BIM 4D技術(shù)的建筑工程計(jì)劃成本提取系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

王 凱

(黑龍江省政府投資項(xiàng)目建設(shè)管理中心,哈爾濱 150001)

BIM 4D技術(shù)包含傳統(tǒng)的施工進(jìn)度計(jì)劃管理功能,將施工項(xiàng)目成本及費(fèi)用等重要信息整合在一起,通過(guò)綜合運(yùn)用,使工程建設(shè)管理更為科學(xué)化、合理化,在降低工程造價(jià)、增加工程效益等方面優(yōu)勢(shì)顯著,有利于提高工程建設(shè)整體管理水平。本研究利用BIM 4D技術(shù),開(kāi)發(fā)出一套能夠?qū)κ┕ろ?xiàng)目造價(jià)參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)提取的軟件系統(tǒng),對(duì)BIM建模過(guò)程進(jìn)行分析,提出一種基于BIM技術(shù)的工程造價(jià)控制方法,大大減少手工作業(yè),有效降低作業(yè)中的差錯(cuò),提高工作效率,節(jié)省費(fèi)用,增加工程效益,促進(jìn)了建筑業(yè)的智能、高效發(fā)展。

1 前期準(zhǔn)備

1.1 建筑工程構(gòu)件分解

BIM(Building Information Modeling)模型是建筑工程圖樣的數(shù)字化表示,各個(gè)構(gòu)件以族的形式展現(xiàn)在軟件中。這些構(gòu)件代表了建筑工程中的不同部分,包括土建與設(shè)備兩大方面。在土建方面,BIM模型涵蓋了建筑與結(jié)構(gòu)兩個(gè)專(zhuān)業(yè)。建筑專(zhuān)業(yè)包括墻體、地板、門(mén)窗等構(gòu)件,結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)則包括梁、柱、板等構(gòu)件。這些構(gòu)件在BIM模型中以族的形式存在,通過(guò)連接關(guān)系建立彼此之間的聯(lián)系。在設(shè)備方面,BIM模型包含給排水系統(tǒng)、采暖通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等專(zhuān)業(yè)設(shè)備。這些設(shè)備在建筑項(xiàng)目中起著重要作用,BIM模型能夠以三維形式準(zhǔn)確呈現(xiàn)它們的位置、布置及連接方式。給排水專(zhuān)業(yè)包括水管、下水道等構(gòu)件,采暖通風(fēng)與空調(diào)專(zhuān)業(yè)包括暖氣管道、風(fēng)道等構(gòu)件,電氣專(zhuān)業(yè)包括電纜、開(kāi)關(guān)等構(gòu)件。其通過(guò)BIM模型與土建構(gòu)件相互關(guān)聯(lián)及整合。

建筑工程可劃分為以下幾方面:①結(jié)構(gòu)方面。包括墻體、柱子、梁、樓板及樓梯等構(gòu)件,以族的形式展現(xiàn),與其他構(gòu)件相互關(guān)聯(lián)。②建筑方面。包括砌體、抹灰層、保溫層、門(mén)窗及排煙道等構(gòu)件,以族的形式存在于BIM模型中,與其他構(gòu)件進(jìn)行關(guān)聯(lián)及協(xié)調(diào)。③機(jī)電方面。包括水暖管道、設(shè)備、消防管道、電器及儀表等構(gòu)件,以族的形式呈現(xiàn)在BIM模型中,與其他構(gòu)件相互連接。將建筑工程的各個(gè)構(gòu)件以族的形式展現(xiàn),實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑工程項(xiàng)目的詳細(xì)劃分及整體管理。BIM模型還可用于協(xié)同設(shè)計(jì)及施工過(guò)程中的沖突檢測(cè),從而減少錯(cuò)誤并改進(jìn)設(shè)計(jì)。

