基于BIM的工程計量與數據交換應用研究

(上海建工四建集團有限公司，上海 201103)

1 引言

BIM(建筑信息模型)包含著豐富數據、具有信息化、參數化特點的建筑數字化表示模型。隨著BIM的推廣運用，建筑信息模型的功能不僅僅局限在于三維的展示，包含準確構件信息的模型對算量統(tǒng)計占有很大優(yōu)勢。

基于BIM的自動化算量方法比傳統(tǒng)手算更為準確和快速[1]。實際工程中的部件多數為不規(guī)則的體量，計算過程非常復雜，造價工程師很容易因為人為原因造成計算錯誤，BIM的自動化算量工作得出的結果更為直觀準確。而快速地得出計算結果能夠及時反饋設計方案的成本，便于在整個工程的前期階段對成本進行控制。

1.1 國外研究現狀

在國外，BIM技術發(fā)展較為成熟，在工程造價中應用更貼合市場需求。Faraj等人開發(fā)了基于Web的項目數據工程環(huán)境，實現在工程項目中將預算、工程進度等信息集成共享[2]。Sheryl等人將IFC標準應用與成本預算原型系統(tǒng)的開發(fā)，利用模型中構件的信息及屬性自動匹配定額進行成本預算，實現智能化量價搭接。

而國外的工程量計算軟件如Vico、RIB iTWO等基本為基于5D的BIM軟件，在施工階段可以進行成本與進度計劃的管理。利用BIM模型與工期、費用成本相關聯，實現在施工過程中各個條線的數據聯動。

1.2 國內研究現狀

我國基于BIM技術的算量方式主要有以下三種方式[3]。

(1)直接使用Revit明細表統(tǒng)計計算構件工程量并輸出為Excel文件，直接利用BIM軟件的工程量統(tǒng)計功能。

(2)在BIM相關軟件和成本預算軟件之間建立應用程序接口(API)，通過API接口從BIM中提取數據與造價軟件對接，比如廣聯達、魯班等軟件。廣聯達使用GFC插件，將BIM導出成GFC文件，然后導入到廣聯達GCL軟件中，運用廣聯達工程量計算程序生成工程量報表。魯班軟件同樣也是將BIM導入自己的平臺中。

(3)運用開放式數據庫連接(ODBC)訪問BIM數據庫，以BIM軟件為集成對象。比如新點比目云、ISBIM等軟件都是直接在Revit平臺上開發(fā)，嵌入清單定額規(guī)則，直接訪問模型的數據庫，按照規(guī)則生成工程量報表。

對比國內外工程算量技術，國外軟件更貼合集成軟件，將算量、計價、合同管理等整個施工過程中的項目管理集合在同一個平臺。而國內目前的技術只能解決單一問題，算量軟件僅僅實現算量，無法與計價、進度實時交互。

我國目前的三種基于BIM技術的算量方案前兩種的不足在于：1)Revit軟件內置算法不符合國內工程量計算規(guī)則，故不能直接使用Revit進行工程量統(tǒng)計；2)使用傳統(tǒng)造價軟件則造成數據的封閉性，且沿用BIM模型容易在模型交互時導致模型缺失移位等問題。

根據我司研發(fā)的智慧建造平臺采用直接使用模型提取的量，再于平臺中與價進行匹配； 既保證了模型的復用率也實現了工程量數據與價格數據的集成與匯總，更為貼近國外的技術，形成基于5D-BIM技術的施工階段的成本控制與造價管理。故本次研究采用使用Revit算量插件來實現BIM的工程量計算。

2 基于BIM的工程量計算軟件對比研究

圖1 Revit軟件中對單個構件的工程量研究

通過對基于BIM技術的工程量計算三種方式展開對比研究，驗證本研究采用通過BIM模型得出符合算量規(guī)則的實物工程量并匹配清單編碼輸出分部分項工程量清單、措施項目清單等信息的研究技術路線。

