

3.1 BIM設(shè)計(jì)模型生成

本文選取上海某高層住宅作為案例，演示了從設(shè)計(jì)到施工管理過程中的BIM量價(jià)模型的應(yīng)用情況。建模軟件采用Revit Architecture 2015，相應(yīng)的IFC文件通過Revit導(dǎo)出獲得。

建模過程中，構(gòu)件的幾何屬性將被自動(dòng)錄入在Revit模型中的類型屬性表中，表中的數(shù)據(jù)也可以手動(dòng)添加或修改標(biāo)識(shí)名稱。以案例中的一個(gè)常規(guī)墻構(gòu)件為例，其幾何屬性顯示在類型屬性表中如圖4所示。將BIM模型輸出成IFC格式的文件，在IFC的查看器中查看到該墻構(gòu)件的幾何屬性如圖5所示。

圖4 Revit中某常規(guī)墻幾何屬性

圖5 IFC文件中某常規(guī)墻幾何屬性

由圖4和圖5對(duì)比可知，將Revit模型導(dǎo)出成IFC文件的格式后，構(gòu)件的幾何屬性不改變并且不丟失。

完成BIM設(shè)計(jì)模型的建模，通過自主編程從IFC文件中讀取工程量信息，并將工程量結(jié)果輸出成Excel表格，墻構(gòu)件輸出的結(jié)果部分如表4所示。

表4 編程輸出的墻工程量表局部

3.2 BIM造價(jià)模型生成

BIM造價(jià)模型的生成依賴于企業(yè)自主定額數(shù)據(jù)庫，企業(yè)定額可以顯示企業(yè)的施工技術(shù)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，屬于施工單位的機(jī)密性文件，除審計(jì)階段外不需要將定額表的具體內(nèi)容公開。建設(shè)方或咨詢方將BIM設(shè)計(jì)模型、工程量輸出表及相關(guān)說明提供給施工方，施工方利用企業(yè)定額庫中的構(gòu)件資源、單價(jià)與構(gòu)件工程量表格編碼對(duì)應(yīng)進(jìn)行計(jì)算。本案例通過自主編程計(jì)算構(gòu)件的價(jià)格輸出表，墻構(gòu)件造價(jià)如表5所示?；跇?gòu)件單元計(jì)算得到的

價(jià)格可以按照樓層、工序及其他方式進(jìn)行歸并，得到能夠用于不同計(jì)價(jià)階段所需要的結(jié)果，按照樓層的輸出結(jié)果局部如表6所示。

為了將價(jià)格信息返回到模型中， 先采用自主開發(fā)的程序在IFC文件中添加價(jià)格計(jì)算結(jié)果。例如將表5中每面墻的人工費(fèi)、材料費(fèi)、機(jī)械費(fèi)和總價(jià)信息，用C#語言編寫程序，通過構(gòu)件的IFC代碼匹配到圖2所示的IFC語句中，得到攜帶價(jià)格信息的模型如圖6所示。

表5 墻構(gòu)件價(jià)格輸出表(部分) 元

圖6 IFC文件中構(gòu)件的造價(jià)屬性

再將IFC文件讀入到BIM設(shè)計(jì)模型中，得到基于設(shè)計(jì)模型的BIM造價(jià)模型。由于Revit軟件直接讀取IFC格式文件時(shí)會(huì)丟失價(jià)格信息，本案例通過二次開發(fā)的插件將IFC構(gòu)件價(jià)格信息添加到Revit模型中，得到可以在Revit中顯示的BIM造價(jià)模型，如圖7。隨著BIM軟件對(duì)IFC支持程度的不斷提高，直接獲取IFC中的量價(jià)信息將逐步實(shí)現(xiàn)。

3.3 BIM造價(jià)管理模型的生成

將按樓層或者施工工序輸出的價(jià)格信息匹配到構(gòu)件中，對(duì)施工的流程進(jìn)行價(jià)格控制。這個(gè)過程需要BIM的施工模擬軟件配合實(shí)現(xiàn)，案例中選擇Autodesk公司的Navisworks軟件進(jìn)行施工模擬。案例將工程段劃分成一個(gè)樓層，實(shí)際的模擬情況應(yīng)該根據(jù)造價(jià)管理要求的精度來劃分施工段。案例中簡(jiǎn)化每個(gè)樓層構(gòu)件的施工工序?yàn)橹０?、扎鋼筋和澆注混凝土。在Navisworks軟件中導(dǎo)入包含價(jià)格信息的Excel施工進(jìn)度表，生成施工進(jìn)度甘特圖(圖8)。在BIM模擬軟件中得到的構(gòu)件-施工工序-價(jià)格相互關(guān)聯(lián)的模型，即為BIM造價(jià)管理模型。

