從基于BIM的工程量計(jì)算角度探討智慧建設(shè)的實(shí)現(xiàn)

文/中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 徐 銘 趙 校

0 引言

BIM的核心價(jià)值在于全過(guò)程、全周期的信息整合與信息共享，并通過(guò)信息建立、傳遞、整合、共享和利用，建成智慧招標(biāo)、智慧設(shè)計(jì)、智慧建造、智慧運(yùn)維的智慧建設(shè)體系。在諸多信息整合利用中，最引人關(guān)注也是從目前技術(shù)水平來(lái)看最容易達(dá)成的是基于BIM的工程量計(jì)算，從模型建立至項(xiàng)目竣工結(jié)算，工程量計(jì)算工作幾乎貫穿整個(gè)項(xiàng)目建設(shè)周期，無(wú)論是便捷性、準(zhǔn)確性還是權(quán)威性均遠(yuǎn)超傳統(tǒng)算量。受益于此，無(wú)論是甲方還是施工單位，如果能向其證明基于BIM算量可行，且能帶來(lái)直觀的經(jīng)濟(jì)效益，將會(huì)有越來(lái)越多的企業(yè)試行BIM算量，并最終從終端應(yīng)用反推至前端設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)智慧建設(shè)。因此BIM算量被稱為解決BIM普及率的一把“鑰匙”。

1 軟件思路

從理想情況來(lái)看，BIM算量的思路與步驟為：構(gòu)件識(shí)別—匹配工程量計(jì)算規(guī)則—工程特征識(shí)別—工程量計(jì)算—工程量分類匯總-報(bào)表輸出。其中核心技術(shù)是構(gòu)件識(shí)別，所有工程量計(jì)算規(guī)則、工程量計(jì)算及分類匯總均基于構(gòu)件識(shí)別的基礎(chǔ)。

但從目前市面上的軟件來(lái)看，因構(gòu)件識(shí)別率存在一定問(wèn)題，無(wú)法保證100%識(shí)別，因此在構(gòu)件識(shí)別前均有一個(gè)模型修改甚至重新建模的操作。這就帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題：當(dāng)設(shè)計(jì)模型和算量模型存在一定區(qū)別時(shí)，不同使用者基于同一軟件的算量結(jié)果也可能不同，這對(duì)BIM算量的權(quán)威性是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。所以基于BIM的算量軟件首先要解決的問(wèn)題就是構(gòu)件識(shí)別。目前基于BIM的算量軟件其構(gòu)件識(shí)別有3種方式：強(qiáng)規(guī)則、弱規(guī)則和無(wú)規(guī)則。

1）強(qiáng)規(guī)則 指嚴(yán)格規(guī)定建模規(guī)則，并且不允許例外情況。如計(jì)算混凝土墻，規(guī)定只計(jì)算“系統(tǒng)墻”族里第3位為“混凝土”的墻體，其他構(gòu)件一律不考慮。同時(shí)混凝土強(qiáng)度等級(jí)信息在名為“混凝土強(qiáng)度等級(jí)”的參數(shù)中尋找，所有如“砼強(qiáng)度等級(jí)”或“混凝土標(biāo)號(hào)”這些參數(shù)名稱全部非法，也不允許將該信息以類型名稱的方式表達(dá)。這種方式的識(shí)別率和計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確率非常高，計(jì)算速度也很快。但只有當(dāng)模型符合要求時(shí)才能正常運(yùn)行，否則就會(huì)造成計(jì)算結(jié)果的極大偏差，對(duì)建模要求很高，設(shè)計(jì)師抵觸較大。

2）弱規(guī)則 指指定一個(gè)相對(duì)寬松的映射體系，設(shè)計(jì)師常用的表達(dá)手法基本都能滿足。同樣以混凝土墻為例，只要“系統(tǒng)墻”族里帶“混凝土”3個(gè)字的類型就被判定為混凝土墻，所有名為“混凝土強(qiáng)度等級(jí)”“混凝土標(biāo)號(hào)”“砼強(qiáng)度等級(jí)”等參數(shù)表達(dá)均有效。這種方式因規(guī)則太多，會(huì)大大降低軟件運(yùn)行效率，而且因?yàn)槿蒎e(cuò)率太高，誤識(shí)別的可能性很大，如“混凝土砌塊”就會(huì)被認(rèn)為是“混凝土墻”，或者同時(shí)含有“混凝土強(qiáng)度等級(jí)”“混凝土標(biāo)號(hào)”2個(gè)參數(shù)且參數(shù)內(nèi)容不一致的情況也會(huì)發(fā)生。

