BIM在鋼結(jié)構(gòu)工程量統(tǒng)計中的運用研究

(1.中國汽車工業(yè)工程有限公司，天津 300113； 2.西安工程大學(xué)，西安 710048)

前言

近年來，隨著BIM技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的BIM項目順利實施落地，并且在各工程階段取得了非常多的研究和運用成果。BIM技術(shù)在EPC總承包項目中的運用，對EPC精益化管理水平的提升效果顯著，也讓“BIM+EPC”的發(fā)展模式逐步得到各參與方的認可。該模式正逐漸成為各總包單位不斷探索的新型發(fā)展方向，各級建設(shè)行政主管部門也相應(yīng)出臺了推廣要求和措施，為該技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)建了良好的應(yīng)用環(huán)境。

在此行業(yè)發(fā)展的大背景下，本文項目結(jié)合了傳統(tǒng)的EPC總承包項目優(yōu)勢，依托BIM技術(shù)，嘗試探索了工業(yè)項目中“BIM+EPC”的工程總承包管理模式。本文以其中的一個運用點作為論述方向，詳細闡述了在EPC總承包工程項目中，BIM在鋼結(jié)構(gòu)工程量統(tǒng)計方面的運用研究成果； 重點研究了采用Revit軟件進行鋼結(jié)構(gòu)精細化算量的可行性和具體實施方法； 同時與Tekla算量結(jié)果和人工算量結(jié)果，三者進行了對比； 并且提出了Revit進行精細化算量的解決方法。希望本文中的BIM運用能為同行提供一些參考。

1 Revit鋼結(jié)構(gòu)算量

1.1 Revit算量的方法

明細表統(tǒng)計是Revit提供的自動統(tǒng)計構(gòu)件工程量的基本方法，而要得到符合工程設(shè)計的工程量統(tǒng)計表，則還需要在此基礎(chǔ)上進行設(shè)置。

(1)明細表中統(tǒng)計的構(gòu)件數(shù)據(jù)

族參數(shù)和計算值，其中族參數(shù)需要使用共享參數(shù)，以方便在項目中統(tǒng)計到明細表； 而計算值是通過族參數(shù)或者構(gòu)件屬性計算得到的各種構(gòu)件屬性值，例如重量=體積*密度，體積是Revit族實例的屬性，重量通過“體積*密度”的計算值統(tǒng)計在明細表中。如圖1所示，用“計算值”得到了構(gòu)件重量。

(2)分類統(tǒng)計的方法

工程中需要統(tǒng)計的工程量是分類分項的，例如實際項目中分為：基礎(chǔ)梁、廠房鋼柱、屋面梁、輔房柱、輔房梁等工程量。而Revit明細表提供的功能是按類別統(tǒng)計的，也就是統(tǒng)計到的是項目中所有結(jié)構(gòu)柱的工程量、所有梁的工程量。

為了解決分類分項統(tǒng)計的問題，在所有構(gòu)件、節(jié)點族中添加一個共享參數(shù)“S_01族件分類”。通過該參數(shù)，根據(jù)需要統(tǒng)計的構(gòu)件分類，在項目中為每類構(gòu)件賦值，例如基礎(chǔ)梁、廠房鋼柱、輔房鋼柱等，再利用明細表中過濾器的功能，以實現(xiàn)分類統(tǒng)計，這樣保證每一類構(gòu)件分別單獨地統(tǒng)計到一個材料表里。如圖2～3所示。

圖1 明細表計算值

圖2 明細表過濾器

圖3 分類統(tǒng)計

1.2 節(jié)點族的創(chuàng)建

在Revit中工程算量的精確性取決于模型的深度，而模型圖元的深度主要取決于族構(gòu)件的細度。只有將模型精確到板件、零件、螺栓級別，才能精確地統(tǒng)計出具體的工程量，因此節(jié)點族的創(chuàng)建是Revit精確算量的基礎(chǔ)，也是此項工作的最大難點。

在滿足算量精度的前提下，最主要需要解決的是效率的問題，而一個好的族構(gòu)件能極大地提供工作效率和方便明細表統(tǒng)計。因此確定了做族的3條基本原則如下：

(1)族構(gòu)件可以變化多樣，滿足類似節(jié)點的各種情況；

(2)節(jié)點族往往有多塊勁板、螺栓組成，參數(shù)繁多，因此可變參數(shù)應(yīng)該力求精簡，含義明確；

(3)靈活運用參數(shù)表達式，將節(jié)點參數(shù)與構(gòu)件參數(shù)關(guān)聯(lián)，極大地減少控制參數(shù)。

圖4 族參數(shù)

如圖4所示，[尺寸標注]參數(shù)欄為主要的控制參數(shù)，[其他]參數(shù)欄為通過參數(shù)表達式來驅(qū)動的參數(shù)，這樣通過較少的控制參數(shù)可以演變處多種節(jié)點族的情況。其中以梁柱節(jié)點族為例，可以滿足：柱與1根梁， 2根梁、3根梁、4根梁連接的各種情況，分別2、3、2、1共8種情況。族很復(fù)雜，但是因為運用了各種關(guān)聯(lián)參數(shù)，所以調(diào)整比較容易。

