BIM技術(shù)在建筑工程計(jì)量中的應(yīng)用研究

王曉妮

（南京理工大學(xué)紫金學(xué)院土木交通系， 江蘇 南京 210000）

0 引言

在互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)的時(shí)代背景下，BIM 技術(shù)的出現(xiàn)掀起了我國建筑行業(yè)的巨大變革。傳統(tǒng)的工程造價(jià)模式是在二維圖紙的基礎(chǔ)上，運(yùn)用算量軟件模型計(jì)價(jià)規(guī)則，建立模型套取工程量清單，部分特殊工程需要進(jìn)行手算工程量，這需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和精力。為了解決工程量在計(jì)算中信息的中斷和分離，國內(nèi)的很多學(xué)者紛紛對BIM 技術(shù)在造價(jià)行業(yè)的應(yīng)用展開廣泛深入的研究，但目前的研究成果尚未發(fā)揮BIM平臺在全生命周期中的協(xié)同性和高效性。打通IFC 標(biāo)準(zhǔn)與我國工程量清單計(jì)價(jià)規(guī)則的通道，建立算量模型標(biāo)準(zhǔn)，是BIM技術(shù)在工程造價(jià)中廣泛使用的必經(jīng)之路。

1 BIM 技術(shù)在建筑工程計(jì)量中的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 基于BIM 的工程量計(jì)算方法

隨著建筑信息化的發(fā)展和國家相關(guān)政策的出臺，各大企業(yè)加快BIM 技術(shù)的研發(fā)，基于BIM 技術(shù)的各類算量軟件紛紛進(jìn)入市場。Revit 軟件是目前市場上廣泛使用的三維仿真BIM 軟件，也可進(jìn)行建筑工程量的計(jì)算，利用軟件自帶的構(gòu)件統(tǒng)計(jì)功能、計(jì)算規(guī)則、統(tǒng)計(jì)方式，可集成各構(gòu)件的工程量信息，輸出工程量統(tǒng)計(jì)表，但由于統(tǒng)計(jì)方式和計(jì)算規(guī)則與我國清單計(jì)價(jià)規(guī)則不同，輸出的工程量需要進(jìn)行人工調(diào)整，工作量較大。廣聯(lián)達(dá)、品茗、比目云、新點(diǎn)等國內(nèi)軟件通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行二次開發(fā)和轉(zhuǎn)化模型數(shù)據(jù)格式兩種方式，可通過第三方插件將Revit 的三維仿真模型導(dǎo)入各自軟件，利用國產(chǎn)軟件計(jì)價(jià)規(guī)則與國家規(guī)范吻合的優(yōu)勢進(jìn)行工程量的計(jì)算和統(tǒng)計(jì)，可一模多用，實(shí)現(xiàn)工程量的快捷計(jì)算及建筑信息的連貫性。但由于不同軟件公司自成系統(tǒng)，建模規(guī)范不同，同一模型不同軟件的工程量計(jì)算會有較大差異，目前還沒有比較完善的BIM 算量軟件[1]。

1.2 BIM 技術(shù)在建筑工程計(jì)量中存在的問題[2][3]

BIM 技術(shù)起源于國外，它的設(shè)計(jì)思路是迎合國外的建筑環(huán)境的，而我國主要采用清單計(jì)價(jià)和定額計(jì)價(jià)兩種工程量計(jì)價(jià)規(guī)則，BIM 模型的直接計(jì)量與清單計(jì)量規(guī)則不一致，這使得BIM 技術(shù)在工程造價(jià)方面的應(yīng)用比較有限，仍處于探索和研究階段。

現(xiàn)有BIM 軟件輸出的工程量信息中包含的施工屬性和物理屬性信息較少，而這些是我國工程計(jì)量的關(guān)鍵信息，比如Revit 導(dǎo)出的ODBC 數(shù)據(jù)庫中包含大量的分析信息，但用于工程計(jì)量的信息卻較少，信息的不完整影響了BIM 模型直接在工程計(jì)量中的應(yīng)用。

