工程全過程造價BIM精細(xì)度研究

羅時朋， 胡繼強， 李嘉琪， 姜 慧， 王勝明

(1. 武漢理工大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院， 湖北 武漢 430070；2. 中信數(shù)智(武漢)科技有限公司， 湖北 武漢 430010)

由于行業(yè)的割裂性，在實際工程管理中，處于行業(yè)信息鏈上游的設(shè)計方的BIM模型在建模時往往難以兼顧下游施工管理和造價管理的需要，設(shè)計方、施工方、造價方使用的BIM模型在模型構(gòu)件的劃分、模型信息的精細(xì)度等方面均不一致，多方主體難以形成統(tǒng)一的BIM數(shù)據(jù)源，難以信息互用或一模多用，如設(shè)計常用的BIM模型往往難以直接用于工程精準(zhǔn)提量，這一問題往往制約了BIM在施工和造價管理中的潛力和價值的發(fā)揮。造價管理是工程管理的重要目標(biāo)，滿足造價管理需要的BIM建模精細(xì)度往往高于設(shè)計和施工管理BIM的建模精細(xì)度，因此在項目前期對工程全過程造價BIM精細(xì)度進(jìn)行規(guī)劃對多專業(yè)協(xié)同具有重要意義。

住房城鄉(xiāng)建設(shè)部《關(guān)于推進(jìn)建筑信息模型應(yīng)用的指導(dǎo)意見》(建質(zhì)函[2015]159號)提出在招標(biāo)、工程變更、竣工結(jié)算等各個階段，利用BIM進(jìn)行工程量及造價的精確計算，并作為投資控制的依據(jù)?；贐IM模型單一數(shù)據(jù)源進(jìn)行全過程造價精細(xì)化、協(xié)同化、智能化管理，具有以下優(yōu)點：

(1)可以復(fù)用設(shè)計BIM模型中的信息，有效減少造價行業(yè)工作量，減少不同工作人員計量造成的工程量不統(tǒng)一，提高工程計量的準(zhǔn)確性，設(shè)計與造價信息的協(xié)同和交互可以減少因設(shè)計變更等原因引起的重復(fù)計量工作；

(2)多方主體基于單一BIM數(shù)據(jù)源的共享與協(xié)同有利于溝通協(xié)作，減少各方之間的信息割裂、信息孤島、信息不對稱等問題，實現(xiàn)信息資源的價值增值，利于項目成本管理的實時化，縮短和簡化項目成本管理流程，實現(xiàn)造價管理的主動控制和過程控制；

(3)基于BIM精細(xì)化的造價管理可以提高工程造價分析數(shù)據(jù)的顆粒度，方便項目在空間維度上、時間維度上或工藝維度上進(jìn)行成本控制和消耗量分析，滿足施工過程造價管控的需求；

(4)將造價信息附著于模型構(gòu)件更有利于造價成果的分析、共享，方便造價信息的積累，形成項目全生命周期造價信息鏈條、企業(yè)數(shù)字資產(chǎn)和行業(yè)大數(shù)據(jù)。

為了提高信息傳遞效率，研究工程不同階段BIM的精細(xì)度對于協(xié)調(diào)工程各參與方之間的信息交互具有重要意義。為此，美國編制了基于BIM技術(shù)的建筑生命周期信息交互標(biāo)準(zhǔn)，NBIMS-US V3《國家BIM標(biāo)準(zhǔn)》[1]中“設(shè)計到工料估算”信息交換標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用IDM(Information Delivery Manual)方法研究并規(guī)定了設(shè)計、業(yè)主、造價之間信息交換的要求。由于我國與美國的工程計量和成本估算相關(guān)規(guī)范、方法差異較大，國外的標(biāo)準(zhǔn)并不符合我國國情。ISO 29481-1:2016《建筑信息模型IDM-方法和格式標(biāo)準(zhǔn)》[2]中指出：IDM方法應(yīng)用中應(yīng)確保信息規(guī)范符合當(dāng)?shù)毓ぷ鲬T例。因此，為了規(guī)范和引導(dǎo)工程管理上下游各參與方之間的BIM創(chuàng)建和應(yīng)用協(xié)作行為，有必要以IDM標(biāo)準(zhǔn)和方法為基礎(chǔ)，研究適用于我國工程全過程造價管理的BIM模型精細(xì)度，以減少造價人員的低價值二次翻模，提高行業(yè)BIM信息的互用，推進(jìn)基于BIM的工程全過程造價精細(xì)化管理。