在上述原則的基礎(chǔ)上，再把握一個核心“化整為零”，具體的做法是將通過分析常用的節(jié)點族，將其分解到板件級別，這樣得到的是各種類型的端板、加勁板、連接板、螺栓等零件級別的族，分別建立這些零件級的共享族，然后通過各種組合，將零件族作為共享嵌套族就得到了各種類型的節(jié)點族。這種方法極大地提高了建族的效率，便于單獨控制各種節(jié)點板，使用方便、便于建模，同時使得Revit中可以實現(xiàn)板件級別的工程量統(tǒng)計。

以拼接節(jié)點為例：將節(jié)點細化到板件、零件、螺栓級別，每一個板件、螺栓是單獨的嵌套族，做族時可以提高效率，組合在一起做成節(jié)點。此節(jié)點中的螺栓等級、端板、勁板尺寸都可以調(diào)整，螺栓排數(shù)與勁板數(shù)量關(guān)聯(lián)，修改螺栓排數(shù)，勁板將自動生成。節(jié)點的尺寸參數(shù)，運用參數(shù)表達式與主零件相關(guān)，填入主零件參數(shù)(梁柱截面參數(shù))，節(jié)點尺寸自動調(diào)整，這樣修改會非常方便。

圖5 梁柱節(jié)點族

圖6 拼接節(jié)點

項目運用中通過上述方法累計完成了常用的門式剛架節(jié)點族50多個，包括：梁柱節(jié)點、拼接節(jié)點、勁板節(jié)點、雨篷節(jié)點、檁條節(jié)點、支撐節(jié)點、隅撐節(jié)點等。圖7所示為實際項目中的部分節(jié)點圖。

圖7 Revit中鋼節(jié)點

2 Tekla鋼結(jié)構(gòu)算量

Tekla作為專業(yè)的鋼結(jié)構(gòu)三維詳圖軟件，對于處理鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點細部有著明顯的優(yōu)勢，比如在處理節(jié)點板的局部剪切、修剪、開洞、倒角等方面非常的便利，其智能化節(jié)點能自適應(yīng)構(gòu)件也是一項非常強悍的功能。但是智能化節(jié)點掌握有一定的難度，尤其是對于沒有這方面項目積累的單位，前期投入會非常大。由于是首次在工程項目中使用Tekla軟件，因此相比熟練掌握的Revit，使用Tekla相對效率較低，尤其是Tekla軟件沒有編組的功能，修改效率會大大地低于Revit。

從工程項目實際應(yīng)用來看，Tekla處理鋼結(jié)構(gòu)的功能非常強大，但是需要使用方積累大量的智能化節(jié)點庫?；诖嘶A(chǔ)上，將大大地提高工程項目的效率。

2.1 Tekla統(tǒng)計方法

Tekla通過創(chuàng)建報告來統(tǒng)計工程量，根據(jù)項目工程量統(tǒng)計報表的格式，筆者編制了Tekla報告模板，分別可以用于統(tǒng)計構(gòu)件工程量和板件工程量。

圖8 Tekla工程量報表

同時為了得到分類分項統(tǒng)計的結(jié)果，用到了Tekla的狀態(tài)管理功能，筆者在項目中將模型劃分為多個狀態(tài)，每個狀態(tài)對應(yīng)于每項要統(tǒng)計的構(gòu)件，從而可以單獨統(tǒng)計各項工程量。如圖9所示。

圖9 Tekla狀態(tài)管理

2.2 Tekla鋼節(jié)點

Tekla節(jié)點分為智能化節(jié)點和普通節(jié)點。智能化節(jié)點能自適應(yīng)構(gòu)件，也就是主次零件截面修改，節(jié)點可以自動更改，效率極高； 普通節(jié)點不能自適應(yīng)，主次零件截面修改后，需要再調(diào)整節(jié)點。本項目積累了部分智能化節(jié)點，如下圖中的拼接節(jié)點、梁柱節(jié)點、隅撐節(jié)點等。

圖10 Tekla中鋼節(jié)點

3 工程項目實例

3.1 項目介紹

本工程為某汽車工業(yè)廠房EPC總承包項目，總包方對于EPC項目定位高，在方案階段演示、設(shè)計碰撞檢查、項目施工管理等方面分別嘗試了BIM的各種運用，加深了各參與方對工程項目的了解和對EPC總包方的滿意度。同時，BIM技術(shù)精確的工程量統(tǒng)計，為本項目的資金成本控制，項目施工進度等提供真實精確的數(shù)據(jù)，是項目實施成功的隱性中堅力量之一。為了統(tǒng)計項目的工程量，前期采用了人工計算的方式統(tǒng)計，后續(xù)采用Revit、Tekla進行精確統(tǒng)計和驗證。

