符合清單定額規(guī)范的大型建筑及交通綜合體BIM 算量平臺研究
——以廈門新機場航站區(qū)工程為例

黃清釗 陳迫進 洪棋松 葉鑫 阮聰英

(福建兆翔機場建設(shè)有限公司)

建筑業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱型產(chǎn)業(yè)之一，隨著社會經(jīng)濟不斷發(fā)展，大型建筑及交通綜合體越來越多，投資額達數(shù)十億元乃至數(shù)百億元。但在其壽命期內(nèi)，由于其工程規(guī)模大、建設(shè)周期長、功能復(fù)雜、空間多樣、施工工藝復(fù)雜、涉及人員眾多等特點，導(dǎo)致其工程管理難度大、工程造價風(fēng)險較難管控，采用傳統(tǒng)工程量計算方式，在工程量計算的準確性、實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和提升工程造價管理效率等方面，難以滿足精細化造價管控的目標。

BIM 技術(shù)作為可實現(xiàn)建設(shè)項目全過程數(shù)字化管理的有效手段，可在一定程度上反映工程規(guī)劃、設(shè)計、交易、施工、運營投入整體工程造價數(shù)據(jù)情況，有利于提升工程量計算的便利性、控制投資成本及加快結(jié)算進度，為開展精確、動態(tài)的工程造價管理工作提供有效支撐[1]。

本文提出基于BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技術(shù)[2]、MVVM（Model View ViewModel，模型-視圖-視圖模型）架構(gòu)、造價業(yè)務(wù)技術(shù)和圖數(shù)據(jù)庫技術(shù)，實現(xiàn)圖紙識別、智能建模、智能審查等核心功能，將施工預(yù)算圖紙、BIM 模型、BIM 算量三者通過統(tǒng)一的行業(yè)規(guī)范形成聯(lián)動機制，構(gòu)建符合《建設(shè)工程工程量清單計價規(guī)范》（GB50500-2013）、《福建省房屋建筑與裝飾工程預(yù)算定額》（FJYD-101-2017）、《福建省通用安裝工程預(yù)算定額》(FJYD-301-2017～FJYD-311-2017)、《福建省市政工程預(yù)算定額》 (FJYD-401-2017～FJYD-409-2017)等標準的BIM 算量平臺，實現(xiàn)大型建筑及交通綜合體的全過程造價管控目標。

1.大型建筑及交通綜合體的實施難點

大型建筑及交通綜合體在全過程造價管理過程中，存在許多實施難點。

1.1 項目總體規(guī)模大

大型建筑及交通綜合體一般項目總體規(guī)模較大，而且由于功能復(fù)雜導(dǎo)致涉及專業(yè)眾多，各專業(yè)的造價工作關(guān)聯(lián)度大，參建各方的協(xié)調(diào)和核算工作量增大，因而對參建各方造價人員的專業(yè)素養(yǎng)和經(jīng)驗要求更高。對于一些特殊的大型項目，建設(shè)方要求項目的完成時間短且造價誤差要小，導(dǎo)致造價工作任務(wù)緊，對進度、成本、質(zhì)量之間的協(xié)調(diào)控制要求更高，項目管理難度更大。以上都是大型建筑及交通綜合體項目在造價工作及實踐應(yīng)用中經(jīng)常碰到的難點。

民航機場項目屬于大型交通綜合體，項目的功能復(fù)雜、空間多樣、實施要求高、技術(shù)難度大，雖然目前國內(nèi)已有部分民航機場項目采用多種新一代信息技術(shù)進行造價管理方面的嘗試，但因?qū)嶋H項目中的成本管控環(huán)節(jié)實現(xiàn)難度很大且沒有標準化，目前還沒有成熟方案可以借鑒[3]。

1.2 鋼筋計算難度大

一般來說，鋼筋造價占項目總價比重較大，框架結(jié)構(gòu)工程項目的鋼筋造價占比可達30%以上[4]。按傳統(tǒng)BIM 算量方式的要求，需提前進行大量的鋼筋實體建模才能出鋼筋工程量，假設(shè)采用Revit 進行建模，一個建筑面積僅3000平方的小型項目就會產(chǎn)生100M 左右的Revit 文件，如果加上鋼筋建模的話文件會增長到300M 以上。所以中等或大型以上項目采用此方式，文件會增長到幾個G 甚至幾十個G，造成建模軟件加載和保存時間達幾分鐘，操作過程中也會產(chǎn)生嚴重卡頓現(xiàn)象，嚴重影響建模軟件的使用，因此采用傳統(tǒng)方式難以滿足大型建筑及交通綜合體的鋼筋工程量計算要求。