1 工程全過程造價BIM

1.1 工程全過程造價BIM相關(guān)定義

計算與確定工程造價所應(yīng)用的建筑信息模型，以下簡稱造價BIM。模型精細(xì)度是指建筑信息模型中所容納的模型內(nèi)容以及模型構(gòu)件幾何信息和屬性信息的詳細(xì)程度。信息深度是指模型構(gòu)件承載屬性信息詳細(xì)程度的衡量指標(biāo)。在項目的不同階段，造價BIM的建模精細(xì)度不同，全過程造價BIM根據(jù)精細(xì)度不同可分為投資估算造價BIM、設(shè)計概算造價BIM、施工圖預(yù)算造價BIM、施工過程造價BIM、竣工造價BIM。其中竣工造價BIM基于施工過程造價BIM隨著項目實施過程同步進(jìn)行信息采集與造價BIM更新而最終形成。隨著項目的進(jìn)展，造價BIM的模型構(gòu)件會逐漸豐富，幾何信息和屬性信息會逐漸精細(xì)、準(zhǔn)確。

1.2 基于IDM方法的“設(shè)計到工料估算”信息交換標(biāo)準(zhǔn)

IDM是對項目生命周期中特定點上業(yè)務(wù)流程中基于BIM需要交換的特定主題信息需求進(jìn)行定義的標(biāo)準(zhǔn)和方法。IDM主要組件為交互圖/業(yè)務(wù)圖或/和流程圖、交換需求[3]。交互圖的目的在于定義角色和角色之間的業(yè)務(wù)。流程圖采用Business Process Model and Notation(BPMN)泳道圖的方式描述了某個特定主題邊界下的活動流程。交換需求綜合描述了角色之間信息交換時BIM應(yīng)包含的信息需求[4～7]。

NBIMS-US V3《國家BZM標(biāo)準(zhǔn)》中“設(shè)計到工料估算”信息交換標(biāo)準(zhǔn)采用BPMN流程圖繪制了從設(shè)計BIM模型提取工程量，形成成本估算以及對工料估算進(jìn)行分析的詳細(xì)流程。流程圖文件詳見http://www.blis-project.org/IAI-MVD/IDM/GSA-004/PM_GSA-004.pdf。采用IDM方法中的ER交換需求組件描述了基于設(shè)計BIM模型進(jìn)行工料估價需要交換的消息，交換需求文件詳見http://www.blis-project.org/IAI-MVD/IDM/GSA-004/ER_GSA-004.pdf。

該標(biāo)準(zhǔn)基于IFC標(biāo)準(zhǔn)制定，為美國設(shè)計與造價BIM的數(shù)字化協(xié)同，以及設(shè)計BIM與造價BIM軟件應(yīng)用程序之間的互操作提供了一個可靠的信息交換基礎(chǔ)，能滿足美國工料估算BIM建模精細(xì)度的需要，對我國造價BIM建模精細(xì)度研究有很重要的借鑒意義。

1.3 我國全過程造價BIM精細(xì)度研究存在的主要問題

我國的工程造價管理體系、計量計價規(guī)范、BIM設(shè)計規(guī)范與美國有較大差異，主要體現(xiàn)在以下方面：

(1)GB 50500《建設(shè)工程工程量清單計價規(guī)范》(以下簡稱《計價規(guī)范》)計量規(guī)則中的一些扣減、近似規(guī)則導(dǎo)致依據(jù)清單規(guī)范計量的結(jié)果與實物實際工程量有區(qū)別，常用設(shè)計BIM軟件的計量與實際工程量基本一致；

(2)GB/T 51301《建筑信息模型設(shè)計交付標(biāo)準(zhǔn)》(以下簡稱《交付標(biāo)準(zhǔn)》)中模型結(jié)構(gòu)的劃分與工程量清單的拆分方式不一致，設(shè)計BIM構(gòu)件類型與清單項目名稱在定義上存在大量不一致[8,9]，設(shè)計BIM構(gòu)件顆粒度與清單列項顆粒度不一致；

(3)設(shè)計BIM模型構(gòu)件的屬性信息深度不夠，設(shè)計BIM模型具有幾何信息和相關(guān)計量單位以及少量的非幾何屬性，但造價管理需要的構(gòu)件物理屬性、施工要求、安裝要求等信息相對較少；

(4)基于IFC的常用設(shè)計BIM軟件中構(gòu)件分類、構(gòu)件之間連接關(guān)系和扣減關(guān)系與我國計量相關(guān)規(guī)范不一致。

因此，基于IDM方法以及美國“設(shè)計到工料估算”信息交換標(biāo)準(zhǔn)，需要結(jié)合我國設(shè)計、造價管理相關(guān)規(guī)范及約定，在業(yè)務(wù)流程分析和交換需求分析的基礎(chǔ)上，研究適應(yīng)我國國情的工程全過程造價BIM的建模精細(xì)度。

