基于Revit 的基坑工程造價(jià)計(jì)算插件開(kāi)發(fā)與應(yīng)用研究

蔣先平 ，王曉密 ，譚家秀 ，盧藝偉 ，王文軍 ，劉磊磊，張紹和

（1.中國(guó)有色金屬長(zhǎng)沙勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410011；2.湖南師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410081；3.有色金屬成礦預(yù)測(cè)與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（中南大學(xué)），湖南 長(zhǎng)沙 410083；4.湖南省有色資源與地質(zhì)災(zāi)害探查湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410083；5.中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410083）

0 引言

BIM（Building Information Modeling）是一項(xiàng)三維信息化技術(shù)，用于管理建筑工程全生命周期信息［1-4］，在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用［5-6］。成本控制一直是工程建設(shè)中的重要環(huán)節(jié)，在基坑工程建設(shè)中也不例外。隨著B(niǎo)IM 技術(shù)的發(fā)展，基于BIM 技術(shù)的工程造價(jià)分析與應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)面向基坑工程施工全過(guò)程的工程造價(jià)實(shí)時(shí)計(jì)算，得到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注［7-8］。

目前，BIM 技術(shù)在我國(guó)工程造價(jià)中的應(yīng)用已經(jīng)逐漸發(fā)展起來(lái)，但仍處在一個(gè)相對(duì)初級(jí)階段［9-10］。國(guó)內(nèi)常用于造價(jià)計(jì)算的軟件有廣聯(lián)達(dá)、魯班等，但這些傳統(tǒng)造價(jià)計(jì)算軟件，建模能力較差，存在部分復(fù)雜構(gòu)件無(wú)法創(chuàng)建、無(wú)法識(shí)別、信息丟失的問(wèn)題［11］，難以滿(mǎn)足實(shí)際工程尤其是基坑工程等復(fù)雜構(gòu)件較多的土建工程項(xiàng)目的造價(jià)計(jì)算需求。而Revit 是以BIM 技術(shù)為基礎(chǔ)的建模軟件，其憑借自身強(qiáng)大的建模和信息處理能力、優(yōu)越的三維仿真功能、完備的工程數(shù)據(jù)模型，目前已成為眾多BIM 工程師進(jìn)行BIM 建模的首選軟件［12-14］。在工程造價(jià)計(jì)算方面，Revit 模型包含眾多造價(jià)計(jì)算相關(guān)信息，如長(zhǎng)度、面積、體積等，其精確度和信息化程度高，對(duì)工程造價(jià)計(jì)算可起到極大的輔助作用，在減少造價(jià)計(jì)算誤差、造價(jià)工程量計(jì)算方面大有可為。在技術(shù)方面，Revit API（Revit 應(yīng)用程序接口）的持續(xù)發(fā)展完善，促進(jìn)了其功能的不斷強(qiáng)大，支持著 BIM 技術(shù)的應(yīng)用拓展［15-16］。然而，目前Revit 軟件尚缺乏對(duì)建立的BIM 模型進(jìn)行自動(dòng)造價(jià)計(jì)算的相關(guān)功能，一定程度上阻礙了其發(fā)展與應(yīng)用。國(guó)外學(xué)者在該方面做了較早的嘗試，且已經(jīng)取得較好的應(yīng)用效果，但由于我國(guó)與國(guó)外采用的工程量計(jì)算規(guī)則、定額、建筑法律法規(guī)等存在較大區(qū)別［17-19］，直接應(yīng)用國(guó)外 Revit 插件存在“水土不服”的問(wèn)題，需要對(duì)軟件進(jìn)行大量的參數(shù)更改，仍然需要耗費(fèi)大量的人力物力。

因此，本文面向基坑工程施工全過(guò)程，基于Re?vit 基坑工程的外族類(lèi)和Revit API，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)適用于我國(guó)工程環(huán)境的基坑工程Revit 造價(jià)計(jì)算插件。具體地，根據(jù)基坑工程各個(gè)階段的造價(jià)計(jì)算需求，以Revit 2019 平臺(tái)為基礎(chǔ)、VS2017 為 IDE、C#為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)的功能主要包括模型參數(shù)獲取與轉(zhuǎn)換、定額套用、數(shù)據(jù)的顯示與輸出等功能，最終實(shí)現(xiàn)特定基坑工程項(xiàng)目模型的自動(dòng)化造價(jià)計(jì)算。