1.3 難以符合現(xiàn)行清單定額規(guī)范要求

由于以前技術(shù)實現(xiàn)難度較大，已有的BIM 算量方式都是實物量計量為主，形成工程量明細表，不符合清單定額規(guī)范的計量要求，與工程實際預(yù)算量存在差異，無法直接用于工程招標，無法對造價精準管控。而且，以實物量計量的方式，無法計算工程預(yù)算中的措施費用、超高增加費等項目，無法支持價差工程量的統(tǒng)計。

1.4 計算規(guī)則不一致

因CAD 圖紙是二維圖紙，表達信息有限，而工程量計算除了需要構(gòu)件的三維信息外，還需要其他造價相關(guān)的信息，如構(gòu)件的混凝土強度、型號、規(guī)格等。故采用CAD 圖紙進行工程量計算的過程中，參建方的造價人員在圖紙理解上容易出現(xiàn)不一致的情況，從而導(dǎo)致不同造價人員套用不同的計算規(guī)則，工程量計算結(jié)果差異很大，隨之而來的就是反復(fù)對量和扯皮，嚴重影響項目進度。

2.平臺架構(gòu)與實現(xiàn)

廈門新機場航站區(qū)工程總占地面積約192.6 萬平方米（不含中央地塊、空管塔臺），總建筑面積約96.9 萬平方米，其中地上建筑面積約為85.2 萬平方米，地下建筑面積約為11.8 萬平方米，該項目是一個典型的大型交通綜合體。

本平臺基于機場航站區(qū)工程，研究和開發(fā)出符合清單定額規(guī)范的 BIM 算量核心技術(shù)，利用BIM 技術(shù)進行工程造價管理工作。根據(jù)現(xiàn)行建設(shè)工程工程量清單計價規(guī)范及福建省相關(guān)定額算量計價規(guī)則，進行工程量計算及清單定額套用，完成工程量計算及與造價咨詢工程量核對。在施工招標后與造價咨詢共同與施工單位進行標后核對，完成合同清單及定額單價掛接賦予至模型構(gòu)件，實現(xiàn)模型算量計價，全過程支持工程進度款計算及設(shè)計變更模型算量及計價工作，主要流程如圖1 所示。

BIM 算量技術(shù)平臺應(yīng)嚴格遵循項目的BIM 建模標準[5]，且貫穿智能建模、智能審查和造價業(yè)務(wù)技術(shù)等各個技術(shù)應(yīng)用范疇，在確保信息一致性的前提下，提高建模和算量的效率。

2.1 平臺架構(gòu)設(shè)計

本平臺架構(gòu)根據(jù)國內(nèi)外的BIM 產(chǎn)品和技術(shù)生態(tài)情況，采用C#開發(fā)語言和基于Revit 平臺進行開發(fā)[6]，并根據(jù)業(yè)務(wù)需要設(shè)計和實現(xiàn)了一系列技術(shù)服務(wù)模塊以支撐建模、審模和算量產(chǎn)品的研發(fā)，平臺技術(shù)架構(gòu)如圖2 所示。

圖1 BIM算量流程圖

平臺基于福建省清單定額計量規(guī)范和機場項目BIM 應(yīng)用標準，搭建用戶層、應(yīng)用層、業(yè)務(wù)支撐層、數(shù)據(jù)存儲層和基礎(chǔ)設(shè)施層五層架構(gòu)，實現(xiàn)滿足用戶的主要功能需求。

（1）用戶層

平臺的主要用戶是BIM 建模人員和造價工程師，主要工作是建模和算量計價。

（2）應(yīng)用層

平臺的主要應(yīng)用是土建建模、機電建模、模型審查和BIM 算量等。

（3）業(yè)務(wù)支撐層

平臺的主要業(yè)務(wù)涉及圖紙解釋識別、BIM 智能建模、BIM 智能審模、構(gòu)件計算引擎、智能統(tǒng)計分析等。

（4）數(shù)據(jù)存儲層

平臺采用多源異構(gòu)的數(shù)據(jù)存儲方式，包括但不限于Revit 模型、預(yù)算模型數(shù)據(jù)庫、配置型數(shù)據(jù)庫、圖數(shù)據(jù)庫等。