2 工程全過程造價管理應(yīng)用典型流程

在項目的不同階段，造價BIM管理應(yīng)用的目標(biāo)不同，具體見表1所示。

表1 不同階段造價BIM的管理應(yīng)用

在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，對每個管理應(yīng)用的業(yè)務(wù)流程進(jìn)行了詳細(xì)分析。本文選取其中2個典型的造價BIM管理應(yīng)用流程圖進(jìn)行介紹，采用BPMN繪制IDM中流程圖，在流程圖的繪制中進(jìn)行了適當(dāng)簡化，主要描述活動流的邏輯順序、信息交換節(jié)點及其輸入、輸出信息等內(nèi)容。

2.1 基于施工圖預(yù)算BIM編制施工圖預(yù)算

基于施工圖預(yù)算BIM編制施工圖預(yù)算的流程如圖1所示。

圖1 施工圖預(yù)算BIM在施工圖預(yù)算編制中的應(yīng)用

流程描述如下：

(1)模型重構(gòu)，以符合工程量清單編制要求為目標(biāo)，在施工圖設(shè)計BIM或設(shè)計概算BIM的基礎(chǔ)上進(jìn)行施工圖預(yù)算BIM的模型重構(gòu)，包括二次結(jié)構(gòu)等構(gòu)件建模，或基于二維設(shè)計圖紙重新創(chuàng)建，模型中構(gòu)件的參數(shù)設(shè)置、構(gòu)件之間的連接關(guān)系及扣減規(guī)則應(yīng)符合《計價規(guī)范》及相關(guān)規(guī)范中工程量計算規(guī)則的規(guī)定；(2)編碼映射，將施工圖預(yù)算BIM模型中符合工程量計算要求的構(gòu)件與工程量清單項目進(jìn)行關(guān)聯(lián)；(3)完善構(gòu)件屬性參數(shù)，補充施工圖預(yù)算BIM模型構(gòu)件的屬性參數(shù)，滿足構(gòu)件關(guān)聯(lián)的清單項目特征描述的需要；(4)模型的檢查，主要包括模型與工程項目的一致性檢查、模型信息計量的準(zhǔn)確性和完整性檢查、幾何表達(dá)精度與屬性信息深度檢查等方面的檢查；(5)由施工圖預(yù)算BIM模型導(dǎo)出模型工程量清單，模型工程量清單應(yīng)包含項目簡述、模型工程量清單的應(yīng)用目的、模型導(dǎo)出的項目編碼、項目名稱、項目特征、計量單位、清單工程量等內(nèi)容[10]；(6)結(jié)合定額、價格等信息進(jìn)行計價工作，將綜合單價寫入清單項目；(7)依據(jù)相關(guān)文件取費；(8)形成施工圖預(yù)算編制說明和預(yù)算書。

2.2 基于施工過程造價BIM的工程進(jìn)度計量與支付

施工階段基于施工過程造價BIM進(jìn)行工程進(jìn)度計量與支付的流程如圖2所示。

圖2 施工過程造價BIM在計量支付中的應(yīng)用

施工階段造價BIM在計量支付中的應(yīng)用流程描述如下：

(1)在施工圖預(yù)算BIM的基礎(chǔ)上，參考與工程量計量、工程款支付、結(jié)算相關(guān)的承發(fā)包合同信息，將模型和構(gòu)件拆分到相應(yīng)的程度，補充進(jìn)度、成本等相關(guān)屬性信息，形成施工過程造價BIM；(2)根據(jù)施工實施過程中的計劃與實際進(jìn)度，統(tǒng)計當(dāng)期進(jìn)度所對應(yīng)的實際完成清單工程量，輔助造價人員編制已完工工程量報告；(3)參考清單項目的合同價，輔助造價人員進(jìn)行進(jìn)度款的計算；(4)進(jìn)行進(jìn)度款的審核支付；(5)形成工程款支付臺帳；(6)在構(gòu)件上附加計量支付信息，形成過程結(jié)算管理模型。

3 全過程造價BIM建模精細(xì)度

BIM建模精細(xì)度主要包括以下3個方面內(nèi)容：(1)建筑信息模型中所容納的模型構(gòu)件種類；(2)模型構(gòu)件的幾何表達(dá)精度；(3)模型整體信息及模型構(gòu)件幾何信息和屬性信息的詳細(xì)程度。