2.1 基于Revit的單構件工程量研究

在清單和定額計算規(guī)則下模型的工程量是不同的，根據清單規(guī)定豎向構件如墻、柱等尺寸按層高布置，而定額規(guī)定豎向構件尺寸按自板底標高起的凈高布置。依據《GB50854-2013房屋建筑與裝飾工程工程量計算規(guī)范》，在Revit軟件中，根據清單與定額不同的計算規(guī)則對Revit建立的模型構件進行修改連接關系，確保模型中的構件有正確的扣減關系，從而對不同計算規(guī)則下的模型分別進行算量的統(tǒng)計。

通過Revit中的命令“連接”——“切換連接順序”，可以實現改變構件之間的優(yōu)先權，構件扣減設定，得出的工程量符合規(guī)范要求，但此步驟在實際工程運用中非常繁瑣，無法滿足現場工作。對于小于0.3m2的孔洞、構造柱此類構件，無法滿足算量計算規(guī)則； 對于不建立模型的構件如模板、粉刷層、腳手架、屋面防水層等項目Revit則無法計量。

Revit模型中構件的工程量代表了構件的幾何物理屬性[4]，同時軟件自帶部分工程量扣減規(guī)則，但受到構件建模順序，建模精度等影響，無法保證完全符合計算規(guī)則，使得直接使用BIM設計軟件統(tǒng)計工程量困難重重。

2.2 現有BIM算量軟件對比

在本文中對比了幾款算量軟件，如表1所示。

表1 BIM算量軟件對比

算量軟件名稱開發(fā)平臺與BIM對接程度格式廣聯達BIM算量軟件自主開發(fā)平臺通過將Revit模型導入廣聯達自身的平臺進行算量,模型中復雜異形構件導入不太準確.gfc魯班BIM算量軟件CAD平臺通過將Revit模型導入魯班的平臺進行算量,模型中復雜異形構件導入不太準確.eng新點比目云5D算量Revit平臺將Revit模型映射成算量模型進行算量.rvtISBIMQSRevit平臺將Revit模型映射成算量模型進行算量.rvt

通過對一般的工程造價算量軟件對比研究，廣聯達、魯班這樣的軟件商在其內部不同軟件之間的數據的交互能夠保證數據的完整性、快速性，但與外部軟件的交互性較差，出現較多的錯誤與遺漏現象。其次，所得的工程量為靜態(tài)工程量，模型中不涵蓋時間信息、進度信息、成本信息、材料管理等具有時態(tài)性的工程造價信息。

我司用于施工階段的造價管理方式主要基于自主研發(fā)的智慧建造平臺中商務條線來實現自動產值計報、匯總形成臺賬。而廣聯達、魯班等軟件都采用專用文件格式進行存儲，這些封閉式的數據無法對接平臺中的數據庫，故在本研究中采用了ODBC方式實現BIM技術的工程量計算。

表2 工程量對比

序號名稱計量單位廣聯達計算工程量新點比目云計算工程量相差率(%)1一結構混凝土量m32 909.912 901.540.282一結構現澆砼模板模板m214 243.4714 265.630.153二結構混凝土量m3215.99211.821.94二結構現澆砼模板模板m22 344.632 246.454.15砂漿砌砼砌塊m3646.34645.860.076裝飾粉刷面積m222 696.4923 602.643.99

對比新點比目云軟件與ISBIMQS軟件，兩者都是基于Revit軟件開發(fā)的算量插件，可實現的基本功能相似。通過研究工程量計算的詳細公式，得出新點比目云工程計量的準確性較高。并通過新點插件計算得出的工程量符合算量扣減規(guī)則，對于在Revit模型中不便于體現的構件但在工程造價中需要統(tǒng)計的數據，比如模板、腳手架、裝飾面層等通過算量插件實現準確出量，解決了Revit軟件對算量的局限性。本文研究利用算量插件實現基于BIM模型的工程算量技術路線圖如2所示。

2.3 新點比目云與廣聯達軟件對模型工程量統(tǒng)計對比研究

廣聯達的數據雖然封閉不能導出使用，但作為目前造價工作中最主流的計算軟件，其模型工程量的計算準確度是公認的，故本次研究主要通過新點比目云軟件與廣聯達計算的工程量做對比研究來驗證利用BIM算量插件的計算準確性。以下具體取B3層對各類構件進行實物量對比。