1.2 工作任務(wù)分解

為了將項(xiàng)目工作分解為可管理的單元,清楚地描述每個(gè)任務(wù)的細(xì)節(jié),需進(jìn)行工作任務(wù)分解。常用的分解方式是按照施工層級(jí)逐層分解,將不同工程按照具體的施工層進(jìn)行劃分,每個(gè)層級(jí)代表特定的工作范圍。鋼筋工程可進(jìn)一步分解為鋼筋的安裝、連接、固定等子任務(wù)。混凝土工程可分解為混凝土澆筑、振搗、養(yǎng)護(hù)等子任務(wù)。木工工程可分解為木材加工、拼裝、涂漆等子任務(wù)。通過(guò)逐步分解及交叉工程的方式,每個(gè)工程節(jié)點(diǎn)都能被具體描述及管理,有助于后續(xù)工作的進(jìn)行,這樣的分解方式與實(shí)際施工過(guò)程更加匹配,為施工管理提供指導(dǎo)及支持。

1.3 成本參數(shù)

在BIM構(gòu)件族的設(shè)計(jì)階段對(duì)構(gòu)件信息進(jìn)行詳細(xì)分析,為BIM模型添加相關(guān)參數(shù),以便從不同構(gòu)件中成功提取成本信息,根據(jù)建筑工程定額標(biāo)準(zhǔn)及清單工程量計(jì)算規(guī)則進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)設(shè)計(jì)要求及施工需要確定每個(gè)構(gòu)件使用的具體材料種類(lèi),如鋼筋、混凝土、磚塊等。添加材料性質(zhì)參數(shù),如強(qiáng)度、密度、導(dǎo)熱系數(shù)等,便于后續(xù)的計(jì)算及分析。添加每個(gè)構(gòu)件的尺寸信息,包括構(gòu)件長(zhǎng)度、寬度、高度等參數(shù),以便進(jìn)行材料用量的計(jì)算。還需考慮構(gòu)件形狀及幾何特征,如曲線形狀或特殊的連接方式。添加與施工工藝相關(guān)的參數(shù),包括構(gòu)件施工方法、施工順序、安裝要求等,有助于評(píng)估施工的難易程度,對(duì)成本進(jìn)行合理估算,實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)構(gòu)件成本信息的提取及計(jì)算,為項(xiàng)目成本控制及預(yù)算編制提供有力支持,優(yōu)化設(shè)計(jì)及施工過(guò)程,提高項(xiàng)目效率及質(zhì)量。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 架構(gòu)成本參數(shù)自動(dòng)提取系統(tǒng)

目前有很多4D規(guī)劃設(shè)計(jì)軟件,就功能性而言,Fuzor要比其他程序更強(qiáng)大。該系統(tǒng)可對(duì)建筑進(jìn)行四維規(guī)劃建設(shè)仿真,對(duì)人員、材料及機(jī)械等資源的使用狀況進(jìn)行直觀展示。Fuzor可通過(guò)增加插件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),更加靈活且具有定制功能。在BIM 4D技術(shù)基礎(chǔ)上對(duì)Revit軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),使其能夠在施工項(xiàng)目中進(jìn)行自動(dòng)抽取。在這個(gè)平臺(tái)上使用Visual Studio 2012、2013 OfficeOffice,4.5.2的.NET框架及2018 4D設(shè)計(jì)軟件,提出了一種基于BIM的施工過(guò)程建模方法。通過(guò)對(duì)Revit的二次開(kāi)發(fā),對(duì)Revit的反求模式進(jìn) 沒(méi)耐心行建模,將所需的工程資料輸入到Excel中,完成對(duì)工程人員、材料、機(jī)械等費(fèi)用的自動(dòng)化核算。該系統(tǒng)能夠高效評(píng)估建筑工程成本,做出相應(yīng)的決策。圖1為建筑項(xiàng)目成本自動(dòng)提取系統(tǒng)。

圖1 建筑工程成本自動(dòng)化提取系統(tǒng)架構(gòu)Fig.1 Construction engineering cost automatic extraction system architecture

以某商業(yè)大廈工程為例,為4層地上建筑,采用獨(dú)立基礎(chǔ)及框架結(jié)構(gòu),主要由墻體、柱子、梁板及樓梯等構(gòu)件組成。結(jié)合工程圖紙、施工工藝及工期等具體要求建立了Revit模型。