圖7 BIM造價(jià)模型中構(gòu)件的造價(jià)屬性(以12層某面墻為例)/mm

圖8 施工進(jìn)度甘特圖

在應(yīng)用BIM施工模擬進(jìn)行造價(jià)控制時(shí)，工程前期進(jìn)度和預(yù)算與實(shí)際情況對(duì)比，可作為后續(xù)進(jìn)度、價(jià)格調(diào)整的依據(jù)；當(dāng)施工段的進(jìn)度和價(jià)格趨于穩(wěn)定后，將施工工序的劃分范圍擴(kuò)大，以節(jié)省在進(jìn)度和成本控制中投入的時(shí)間。施工造價(jià)控制模型不但可以用于某個(gè)工程，并且能夠?qū)⒐こ痰男畔⒂涗浽谄髽I(yè)定額表中，對(duì)后續(xù)的工程起到指導(dǎo)性的意義。

4 結(jié)論與展望

4.1 成果與結(jié)論

本文的主要成果和結(jié)論如下：

(1)對(duì)現(xiàn)行傳統(tǒng)的定額和工程量清單兩種計(jì)價(jià)模式進(jìn)行了對(duì)比分析，提出了BIM環(huán)境下的工程算量、計(jì)價(jià)方法的新思路。

(2)通過采用國際通用標(biāo)準(zhǔn)IFC的量價(jià)表達(dá)模式，得到基于IFC的BIM工程量價(jià)計(jì)算框架結(jié)構(gòu)體系及其屬性信息表達(dá)方式。

(3)通過案例研究，演示基于BIM的建筑工程量算量、計(jì)價(jià)和管理模型及其實(shí)施路徑的實(shí)現(xiàn)過程，驗(yàn)證思路的可行性。

4.2 后續(xù)研究展望

(1)對(duì)鋼筋構(gòu)件的考慮

本文考慮的工程構(gòu)件實(shí)體工程量中沒有包含對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件中鋼筋的實(shí)體計(jì)算。相關(guān)學(xué)者曾嘗試將BIM設(shè)計(jì)模型導(dǎo)入到SAP 2000等國內(nèi)常用結(jié)構(gòu)分析軟件中[13,14]，進(jìn)行分析并返回結(jié)果。但是這種方法的實(shí)現(xiàn)有一定的難度，可以作為后續(xù)研究的一個(gè)方向。

(2)對(duì)施工工序的統(tǒng)一編碼

文中提及將施工工序和構(gòu)件進(jìn)行編碼，并在企業(yè)定額中設(shè)置了編號(hào)，但由于每個(gè)企業(yè)的施工工序可能千差萬別，因此該編碼很難由政府進(jìn)行統(tǒng)一。因此，研究BIM構(gòu)件、施工工序和其他相關(guān)描述的編碼體系有待深化。

[1] Goldberg H E. AEC From the ground up—The Building Information Model-In the AEC world, BIM is poised to lead the next big technological evolution[J]. Cadalyst, 2004, 21(11): 56-61.

[2] Nour M, Beucke K. An open platform for processing IFC model versions[J]. Tsinghua Science and Technology, 2008, 13(s1): 126-131.

[3] ISO 16739-2013, Industry Foundation Classes (IFC) for Data Sharing in the Construction and Facility Management Industries[S].

[4] 張建平, 李 丁, 林佳瑞, 等. BIM在工程施工中的應(yīng)用[J]. 施工技術(shù), 2012, 41(16) : 10-17.

[5] 黃 華. 建設(shè)工程設(shè)計(jì)階段造價(jià)控制新方式——基于BIM的建設(shè)工程造價(jià)管理[J]. 內(nèi)江師范學(xué)院學(xué)報(bào), 2010, 25(10) : 58-61.

[6] 葉術(shù)娟. BIM技術(shù)在建筑工程造價(jià)管理中的應(yīng)用[J]. 中國高新技術(shù)企業(yè), 2015, (28): 51-53.

[7] 馬智亮, 婁 喆. IFC標(biāo)準(zhǔn)在我國建筑工程成本預(yù)算中應(yīng)用的基本問題探討[J]. 土木建筑工程信息技術(shù), 2009, 1(2): 7-14.

[8] GJDGZ-101-95, 全國統(tǒng)一建筑工程預(yù)算工程量計(jì)算規(guī)則[S].

[9] GB 50500-2013, 2013工程量清單計(jì)價(jià)規(guī)范[S].

[10]林良帆. BIM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與集成管理研究[D]. 上海: 上海交通大學(xué), 2013.

[11]婁 喆. 基于BIM技術(shù)的建筑成本預(yù)算軟件系統(tǒng)模型研究 [D]. 北京: 清華大學(xué), 2009.

[12]馬志明, 李 嚴(yán), 李勝波. IFC架構(gòu)及模型構(gòu)成分析[J]. 四川兵工學(xué)報(bào), 2014, 35(11): 114-118.

[13]李艷妮. 基于BIM的建筑結(jié)構(gòu)模型的研究[D]. 西安:西安建筑科技大學(xué), 2012.

[14]楊黨輝, 蘇 原, 孫 明. 基于Revit的BIM技術(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)交換問題分析[J]. 土木建筑工程信息技術(shù), 2014, 6(3): 13-18.