3.1 全過程造價BIM模型構(gòu)件的種類

造價BIM應(yīng)包含的模型構(gòu)件種類和數(shù)量應(yīng)根據(jù)建設(shè)工程不同階段設(shè)計的深度、造價管理業(yè)務(wù)流程的信息需要以及具體工程項目的合同約定進(jìn)行規(guī)劃。工程不同階段在《交付標(biāo)準(zhǔn)》中模型結(jié)構(gòu)劃分的基礎(chǔ)上，為滿足相應(yīng)階段造價管理應(yīng)用的需要，需要將設(shè)計交付的BIM構(gòu)件按照國家和地區(qū)工程量計算規(guī)則和工程量清單計價規(guī)范的規(guī)定進(jìn)行造價BIM構(gòu)件種類的增加、細(xì)分與重構(gòu)，主要包括：

(1)增加設(shè)計BIM中未體現(xiàn)的構(gòu)件，如場地平整、構(gòu)造柱、過梁等；

(2)細(xì)分設(shè)計BIM中因做法不同而造價不同的構(gòu)件，如有梁板、無梁板、平板等，如果在設(shè)計階段通過規(guī)范的編碼設(shè)計、構(gòu)件命名設(shè)計或構(gòu)件造價屬性設(shè)置進(jìn)行細(xì)分將大大提高設(shè)計BIM復(fù)用的效率；

(3)拆分設(shè)計BIM模型構(gòu)件，如將墻的保溫、防水、裝修等材質(zhì)層與核心層拆分成不同的構(gòu)件以方便組價；

(4)為了與我國工程計量相關(guān)規(guī)范一致，現(xiàn)澆鋼筋混凝土模型構(gòu)件連接關(guān)系的優(yōu)先級宜符合表2的要求，其中優(yōu)先級較高的模型構(gòu)件不宜被優(yōu)先級較低的模型構(gòu)件重疊或剪切，優(yōu)先級相同的模型構(gòu)件不宜重疊，優(yōu)先級1為最高級，2次之，依此類推。

表2 相同強度的混凝土模型構(gòu)件優(yōu)先級

參考《交付標(biāo)準(zhǔn)》中不同階段設(shè)計BIM模型內(nèi)容的精細(xì)度以及《計價規(guī)范》中工程量的清單劃分規(guī)則，不同階段造價BIM宜建模的構(gòu)件見表3所示，實際工程管理中根據(jù)項目需要可對表中的構(gòu)件種類進(jìn)行增減，并寫入具體項目的造價BIM模型執(zhí)行計劃。

表3 不同階段造價BIM模型構(gòu)件種類

3.2 全過程造價BIM模型構(gòu)件的幾何表達(dá)精度

由于各階段造價BIM的幾何信息主要來源于相應(yīng)階段的工程設(shè)計BIM，《交付標(biāo)準(zhǔn)》將模型構(gòu)件幾何表達(dá)精度劃分為G1～G4四個等級。投資估算造價BIM的幾何表達(dá)精度宜參考《交付標(biāo)準(zhǔn)》中有關(guān)“方案設(shè)計”的規(guī)定；設(shè)計概算造價BIM模型構(gòu)件的幾何表達(dá)精度宜參考《交付標(biāo)準(zhǔn)》中有關(guān)“初步設(shè)計”的規(guī)定；施工圖預(yù)算造價BIM模型構(gòu)件的幾何表達(dá)精度宜參考《交付標(biāo)準(zhǔn)》中有關(guān)“施工圖設(shè)計”的規(guī)定。施工過程造價BIM模型構(gòu)件與竣工造價BIM模型應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《交付標(biāo)準(zhǔn)》中第4.3節(jié)的規(guī)定。

3.3 全過程造價BIM的信息深度

造價BIM應(yīng)包含的項目、建筑場地、建筑整體表達(dá)、樓層、空間等建筑對象的造價相關(guān)屬性信息以及為滿足我國計量計價相關(guān)規(guī)范要求的算量參數(shù)信息?；趯?biāo)準(zhǔn)IFC4建筑對象IfcObject，IfcSite，IfcBuilding，IfcBuildingStorey，IfcSpace屬性的分析及定額、清單相關(guān)規(guī)范的分析，需要的信息如表4所示。

表4 造價BIM模型信息

各階段造價BIM模型構(gòu)件的信息主要由兩部分組成：(1)設(shè)計BIM到造價BIM需要交換的信息；(2)由造價人員或其他技術(shù)人員補充的滿足該階段造價管理要求的信息。

第一部分信息需要通過分析IFC標(biāo)準(zhǔn)來定義建筑對象的信息交換需求，可借鑒NBIMS-US V3中“設(shè)計到工料估算”信息交換標(biāo)準(zhǔn)，同時考慮工程項目不同階段各種信息的可獲得性而確定。第二部分信息來源于各階段計量計價依據(jù)的相關(guān)規(guī)范規(guī)定以及造價管理的需要。

