基于 BIM 的軌道交通項目算量插件研究

周 敏，陳百會，丘 奇（.上海軌道交通十八號線發(fā)展有限公司，上海 000；.上海市隧道工程軌道交通設計研究院，上海 005；.上海建科造價咨詢有限公司，上海 000）

0 引 言

2016年9月，住房和城鄉(xiāng)建設部印發(fā)《2016—2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》（以下簡稱《綱要》），旨在增強建筑業(yè)信息化發(fā)展能力，優(yōu)化建筑業(yè)信息化發(fā)展環(huán)境，加快推動信息技術與建筑業(yè)發(fā)展深度融合?！毒V要》提出，“十三五”時期，全面提高建筑業(yè)信息化水平，著力增強 BIM、大數(shù)據(jù)、智能化、移動通訊、云計算和物聯(lián)網(wǎng)等信息技術集成應用能力，建筑業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡化和智能化取得突破性進展，初步建成一體化行業(yè)監(jiān)管和服務平臺，數(shù)據(jù)資源利用水平和信息服務能力明顯提升，形成一批具有較強信息技術創(chuàng)新能力和信息化應用達到國際先進水平的建筑企業(yè)及具有關鍵自主知識產(chǎn)權(quán)的建筑業(yè)信息技術企業(yè)。2018年，住房和城鄉(xiāng)建設部發(fā)布了《城市軌道交通工程 BIM 應用指南》，進一步明確了軌道交通的建設單位應用 BIM 技術的必要性和應用要求。

由此可見，BIM 技術的推廣與應用已經(jīng)得到政策上的大力扶持，軌道交通行業(yè)也應抓住 BIM 技術大力發(fā)展的機遇，加快 BIM 技術在行業(yè)內(nèi)的推廣與應用。開展符合軌道交通項目 BIM 應用需求的 Revit 插件的開發(fā)工作，可以有效減少軌道交通項目 BIM 模型創(chuàng)建過程中的重復工作，提高 Revit 模型工程量提取的效率和準確率，保證 BIM 模型數(shù)據(jù)的規(guī)范性和統(tǒng)一性，并且為后續(xù) BIM 技術在軌道交通各階段的造價管理應用奠定良好的數(shù)據(jù)基礎。

1 BIM 技術在上海軌道交通工程造價中的應用現(xiàn)狀

上海申通地鐵集團有限公司積極響應國家及上海市政府的號召，不遺余力地推進 BIM 技術在軌道交通項目建設中的應用，并于 2013年印發(fā)《軌道交通項目 BIM 工作相關事宜的指導意見》，明確了對 BIM 工作的要求，提出了應用先進技術提升管理水平和以新技術驅(qū)動管理改革等具體方案。貫穿整個項目管理過程的工程造價管理，是項目管理的重中之重。實現(xiàn)項目造價管理工作的標準化和科學化，是實現(xiàn)項目信息化管理的關鍵所在，而 BIM 技術的應用對工程造價管理有著得天獨厚的優(yōu)勢。

從目前上海軌道交通新建線路的開展情況來看，BIM技術在上海軌道交通工程造價中的應用，尚未涉及投資估算、設計概算、施工圖預算和工程結(jié)算等方面。目前，在軌道交通項目建設中，造價管理人員尚未能根據(jù)項目實時形象進度提供完成的投資比例，傳統(tǒng)的月度資金支付仍依賴于施工監(jiān)理對現(xiàn)場完成實物工作量的統(tǒng)計，致使實際支付與項目進度存在一定的偏差，無法實現(xiàn)造價管理工作的精細化和協(xié)同化管理。

2 上海市軌道交通項目造價應用插件開發(fā)

筆者針對適合于軌道交通行業(yè)的驗工計價信息化技術進行了理論研究和初期開發(fā)。將軌道交通項目在驗工計價過程中常用的各項信息和數(shù)據(jù)與模型相關聯(lián)，不但可以自動算量和計價，還可以實現(xiàn)建設單位、施工單位和監(jiān)理單位的多方協(xié)同工作，滿足工程造價的管理要求。通過基于BIM 的算量插件研究，探索信息化在地鐵建設管理方面的實踐，最終形成市場認可的行業(yè)實施模式。