（5）基礎(chǔ)設(shè)施層

平臺的客戶端電腦應(yīng)配備16G 以上內(nèi)存、專業(yè)圖形顯卡，同時安裝Windows7 及以上的64 位系統(tǒng)。

圖2 平臺技術(shù)架構(gòu)圖

2.2 平臺關(guān)鍵技術(shù)

平臺所用到的關(guān)鍵技術(shù)有造價業(yè)務(wù)技術(shù)、圖數(shù)據(jù)庫技術(shù)、CAD 圖紙識別、智能建模和智能審查等。

2.2.1 造價業(yè)務(wù)技術(shù)

基于BIM 的造價業(yè)務(wù)技術(shù)，不僅涉及計量本身，也包括了對BIM 的建模規(guī)范的要求。因此，為確保BIM 的造價業(yè)務(wù)順利實施，需要滿足以下四個技術(shù)要求：

（1）建立預(yù)算模型。根據(jù)各個專業(yè)清單定額計量規(guī)范要求，建立預(yù)算模型的分類框架；再以構(gòu)件為基本粒度，分析和確定每類構(gòu)件的清單特征、計算項目以及計量所依賴的數(shù)據(jù)作為構(gòu)件的特征參數(shù)、計算項目參數(shù)以及計算參數(shù)。

（2）確立BIM 計量建模規(guī)范。根據(jù)技術(shù)要求（1）輸出的構(gòu)件參數(shù)，確立在構(gòu)建BIM 模型時需要完善的構(gòu)件屬性（包括造價計算所需的相關(guān)屬性，如構(gòu)件的混凝土強度、型號、規(guī)格等），形成BIM 計量建模規(guī)范。通過該規(guī)范，指導(dǎo)BIM 工程師在構(gòu)建BIM 模型時的信息錄入。

（3）建立BIM 模型與預(yù)算模型關(guān)系。由于不同的BIM建模平臺在構(gòu)件分類方面存在差異，與當前的清單定額計量規(guī)則對構(gòu)件的分類也存在差異。因此，在基于BIM 計量建模規(guī)范的前提下，建立BIM 模型與預(yù)算模型的映射關(guān)系，為預(yù)算模型從BIM 模型中提取計量所依賴的信息提供數(shù)據(jù)源。

（4）實現(xiàn)預(yù)算模型計算規(guī)則。計算規(guī)則是基于預(yù)算模型的信息結(jié)合清單定額計算邏輯所整理的一套計算方法。這套計算規(guī)則通常表現(xiàn)為某些數(shù)學(xué)表達式或腳本代碼。這些數(shù)學(xué)表達式或腳本代碼可以從計算框架邏輯中剝離出來，實現(xiàn)不同清單定額計量規(guī)則的切換。

2.2.2 圖數(shù)據(jù)庫技術(shù)

建設(shè)工程領(lǐng)域的造價業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)之間關(guān)系類似于層次數(shù)據(jù)模型，同時不同層次數(shù)據(jù)之間又存在依賴關(guān)系。因此傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫難于完整表達數(shù)據(jù)之間的關(guān)系以及支持擴展。圖數(shù)據(jù)庫可以更完整、便捷的實現(xiàn)和保存這些復(fù)雜的數(shù)據(jù)模型關(guān)系結(jié)構(gòu)，在節(jié)點路徑計算和關(guān)系查詢上具有傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫無法比擬的優(yōu)勢[7-8]。

VelocityDB[9]是C# .NET NoSQL Object 數(shù)據(jù)庫，同時也支持通過VelocityGraph 實現(xiàn)圖數(shù)據(jù)庫模型的相關(guān)操作，即同時支持Object 和Graph 的方式管理數(shù)據(jù)模型，VelocityGraph 為開源項目。VelocityDB 與ArangoDB 相比，單機服務(wù)部署簡單、體積更小。采用VelocityDB 來保存和管理工程數(shù)據(jù)更具優(yōu)勢。

2.2.3 CAD 圖紙識別

圖3 CAD識別邏輯流程圖

為提高從CAD 圖紙轉(zhuǎn)為BIM 模型的效率，平臺項目組研究了基于CAD 圖紙的構(gòu)件識別技術(shù)[10]。其技術(shù)原理為，根據(jù)傳入待識別CAD 構(gòu)件所在邊線圖層名稱列表、引線和標注圖層名稱列表，經(jīng)過分析處理，輸出構(gòu)件形狀名稱、尺寸參數(shù)列表、構(gòu)件布置坐標、構(gòu)件名稱和旋轉(zhuǎn)角度等信息；最后根據(jù)輸出信息生成BIM 構(gòu)件模型。識別邏輯流程如圖3 所示。