3）無(wú)規(guī)則 指沒(méi)有預(yù)置的映射規(guī)則，每計(jì)算1個(gè)新項(xiàng)目時(shí)均需瀏覽一次項(xiàng)目，手動(dòng)建立1個(gè)映射規(guī)則。這種做法靈活性極強(qiáng)，幾乎能識(shí)別市面上任何模型，但手動(dòng)錄入工作量大。

2 代表性軟件簡(jiǎn)介

BIM智慧建設(shè)的其他目標(biāo)需特定的BIM軟件承載，BIM智慧算量也需依托相應(yīng)的BIM算量軟件，所有這些軟件共同組成了BIM軟件體系。建模軟件或Web端平臺(tái)為該體系的核心和信息交換中樞，可實(shí)現(xiàn)信息建立、傳遞、共享和有效利用。由于目前國(guó)內(nèi)建筑行業(yè)的核心建模軟件幾乎都是Autodesk的Revit，Bently的Microstation及Dassault的Catia等軟件應(yīng)用率相對(duì)較低，下文均以基于Revit的算量軟件進(jìn)行討論。常見(jiàn)基于BIM的算量軟件橫向?qū)Ρ热绫?所示。

表1 常見(jiàn)基于BIM的算量軟件橫向?qū)Ρ?/p>

2.1 Revit

1）算量規(guī)則差異較大 Revit自帶工程量統(tǒng)計(jì)功能，即軟件的“工程量明細(xì)表”。這也是很多人理解的一個(gè)誤區(qū)：既然Revit能夠自行統(tǒng)計(jì)工程量，是不是有了模型就能自動(dòng)出量？答案是否定的。首先Revit的算量規(guī)則與我國(guó)通行的工程量算量規(guī)則差異很大。其思路是板的優(yōu)先級(jí)最高，而國(guó)內(nèi)的算量規(guī)則是板的優(yōu)先級(jí)最低。不同的算量規(guī)則導(dǎo)致Revit的工程量統(tǒng)計(jì)功能只能作為參照，不能直接用于工程計(jì)價(jià)。從理論上講，能夠逐一根據(jù)節(jié)點(diǎn)的相關(guān)優(yōu)先級(jí)進(jìn)行手工修正，但Revit未提供可自定義優(yōu)先級(jí)的批量修改功能，手動(dòng)修改項(xiàng)目所有節(jié)點(diǎn)是不可能完成的任務(wù)。

2）Revit的工程量顯示頁(yè)面不友好 Revit沒(méi)有集中的工程量統(tǒng)計(jì)功能，雖然能根據(jù)不同類別的構(gòu)件編制工程量報(bào)表，如“柱工程量明細(xì)表”“墻工程量明細(xì)表”，但默認(rèn)的項(xiàng)目樣板中沒(méi)有這些工程量報(bào)表，所有報(bào)表均需手工添加，這本身就是一個(gè)比較復(fù)雜的工作，而且每類別構(gòu)件的添加方法不一樣。更為關(guān)鍵的是，使用者不知道項(xiàng)目中具體有哪些構(gòu)件，因此不知道該添加哪些類型的表格，稍不注意就會(huì)漏項(xiàng)。而且Revit的統(tǒng)計(jì)報(bào)表不能自由縮放，導(dǎo)出Excel的方法也稍顯麻煩，對(duì)入門者不是很友好。

3）不能提供計(jì)算式底稿與工程量反查 從理論上講，Revit軟件中的工程量反查也能做到，可查看每個(gè)構(gòu)件的ID，然后按照ID號(hào)進(jìn)行搜索，但效率不高。