2.1 項目簡介

該項目開發(fā)用于上海軌道交通的基于 Revit 模型的算量應用插件，導出可用于輔助工程設計、招標算量和成本控制等多個環(huán)節(jié)的信息報表，有效避免了針對工程量計算的重復建模工作，大幅度提高了工作效率和工程量計算的精度。插件導出的工程量信息還可為項目的造價管理提供精確的數(shù)據(jù)支撐，并在造價管理過程中提供輔助決策，實現(xiàn)造價管理的數(shù)據(jù)化、透明化和精細化。

插件采用模型輕量化技術，去除模型冗余數(shù)據(jù)，通過構(gòu)建“模型流”、幾何參數(shù)化和唯一性表達等技術，大大縮小了輕量化后模型文件的大小，有利于網(wǎng)絡傳輸和物理空間存儲。輕量化采用數(shù)模分離的方式，將模型數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)分離，可單獨通過屬性數(shù)據(jù)文件進行工程量的提取及各種數(shù)據(jù)的分析。

2.2 需求調(diào)研

在研發(fā)初期，對“魯班”“廣聯(lián)達”等市面上主流的算量工具軟件進行功能分析，歸納出一些市場需求，繼而對插件開發(fā)進行了可行性分析。

（1）傳統(tǒng)算量插件雖然具有通用性，但主要用于民用建筑，缺乏專門應用于軌道交通工程的插件。

（2）傳統(tǒng)算量插件使用工程量提取的前提是，必須滿足專門匹配的建模規(guī)則。

（3）插件成果在軌道交通 BIM 模型工程量統(tǒng)計等方面精確度更高，今后也可符合軌道交通的建模規(guī)則。

（4）傳統(tǒng)算量插件導出的表單雖然具有通用性，但是本插件可導出的表單與造價管理流程的內(nèi)容更加匹配。

（5）本插件具有模型輕量化功能，可將 BIM 模型和信息延續(xù)到協(xié)同管理平臺。

（6）本插件具有獨立運行界面，無需直接打開Revit，提高了使用效率。

根據(jù)插件研發(fā)的特點和可行性進行調(diào)研，得出了上述市場需求，明確了導出的表單樣式、工程量提取需求、現(xiàn)有的相關工作流程和提資要求等。

2.3 研究方法

2.3.1 開發(fā)語言和功能的設計方法

（1）需求分析：對調(diào)研結(jié)果進行分析，確定算量清單格式和建模規(guī)則，編寫需求規(guī)格說明書，并設計原型畫面。

（2）概要設計：對 Revit 2016—2018 版本的開發(fā)代碼進行研究和梳理，劃分模塊，定義插件功能模塊的數(shù)據(jù)接口、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和獨立運行方式。

（3）詳細設計：確定具體的功能模塊，設計插件功能界面，實現(xiàn)運算邏輯，編寫詳細開發(fā)任務書。

（4）開發(fā)工具：根據(jù)詳細設計進行編碼，使用 C#（.net）語言開發(fā)，使用 Git 進行版本管理，采用 NPOI 框架實現(xiàn) Excel 的讀寫。

（5）單元測試：以白盒測試為主，保證每個模塊的所有功能分支都被覆蓋到。

（6）集成測試：以黑盒測試為主，保證每個模塊之間能正確調(diào)用，數(shù)據(jù)傳輸無誤，如輕量化模塊生成的模型屬性文件能被工程提量模塊正確讀取。

（7）成果驗收：在示范項目中進行試運行，使用項目中實際的模型進行輕量化和工程量提取的測試，一旦發(fā)現(xiàn)問題，便立即進行版本優(yōu)化更新。

2.3.2 工程量提取功能的研究方法

工程量提取功能是指基于軌道交通用 Revit 軟件繪制的BIM 模型，通過編程語言，實現(xiàn)模型構(gòu)件工程量一鍵快速提取和導出表單。具體方法如下。