圖2 基于BIM技術實現算量的技術方案

圖3 B3層BIM模型與廣聯達模型

通過對具體建出的模型(如梁、板、柱、墻等)、簡化模型(如構造柱等)與不建立的模型(如裝飾面層、模板等)進行對比研究。

在Revit軟件中建立實體模型的情況下，一結構構件的混凝土實物工程量誤差率在±1%以內，利用新點算量插件解決了Revit軟件無法實現的自動扣減關系以及不符合算量規(guī)則的問題，利用BIM實現了模型體積工程量的準確計算。

而在不建立實體模型的情況下，一結構的模板面積誤差率在±1%以內，但二結構的模板面積誤差率相差較大。主要原因在于二結構的構造柱為簡化模型，算量插件通過讀取原模型自動生成算量模型后再對其表面積進行計算； 而圈梁、過梁為自動生成的模型從而導致模型誤差。誤差相對較大的為裝飾結構的粉刷層工程量，計算誤差在4%以內，主要原因在于其包含面比較復雜。但對比目前計算軟件以及項目上手動計算裝飾工程量，此類誤差在商務部門可以接受范圍之內。故得出結論基于BIM的工程算量符合工程造價的應用。

3 支持算量的BIM模型建模規(guī)范研究

自動化算量的準確與否最重要取決于模型的規(guī)范建模，為分析確定算量軟件對Revit模型的建模要求，按構件之間的連接和扣減關系，依次研究了BIM構件布置的正確方法并建立確認了具有算量功能的BIM建模規(guī)則。通過對模型拆分、模型精度控制、構件規(guī)范布置等三方面制定了我司基于工程算量要求的建模規(guī)范，通過規(guī)范建模保證模型的準確度。

(1)模型拆分

模型拆分按單位工程、樓層、專業(yè)依次劃分。在樓層劃分中按照實際工程中樓層標高，分別按樓層定義繪制其所在標高構件。當前層的夾層應建入當前層與當前層共同參與算量，升降板、上翻梁等非當前層標高但在當前層設計施工圖中表示的構件應建入當前層與當前層共同參與算量。

(2)模型精度控制

基于實現工程量計算的BIM構件精度定為LOD300，構件應包含幾何尺寸、材質等屬性。BIM的工程算量的準確程度取決于模型實際外形的幾何信息； 而項目中工程量統(tǒng)計一般按級配劃分后套入不同的單價，故在模型中需對構件添加準確的材質信息。

(3)構件規(guī)范布置

本研究對模型的建立進行分部分項工程精細到構件級別提出標準規(guī)范： 1)模型規(guī)范命名時要求建模的構件一般需要按照種類、規(guī)格、材料分開，構件類型名稱按照施工圖紙命名； 2)規(guī)范模型布置是指在模型建立時規(guī)定了有些無法在屬性明確的構件類型如棧橋、支撐、導墻等構件用其他類型的族表示； 3)規(guī)范了模型布置的方式，比如板洞按照板洞布置，而非板邊線編輯等。在構件搭接時明確了各個構件之間的連接關系，確保在無需手動調整的情況下算量軟件可以實現自動扣減。

4 基于BIM的工程量數據共享技術

根據項目上工程預算中分部分項工程的實物量具體定義BIM模型中需要導出的模型屬性信息，形成工程量輸出的標準化，將清單工程量與我司開發(fā)的建造智慧平臺中商務部分數據對接。實現利用BIM技術在工程造價中的應用。

將Revit模型的工程量形成報表統(tǒng)計與智慧管理平臺相聯接，而報表統(tǒng)計的方式多樣，確保統(tǒng)計的內容充分完整并規(guī)范格式，即滿足造價工程中對量統(tǒng)計的要求也必須可以與平臺中模型進行關聯。統(tǒng)計方式主要根據模型的分類按單位工程、樓層、專業(yè)、構件級別統(tǒng)計，統(tǒng)計的內容帶有模型構件數據以及工程量數據。

