基于BIM的建筑面積分?jǐn)傆?jì)算方法研究

王妍

摘要：傳統(tǒng)的建筑面積分?jǐn)傆?jì)算基于二維CAD圖形進(jìn)行，該方法工作量大，容易出錯(cuò)。參數(shù)化的建筑信息模型（BIM）中參數(shù)屬性與幾何模型相互對(duì)應(yīng)，為建筑模型的分析計(jì)算奠定了良好的基礎(chǔ)。本文提出了基于建筑信息模型的建筑面積分?jǐn)傆?jì)算方法，在Revit軟件基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)，通過對(duì)象的檢索、參數(shù)的查詢和統(tǒng)計(jì)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了建筑面積的自動(dòng)計(jì)算，減少了人工參與，提高了計(jì)算的效率和準(zhǔn)確率。

關(guān)鍵詞：參數(shù)化;建筑信息模型

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

在城市規(guī)劃、建筑設(shè)計(jì)、施工與運(yùn)營維護(hù)過程中需要進(jìn)行大量的分析計(jì)算，如規(guī)劃部門的規(guī)劃指標(biāo)審核、日照分析;房地部門的面積分?jǐn)傆?jì)算;施工單位的造價(jià)分析、工程量計(jì)算等。

目前國內(nèi)各相關(guān)單位和部門普遍使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，但是主要還是作為一種繪圖工具來使用。這些傳統(tǒng)的CAD軟件往往被用來繪制一些二維圖形，通過直線、折線、弧線、填充等來表達(dá)建筑元素。這些信息對(duì)于繪制建筑施工圖已經(jīng)足夠了，但不能賦予更加復(fù)雜的信息，比如材料，造價(jià)等，這對(duì)建筑項(xiàng)目在整個(gè)生命周期中的信息交換有很大的限制，而且這些信息也不方便自動(dòng)識(shí)別，對(duì)于面積分?jǐn)傆?jì)算也很不方便。另外各設(shè)計(jì)院、設(shè)計(jì)師繪圖要求和方法各不相同，造成后續(xù)的審圖、三維數(shù)字城市建設(shè)等工作中必須對(duì)原有的二維圖紙進(jìn)行大量的規(guī)范化的處理工作，浪費(fèi)大量的人力物力。

而隨著建筑信息模型（Building Information Model，簡稱BIM）技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，為建筑相關(guān)信息的分析計(jì)算提供了新的方法。建筑信息模型是建筑行業(yè)信息化建設(shè)的基礎(chǔ)之一，是以3D技術(shù)的基礎(chǔ)之上集成建筑工程項(xiàng)目各種相關(guān)信息形成綜合的工程數(shù)據(jù)模型。而BIM模型的參數(shù)化特性也為建筑面積分?jǐn)傆?jì)算提供了良好的基礎(chǔ)。

1基于二維CAD圖紙的建筑面積分?jǐn)傆?jì)算

目前絕大部分的建筑面積分?jǐn)傆?jì)算還是基于二維CAD圖紙進(jìn)行。不論是一般性的房屋建筑面積計(jì)算，還是涉及了公共面積均攤的復(fù)雜面積計(jì)算，又或者是對(duì)建筑使用面積的分類統(tǒng)計(jì)等計(jì)算方面的問題都受到現(xiàn)有人工測(cè)量、人工識(shí)別、統(tǒng)計(jì)計(jì)算的誤差或錯(cuò)誤影響，降低了建筑工程項(xiàng)目面積計(jì)算的準(zhǔn)確性與高效性。

建筑全生命周期管理中的各項(xiàng)計(jì)算分析，需要眾多的信息?，F(xiàn)有的建筑面積分?jǐn)傆?jì)算基于建設(shè)單位提供的二維圖紙進(jìn)行，這種二維圖紙為主的信息表達(dá)和流轉(zhuǎn)方式造成計(jì)算分析所依托的信息基礎(chǔ)是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)模矣?jì)算所需的各種信息難以有效提取，各項(xiàng)計(jì)算分析也就難以有效進(jìn)行。以AutoCAD為代表的軟件繪圖較為方便，但這些二維CAD圖紙中，建筑物的表達(dá)沒有統(tǒng)一的規(guī)范，繪制的對(duì)象也有可能不準(zhǔn)確。如房間的外墻可能是多義線，也有可能是線段。圖中標(biāo)注為4米長度的墻，其圖形尺寸有可能不是4米，僅僅是繪圖者標(biāo)注為4米。