2.2 廣聯(lián)達(dá)算量軟件

廣聯(lián)達(dá)計(jì)價(jià)軟件在建筑行業(yè)中的優(yōu)勢(shì)明顯，但其算量軟件并未形成絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，特別是BIM算量。目前廣聯(lián)達(dá)的算量軟件體系分為土建（含鋼筋）、機(jī)電、精裝修、鋼結(jié)構(gòu)及市政（主要是大市政）5個(gè)軟件。算量結(jié)果均能導(dǎo)入計(jì)價(jià)軟件中。其中土建、機(jī)電軟件支持從Revit軟件導(dǎo)出的GFC中間交換文件進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)入；精裝修、市政只支持從dwg格式圖紙?jiān)趶V聯(lián)達(dá)自有平臺(tái)中生成三維模型并算量，是傳統(tǒng)做法，可稱之為“準(zhǔn)三維”或“偽三維”；鋼結(jié)構(gòu)軟件除支持上述“準(zhǔn)三維”方式外，還支持識(shí)別Tekla模型，不支持Revit模型。因此只有土建、機(jī)電能夠進(jìn)行基于BIM的算量。

由于RVT格式文件通過(guò)GFC文件導(dǎo)入廣聯(lián)達(dá)算量軟件時(shí)會(huì)存在一定程度的信息丟失，丟失率與模型質(zhì)量相關(guān)。因此要用廣聯(lián)達(dá)系統(tǒng)，一定要保證模型質(zhì)量，這里的模型質(zhì)量是指模型是否滿足廣聯(lián)達(dá)的建模標(biāo)準(zhǔn)。由于施工單位建模進(jìn)行BIM算量大多是基于CAD進(jìn)行翻模，并沒(méi)有成型的建模標(biāo)準(zhǔn)，所以對(duì)此并不抵觸；市場(chǎng)上一些專門承接翻模的公司或BIM設(shè)計(jì)院本身的翻模團(tuán)隊(duì)出于效率考慮，可能有自己的大量族庫(kù)，這些族庫(kù)不可能全部滿足廣聯(lián)達(dá)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，勢(shì)必需對(duì)這些族庫(kù)進(jìn)行修正；而大多數(shù)正向設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)院都有自己成型的建模標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)更多是從形體表達(dá)的準(zhǔn)確性、出圖便利性、信息傳遞的有效性等角度出發(fā)，較少考慮算量這一配合專業(yè)的需求，因此會(huì)對(duì)廣聯(lián)達(dá)的建模標(biāo)準(zhǔn)較為抗拒。

廣聯(lián)達(dá)BIM算量最大的一個(gè)特點(diǎn)是基于自有平臺(tái)制作，其最大的優(yōu)勢(shì)是有從計(jì)價(jià)軟件帶過(guò)來(lái)的龐大用戶群體，并在此基礎(chǔ)之上研發(fā)完成了自己的5D平臺(tái)。同時(shí)收購(gòu)了三維機(jī)電設(shè)計(jì)軟件MagiCAD，并推廣自己的三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件，但市場(chǎng)實(shí)際反響不佳，從2018年起，廣聯(lián)達(dá)開始開發(fā)基于Revit的算量插件，將Revit程序與模型部署在服務(wù)器端而非客戶端，能夠在Web端進(jìn)行構(gòu)件的統(tǒng)一維護(hù)，目前已有國(guó)內(nèi)大型開發(fā)商與其合作進(jìn)行試探性開發(fā)工作。

2.3 魯班算量軟件

魯班算量軟件在上海地區(qū)占有率較高，其是基于CAD進(jìn)行深度二次開發(fā)的算量軟件，在CAD時(shí)代，魯班軟件的操作思路是在CAD底圖上將每個(gè)構(gòu)件賦予高度信息進(jìn)行三維計(jì)算，所有的非幾何信息如材質(zhì)等均需手動(dòng)錄入。在Revit時(shí)代，魯班軟件在二維算量軟件的基礎(chǔ)上進(jìn)行增量開發(fā)，將Revit文件或IFC文件的幾何信息導(dǎo)入魯班算量軟件中，并且能在同一個(gè)算量文件中兼容二維和三維算量。同時(shí)魯班軟件對(duì)構(gòu)件識(shí)別也非常靈活，能夠手動(dòng)調(diào)整每個(gè)識(shí)別規(guī)則，對(duì)模型兼容性非常好，是典型的“無(wú)規(guī)則”軟件思路。

但魯班軟件最大的優(yōu)點(diǎn)也是其最大的缺點(diǎn)。為降低使用門檻，魯班軟件將模型降維到二維操作平面上，非幾何信息全部舍棄，需進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)再錄入工作。此外這直接帶來(lái)的是單向信息傳遞，只能從模型接收信息，不能進(jìn)行反寫操作，因此其向上游設(shè)計(jì)端、下游施工端拓展的可能性極小。