1 研究方法

本文方法實(shí)現(xiàn)的技術(shù)路線如圖1 所示。首先，根據(jù)基坑工程施工全過(guò)程，梳理出一般基坑工程中的工藝流程涉及的構(gòu)件類(lèi)別（見(jiàn)表1）。根據(jù)國(guó)內(nèi)定額標(biāo)準(zhǔn)文件，包括《湖南省建筑工程消耗量標(biāo)準(zhǔn)（基價(jià)表）上冊(cè)》《全國(guó)統(tǒng)一建筑工程基礎(chǔ)定額土建上冊(cè)》等，明確清單中各個(gè)類(lèi)別的計(jì)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及計(jì)算公式。然后，一一進(jìn)行清單中的類(lèi)別與Revit 的族類(lèi)的對(duì)應(yīng)，明確各個(gè)實(shí)體構(gòu)件在Revit 中涉及的類(lèi)別、族以及族類(lèi)型，及其在造價(jià)計(jì)算過(guò)程中需要獲取的參數(shù)。

表1 構(gòu)件類(lèi)別統(tǒng)計(jì)Table 1 Construction category

圖1 本文方法實(shí)現(xiàn)流程Fig.1 Flow chart of the proposed method

在開(kāi)始使用Revit API 之前，進(jìn)行以下準(zhǔn)備工作：（1）安裝Revit 系列軟件，并安裝相應(yīng)二次開(kāi)發(fā)工具 AddInManager 和 RevitLookup；（2）安裝 具有相應(yīng) .NET Framework 環(huán)境的 IDE。其中，AddInMan?ager 工具不受版本的限制，在不同的Revit 軟件之間可以進(jìn)行使用，而Revit Lookup 工具則需要與Revit軟件相對(duì)應(yīng)。

根據(jù)不同構(gòu)件的造價(jià)計(jì)算需求進(jìn)行不同參數(shù)（長(zhǎng)度、面積等）的獲取，其中根據(jù)Revit API 的特點(diǎn)，通過(guò)不同的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)Revit 族項(xiàng)目參數(shù)與實(shí)例參數(shù)的獲?。蝗缓罄毛@取的參數(shù)數(shù)據(jù)，進(jìn)行一定的計(jì)算，轉(zhuǎn)換成為工程造價(jià)所需的工程量、綜合單價(jià)、合價(jià)與合計(jì)；最終通過(guò)VS2017 中DataGridview 控件，將計(jì)算的數(shù)據(jù)以表格的形式顯示出來(lái)，包括類(lèi)別、子項(xiàng)、工程量、單位、綜合單價(jià)、合價(jià)等列數(shù)據(jù)，造價(jià)結(jié)果通過(guò)textBox 控件進(jìn)行顯示。

2 開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)

2.1 開(kāi)發(fā)環(huán)境

Revit API 屬于類(lèi)庫(kù)文件，只有在Revit 軟件運(yùn)行的時(shí)候才能運(yùn)行，RevitAPI.dll 和RevitAPIUI.dll為其2 個(gè)關(guān)鍵程序集。Revit API 的文檔操作需要依托于事務(wù)（Transaction），只有包含在事務(wù)中的修改操作才能在文檔中執(zhí)行，且寫(xiě)入文檔在事務(wù)提交之后。在功能拓展與訪問(wèn)方面，Revit API 制定了相應(yīng)機(jī)制和規(guī)范：訪問(wèn) Document（文檔）、Element（圖元）、Parameter（參數(shù)）等的方法接口包含在RevitA?PI.dll 中；開(kāi)發(fā)插件制作外部命令與應(yīng)用（IExternal?Command 和 IExternalApplication 相關(guān)接口）、圖元選擇、界面制作（IExternalEventHandler 相關(guān)接口）等相關(guān)接口都包含在RevitAPIUI.dll 中。

