基于BIM技術(shù)的城市橋梁工程量計算實例

李夢瑤，胡珊珊，葉甘露，項子儒

（南通大學交通與土木工程學院，江蘇南通 226019）

0 引言

1975年，Chuck Eastman首次提出建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）概念[1]。隨著計算機技術(shù)和大數(shù)據(jù)研究的發(fā)展，現(xiàn)今的BIM被定義將建筑全生命周期涉及的所有物理、運作信息，整合為一個統(tǒng)一、可共享的數(shù)字化模型，從而為設(shè)計、建造、管養(yǎng)等各階段的決策提供可靠依據(jù)。在建筑的全生命周期中，BIM技術(shù)展現(xiàn)了極大的先進性，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

在設(shè)計階段：傳統(tǒng)計算機繪圖軟件如AutoCAD雖然很大程度地提高了工程制圖的效率，但作為二維平面內(nèi)的繪圖，其繪制工程量不僅大而且其模型相較于三維視圖表現(xiàn)力不足。相較于傳統(tǒng)的二維圖紙表達方式，BIM的三維可視化表達方式可以清楚地表達設(shè)計意圖[2]。通過建立三維模型，很大程度上提高了項目的表現(xiàn)力，增強了參與者對項目的整體概念。此外，BIM在優(yōu)化設(shè)計方面也有較多作為，例如利用節(jié)能、緊急疏散、等模擬實驗可直觀地測試建筑的綠色、安全指標；通過管線模擬可優(yōu)化建筑內(nèi)部管線布局等[3]。

在施工階段：BIM平臺有效解決了相關(guān)人員溝通與交流不足這一問題。它可以將各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進行集合、整合及分析，實現(xiàn)信息共享，協(xié)同優(yōu)化施工流程，提高項目的質(zhì)量，減少不必要的人力成本提高工程施工效率。

在運營階段：建筑經(jīng)過長時間服務(wù)后，無法掌握其準確信息，而BIM模型可以一站式提供建筑物的實時信息，幫助相關(guān)單位掌握建筑演化過程和服務(wù)狀態(tài)，為管養(yǎng)策略提供依據(jù)[4]。

本文基于常用的BIM商業(yè)軟件，探討了中小型城市橋梁的BIM模型搭建技術(shù)；并以南通市某斜拉橋為例，開展了基于BIM模型計算的工程量與實際工程量的對比分析。

1 基于BIM技術(shù)的工程量計算

本文基于Autodesk Revit軟件，詳述了橋梁三維數(shù)字化模型的搭建流程和橋梁工程量的初步計算方法。

1.1 運用BIM建立橋梁模型

基于BIM技術(shù)計算工程量需要應(yīng)用到兩個模塊，首先利用軟件進行基礎(chǔ)模型的搭建，其次通過構(gòu)件用量和材料屬性計算工程量。以下介紹建立基礎(chǔ)模型步驟：

（1）調(diào)研橋梁圖紙，為運用Revit軟件進行三維數(shù)字化基礎(chǔ)模型的搭建打下基礎(chǔ)。

（2）新建“族”文件，畫出參照線以及參照平面進行定位。

（3）將結(jié)構(gòu)拆分為不同構(gòu)建，根據(jù)先主體構(gòu)件后附加構(gòu)件；先支撐構(gòu)件后水平構(gòu)件；先地上構(gòu)件后地下構(gòu)件，最后基礎(chǔ)的順序建立模型[5]。

（4）給各部分對應(yīng)的細部構(gòu)件賦予相應(yīng)的材料類型屬性。

（5）將使用的混凝土和面層材料悉數(shù)進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分類，最后建立明細表。

1.2 利用BIM模型中的相關(guān)數(shù)據(jù)來計算材料用量

根據(jù)設(shè)置的清單和定額工程量計算規(guī)則，結(jié)合大橋的實際外觀形狀自動計算其工程量。

1.2.1 混凝土構(gòu)件量算

利用BIM軟件可以較為精確地計算混凝土梁、板、柱和基礎(chǔ)的工程量。在計算過程中，注意修改連接命令，根據(jù)構(gòu)件類型修正構(gòu)件位置，通過連接優(yōu)先序扣減實體交接處重復工程量，優(yōu)先保留主構(gòu)件的工程量，將次構(gòu)件的統(tǒng)計參數(shù)修正，得到扣減后的精確數(shù)據(jù)，避免構(gòu)件工程量統(tǒng)計的虛增或減少。

1.2.2 基礎(chǔ)算量

利用BIM自帶的表單功能，統(tǒng)計出基礎(chǔ)的工程量，再通過屬性窗口獲取任意位置的基礎(chǔ)工程量。對于本文所研究的大橋，其部分基礎(chǔ)可按特定的基礎(chǔ)族模板建模，對于橋梁某些特殊基礎(chǔ)，可以通過修改源構(gòu)件的類別屬性進行建模。

1.2.3 其他細部構(gòu)件的量算

將現(xiàn)有的系統(tǒng)族和創(chuàng)建的新的符合實際細部構(gòu)件要求的族載入到建筑項目模型中，在計算各個構(gòu)件的長度和數(shù)量過程中，通過各構(gòu)件的詳細布置圖進行量算，得到不同區(qū)域細部構(gòu)件的工程量。

2 具體工程實踐

本文對南通市某斜拉橋進行了BIM建模，并計算了混凝土和鋼材的工程量，如表1所示。該橋前立面圖如圖1所示，搭建的模型圖如圖2所示，使用的平臺為Autodesk Revit2016。

圖1 南通市某大橋前立面

圖2 南通市某大橋模型

表1 可知通過BIM模型計算的工程量與實際工程量均保持較高的吻合度，主體用料如混凝土用量的誤差僅為0.2%。支座用量的誤差較大，在1.5%左右，但根據(jù)《建設(shè)工程工程量清單計價規(guī)范（GB50500—2013）》，該誤差在正常誤差范圍之內(nèi)。而產(chǎn)生的主要原因可歸納為：

表1 BIM計算工程數(shù)量結(jié)果與實際量對比

斜拉橋梁的懸索結(jié)構(gòu)在建模設(shè)計中采用融合的方式來進行創(chuàng)建，懸索的兩個端面均為水平面，懸索和中間豎直結(jié)構(gòu)柱的連接與工程的實際連接情況有細微差別，導致工程量統(tǒng)計的誤差。

橋梁的水平路面結(jié)構(gòu)與豎直方向的支撐結(jié)構(gòu)柱的連接以及其他構(gòu)件的相互連接存在重合的情況，在工程量計算過程中出現(xiàn)多次統(tǒng)計計算，導致得出的工程量普遍偏大。

計算中得出的量都是理論值，也可以說是工程材料的最少用量，一般工程中會因為運輸或混凝土強度不達標等諸多原因?qū)е虏牧系睦速M，這樣就會使施工中的材料實際使用量偏大。

因此，在計算工程量的過程中，只要將工程量的扣減等規(guī)則設(shè)置好，在構(gòu)件連接時扣減實體交界處的重復工程量，不斷修正統(tǒng)計參數(shù)，即可提高準確度。

3 結(jié)論

本文在理論分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合實際案例對BIM軟件算量和實際算量進行對比研究。結(jié)果表明，通過BIM模型計算的工程量與實際工程量有很高的吻合度，誤差在0.0002%～1.5%之間。因此，對于結(jié)構(gòu)較為簡單的中小型橋梁，僅用BIM基礎(chǔ)模型就能得到較為準確的工程量。對比傳統(tǒng)方法，該模型可節(jié)省大量計算和時間成本。