2.4 思維爾

目前除廣聯(lián)達(dá)軟件外，思維爾是唯一在大型開發(fā)商中得到實(shí)際部署的算量軟件，其同時(shí)具備土建、機(jī)電、鋼筋的算量功能，除內(nèi)建族，基本能保證一般構(gòu)件均能計(jì)算。

與魯班軟件思路截然相反，思維爾是典型的“強(qiáng)規(guī)則”思路。如采用思維爾的萬(wàn)達(dá)集團(tuán)的建模標(biāo)準(zhǔn)，事先規(guī)定了所有可能用到的族，不在族庫(kù)里的族寧可修改設(shè)計(jì)也不能隨意添加。

這種做法其實(shí)是做一套極致的標(biāo)準(zhǔn)化，特別適合標(biāo)準(zhǔn)化程度很高的地產(chǎn)商。目前采用這種做法的也都是大型開發(fā)商。但從實(shí)際結(jié)果看，還有進(jìn)一步優(yōu)化的空間。

2.5 品茗

杭州品茗軟件有自主研發(fā)的算量軟件和預(yù)算軟件。HiBIM軟件是基于Revit開發(fā)的一個(gè)插件，屬品茗BIM軟件體系的一部分。目前品茗軟件的應(yīng)用偏向于施工，屬于典型的通過(guò)算量吸引用戶使用，并借此推廣其設(shè)計(jì)軟件思路。所以采用了“強(qiáng)規(guī)則”思路，為保證項(xiàng)目算量的準(zhǔn)確性，需使用品茗提供的族庫(kù)。品茗軟件在現(xiàn)場(chǎng)施工這一細(xì)分市場(chǎng)上的能力最強(qiáng)，甚至能夠計(jì)算出模板腳手架中鋼管、扣件、木板的量。

目前品茗軟件的HiBIM算量軟件正處于市場(chǎng)推廣前期，正在通過(guò)某醫(yī)院項(xiàng)目進(jìn)行論證。因需使用品茗軟件自身的族庫(kù)才能出量，因此算量過(guò)程其實(shí)是用HiBIM的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行重新建模，其短板也是設(shè)計(jì)師的使用習(xí)慣。

2.6 新點(diǎn)比目云

新點(diǎn)比目云是基于Revit開發(fā)的一個(gè)插件，目前只支持清單與極少量省份的定額算量。其最大的優(yōu)勢(shì)是采用規(guī)則映射方式，為保證對(duì)模型的最大兼容性，所有規(guī)則均面向用戶開放。新點(diǎn)比目云最大的缺點(diǎn)是算量中調(diào)用的非幾何信息全部為手動(dòng)添加，除一些結(jié)構(gòu)信息可從模型特定位置提取外，不能利用模型本身已包含的信息。

2.7 isBIM

isBIM算量軟件同樣是基于Revit進(jìn)行的二次開發(fā)，也是采用規(guī)則映射方式，對(duì)模型兼容性很好，目前只支持清單工程量計(jì)算，不支持定額計(jì)算。相較于比目云，除可進(jìn)行構(gòu)件映射外，還可識(shí)別模型參數(shù)并進(jìn)行參數(shù)映射，映射關(guān)系可做到構(gòu)件級(jí)別。isBIM算量軟件的扣減規(guī)則有一定問(wèn)題，需借助第三方插件先對(duì)模型進(jìn)行實(shí)體性扣減才能進(jìn)行計(jì)算，使用不便的同時(shí)若出現(xiàn)工程量偏差很難定位問(wèn)題所在。

3 實(shí)際算量結(jié)果對(duì)比

基于某項(xiàng)目，同時(shí)用5款常見(jiàn)的BIM算量軟件進(jìn)行土建建模計(jì)算，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，如?所示。

1）由表2可看出，只有魯班軟件和廣聯(lián)達(dá)軟件計(jì)算出基礎(chǔ)墊層的工程量。這是因?yàn)槟Ｐ椭袥](méi)有基礎(chǔ)墊層的實(shí)體，所有基于Revit的算量插件只能計(jì)算模型中的實(shí)體工程量，而魯班軟件和廣聯(lián)達(dá)軟件在導(dǎo)出模型后會(huì)對(duì)模型進(jìn)行處理，可通過(guò)算法生成模型中原本不存在的基礎(chǔ)墊層。