2.2.4 智能建模

智能建模技術(shù)主要有兩個目標，一方面提供快速生成模型的能力，另一方面確保生成的模型滿足BIM 計量規(guī)范要求[11]。

快速生成模型方面，分為土建和機電兩部分內(nèi)容。土建智能建模主要包含按封閉區(qū)域自動生成板，自動生成構(gòu)造柱、圈梁和過梁等二次構(gòu)件。機電智能建模則更為豐富和復(fù)雜，集中在管道類構(gòu)件的自動識別、連接、打斷和翻彎等處理方面。

智能建模功能在滿足BIM 計量規(guī)范要求方面，內(nèi)置各類構(gòu)件的參數(shù)模板，在生成模型時自動添加和輸入相關(guān)參數(shù)內(nèi)容，避免出現(xiàn)遺漏情況，同時提高數(shù)據(jù)維護效率。

2.2.5 智能審查

智能審查是執(zhí)行BIM 計量過程的重要環(huán)節(jié)。智能審查的依據(jù)來源于BIM 計量建模規(guī)范要求，它為BIM 的建模質(zhì)量和標準以及為BIM 計量的工作提供保障[12]。

智能審查采用檢查規(guī)則庫與腳本技術(shù)的結(jié)合，在內(nèi)置現(xiàn)有BIM 計量建模規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)可靈活擴展各種檢查規(guī)則。其中，內(nèi)置的現(xiàn)有BIM 計量建模規(guī)范主要以參數(shù)信息為主要檢查內(nèi)容；結(jié)合參數(shù)信息和規(guī)則編輯器功能，用戶可以可視化方式新增或修改檢查規(guī)則實現(xiàn)擴展。

用戶可根據(jù)檢查內(nèi)容需要，選中相應(yīng)的檢查規(guī)則進行自動檢查；待檢查完畢，軟件自動列出存在問題的構(gòu)件列表，用戶可定位構(gòu)件所在模型位置和查看屬性信息輸入情況。

圖4 符合清單定額規(guī)范的大型建筑及交通綜合體BIM算量平臺

2.3 平臺實現(xiàn)

平臺以關(guān)鍵技術(shù)為支撐，以大型交通綜合體的BIM 工程算量為側(cè)重點，借助BIM 技術(shù)可視化，可反查，可集成及繼承信息的特性，配合一套基于現(xiàn)行福建省定額算量計價規(guī)范為標準、科學(xué)、可靠的算量工具，最終形成一套全專業(yè)、量價合一的BIM 模型，為施工招標后工程量核對提供檢驗數(shù)據(jù)。平臺的功能和界面如圖4 所示。

3.項目實施效益分析

本平臺通過在廈門新機場航站區(qū)BIM 算量計價項目中進行實踐應(yīng)用，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

3.1 社會效益

（1）促進工程造價可持續(xù)發(fā)展。項目基于BIM 算量平臺在機場航站區(qū)工程造價管理中的落地應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)的工程造價管理思維模式與工作方式，使其往精細化、規(guī)范化和信息化發(fā)展。在工程造價管理過程中建立起模型化思維方式，實現(xiàn)工程造價生命周期的全面工程造價信息化管理，促進工程造價行業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展。

（2）減少施工過程經(jīng)濟糾紛。項目結(jié)合BIM 算量技術(shù)，深化工程量計算深度至構(gòu)件級別，同時結(jié)合任意構(gòu)件工程量具體值快速核算及計算過程反查，有效規(guī)避因為工程量計算誤差問題引起施工方與建設(shè)方的經(jīng)濟糾紛。

（3）推動復(fù)合型人才培養(yǎng)?；诒卷椖刻匦?，單純僅依靠工程造價人才開展算量計價工作已難在項目創(chuàng)新實踐需要，項目通過結(jié)合實際實施需要，在項目準備、推進過程中，完成基于BIM 技術(shù)領(lǐng)域的復(fù)合型造價人才培養(yǎng)體系搭建，為今后未來BIM 技術(shù)在工程造價領(lǐng)域應(yīng)用夯實堅實的人才基礎(chǔ)。

