三維技術(shù)在工程算量中的應(yīng)用

姬 慧 王 保

(1.太原大學(xué),太原 030009;2.北京筑龍信息技術(shù)有限責(zé)任公司山西分公司,太原 030001)

1 前言

工程量計算是編制工程造價的基礎(chǔ)工作,具有工作量大、繁瑣、容易出錯的特點。而其計算結(jié)果的準(zhǔn)確性和運算速度的快慢直接決定了造價計算的質(zhì)量和速度。因此,工程量計算方法的改進(jìn)經(jīng)歷了手算法、計算機(jī)表格法、平面圖形法和三維圖形法幾個階段,而且一直沒有停止過。尤其是三維圖形法,為用戶提供了一個真實的三維空間模型,將建筑物的立體構(gòu)造在計算機(jī)上表現(xiàn)出來,所見即所得,便于理解和檢查,提高了軟件計算的準(zhǔn)確性。但是,目前市場算量軟件大多以三維觀察為主。由北京筑龍、大連北科等幾家軟件公司聯(lián)合開發(fā)的三維數(shù)字化系統(tǒng)(3DMA)在表現(xiàn)能力、計算精度、可計算性和易學(xué)易用等方面均領(lǐng)先于國內(nèi)其他同類產(chǎn)品。而且由于擁有全部的自主版權(quán),為用戶使用、升級、持續(xù)發(fā)展提供便利條件,最大限度的保障了用戶的利益。

2 3DMA軟件的特點

2.1 三維觀察

傳統(tǒng)的工程量計算,預(yù)算人員先要通過讀圖,在大腦中建立整個工程三維立體聯(lián)系。而 3DMA軟件將建筑物的立體構(gòu)造直觀的表現(xiàn)出來,使預(yù)算人員能夠直接觀察到構(gòu)件間的空間位置關(guān)系。比如,框架柱與框架梁相交處(圖1),可直觀的在三維環(huán)境中看到柱側(cè)面模板被扣減的范圍(圖2),真正實現(xiàn)所見即所得。

圖1 框架柱與框架梁相交

圖2 三維顯示與柱側(cè)面模板扣減

圖3 三維數(shù)據(jù)輸入界面

2.2 三維編輯

3DMA軟件可以直接在三維視圖中編輯構(gòu)件屬性,使得一些復(fù)雜的構(gòu)件,比如基礎(chǔ)構(gòu)件、電梯井、坡屋面、老虎窗等得以輕松定義,而不必輸入大量的平面、立面、剖面視圖的參數(shù)。如圖3所示的積水坑,只要在定義里輸入相應(yīng)的參數(shù)信息,軟件自動形成三維實例效果圖,形象直觀地反映出來,并提供三維實體直接編輯,真正體現(xiàn)所編即所見。

2.3 三維計算

傳統(tǒng)單構(gòu)件的計算主要是輸入本構(gòu)件的基本參數(shù),與其相關(guān)的構(gòu)件只是簡單的輸入。比如:框架結(jié)構(gòu)中,輸入梁的信息時,與其相關(guān)柱的信息只輸入截面和偏心,至于柱里的鋼筋如何錨固,是不去考慮的。當(dāng)計算柱時,要把柱的信息和與柱相關(guān)聯(lián)的梁的信息再一次輸入。如此造成了重復(fù)翻閱大量圖紙,重復(fù)輸入大量數(shù)據(jù),費時費力,效率不高。而 3DMA軟件在國內(nèi)首創(chuàng)三維鋼筋整體計算,其計算步驟是:(1)根據(jù)構(gòu)件空間關(guān)系,將實體間的體積交叉、表面交叉、表面遮擋等計算出來,此為模型級的基礎(chǔ)數(shù)據(jù);(2)輸入構(gòu)件性質(zhì)、材質(zhì)等信息,再次進(jìn)行運算,得到構(gòu)件級實際算量;(3)根據(jù)計算規(guī)則進(jìn)行分析、統(tǒng)計,得到符合定額、清單規(guī)則的工程量。實現(xiàn)了一次性輸入各個構(gòu)件的信息,一次看圖,一次輸入數(shù)據(jù),省時省力,計算準(zhǔn)確,效率顯著提高。真正實現(xiàn)了所算即所見。