由圖1應(yīng)用流程圖可知，施工圖預(yù)算造價BIM模型構(gòu)件信息應(yīng)滿足《計價規(guī)范》的規(guī)定，主要包括BIM模型構(gòu)件關(guān)聯(lián)映射的分部分項工程清單編碼、計量單位、材料要求、施工要求、安裝要求、系統(tǒng)性能、產(chǎn)品設(shè)計性能、環(huán)境信息，以及關(guān)聯(lián)的措施項目信息等。

由圖2應(yīng)用流程可知，在施工圖預(yù)算模型構(gòu)件屬性信息的基礎(chǔ)上，施工過程造價BIM模型構(gòu)件的屬性信息宜增加構(gòu)件的施工生產(chǎn)信息、安裝信息、產(chǎn)品信息、工程成本計劃信息以及與工程量計量、工程款支付、結(jié)算相關(guān)的承發(fā)包合同信息等。施工生產(chǎn)信息主要包括：施工段劃分信息、施工工序信息、施工進(jìn)度信息等；安裝信息主要包括：安裝工序信息、安裝進(jìn)度信息等；產(chǎn)品信息主要包括：材料參數(shù)、技術(shù)參數(shù)、生產(chǎn)廠家、出廠編號等。

竣工造價BIM建模深度應(yīng)與施工過程模型保持一致，并附加或關(guān)聯(lián)相關(guān)驗收資料及信息。

以剪力墻模型構(gòu)件深度為例，《交付標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定不同設(shè)計階段建模信息深度如表5所示。

表5 剪力墻構(gòu)件設(shè)計BIM信息深度

標(biāo)準(zhǔn)IFC4中IfcWall與造價管理相關(guān)屬性如表6。

從不同造價管理應(yīng)用流程圖中信息的需要出發(fā)，考慮工程不同階段剪力墻信息的可獲得性，結(jié)合管理業(yè)務(wù)流程中信息交換的需要及各階段計量計價依據(jù)相關(guān)規(guī)范的規(guī)定，可以推導(dǎo)出不同造價BIM中剪力墻構(gòu)件的信息深度越來越豐富，如表7所示。

表7 剪力墻模型構(gòu)件的建模信息深度

4 總結(jié)與展望

本文在廣泛調(diào)研我國設(shè)計、施工及造價管理領(lǐng)域的相關(guān)規(guī)范、規(guī)程和工作慣例的基礎(chǔ)上，借鑒美國國家BIM標(biāo)準(zhǔn)中《設(shè)計到工料估算信息交換標(biāo)準(zhǔn)》中的信息交換需求，基于IDM標(biāo)準(zhǔn)和方法進(jìn)行了我國民用及通用工業(yè)建筑工程全過程造價BIM的建模精細(xì)度研究。主要研究內(nèi)容包括：

(1)分析了工程全過程造價BIM的管理應(yīng)用目標(biāo)；采用BPMN圖繪制了兩個典型的造價BIM管理應(yīng)用流程；

(2)在流程圖的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國造價管理相關(guān)規(guī)范規(guī)定，討論了造價BIM模型重構(gòu)的主要方法以及構(gòu)件優(yōu)先級別的設(shè)置要求；

(3)綜合《交付標(biāo)準(zhǔn)》中設(shè)計BIM構(gòu)件分類和《計價規(guī)范》中工程量清單劃分規(guī)則，提出了不同階段造價BIM模型構(gòu)件種類的劃分；

(4)在我國工程全過程造價管理業(yè)務(wù)流程的基礎(chǔ)上，綜合IFC標(biāo)準(zhǔn)、美國國家BIM標(biāo)準(zhǔn)以及我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的規(guī)定，對造價BIM模型構(gòu)件幾何表達(dá)精度、模型信息深度、模型構(gòu)件的信息深度進(jìn)行了研究，并以剪力墻為例，描述了構(gòu)件信息深度在工程項目不同階段的生長過程。

該研究成果對促進(jìn)設(shè)計、施工、造價各方主體的BIM信息交互，提高行業(yè)信息協(xié)同，提升計量工作效率和計量準(zhǔn)確度，推進(jìn)基于BIM的工程全過程造價管理改革具有良好的推廣意義。

工程項目管理前期對處于信息鏈和行業(yè)鏈下游的造價BIM精細(xì)度進(jìn)行規(guī)劃和定義，可以引導(dǎo)設(shè)計和施工BIM建模的規(guī)范性和有效性，更利于BIM在工程全過程管理中價值的發(fā)揮。