本文以REVIT2019 軟件為基礎(chǔ)，選取Micro?soft Visual Studio2017 作為開(kāi)發(fā)工具（包含.NET Framework4.7）、C#作為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。Revit API 允許開(kāi)發(fā)者使用任何一種與.NET 兼容的語(yǔ)言進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，目前在用的所有編程語(yǔ)言幾乎都可以與.NET 兼容，開(kāi)發(fā)語(yǔ)言和開(kāi)發(fā)環(huán)境的選擇多樣。在開(kāi)發(fā)環(huán)境的選擇上，VS2017 包含Re?vit2019 軟件二次開(kāi)發(fā)所需的.NET Framework 4.7框架，擁有大部分軟件開(kāi)發(fā)生命周期中的工具，是目前使用最為廣泛的Windows 平臺(tái)開(kāi)發(fā)環(huán)境；在開(kāi)發(fā)語(yǔ)言的選擇上，主要是以C#語(yǔ)言為多數(shù)，C 或者C++語(yǔ)言的使用相對(duì)較少，而VB 則更少。

2.2 工程量計(jì)算

參數(shù)獲取是工程量計(jì)算的基礎(chǔ)。本次二次開(kāi)發(fā)涉及的參數(shù)包括族的實(shí)例參數(shù)與類(lèi)型參數(shù)。實(shí)例參數(shù)的作用對(duì)象具有唯一性，即一個(gè)實(shí)例參數(shù)只影響一個(gè)實(shí)例，當(dāng)修改實(shí)例參數(shù)時(shí)只對(duì)當(dāng)前選中的對(duì)象或者將要放置的對(duì)象有效，不會(huì)影響到其余圖元，其獲 取 主 要 有 2 種 方 法 ：LookupParameter 和 get_Pa?rameter。與實(shí)例參數(shù)不同，一個(gè)族類(lèi)型的所有實(shí)例的類(lèi)型參數(shù)均相同，也就是說(shuō)，任意族類(lèi)型參數(shù)的修改都會(huì)影響該族類(lèi)型下所有已經(jīng)存在和以后生成的實(shí)例。類(lèi)型參數(shù)的查看也需要通過(guò)RevitLookup 插件，但需要進(jìn)入GetValidTypes 方能查看。此外，類(lèi)型參數(shù)的獲取也比實(shí)例參數(shù)復(fù)雜，結(jié)合GetValid?Types 方法和LookupParameter 方法獲得族的所有類(lèi)型參數(shù)，然后通過(guò)判斷獲得指定的族類(lèi)型參數(shù)。

參數(shù)獲取為工程量的計(jì)算打下了基礎(chǔ)，獲得了原始的數(shù)據(jù)，接下來(lái)就需要將參數(shù)轉(zhuǎn)換為實(shí)際可用的工程量。不同的計(jì)量單位下，工程量的計(jì)算方式也會(huì)有所差異。計(jì)價(jià)定額涉及的計(jì)量單位包括體積、面積、長(zhǎng)度、質(zhì)量、數(shù)量，下面以質(zhì)量為計(jì)量單位的工程量計(jì)算為例進(jìn)行論述。

在工程造價(jià)中，一般涉及到鋼筋、鋼等結(jié)構(gòu)的支護(hù)都會(huì)存在以質(zhì)量為單位的工程量計(jì)算。例如土釘、錨桿和錨索，其定額子項(xiàng)制安就是使用T 作為計(jì)量單位。通過(guò)獲取鋼構(gòu)件的體積參數(shù)，通過(guò)計(jì)算模型，將其轉(zhuǎn)換成為工程量所需的質(zhì)量。工程量計(jì)算整體流程如圖2 所示。