國內(nèi)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范體系尚未完全建立起來，各類應(yīng)用沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，施工單位和設(shè)計(jì)單位建模的標(biāo)準(zhǔn)不一致，構(gòu)件的劃分不同。比如BIM 軟件建模時(shí)墻體裝飾層、樓地面裝飾層未單獨(dú)創(chuàng)建構(gòu)件，這使計(jì)量時(shí)工程量不準(zhǔn)確甚至缺項(xiàng)。

2 BIM 模型計(jì)量信息的擴(kuò)展

2.1 工程量清單中的信息

工程量清單的編制內(nèi)容包含：分部分項(xiàng)工程、措施項(xiàng)目、其它項(xiàng)目、規(guī)費(fèi)和稅金項(xiàng)目清單。BIM 技術(shù)主要是計(jì)算分部分項(xiàng)工程，根據(jù)“房屋建筑與裝飾工程工程量計(jì)算規(guī)范”分部分項(xiàng)工程的工程量清單應(yīng)包括：項(xiàng)目編碼、項(xiàng)目名稱、項(xiàng)目特征、計(jì)量單位和工程量等信息，比如某辦公樓的部分分部分項(xiàng)工程量清單見表2-1，這些信息是工程量清單的重要組成部分，缺一不可。

表2 -1 某辦公樓部分工程量清單

2.2 BIM 模型信息與工程量信息的比對分析

以Revit 軟件為例，BIM 模型的信息主要包括圖元的名稱、材料、幾何尺寸、位置、標(biāo)識屬性、圖形顯示的等內(nèi)容。這些信息與工程量清單的信息相比有一定的差距，需要對BIM 信息進(jìn)行完善。比如工程量信息，BIM 模型包含構(gòu)件幾何信息，并可對構(gòu)件的體積或面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，但部分構(gòu)件的信息缺失，以混凝土柱為例，模型的屬性信息有該柱的橫截面尺寸、高度、方位等信息，一鍵準(zhǔn)確求出柱的混凝土用量，但缺少模板信息，若直接用柱的表面積來計(jì)算模板用量將產(chǎn)生大量的計(jì)算誤差，需要對部分信息進(jìn)行完善，同樣需要對單位信息、材料信息、物理屬性進(jìn)行部分信息的完善。另外由于BIM模型中不包括施工方法、施工工藝、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等信息，而施工技術(shù)會影響到工程計(jì)量的算法，同一結(jié)構(gòu)不同施工方法得到的工程量會有差別，因此對于這些信息需要全部進(jìn)行添加。

2.3 對BIM 模型的信息進(jìn)行設(shè)計(jì)

BIM 模型信息的交流和共享是在IFC 標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上完成的，基于IFC 標(biāo)準(zhǔn)的開放性、屬性擴(kuò)展性，可進(jìn)行BIM 模型信息的擴(kuò)展。目前主要有兩種擴(kuò)展的方式，第一種是對已有屬性的相關(guān)信息進(jìn)行補(bǔ)充和修改，即在IFC Property Set 基礎(chǔ)上完成，第二種是通過新建實(shí)體類型完成擴(kuò)展，即在IFC Building Element Proxy 基礎(chǔ)上完成，本文主要講述的是基于IFC Building Element Proxy 的信息拓展[3]。

BIM 模型中的信息是通過屬性來設(shè)置的，IFC 標(biāo)準(zhǔn)中的信息可以通過屬性集來表達(dá)。屬性集是創(chuàng)建BIM 構(gòu)件的基礎(chǔ)，是一種靈活的信息儲存和傳遞的方式。屬性集主要有兩種：靜態(tài)屬性集和動態(tài)屬性集，靜態(tài)屬性集完成某實(shí)體的定義后，便于其它屬性毫無關(guān)聯(lián)。自定義屬性集和預(yù)定義屬性集均屬于動態(tài)屬性集，自定義屬性集可添加和定義原本屬性集中沒有的屬性，其功能強(qiáng)大，應(yīng)用靈活，可滿足用戶多方面的要求，預(yù)定義屬性集包含“Pest”的前綴，相對于靜態(tài)屬性集，預(yù)定義屬性集可與其它屬性關(guān)聯(lián)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞和共享。