(1)清單與模型的匹配

基于Revit的算量軟件一般內置國家及各省市的定額庫，在對Revit模型進行算量前，應先設置中國的清單類型，根據新點比目云軟件，總結清單與模型匹配的流程如圖3所示。

指定輸出的工程量清單符合我國國標《建設工程工程量清單計價規(guī)范》(GB50500-2013)和其他建設定額對建筑物構件分類、編碼和工程量計算規(guī)則的規(guī)定[5]。每一個工程量清單子目支持編輯計算公式，計算公式涵括構件的幾何形狀、標高、尺寸和工程屬性等信息。通過復制做法將同一類型的構件套用同個工程量清單編碼。

(2)工程量輸出交換標準

模型工程量按照標準格式輸出，如表3所示。以Excel格式錄入我司自行開發(fā)的智慧管理平臺，主要通過對應每個構件的ElementID和屬性信息自動建立平臺中的BIM模型構件與預算中清單編碼的關系。

表3 工程量輸出交換標準

下表對應內容備注構件名稱構件ID混凝土強度等級體積清單中注明體積清單末尾為清單的不可同時出現,僅有一項模板(木)清單

圖4 工程量導出樣例

圖5 我司智慧建造平臺商務管理界面

通過軟件自帶統(tǒng)計報表分類分為工程量與指標報表兩大類，導出表格包含5列，類似于分部分項工程量清單編制要求，包括項目編碼、項目特征、工程量、工程單位、分組編號。

5 應用論證

本研究背景工程是上海市軌道交通網絡運營指揮調度大樓，建設用地面積10 669.3m2。該項目工程結構選型為混凝土框架—剪力墻結構，頂部兩層大空間采用鋼結構，項目為地上九層、地下三層的高層建筑。利用BIM模型計算一結構、二結構與部分裝飾的量并與傳統(tǒng)算量作對比研究，得出在規(guī)范建模的條件下，基于BIM的工程量計算結果可用于項目預算中。而工程實物量的數據通過BIM計算得出的結果能夠按分部分項工程的清單導出，錄入企業(yè)項目智慧管理平臺。

此項目研究驗證了基于BIM的工程量與商務部門產值計報工作的對接。目前在項目上的造價工程師估算和概算一般用EXCEL作為工具，每個月需要填寫大量的表單，這些工作零碎且繁瑣。而我司研發(fā)的智慧管理平臺通過收集項目上的實際施工數據，如計劃進度、實際進度、中標預算、分包合同等，錄入智慧建造平臺。一鍵生成產值報表、分建成本。施工臺帳隨報表上報后自動統(tǒng)計、整理、匯總，形成結構性、系統(tǒng)性的臺帳記錄，代替了造價人員在階段性成本控制中反復的計算、審核、匯總等工作內容，真正意義上地借助BIM技術實現自動化、智能化工程造價管理，節(jié)省從業(yè)人員工作時間與精力。

6 研究總結

本研究旨在探究現有造價管理的工作流程中運用BIM技術的適宜性與可行性[6]，對BIM技術的核心建模技術以及模型的扣減關系分別作了理論和實證的研究，得到以下總結：

(1)針對算量要求對Revit建模提出了規(guī)范用來指導對模型的正確建立。建立相應的工作模式、技術標準、指導方案從而改變造價從業(yè)人員花費大量時間在工程量計算的現狀。

(2)通過利用算量插件實現了工程量自動計算。通過對比測試了Revit軟件對構件在不同的建模條件下的計算結果以及分析研究了扣減規(guī)則，實現了利用BIM算量的準確性。解決了BIM軟件建模能力有限的問題。

(3)利用算量插件自帶的清單庫對構件的實物工程量自動賦予清單編碼匹配我司開發(fā)的智慧平臺中的定額庫與綜合單價，實現了數據共享。一鍵生成各種產值、臺賬報表，真正意義上節(jié)省造價員的時間。