因此建筑面積計(jì)算中，現(xiàn)有的根據(jù)施工圖紙、實(shí)地考查和國家測(cè)量規(guī)范對(duì)尚未施工或竣工的房屋面積進(jìn)行的預(yù)先測(cè)量計(jì)算由于二維電子圖紙的局限性、人工根據(jù)電子圖紙測(cè)量產(chǎn)生的誤差甚至錯(cuò)誤、面積分?jǐn)傆?jì)算過程中人工計(jì)算的復(fù)雜性、工程人員對(duì)建筑圖紙理解的偏差性等，都降低了建筑面積計(jì)算相關(guān)工作的準(zhǔn)確性、便捷性及智能性。

2參數(shù)化設(shè)計(jì)

最初CAD系統(tǒng)所構(gòu)造的產(chǎn)品模型是點(diǎn)、線和圓等幾何圖素的簡單堆疊，用固定的坐標(biāo)值、尺寸值定義幾何元素，輸入的圖元都有確定的位置，在修改和編輯已有圖形時(shí)，只能一個(gè)個(gè)圖元進(jìn)行修改。它僅僅描述出設(shè)計(jì)產(chǎn)品的可視形狀，卻體現(xiàn)不出設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)思想。

參數(shù)化，指的是對(duì)圖元建立特定的關(guān)系，當(dāng)這種關(guān)系的某個(gè)基本元素發(fā)生變化，其他元素也隨之變化，參數(shù)化的重點(diǎn)是元素之間的關(guān)聯(lián)性。參數(shù)化設(shè)計(jì)的本質(zhì)是在可變參數(shù)的作用下，系統(tǒng)能夠自動(dòng)維護(hù)所有的不變參數(shù)，并驅(qū)動(dòng)圖元的形狀和位置變化，從而可以大大提高模型的生成和修改的速度。

參數(shù)化設(shè)計(jì)是一種較新的建筑設(shè)計(jì)方法，它根據(jù)圖元本身或圖元間的參數(shù)來確定其幾何形狀或結(jié)構(gòu)尺寸。用參數(shù)化背后的邏輯來構(gòu)思設(shè)計(jì)，是一種新的思維方式和方法論。參數(shù)化設(shè)計(jì)的核心思想是把建筑設(shè)計(jì)的不同元素變成不同函數(shù)及其變量，通過改變這些函數(shù)及參數(shù)，設(shè)計(jì)者能夠獲得不同的建筑設(shè)計(jì)方案。

與傳統(tǒng)CAD二維繪圖不同的是，參數(shù)化建筑建模設(shè)計(jì)是面向?qū)ο蟆?shù)驅(qū)動(dòng)的，參數(shù)改變，則對(duì)象也相應(yīng)改變。在參數(shù)化建筑模型中，某一對(duì)象的位置或尺寸調(diào)整，還將引起所有相關(guān)元素自動(dòng)調(diào)整。例如。調(diào)整某一樓層的層高，將驅(qū)動(dòng)墻、梁、板、柱等相關(guān)構(gòu)件的尺寸或位置變化。對(duì)于建筑面積分?jǐn)傆?jì)算來說，參數(shù)化建模的一大好處是保持了模型和尺寸標(biāo)注的一致性，大大減少了尺寸核對(duì)的工作量。

參數(shù)化建筑建模實(shí)現(xiàn)了可靠且內(nèi)部一致的可計(jì)算的建筑信息整合，可以方便地協(xié)調(diào)所有圖形和非圖形數(shù)據(jù)，包括建筑構(gòu)件、視圖、材料、日程等，使得整個(gè)建筑模型都在一個(gè)和參數(shù)相互關(guān)聯(lián)的綜合數(shù)據(jù)庫中。參數(shù)化建筑模型知道每個(gè)組件的特性和組件之間的相互作用，能夠有效地保持元素之間的一致性關(guān)系，已被證明是一種有效的嵌入領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)的建筑建模手段。