IFC 標(biāo)準(zhǔn)是面向?qū)ο蟮恼Z言表達(dá)，實(shí)體和實(shí)體類型是IFC 標(biāo)準(zhǔn)的對象，以Revit 為例，每一個(gè)族都有一個(gè)或者多個(gè)類型，而每種類型都可以有多個(gè)實(shí)體。每個(gè)圖元都是類型下的具體實(shí)體。因此，Revit 中的圖元都具有實(shí)體和類型兩種屬性，修改實(shí)體屬性將僅影響所選擇的圖元。例如，修改窗的“底高度”時(shí)，僅修改所選擇的窗對象，而當(dāng)修改類型參數(shù)“寬度”時(shí)，所有類型窗的實(shí)體，都將自動修改。見圖4-1、圖4-2。IFC 標(biāo)準(zhǔn)中的預(yù)定義類型時(shí)未定義的實(shí)體類型，基于這一特點(diǎn)，可將工程計(jì)量所需屬性比如施工工藝、材料屬性、單位信息等進(jìn)行定義和添加，形成一個(gè)具有工程計(jì)量功能的實(shí)體類型。通過實(shí)體類型與實(shí)體進(jìn)行關(guān)聯(lián)，可實(shí)現(xiàn)工程計(jì)量信息的擴(kuò)展，促進(jìn)模型信息和清單計(jì)價(jià)信息的統(tǒng)一。

圖4-1 實(shí)體類型屬性

圖4-2 實(shí)體屬性

3 建筑工程計(jì)量規(guī)則的改進(jìn)

3.1 提高計(jì)量的精度

工程量清單計(jì)價(jià)規(guī)范中規(guī)定了清單計(jì)量的規(guī)則，很多規(guī)則是建立在計(jì)算簡便、誤差有限的基礎(chǔ)上，隨著建模精度的提高和施工模擬技術(shù)的日益成熟，需要建立更加準(zhǔn)確的計(jì)量規(guī)則。比如樓板、屋面板、墻體及相應(yīng)的裝飾、防水層等項(xiàng)目的工程量計(jì)價(jià)規(guī)則都規(guī)定，扣除單個(gè)面積＞3m2的孔洞面積，而小于3m2的孔洞可以不予考慮；比如在計(jì)算外墻時(shí)，有屋架且室內(nèi)外均有天棚者外墻高度算至屋架下弦底另加200mm，無天棚者算至屋架下弦底另加300mm，出檐寬度超過600mm 時(shí)按實(shí)砌高度計(jì)算；基礎(chǔ)與墻身使用不同材料時(shí)，位于設(shè)計(jì)室內(nèi)地面高度≦300mm 時(shí)，以不同材料為分界線，高度＞300mm時(shí)，以設(shè)計(jì)室內(nèi)地面為分界線。這些近似的計(jì)價(jià)規(guī)則是基于手工計(jì)算時(shí)期提出的，目前隨著BIM 技術(shù)的推廣和各專業(yè)間通道的打通，這種計(jì)量規(guī)則已出現(xiàn)了弊端，需要基于BIM 模型對原有計(jì)量規(guī)則進(jìn)行改進(jìn)，利用BIM 技術(shù)的一鍵出量，細(xì)節(jié)精確處理，可以提高精度的同時(shí)提高工作效率[4][5]。