2.2 BIM模型參數(shù)化

建筑模型一般由多個(gè)構(gòu)件組合而成,不同構(gòu)件在建筑物模型中起到不同的作用。如果不能在組件模型中附加參數(shù),則很難從組件中提取所需信息。為達(dá)到這個(gè)目的,在Revit軟件中根據(jù)工作任務(wù)分解設(shè)定項(xiàng)目全局參數(shù),通過(guò)標(biāo)記及注釋元件的屬性,使其參數(shù)化,給出各個(gè)部件的施工順序及施工地點(diǎn)等相關(guān)信息。通過(guò)參數(shù)化的三維模型實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目信息的自動(dòng)提取及控制。通過(guò)建立組件模型中的參數(shù)關(guān)系,得到組件的各個(gè)屬性、特性等細(xì)節(jié)信息。例如,從零件中提取零件大小、材質(zhì)、重量、成本等信息,將其用于工程規(guī)劃、預(yù)算及資源管理中,以提高工程效率及可靠性。

在BIM軟件中進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)構(gòu)件之間的關(guān)聯(lián)及交互,如定義構(gòu)件之間的連接方式及相互影響等。在設(shè)計(jì)變更或模型更新時(shí),系統(tǒng)可自動(dòng)調(diào)整相關(guān)構(gòu)件的參數(shù)及屬性,從而保證模型的正確性,圖2為一個(gè)模型的參數(shù)化示意圖。

圖2 模型參數(shù)化Fig.2 Model parameterization

2.3 提取BIM模型參數(shù)信息

在IE Visual Studio平臺(tái)上進(jìn)行Revit的二次開(kāi)發(fā),按照以下步驟進(jìn)行:

調(diào)用Revit API.dll和Revit APIUI.dll程序組,包含Revit軟件的應(yīng)用程序接口。通過(guò)引用這些程序組,使用Revit提供的各種類(lèi)及方法進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。

使用Add-In Manager,將用戶(hù)開(kāi)發(fā)的插件加載到Revit平臺(tái)中。該插件能夠按照使用者的要求抽取出與零件有關(guān)的主要測(cè)量數(shù)據(jù),令使用者識(shí)別并標(biāo)注零件。

使用Revit的外部指令,實(shí)現(xiàn)直接錄入工程部位、材料特性、工程量及施工任務(wù)信息等功能。通過(guò)與Excel的交互,實(shí)現(xiàn)信息自動(dòng)提取及導(dǎo)出,提高數(shù)據(jù)處理效率及準(zhǔn)確性。

在IE Visual Studio平臺(tái)上進(jìn)行Revit的二次開(kāi)發(fā),滿(mǎn)足從Revit模型中提取構(gòu)件信息并導(dǎo)入Excel的需求,實(shí)現(xiàn)信息的自動(dòng)化處理及管理,提高工作效率,減少錯(cuò)誤,為項(xiàng)目管理及決策提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。

2.4 Excel數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及計(jì)算

在Excel中實(shí)現(xiàn)以下功能:為工程造價(jià)核算提供必要的定額及單價(jià)分析表,運(yùn)用Excel軟件的運(yùn)算功能對(duì)編程過(guò)程進(jìn)行運(yùn)算,根據(jù)具體需求從BIM建模中抽取相關(guān)數(shù)據(jù),輸入到Excel表單中,供程序運(yùn)算使用。

3 基于BIM 4D技術(shù)的建筑工程計(jì)劃成本提取系統(tǒng)

3.1 成本參數(shù)自動(dòng)提取系統(tǒng)