圖2 工程量計(jì)算流程Fig.2 Calculation flow of the engineering quantity

2.3 造價(jià)計(jì)算

在造價(jià)計(jì)算的過(guò)程中，構(gòu)件的單價(jià)存在單價(jià)固定和可變2 種情況，故單價(jià)的計(jì)算分為2 種情況進(jìn)行：一是單價(jià)固定，即直接給定單價(jià)，在計(jì)算時(shí)直接進(jìn)行調(diào)用；二是單價(jià)可變，即根據(jù)計(jì)算出的工程量數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)進(jìn)行單價(jià)計(jì)算。為保證單價(jià)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)過(guò)程中的準(zhǔn)確性，結(jié)合前文實(shí)體構(gòu)件與Revit 族類(lèi)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的單價(jià)數(shù)據(jù)與相應(yīng)清單計(jì)價(jià)表中類(lèi)別相對(duì)應(yīng)并存儲(chǔ)于適當(dāng)位置。清單計(jì)價(jià)表中的工程量與單價(jià)數(shù)據(jù)寫(xiě)入結(jié)束后，利用在VS2017中下載的FreeSpire.XLS NuGet 程序包，將清單計(jì)價(jià)表中的數(shù)據(jù)寫(xiě)入DataGridView 控件，并進(jìn)行顯示。計(jì)算DataGridView 控件中工程量與單價(jià)列，得到各個(gè)類(lèi)別的合價(jià)，最終通過(guò)對(duì)各合價(jià)進(jìn)行求和，得到當(dāng)前基坑工程項(xiàng)目造價(jià)結(jié)果。

針對(duì)不同工程中部分單價(jià)可能發(fā)生變動(dòng)的問(wèn)題，DataGridView 控件的單價(jià)列數(shù)據(jù)可雙擊實(shí)時(shí)進(jìn)行更改。同時(shí)設(shè)計(jì)刷新功能，通過(guò)按鈕實(shí)時(shí)刷新數(shù)據(jù)造價(jià)數(shù)據(jù)。在2.2 節(jié)工程量計(jì)算的基礎(chǔ)上開(kāi)展造價(jià)計(jì)算的整體流程如圖3 所示。

圖3 造價(jià)計(jì)算流程Fig.3 Calculation flow of the cost sheet

3 應(yīng)用案例

為驗(yàn)證本文二次開(kāi)發(fā)插件的可行性，將其應(yīng)用于某實(shí)際基坑工程項(xiàng)目中。該基坑位于長(zhǎng)沙市內(nèi)，場(chǎng)地四周較高中間低，標(biāo)高36.64～43.47 m?；臃譃槟媳? 個(gè)部分，北側(cè)地下層數(shù)為2 層，南側(cè)地下層數(shù)為1 層，基坑周邊環(huán)境較為復(fù)雜，如圖4 所示。基坑支護(hù)長(zhǎng)度約435 m，一共分為10 段，采用放坡+復(fù)合土釘墻支護(hù)、人工挖孔灌注樁+錨索、自然放坡+噴射砼支護(hù)相結(jié)合的基坑支護(hù)方案?；邮┕み^(guò)程中，包含土方開(kāi)挖、錨桿錨索、基坑底板澆筑、高壓噴射砼護(hù)坡、腰梁冠梁、止水帷幕等工序。

圖4 基坑及其周?chē)h(huán)境示意圖Fig.4 The foundation pit and its surroundings

為模擬施工過(guò)程，將整個(gè)基坑開(kāi)挖和支護(hù)分為10 個(gè)階段，建立了10 個(gè)開(kāi)挖和支護(hù)過(guò)程模型，如圖5所示。其中，第一階段初步進(jìn)行少量土方開(kāi)挖，同時(shí)添加錨桿、人工挖孔樁等支護(hù)；第二階段，在第一階段的基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)行土方開(kāi)挖以及土釘和錨桿的施工，在這一階段人工挖孔樁支護(hù)沒(méi)有增加；第三階段，繼續(xù)進(jìn)行土方開(kāi)挖，增加土釘、錨桿和人工挖孔樁的數(shù)量，使用錨索支護(hù)；第四階段，與第三階段的施工工藝相同，繼續(xù)進(jìn)行挖方、土釘、錨桿、錨索、人工挖孔樁等工作；第五階段，除人工挖孔樁施工停止外，繼續(xù)第四階段的各個(gè)工藝施工；第六階段，同第五階段；第七階段，同第六階段；第八階段，停止進(jìn)行錨桿錨索與人工挖孔樁支護(hù)的施工，繼續(xù)土方開(kāi)挖和土釘?shù)氖┕?；第九階段，進(jìn)行土方開(kāi)挖；第十階段，進(jìn)行土方開(kāi)挖、錨桿錨索、基坑底板澆筑、高壓噴射砼護(hù)坡、腰梁冠梁、止水帷幕等工序的施工。