特別是設(shè)計有變更,或某些數(shù)據(jù)出錯時,只需在三維模型中,改動其中幾個相關(guān)數(shù)據(jù),便可馬上重新得到計算結(jié)果,大幅度將提高了工作效率。

2.4 自主平臺

目前,三維算量軟件開發(fā)的技術(shù)線路基本上分為基于AutoCAD平臺的二次開發(fā)和完全自主版權(quán)兩種。

在 AutoCAD平臺上的二次開發(fā),僅僅使用了AutoCAD三維圖形顯示模式,并沒有真正實現(xiàn)三維計算以及計算結(jié)果的三維顯示。而且由于不能掌握底層技術(shù),增加了開發(fā)人員的軟件維護(hù)難度,平臺軟件升級時,可能導(dǎo)致算量軟件需要重新開發(fā),兩套軟件系統(tǒng)重疊,導(dǎo)致對計算機(jī)硬件需求增加,運行效率及適應(yīng)性受到限制。更重要的是由于存在軟件版權(quán)問題,不僅使開發(fā)商成本提高,用戶的成本也大大提高,這是不符合低成本高效率原則的。

圖4 傳統(tǒng)手工算法流程

圖5 3DMA軟件的工作流程

3DMA軟件擁有全部的自主版權(quán),最大限度的保證用戶的使用、升級和可持續(xù)發(fā)展。

由于是自主研發(fā)的算量軟件,底層技術(shù)清楚,產(chǎn)品表現(xiàn)力更強(qiáng),只需輸入每張平面圖的信息,圖紙上構(gòu)件間的三維立體聯(lián)系就會自動建立。從而使計算速度更快,計算結(jié)果更精,操作起來更簡。

2.5 3DMA的其他特點

易用性:3DMA把建筑中的所有構(gòu)件進(jìn)行了分類,分為點式構(gòu)件、線式構(gòu)件和面式構(gòu)件三大類,點式構(gòu)件包括柱、獨立基礎(chǔ)、樁、門窗;線式構(gòu)件包括梁、墻、挑檐、基礎(chǔ)梁、條形基礎(chǔ);面式構(gòu)件包括樓板、筏析、房間裝修;只要學(xué)會一種畫法其它畫法一模一樣,可以說學(xué)習(xí) 3DMA軟件只須掌握三種畫法可以了,大大提高了軟件的易用性。

關(guān)聯(lián)畫法:3DMA的構(gòu)件關(guān)聯(lián)畫法功能,可智能進(jìn)行點對點、線對線、面對面,相互依附,參照布置的畫法,大大提高輸圖效率。如在第二工程里,有 48個獨立基礎(chǔ),也就是有 48個框架柱,如果造價人員用 30秒畫一根獨立基礎(chǔ),那么 48個獨立基礎(chǔ)至少需要 25分鐘的時間。而在3DMA軟件里獨立基礎(chǔ)和柱都是點式構(gòu)件,根據(jù)智能畫法關(guān)聯(lián),進(jìn)行點對點對應(yīng)畫法,不用一分鐘就能把所有的柱畫完,極大地節(jié)省了造價人員寶貴的時間。帶來革命性的創(chuàng)新和提速。

直接讀取 CAD圖:3DMA對市場的電子 CAD圖,可以直接讀取,無需借助 CAD軟件,同時還可以CAD為背景進(jìn)行描圖。是算量軟件的一個新紀(jì)元,解決了識別的準(zhǔn)確性問題;提高了綜合建模速度;節(jié)省事先的軸線鋪墊工作。

突破樓層技術(shù):3DMA在全國率先實現(xiàn)了多樓層同步操作,構(gòu)件跨層扣減。根據(jù)圖紙的信息,根據(jù)框架柱每一層的截面信息、砼標(biāo)號,對齊情況,可以一次性,全樓整體畫法,這樣畫法再與構(gòu)件關(guān)聯(lián)結(jié)合起來,可以說3DMA就是建筑工程算量軟件中的“動車組”。