3建筑信息模型

“建筑信息模型綜合了所有的幾何模型信息、功能要求和構(gòu)件性能，將一個(gè)建筑項(xiàng)目整個(gè)生命周期內(nèi)的所有信息整合到一個(gè)單獨(dú)的建筑模型中，而且還包括施工進(jìn)度、建造過程、維護(hù)管理等過程信息?！边@是建筑信息模型概念的最早提出者——美國佐治亞理工學(xué)院（Georgia Tech College）建筑與計(jì)算機(jī)專業(yè)的查克·伊斯曼（Chuck Eastman）博士在其20世紀(jì)70年代所出版的著作和論文中對(duì)它的描述。

美國國家BIM標(biāo)準(zhǔn)對(duì)BIM的定義是：BIM是建設(shè)項(xiàng)目的兼具物理特性與功能特性的數(shù)字化模型，且是從建設(shè)項(xiàng)目的最初概念設(shè)計(jì)開始的整個(gè)生命周期里做出任何決策的可靠共享信息資源。實(shí)現(xiàn)BIM的前提是：在建設(shè)項(xiàng)目生命周期的各個(gè)階段不同的項(xiàng)目參與方通過在BIM建模過程中插入、提取、更新及修改信息以支持和反映出各參與方的職責(zé)。BIM是基于公共標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)同作業(yè)的共享數(shù)字化模型。

從應(yīng)用領(lǐng)域上看，國內(nèi)外已經(jīng)將BIM技術(shù)應(yīng)用在建筑工程的全生命周期，包括設(shè)計(jì)階段、施工階段以及建成后的維護(hù)和管理階段。在設(shè)計(jì)階段，使用Revit等軟件建立三維參數(shù)化模型，不同專業(yè)之間可以方便共享模型數(shù)據(jù);傳統(tǒng)的二維施工圖可以從三維設(shè)計(jì)模型自動(dòng)生成并始終保持一致。另外，國內(nèi)外不同的軟件開發(fā)商基于BIM技術(shù)，開發(fā)了不同的應(yīng)用軟件，利用BIM模型可視、可計(jì)算、可交換的特性對(duì)BIM模型進(jìn)行分析計(jì)算與應(yīng)用，例如工程量計(jì)算、日照分析、人流模擬等。在施工階段，通過使用相應(yīng)的軟件，基于三維設(shè)計(jì)模型數(shù)據(jù)，可進(jìn)行施工進(jìn)度管理、虛擬建造等。近期，基于BIM模型的運(yùn)維軟件也大量涌現(xiàn)，可使相關(guān)管理者基于可視化模型和數(shù)據(jù)庫對(duì)建筑物構(gòu)件和設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行高效管理。

4基于BIM的建筑面積計(jì)算方法

建筑面積計(jì)算的主要目的是對(duì)建筑物相關(guān)面積量的各種計(jì)算與統(tǒng)計(jì)，包括房屋面積計(jì)算、面積分?jǐn)傆?jì)算、各類建筑面積統(tǒng)計(jì)計(jì)算等，本方法主要特點(diǎn)之一是基于三維模型來進(jìn)行建筑面積計(jì)算，從BIM軟件中提取所需建筑面積計(jì)算參數(shù)，通過一系列數(shù)據(jù)處理得到所需的建筑面積結(jié)果。相比于傳統(tǒng)面積計(jì)算方法，基于BIM三維參數(shù)化模型的建筑面積計(jì)算，很好地避免了由于人為理解偏差、測(cè)量錯(cuò)誤、計(jì)算誤差等造成的一系列不準(zhǔn)確的結(jié)果，從2D圖紙、人工計(jì)算到三維模型、自動(dòng)提取數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果的轉(zhuǎn)變，從根本上減小了誤差、提高了效率、降低了建筑面積計(jì)算工作的復(fù)雜度并且突破了傳統(tǒng)人工測(cè)量的局限，上升到了簡便操作的智能化建筑面積計(jì)算層面。