3.2 改進(jìn)計(jì)量的方式

一些特殊的構(gòu)件幾何形狀、材料分布比較復(fù)雜，手算工程量比較繁瑣，基于這些因素，在誤差允許的范圍內(nèi)，工程量計(jì)價(jià)規(guī)則對其計(jì)算方法進(jìn)行了規(guī)定，減小手工計(jì)算量。比如樓梯的計(jì)算可簡化為按設(shè)計(jì)圖示尺寸以水平投影面積計(jì)算，寬度＜500mm 的樓梯井不扣除，深入墻內(nèi)部分不計(jì)算，整體樓梯的水平投影面積包括休息平臺、平臺梁、斜梁和樓梯的連接梁。樓梯實(shí)際由多構(gòu)件澆筑而成，在計(jì)算工程量時(shí)卻簡化為水平投影直接計(jì)算工程量，這種簡化弱化了企業(yè)競爭力，不能反應(yīng)構(gòu)件的實(shí)際情況和施工工藝和方法。通過BIM 模型，可精確求出各構(gòu)件梯段板、斜梁、平臺梁、休息平臺等構(gòu)件的混凝土量、鋼筋量及水泥砂漿、裝飾層等材料的準(zhǔn)確工程量。基于BIM 模型的工程計(jì)量應(yīng)對這些清單計(jì)量的方式進(jìn)行改進(jìn)，解決負(fù)責(zé)構(gòu)件計(jì)量不準(zhǔn)的問題[6][7]。

3.3 規(guī)范BIM 模型的創(chuàng)建流程

房屋建筑模型由建筑模型、結(jié)構(gòu)模型、暖通模型、給排水模型、電氣模型構(gòu)成，各種模型的信息共享集成。各種模型的創(chuàng)建順序、模型中構(gòu)件的分類、構(gòu)件的創(chuàng)建先后都會影響集成的工程量信息，建模流程的合理性是工程量計(jì)量準(zhǔn)確的前提。BIM 建模應(yīng)是先結(jié)構(gòu)再建筑最后機(jī)電的順序，建模前應(yīng)對構(gòu)件的專業(yè)、功能、材質(zhì)、施工技術(shù)進(jìn)行分析，確保信息的完善、準(zhǔn)確，劃分構(gòu)件時(shí)應(yīng)考慮工程量清單項(xiàng)目，以適應(yīng)工程量清單規(guī)則的計(jì)算，提高計(jì)算精度。

以結(jié)構(gòu)模型和建筑模型的創(chuàng)建為例，結(jié)構(gòu)建模按照先基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)再主體結(jié)構(gòu)最后二次結(jié)構(gòu)的順序進(jìn)行創(chuàng)建?；A(chǔ)建模時(shí)按照樁、柱下基礎(chǔ)、梁基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)的順序進(jìn)行，主體結(jié)構(gòu)按照柱、梁、板、樓梯的順序進(jìn)行，最后創(chuàng)建二次結(jié)構(gòu)。構(gòu)件按不同材質(zhì)、不同的工藝分別創(chuàng)建，最后合成。建筑建模先室外后室內(nèi)，先外墻后內(nèi)墻，構(gòu)件先創(chuàng)建主體后創(chuàng)建裝飾層，比如外墻，應(yīng)創(chuàng)建4 個(gè)以上實(shí)體類型，外墻主體（如混凝土砌塊）、室外裝飾層（大理石墻面）、室內(nèi)裝飾層（涂料）、找平層（水泥砂漿）等。另外板、梁、柱的抹灰等裝飾層應(yīng)分別設(shè)置實(shí)體。構(gòu)件連接處需要再設(shè)置屬性和繪制圖元時(shí)注意扣減關(guān)系，不同構(gòu)件之間要無縫無重合，避免重復(fù)計(jì)算、少算漏算。建模時(shí)要根據(jù)一些基本原則比如：同一構(gòu)件的混凝土等級必須相同；建模時(shí)柱的優(yōu)先級大于梁，梁的優(yōu)先級大于板和墻；防水層、保溫層、墊層、找平層要分別創(chuàng)建構(gòu)件等[8]。

4 結(jié)束語

基于BIM 技術(shù)的工程計(jì)量目前還處于發(fā)展研究階段，通過對BIM 信息進(jìn)行擴(kuò)展，對工程量清單規(guī)則進(jìn)行改進(jìn)，可在一定程度上解決BIM 模型在工程計(jì)量使用過程中出現(xiàn)的問題，提高工程計(jì)量的智能化、信息化，推動BIM 技術(shù)在建筑工程全生命周期中的使用。