一圖多算功能:工程中,有時需要計算出一個清單工程量做招標(biāo)用和一個與清單項目對應(yīng)的定額量做報價用;有些情況下,還需要對同一個工程用不同年度的定額或不同地域的定額所計算出的造價進(jìn)行對比。3DMA一圖多算的功能,能同時計算清單工程和定額工程,極大地方便了造價行業(yè)的不同需求。

開放的計算規(guī)則:3DMA開放的計算規(guī)則,真正實現(xiàn)一套軟件,全國通用。造價人員可根據(jù)不同的設(shè)計計算要求、清單計算規(guī)則、定額計算規(guī)則和不同地區(qū)的規(guī)則要求進(jìn)行設(shè)置,就可完全能符合當(dāng)?shù)氐囊蟆?/p>

3 工程實例

圖6是太原世外桃源小區(qū)會所。建筑面積12930.04m2,框架 -剪力墻結(jié)構(gòu),地下一層,地上八層。本工程除基本構(gòu)件外,有大量跨層構(gòu)件,如樓梯處的窗戶、不同標(biāo)高的基礎(chǔ)、上翻梁、跨層斜梁、跨層斜板等等。傳統(tǒng)的算量軟件需要把這些構(gòu)件分層定義。而 3DMA算量軟件可直接布置到相應(yīng)層的標(biāo)高處,自動判斷上下層構(gòu)件關(guān)系,進(jìn)行相互扣減,從而減少使用者的繁鎖的定義和布置,節(jié)省使用者寶貴的時間,提高了計算效率近 50%。

本工程鋼筋的計算,采用的是 3DMA算量軟件的整樓鋼筋全部三維整體計算技術(shù)?？纱蠓葴p少鋼筋的用量。如框架柱箍筋個數(shù)的計算,傳統(tǒng)的算量軟件,只能一層一層地去算,這樣箍筋的個數(shù)就會每層多計算一個。以一個 500mm×500mm的柱子,箍筋直徑是 Φ12為例,計算出的箍筋重量是1.859kg,本工程累計起來就會多出 1.2噸的鋼筋,

圖6 太原世外桃源小區(qū)會所工程

按地方鋼筋每噸五—六千元的價格,僅此一項可節(jié)省工程造價近萬元。同樣問題,涉及到剪力墻中的暗柱、墻身等構(gòu)件的鋼筋全部累計起來,本工程可節(jié)省 5-6噸鋼筋。

圖7是呼和浩特托克托職工體育館,建筑面積2826.88 m2。本工程內(nèi)部和外部有一些復(fù)雜造型的構(gòu)件,如外部的異型挑檐等等。傳統(tǒng)的算量軟件很難把這些構(gòu)件拼裝到一起,使相應(yīng)的混凝土、模板、腳手架、鋼筋等一系列計算的精確度出現(xiàn)問題。對于大部分使用者只能轉(zhuǎn)入原始的手工計算了。這是工程算量中普遍存在的一大難題。而 3DMA算量軟件應(yīng)用 OpenGL高性能圖形算法技術(shù),采用靈活的復(fù)雜異型截面編輯器,一次性構(gòu)圖編輯成功,不用拼裝。大大提高了相應(yīng)的混凝土、模板、腳手架、鋼筋等一系列計算的精確度,節(jié)省了原材料。本工程,節(jié)省混凝土 50多立方,鋼筋 6噸多,為精確計算工程造價提供了準(zhǔn)確依據(jù)。

圖7 呼和浩特托克托職工體育館工程

4 結(jié)語

大量工程實踐表明,3DMA軟件很好的滿足了造價工程師算的快、算得精、簡單易學(xué)、低成本和高效益的需求。真正實現(xiàn)了所見即所得,所編即所見,所算即所見。且擁有全部的自主版權(quán),為用戶使用、升級、持續(xù)發(fā)展提供便利條件,最大限度的保障了用戶的利益。該軟件的成功開發(fā),提升了工程量計算的質(zhì)量和速度,同時也為同類軟件的開發(fā)起到一定的借鑒作用。