2）混凝土總用量偏差不大，但各分項(xiàng)工程量差異較大。這說(shuō)明每款軟件在構(gòu)件識(shí)別、工程量扣減方面存在差異。目前無(wú)法判斷哪個(gè)算量軟件的工程量計(jì)算是正確的，需通過(guò)手算對(duì)工程量進(jìn)行進(jìn)一步核對(duì)。

表2 基于BIM的算量軟件工程量計(jì)算結(jié)果橫向?qū)Ρ?/p>

4 工程量計(jì)算結(jié)果在智慧建設(shè)中的應(yīng)用

通過(guò)BIM算量軟件得到的工程量可驅(qū)動(dòng)項(xiàng)目智慧建設(shè)的實(shí)現(xiàn)。在智慧建設(shè)全生命周期中涉及基于BIM的工程量計(jì)算業(yè)務(wù)范圍如圖1所示。

4.1 智慧設(shè)計(jì)階段

傳統(tǒng)業(yè)務(wù)模式中，限額設(shè)計(jì)需設(shè)計(jì)完成后才能進(jìn)行成本測(cè)算，由于初步設(shè)計(jì)已完成，修改設(shè)計(jì)比較困難。而在基于BIM的智慧設(shè)計(jì)模式中，由于工程量測(cè)算較方便，通過(guò)造價(jià)專業(yè)前置，將成本拆解到各子項(xiàng)中，各子項(xiàng)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中可隨時(shí)算量，并通過(guò)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，快速測(cè)算子項(xiàng)成本，通過(guò)控制子項(xiàng)成本達(dá)到控制總成本的目的。傳統(tǒng)限額設(shè)計(jì)與基于BIM的智慧限額設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)流程對(duì)比如圖2，3所示。

4.2 智慧招投標(biāo)階段

工程量統(tǒng)計(jì)完成后可通過(guò)傳統(tǒng)方式進(jìn)行招標(biāo)工作，也可通過(guò)調(diào)用以往項(xiàng)目的大數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)投標(biāo)文件中的問(wèn)題，避免不平衡報(bào)價(jià)和日后可能出現(xiàn)的索賠，實(shí)現(xiàn)智能評(píng)標(biāo)。

4.3 智慧建造階段

在智慧建造階段，工程量最廣泛的應(yīng)用是在進(jìn)度款的確認(rèn)與支付、變洽簽涉及的成本變化及最終竣工結(jié)算額的確認(rèn)。

圖1 智慧建設(shè)全生命周期涉及基于BIM的工程量計(jì)算業(yè)務(wù)

圖2 傳統(tǒng)限額設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)流程

圖3 基于BIM的智慧限額設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)流程

除此之外，通過(guò)在模型中寫入不同構(gòu)件的預(yù)期完成時(shí)間、實(shí)際完成時(shí)間、結(jié)算完成時(shí)間，每項(xiàng)工程量均帶上時(shí)間維度，可通過(guò)特定軟件直觀地看到項(xiàng)目實(shí)際進(jìn)度與預(yù)期進(jìn)度的對(duì)比、編制資金使用計(jì)劃與勞動(dòng)力投入計(jì)劃，為智慧化項(xiàng)目管理提供數(shù)據(jù)支撐。甚至可通過(guò)大數(shù)據(jù)分析，設(shè)立項(xiàng)目駕駛艙，對(duì)項(xiàng)目數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化管理，或進(jìn)行同一地區(qū)不同時(shí)間、不同地區(qū)同一時(shí)間等橫向和縱向的成本對(duì)比，或與財(cái)務(wù)系統(tǒng)相結(jié)合，設(shè)立項(xiàng)目成本預(yù)警機(jī)制等，具有廣闊的應(yīng)用前景。

5 結(jié)語(yǔ)

基于BIM的智慧建設(shè)會(huì)使各參與方以更少的信息交換成本更加積極主動(dòng)地參與到項(xiàng)目建設(shè)中，也會(huì)產(chǎn)生包含工程量在內(nèi)的海量數(shù)據(jù)，如何挖掘和應(yīng)用這些數(shù)據(jù)，在人工智能、物聯(lián)網(wǎng)的風(fēng)口迎來(lái)新的業(yè)務(wù)增長(zhǎng)點(diǎn)，需要進(jìn)一步思考和探索。