3.2 結(jié)果對比

采用三種統(tǒng)計方式的統(tǒng)計結(jié)果對比如表1：

表1 統(tǒng)計結(jié)果對比

特別說明，本項目人工統(tǒng)計是在豐富的項目經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，統(tǒng)計過程非常細致，確保統(tǒng)計結(jié)果的精確，因此具有很高的對比參照性。從統(tǒng)計結(jié)果來看，Revit和Tekla兩款軟件對于鋼結(jié)構(gòu)工程量的統(tǒng)計結(jié)果都很精確，與設(shè)計人統(tǒng)計相比，三者誤差極小，因此進一步驗證了三者統(tǒng)計結(jié)果都是精確的。

而BIM軟件統(tǒng)計的意義就在于，在BIM工程項目運用中，以BIM模型為載體，來實施完成各項BIM技術(shù)的運用，而工程量統(tǒng)計僅僅是其中的一項小運用，通過BIM模型自動生成統(tǒng)計結(jié)果，并且精確度很高。從而不僅節(jié)省了設(shè)計人員反復(fù)統(tǒng)計工程量的時間，避免不必要的疏漏和錯誤，同時還可以作為項目成本控制、采購、施工進度等的有力的依據(jù)，為BIM+EPC的精細化管理提供了有效幫助。

3.3 軟件對比

通過本項目的運用，對這兩款軟件的使用方面做簡單的比較。需要說明的是，這兩款軟件本身差別較大，尤其是運用方向及階段也不相同，Tekla適用于結(jié)構(gòu)專業(yè)，特別是鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計，鋼節(jié)點、詳圖、加工圖方面；而Revit是通用的BIM建模軟件，偏重于主要構(gòu)件，對于細部節(jié)點處理并不擅長，但是其強大的參數(shù)化族，可以實現(xiàn)節(jié)點建模和工程算量。下面僅從操作層面做一些對比。

Revit軟件：

1)節(jié)點族編制時間長，不過靈活性高、通用性很好，多樣多變，通過參數(shù)驅(qū)動可以滿足多種情況；

2)Revit效率高，操作定位容易，節(jié)點布置方便；

3)有編組功能，便于修改。

Tekla軟件：

1)智能化節(jié)點編制非常困難，且變化和通用性相對差；節(jié)點需指定主次零件，換構(gòu)件一般不能通用，使用效率降低；

2)項目中操作定位繁瑣，繪制構(gòu)件麻煩；

3)不能編組，修改工作量大。

4 總結(jié)

通過在某EPC項目中使用Revit和Tekla進行鋼結(jié)構(gòu)算量對比，得出以下結(jié)論：

(1)在操作效率上Revit占明顯優(yōu)勢，其參數(shù)化族相對容易掌握，在項目中使用也較為靈活；

(2)Tekla定位是鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計軟件，在處理放樣、板件零件切割、剪切、加工圖等細節(jié)上優(yōu)勢；

(3)兩款軟件均可以得到非常精確的工程量，誤差很?。徽f明采用BIM鋼結(jié)構(gòu)算量能滿足統(tǒng)計要求；通過在BIM軟件中設(shè)置好統(tǒng)計用的清單樣板，能從BIM模型中提取得到工程項目實際的清單列表，為工程預(yù)算、采購以及決算提供有效的數(shù)據(jù)。

(4)不過，目前BIM鋼節(jié)點庫還需要不斷補充完善，節(jié)點建模的效率也有待提高；

(5)本項目實踐為Revit實施鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點級算量的可行性提供了可靠的依據(jù)和操作方法，經(jīng)過項目論證具有實際運用價值。

參考文獻

[1] 《Autodesk Revit Structure 2012運用寶典》. 歐特克軟件(中國)有限公司構(gòu)件開發(fā)組.2012.

[2] 王朝陽,劉星,張臣友.BIM技術(shù)在武漢中心項目鋼結(jié)構(gòu)施工管理中的應(yīng)用[J].施工技術(shù). 2015,44 (6):40-45.

[3] 周淳,趙峰,陳敏.BIM技術(shù)在大跨度異形桁架鋼結(jié)構(gòu)項目中的應(yīng)用研究[J].施工技術(shù). 2016, 45 (21):78-81.

[4] 姚程淵,陳燁,吳宣澤,盧干,王琦. BIM技術(shù)在裝配式鋼結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用[J].山西建筑.2016,42 (10) :61-62.

[5] 壯真才.BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)施工管理中的應(yīng)用[J].建筑技術(shù)開發(fā).2016,43 (9):81-82.

[6] 胡軼敏,洪兵鋒,黃維燕,蔣韜.基于BIM技術(shù)的鋼結(jié)構(gòu)柱腳節(jié)點模型的建立[J].山西建筑.2017,43 (10):38-39.