3.2 經(jīng)濟效益

以廈門新機場航站區(qū)工程為例，通過基于機場項目開發(fā)的符合清單定額規(guī)范的 BIM 算量技術(shù)的應(yīng)用，大大消減算量、計價過程重復(fù)計算工作，縮短工程量清單編制時間,提升招標工程量清單及控制價、工程進度款計算、設(shè)計變更費用計算、工程結(jié)算效率，減少難以避免的人工計算錯誤，提高工程量計算的準確率和工作效率，同時可有效解決因三維構(gòu)件扣減規(guī)則、異形三維構(gòu)件計算等問題所導(dǎo)致的工程量計量誤差問題。為進一步確定平臺所提升效率的具體數(shù)據(jù)，項目組選擇建筑面積約5000 平方米的機場航站區(qū)制冷站工程進行測算對比，將項目組成員分為采用傳統(tǒng)方式算量和采用BIM 平臺方式算量兩組，并分別統(tǒng)計實際工作效率。根據(jù)測算，項目在以下方面具有顯著經(jīng)濟效率：

（1）在算量模型搭建方面，借助建模輔助插件，通過智能識圖，完成算量模型快速搭建，整體模型搭建效率提升60%，解決傳統(tǒng)人工建模的效率低、錯誤多等問題，大大降低了傳統(tǒng)方式的建模成本。

（2）在優(yōu)化各類設(shè)計圖紙專業(yè)問題方面，通過算量模型搭建，針對設(shè)計圖紙進行詳細再論證，可以有效減少圖紙錯誤。根據(jù)統(tǒng)計，本項目在實施過程中累計反饋設(shè)計圖紙專業(yè)問題共計900 余個。這個步驟可以解決因圖紙問題導(dǎo)致的后期圖紙和模型反復(fù)修改返工的問題，也避免了后期算量計價反復(fù)重新計算和核對的問題。

（3）在造價測算效率方面，通過深入分析現(xiàn)有造價模式，以BIM 模型為基礎(chǔ)，通過造價業(yè)務(wù)的創(chuàng)新技術(shù)，實現(xiàn)圖、模、量、價一體化的新造價工作模式，解決傳統(tǒng)算量、計價過程中的大量重復(fù)計算問題，可縮短造價計算耗費時間達80%。而且在項目后期，參與方的造價員也避免了因為對圖紙理解不一致導(dǎo)致的算量結(jié)果差異而進行對量和扯皮的問題，明顯地節(jié)約了成本，提高了效率。

（4）在計量支付效率方面，通過整合的施工過程各專業(yè)BIM 算量計價模型，將施工過程設(shè)計變更和施工變更反饋至模型之上，同時根據(jù)現(xiàn)行建設(shè)工程工程量清單計價規(guī)范及清單計量規(guī)則對構(gòu)件按標準規(guī)范扣減，真實準確的提供施工過程計價支付所需的工程量信息。施工過程計量支付速度提升約30%。

4.結(jié)語

本項目以BIM 工程量計算為側(cè)重點，基于MVVM 架構(gòu)、造價業(yè)務(wù)技術(shù)和圖數(shù)據(jù)庫技術(shù)等軟件框架，探索在大型交通綜合體中借助CAD 圖紙識別、智能建模、智能審查等核心業(yè)務(wù)功能，使施工預(yù)算圖紙、BIM 模型、BIM 算量三者通過統(tǒng)一的行業(yè)規(guī)范形成聯(lián)動機制，構(gòu)建符合國標清單計價規(guī)范和福建省預(yù)算定額規(guī)范的BIM 算量平臺，提高工程量計算的準確率和核對效率，推進全專業(yè)、全流程的算量計價一體化，加強項目成本管控能力，推進企業(yè)投資管控水平的提升，實現(xiàn)全過程造價管控目標。

平臺的實施為施工預(yù)算階段的工程量計算提供依據(jù)，為項目施工期間及竣工后的進度款結(jié)算提供工程量核對的檢驗數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，為實現(xiàn)廈門新機場“實體機場”和“數(shù)字機場”的數(shù)字孿生提供技術(shù)基礎(chǔ)，并為后期構(gòu)建“智慧機場”[13]提供基礎(chǔ)載體，在同類型項目中有典型示范和帶頭作用，具備廣闊的應(yīng)用前景。