（1）直接選擇運用招標建模規(guī)則的 Revit 模型，通過輕量化工具實現(xiàn)輕量化。

（2）在輕量化的同時，對模型進行全界面的屬性信息檢索，找到符合 GB 50500—2013《建設工程工程量清單計價規(guī)范》（以下簡稱《計價規(guī)范》）對應規(guī)則的構(gòu)件屬性信息。信息內(nèi)容包含族文件命名、實例參數(shù)、類型參數(shù)和其他參數(shù)等。

（3）通過插件編程開發(fā)，這些信息能自動匹配 9 位《計價規(guī)范》編碼，同時找到對應構(gòu)件的尺寸信息，包含長度、表面積、體積及材質(zhì)等在內(nèi)的符合清單規(guī)范和項目特征要求的計量數(shù)據(jù)。

（4）生成符合《計價規(guī)范》要求的報表，內(nèi)容包含清單編碼、項目名稱、項目特征、工程量、單位、綜合單價和合價等信息。

（5）插件可提取的工程量包含建筑、結(jié)構(gòu)和機電安裝（動力照明、暖通）等專業(yè)的構(gòu)件工程量。

（6）對于提取結(jié)果存在較大差異或與清單項存在映射問題的，應判斷其根源所在，并且在過程中不斷優(yōu)化。

（7）對于不同專業(yè)的對應規(guī)則，可在插件中定制按鈕來區(qū)分。

2.3.3 輕量化功能的研究方法

（1）研究市面上主流平臺都支持哪些文件格式，判斷該項目的插件導出的文件格式。經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，Revit 均被目前市面上主流平臺所支持；其數(shù)據(jù)接口具有可開發(fā)性，各主流平臺對其文件格式?jīng)]有嚴格要求。因此，本插件導出的文件格式為獨立的“?.pr”格式。該格式可以被一些 BIM協(xié)同管理平臺直接讀取。

（2）考慮輕量化的壓縮比，對市場上的輕量化插件進行調(diào)研分析，判斷其壓縮比。經(jīng)綜合分析發(fā)現(xiàn)，目前模型輕量化的壓縮比約為 1/200（即輕量化模型與原模型的對比比例）。基于此比例，對該插件的輕量化模型壓縮比進行研究。

（3）對輕量化后保留的數(shù)據(jù)量進行研究。一般模型在輕量化后會造成數(shù)據(jù)丟失，本項目的插件開發(fā)過程需要考慮保留構(gòu)件信息中與《計價規(guī)范》對應的尺寸和材質(zhì)等參數(shù)。

（4）對多版本的 Revit 支持進行開發(fā)。對 2016－2018 版本的 Revit 進行輕量化開發(fā)；通過測試后，再對其他的版本進行測試，對壓縮比和數(shù)據(jù)保留部分等指標作綜合比較。

（5）在對 Revit 中的鏈接文件進行輕量化轉(zhuǎn)換時，務必考慮鏈接文件的版本和參數(shù)數(shù)據(jù)。

2.3.4 其他功能的研究方法

（1）用圖表的形式展示不同版本模型的工程量對比樣式。在插件開發(fā)工程中，嘗試用柱狀和線形等圖表表達方法展現(xiàn)，最終用最合理和人性化的方式表達工程量的指標及其對比情況。

（2）多表單的定制需要結(jié)合某線路的造價管理要求，進行相關調(diào)研和數(shù)據(jù)提資；同時要考慮表單是否能導入到原有線上平臺的因素。

（3）考慮成果的多種格式導出方式，包含表單的Excel 格式、獨立的“?.pr”輕量化模型格式和對比分析報告的 Word 格式等。

2.4 插件實際工程應用

2.4.1 前期調(diào)研

插件開發(fā)完成 V1.0 版本后，選用某站臺作為試點項目進行測試。通過初步調(diào)研，了解了該站臺的建設現(xiàn)狀，具體如下：現(xiàn)場缺少信息化造價管理手段，以線下流程為主；對于施工單位上報的工程量缺少驗證其正確性的手段，間接造成管理上的不合理和進度的拖延；BIM 模型的建模標準不統(tǒng)一，造成構(gòu)件命名多樣化；BIM 技術更多地用于展示，未涉及造價管理。前期的調(diào)研結(jié)果表明，開發(fā)插件的一個重要目標是，能夠方便地統(tǒng)一施工過程某階段的構(gòu)件工程量，為進度款支付和工程量校核等提供快速高效的輔助手段，確保插件導出的表單能契合造價管理的需求，最終提高造價流程管理的效率。