利用VisualStudio 2012中的表單,實(shí)現(xiàn)對(duì)該系統(tǒng)的用戶(hù)接口擴(kuò)充。在人機(jī)交互中實(shí)現(xiàn)對(duì)各種施工工序的自動(dòng)輸入,生成Excel表格。對(duì)輸出資料進(jìn)行加工后,再由開(kāi)發(fā)者進(jìn)行校核與會(huì)計(jì)。成本自動(dòng)化提取系統(tǒng)的用戶(hù)界面外觀及布局如圖3所示。通過(guò)自動(dòng)提取功能展示工程量數(shù)據(jù),如圖4所示。

圖3 成本自動(dòng)化提取系統(tǒng)界面Fig.3 Cost automatic extraction system interface

圖4 工程量示意圖Fig.4 Quantity sketch map

3.2 成本核算

根據(jù)相關(guān)計(jì)價(jià)規(guī)則對(duì)已有的計(jì)算方法進(jìn)行比較,對(duì)每項(xiàng)單項(xiàng)工程進(jìn)行成本單價(jià)分析。以2013年版《工程量清單項(xiàng)目計(jì)量規(guī)范》與2016年版《河南省房屋建筑裝飾工程預(yù)算定額》作為參考,結(jié)合清單工程量及單價(jià)信息對(duì)4D計(jì)劃中各項(xiàng)工程的人力、材料、機(jī)械設(shè)備、管道、利潤(rùn)等成本信息進(jìn)行計(jì)算。按照工程部位及不同結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分,按照相關(guān)計(jì)價(jià)要求進(jìn)行單價(jià)分析,包括獨(dú)立地基C30(地基層)、地基梁C30(地基層)及矩形柱C30(一層)的混凝土造價(jià)。綜合單價(jià)分析(圖5)可對(duì)每個(gè)單項(xiàng)工程的人、料、機(jī)、管、利等成本信息進(jìn)行比較分析。成本信息匯總(圖6)直觀反映了該工程的總體人、料、機(jī)、管、利等成本信息,方便進(jìn)行成本控制及管理。

圖6 成本信息匯總Fig.6 Cost information summary

3.3 成本信息導(dǎo)入

在建設(shè)項(xiàng)目中,造價(jià)資料與工期安排是很重要的。根據(jù)Fuzor軟件需求將每個(gè)工程的人工、材料費(fèi)、機(jī)器費(fèi)等成本資料與項(xiàng)目計(jì)劃進(jìn)行整合,生成CSV文件。將CSV文檔輸入到Fuzor軟件中,將采集到的數(shù)據(jù)自動(dòng)轉(zhuǎn)換成三維模型并進(jìn)行可視化顯示,自動(dòng)提取施工項(xiàng)目中的造價(jià)信息。

4 結(jié)論

以某商業(yè)樓項(xiàng)目的混凝土工程為研究對(duì)象,設(shè)計(jì)了BIM 4D技術(shù)的建筑工程計(jì)劃成本提取系統(tǒng),通過(guò)建立三維模型、參數(shù)化建模、提取模型參數(shù)及自動(dòng)計(jì)算成本信息等,成功生成了符合Fuzor軟件要求的計(jì)劃文件,實(shí)現(xiàn)了基于BIM 4D技術(shù)的建筑工程計(jì)劃成本自動(dòng)化提取。通過(guò)對(duì)Revit的二次開(kāi)發(fā),結(jié)合施工項(xiàng)目費(fèi)用核算原理,構(gòu)建了施工項(xiàng)目?jī)r(jià)格分析表。該系統(tǒng)成功完成了工程造價(jià)自動(dòng)化,使工程造價(jià)控制得到了很大程度上的改善。使用 Excel表單對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析,這些數(shù)據(jù)在工程造價(jià)核算、施工現(xiàn)場(chǎng)造價(jià)管理中具有重要的作用,對(duì)整個(gè)造價(jià)管理具有重要的指導(dǎo)意義。該系統(tǒng)具有建設(shè)項(xiàng)目造價(jià)提取及管理功能,能夠?yàn)闆Q策者提供準(zhǔn)確及時(shí)的數(shù)據(jù)支持,提高建筑工程項(xiàng)目成本控制及管理水平,有助于推動(dòng)BIM技術(shù)在建筑工程管理中的應(yīng)用。