圖5 基坑施工階段與流程Fig.5 Construction phases for the foundation pit

針對(duì)上述10 個(gè)支護(hù)過(guò)程，利用開(kāi)發(fā)的造價(jià)計(jì)算插件即可實(shí)時(shí)計(jì)算基坑工程各個(gè)階段的造價(jià)。例如第一階段：土方開(kāi)挖體積20470 m3，花費(fèi)的直接工程費(fèi) 237925.27 元；支護(hù)錨桿 66 m，錨桿錨具 30 個(gè)，直接工程費(fèi)63046.56 元；人工挖孔樁體積74.5 m3，直接工程費(fèi)36627.73 元。因此，在第一階段，總的造價(jià)為339599.56 元，具體如圖6 所示。類(lèi)似地，利用該插件可以求出任意基坑施工階段的工程造價(jià)。由于篇幅有限，本文僅給出最后一個(gè)階段的工程造價(jià)計(jì)算結(jié)果（圖7），最后一個(gè)階段完成則表明整個(gè)基坑工程施工結(jié)束，因此圖7 中計(jì)算所得的工程造價(jià)即為整個(gè)基坑工程造價(jià)，即20465422.38 元，與項(xiàng)目實(shí)際進(jìn)行的人工造價(jià)計(jì)算誤差僅約2‰。

圖6 基坑施工第一階段造價(jià)計(jì)算結(jié)果Fig.6 The calculated budget for the first phase of the foundation pit construction

圖7 基坑施工第十階段造價(jià)計(jì)算結(jié)果Fig.7 The calculated budget for the last phase of the foundation pit construction

實(shí)際施工過(guò)程中，在設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上可能因碰撞等問(wèn)題進(jìn)行微小調(diào)整，進(jìn)而使得BIM 模型與工程設(shè)計(jì)內(nèi)容存在微小差異，所以實(shí)際工程預(yù)算經(jīng)費(fèi)與基于造價(jià)計(jì)算插件計(jì)算的結(jié)果存在微小差異是合理的。值得說(shuō)明的是，由于實(shí)際工程中材料市場(chǎng)價(jià)格和勞動(dòng)價(jià)格的波動(dòng)，該插件計(jì)算結(jié)果可能與實(shí)際存在一定的差異，但用戶(hù)可以自定義修改軟件設(shè)置的默認(rèn)單價(jià)，因而仍可滿(mǎn)足實(shí)際需求。

4 結(jié)論

傳統(tǒng)的基坑造價(jià)計(jì)算，在模型和造價(jià)計(jì)算方面存在矛盾：優(yōu)秀的算量軟件難以支持繁雜的三維模型，而傳統(tǒng)的建模軟件往往不支持造價(jià)計(jì)算功能，導(dǎo)致造價(jià)人員的工作依舊復(fù)雜繁瑣。本文針對(duì)Revit軟件缺少造價(jià)計(jì)算功能的問(wèn)題，利用Revit API 進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)Revit 軟件自動(dòng)化造價(jià)計(jì)算功能與應(yīng)用，得到的結(jié)論如下：

（1）通過(guò)總結(jié)一般基坑工程及施工過(guò)程中涉及的構(gòu)件及工藝分析，統(tǒng)計(jì)了應(yīng)用于基坑工程造價(jià)計(jì)算的構(gòu)建族類(lèi)體系；

（2）詳細(xì)設(shè)計(jì)了基于Revit API 進(jìn)行基坑工程造價(jià)自動(dòng)計(jì)算的二次開(kāi)發(fā)環(huán)境、計(jì)算思路和工作流程；

（3）利用Revit API 二次開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了基坑工程各類(lèi)構(gòu)件參數(shù)的自動(dòng)讀取和自動(dòng)換算成實(shí)際工程量，開(kāi)發(fā)了Revit 軟件模型算量與自動(dòng)套價(jià)相結(jié)合的功能，完成了對(duì)輸入Revit 基坑模型的造價(jià)計(jì)算，并通過(guò)實(shí)際工程案例驗(yàn)證了本文開(kāi)發(fā)的軟件插件的可行性與準(zhǔn)確性。研究成果初步完善了Revit 對(duì)基坑工程進(jìn)行造價(jià)計(jì)算的功能，可為基坑工程施工提供指導(dǎo)。