2.4.2 對某站臺模型數(shù)據(jù)的梳理

由于該站臺的建模規(guī)則未完全統(tǒng)一，在開發(fā)插件的工程量提取功能之前，需要重新梳理構(gòu)件的命名規(guī)則，將BIM 模型（見圖1）的構(gòu)件名與清單編碼一一對應，生成構(gòu)件名對應表（見圖2）；隨后與 BIM 設計單位溝通，確認構(gòu)建命名規(guī)則；確認后，先進行一對多的對應，即一個清單項對應多個構(gòu)件名，進行工程量提取功能的開發(fā)；后續(xù)根據(jù)建模規(guī)則的制定情況，及時更改模型中的構(gòu)件名（見圖3），再進行插件功能的測試。

2.4.3 對插件功能的測試

（1）功能測試。插件 V1.0 版本開發(fā)完成后，進行工程量提取、表單輸出和智能分析等功能的測試。打開插件界面，選擇處理后的某站臺的模型，生成相關報表（如圖4所示）。導出的表單樣式為符合國家清單規(guī)范要求的工程量清單樣式表單（見圖5）。導出的工程量與傳統(tǒng)算量軟件的分部分項工程量誤差在 3% 以內(nèi)。

圖1 站臺 BIM 模型

圖2 插件與模型數(shù)據(jù)來源對應位置梳理

圖3 模型構(gòu)件名的更改

圖4 插件界面

圖5 機電安裝專業(yè)提取結(jié)果

（2）施工圖校核?；?Revit 模型的算量，應用插件提取施工圖模型屬性數(shù)據(jù)的工程量信息，生成滿足招標要求的工程量清單，在此過程中校核施工圖，包括復核施工圖材料表的準確性，以提高施工圖的設計質(zhì)量。與此同時，利用已生成的滿足要求的工程量清單，結(jié)合工程量指標分析，對總投資進行初步預判，輔助施工圖限額設計優(yōu)化，以實現(xiàn)項目投資控制目標。

（3）現(xiàn)場運用。分析對比某站臺的清單表格中的工程量，判斷插件提取成果的準確性。對插件提取出的工程量信息和投資監(jiān)理的工程量信息進行分析對比，將導出的結(jié)果對應相應的流程管理表單，并反饋給現(xiàn)場的施工單位和監(jiān)理單位。這些成果也為項目進度款的支付和造價管理提供了有效的信息化手段和主要輔助數(shù)據(jù)。施工單位每月上報進度款工程量時，通過與插件導出的數(shù)據(jù)進行對比，可有效檢驗上報量的準確性。監(jiān)理單位和業(yè)主現(xiàn)場項目經(jīng)理在校驗施工單位的上報量時，也可用這些數(shù)據(jù)進行對比分析，若發(fā)現(xiàn)量差較大的分部分項，則可及時與施工單位進行反饋和協(xié)調(diào)。

插件的功能主要是運用插件對模型進行工程量的快速提取和導出匹配造價管理流程的表單。在運用過程中發(fā)現(xiàn)，由插件導出的成果還需要結(jié)合一些造價管理流程進度和不同項目現(xiàn)場的實際情況，繼續(xù)運用于其他造價管理流程；而由插件導出的表單樣式只有結(jié)合現(xiàn)場的實際需求，并且基于BIM工程量的快速提取，才能更好地服務于項目造價管理。

3 結(jié) 語

本文以上海地鐵某車站工程為例，通過調(diào)研插件開發(fā)的市場需求，制定出各功能設計的研究方法，并且對某站臺的 BIM 模型成果進行了插件示范應用。插件的開發(fā)與應用，使得工程量的統(tǒng)計工作更快、更準確，效率也更高，但模型的質(zhì)量對結(jié)果的準確性有較大影響。隨著 BIM 技術的日趨成熟，各種工具和軟件也將逐漸得到完善，模型的自動化程度也將有進一步的提高，通過插件進行工程量統(tǒng)計也必將得到更廣泛的應用。