本文提出的基于BIM的建筑面積計(jì)算方法，主要基于Revit二次開發(fā)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，采用Visual Studio在C#r吾言環(huán)境下進(jìn)行軟件的二次開發(fā)。模型為Revit軟件的rvt格式文件，通過數(shù)據(jù)提取工具在Autodesk Revit平臺(tái)上，提取所需對(duì)象的屬性、參數(shù)，對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行面積計(jì)算操作，得到所需的建筑面積結(jié)果。

在Revit中，建筑模型表現(xiàn)為不同的實(shí)體對(duì)象，如樓層、房間、門、床等。不同的對(duì)象具有不同的屬性，即參數(shù)。如房間可以有名稱、面積、所屬單元等參數(shù)。而且面積等參數(shù)可隨著設(shè)計(jì)人員對(duì)長寬等尺寸參數(shù)的修改自動(dòng)更新。參數(shù)和幾何模型是實(shí)時(shí)對(duì)應(yīng)的，也保證了BIM模型中的尺寸標(biāo)注與幾何對(duì)象的尺寸是對(duì)應(yīng)并正確的?；贐IM模型的建筑面積計(jì)算工具從建筑物開始，從BIM模型中查詢其各個(gè)樓層，針對(duì)每個(gè)樓層，繼續(xù)查詢屬于該層的各套單元和公用部位，對(duì)于每個(gè)單元，查詢其各個(gè)房間，對(duì)于每個(gè)房間，查詢計(jì)算其面積參數(shù)，對(duì)于一些特殊的房間，如地下室、閣樓、陽臺(tái)等，需要根據(jù)三維模型計(jì)算分析其是否封閉以及凈高，以便決定該房間面積是否計(jì)算或折半計(jì)算。在查詢計(jì)算得到各房間面積后，再反向進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，依次得到各套、各樓層和整幢建筑的面積，并根據(jù)其相互關(guān)系，通過比例計(jì)算，得到分?jǐn)傁禂?shù)、得房率等參數(shù)后，即可方便地計(jì)算各套的建筑面積等。

根據(jù)上述方法設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)從BIM模型中查詢房間等對(duì)象后，查詢房間類型、尺寸等參數(shù)，進(jìn)行面積計(jì)算后根據(jù)其類型進(jìn)行分?jǐn)傆?jì)算，最后進(jìn)行結(jié)果顯示及輸出。

5計(jì)算實(shí)例

使用本系統(tǒng)對(duì)某七層公寓樓進(jìn)行面積分?jǐn)傆?jì)算，公寓樓3D效果圖、樓層平面圖和單套戶型結(jié)構(gòu)平面圖分別如圖2、圖3和圖4所示。

在BIM軟件中，可以方便地對(duì)各個(gè)房間按預(yù)定義的類型進(jìn)行標(biāo)記。使用二次開發(fā)的軟件對(duì)不同區(qū)域進(jìn)行面積計(jì)算后，即可按照預(yù)標(biāo)記的區(qū)域類型進(jìn)行分?jǐn)傆?jì)算，結(jié)果如圖5所示。與傳統(tǒng)二維圖方法相比，在三維BIM軟件中，對(duì)區(qū)域的類型標(biāo)記直觀簡便，BIM模型的參數(shù)化特性也保證了尺寸參數(shù)和面積計(jì)算的正確性。

6結(jié)論

在對(duì)現(xiàn)有傳統(tǒng)的建筑面積計(jì)算方法進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，本文提出了“基于BIM的建筑面積計(jì)算方法”，論述了其設(shè)計(jì)思路及實(shí)現(xiàn)方案，介紹了本方案的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方式及用戶界面等。近年來，住建部等部門多次發(fā)文，推動(dòng)全面提高建筑業(yè)信息化和智能化水平，房產(chǎn)管理部門通過BIM進(jìn)行建筑面積計(jì)算，對(duì)于推動(dòng)BIM在建筑全生命周期的應(yīng)用有積極的意義。