基于BIM技術(shù)的鋼筋砼工程算量研究與應(yīng)用

吳帆 陳斌

1.咸寧市城發(fā)市政工程有限公司 湖北 咸寧 437000

2.咸寧市寧安建筑工程有限公司 湖北 咸寧 437000

BIM(building information modeling，建筑信息模型)技術(shù)以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，以模型數(shù)據(jù)庫為核心，為項(xiàng)目建設(shè)的各個專業(yè)提供了協(xié)同作業(yè)的信息交流平臺[1]。BIM技術(shù)的協(xié)同設(shè)計(jì)、一體化施工建造和智能化維護(hù)管理，使業(yè)主、施工單位和運(yùn)營方能夠無縫對接，實(shí)現(xiàn)對建造全生命周期的管理[2]，必將帶來建筑行業(yè)新的巨大變革。本文鑒于BIM技術(shù)在鋼筋砼結(jié)構(gòu)工程算量的不足，尤其是鋼筋工程的建模繁瑣的問題，通過對BIM建模核心軟件Revit的深入研究，結(jié)合工程實(shí)際需要，對其進(jìn)行二次研發(fā) ，開發(fā)出快速建模軟件，實(shí)現(xiàn)了在Revit自動生成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)完整模型，并通過工程實(shí)例對該軟件在鋼筋砼工程中算量的準(zhǔn)確性進(jìn)行了驗(yàn)證。

1 BIM技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

自20世紀(jì)90年代BIM技術(shù)在歐美國家興起開始，經(jīng)過近二十年的發(fā)展，BIM技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，并在西方發(fā)達(dá)國家已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)中[3]。BIM技術(shù)在我國的應(yīng)用起步較晚，在建設(shè)行業(yè)中發(fā)展緩慢[4]?！吨袊鳥IM應(yīng)用價(jià)值研究報(bào)告》（2020）中的數(shù)據(jù)顯示，接近半數(shù)（46%）的設(shè)計(jì)企業(yè)目前應(yīng)用率低（在不到15%的項(xiàng)目中應(yīng)用BIM），而施工企業(yè)中的這一比例不到三分之一（31%），BIM技術(shù)的應(yīng)用率比較低。隨著建筑工業(yè)化和信息化程度的不斷提高，BIM技術(shù)在工程建設(shè)中的優(yōu)勢也越加明顯,BIM技術(shù)的應(yīng)用給工程建設(shè)帶來的顯著的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益越來越受到政府和業(yè)界相關(guān)人士的重視和關(guān)注。近年來，住建部和各地政府不斷推出BIM新政，促進(jìn)BIM技術(shù)在建筑行業(yè)內(nèi)的推廣和應(yīng)用?！笆濉币?guī)劃的公布和實(shí)施，使得BIM技術(shù)開始迅猛發(fā)展。住建部發(fā)布的《關(guān)于推進(jìn)建筑信息模型應(yīng)用的指導(dǎo)意見》，更為BIM技術(shù)在工程量精確計(jì)算及造價(jià)、投資控制等方面的應(yīng)用指明方向。經(jīng)過近些年的不斷發(fā)展,BIM技術(shù)開始廣泛應(yīng)用于工程實(shí)踐?！吧虾Ｖ行摹薄⑻旖驁F(tuán)泊湖網(wǎng)球中心、蘭州國際商貿(mào)中心等都是BIM技術(shù)的典型應(yīng)用。而BIM技術(shù)在工程量計(jì)算及工程成本控制的應(yīng)用與研究也逐漸受到業(yè)界人士和學(xué)者的廣泛關(guān)注。如黃華[5]從信息技術(shù)在工程建設(shè)領(lǐng)域中的應(yīng)用這個角度來分析，指出了在設(shè)計(jì)階段傳統(tǒng)造價(jià)控制方式存在的問題，并從技術(shù)角度進(jìn)一步分析了產(chǎn)生這些問題的原因，提出了基于 BIM的造價(jià)管理模式在設(shè)計(jì)階段從技術(shù)上有效地控制造價(jià)的新方式，并進(jìn)一步探討了這種模式的具體實(shí)現(xiàn)方案；曹祥軍[6]從工程量軟件算量的實(shí)際應(yīng)用出發(fā),結(jié)合 BIM技術(shù)在工程造價(jià)軟件中的應(yīng)用，引進(jìn) BIM的三維理念和技術(shù)手段,結(jié)合實(shí)際工程的運(yùn)用，探索了 BIM技術(shù)在全生命造價(jià)周期中的應(yīng)用；林韓涵等[7]選擇基于Revit軟件的ODBC開發(fā)方法，通過分析并改進(jìn)Revit軟件中工程量計(jì)算規(guī)則，建立了構(gòu)件屬性與插件的數(shù)據(jù)映射，開發(fā)了附加在Revit2013上的算量插件，能夠輸出符合清單規(guī)則的構(gòu)件工程量，論證了BIM設(shè)計(jì)軟件輸出清單量的可行性，有利于設(shè)計(jì)與造價(jià)BIM信息的對接和互用等。綜合學(xué)者們的研究可知，雖然針對BIM技術(shù)在工程量計(jì)算和造價(jià)控制方面的應(yīng)用與研究日益深入，但是大部分研究還集中在宏觀的管理模式和流程控制上，缺乏精細(xì)化和具體化造價(jià)控制的技術(shù)。特別是針對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的快速精細(xì)化建模算量相關(guān)技術(shù)和實(shí)現(xiàn)路徑的研究還十分缺乏，需要進(jìn)一步研究。

2 BIM在工程算量中的優(yōu)勢

建筑工程量計(jì)算是工程成本計(jì)算的基礎(chǔ)，而工程量的計(jì)算卻十分繁雜。傳統(tǒng)基于CAD的工程量計(jì)算，需要完整的施工圖紙，然后借助于基于CAD的商業(yè)算量軟件，創(chuàng)建算量模型計(jì)算工程量，過程十分繁瑣。而BIM技術(shù)的三維數(shù)字建模的發(fā)展使得工程量計(jì)算工作更加方便快捷。相對于國內(nèi)現(xiàn)有的三維算量軟件，BIM技術(shù)在工程算量的應(yīng)用主要有如下優(yōu)勢：

（1）信息集成共享。BIM技術(shù)是在傳統(tǒng)二維CAD技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種多維模型信息集成技術(shù)。應(yīng)用BIM技術(shù)建立的模型，能夠包含建筑結(jié)構(gòu)水暖電等各專業(yè)的信息，并且能夠很方便的及時(shí)互享和溝通。而算量軟件的三維模型是孤立的，缺乏專業(yè)間的互動。

（2）建模迅速精準(zhǔn)?；趯ΧSCAD的導(dǎo)入技術(shù)，三維可視化BIM軟件建模迅速，模型信息可同時(shí)在平面和三維狀態(tài)下編輯，而且還能夠檢查各專業(yè)之間的碰撞，排錯查漏。

（3）算量準(zhǔn)確，工作量減少。BIM技術(shù)不但可以計(jì)算項(xiàng)目整體工程量，而且還能計(jì)算分項(xiàng)工程量，方便進(jìn)行多算對比，可以有效監(jiān)控成本。若 BIM 模型包含時(shí)間屬性，利用BIM 模型的參數(shù)化特點(diǎn)，按照所需條件篩選工程信息，計(jì)算機(jī)即可自動完成工程量的條件統(tǒng)計(jì)并形成報(bào)表。應(yīng)用BIM技術(shù)，建模同時(shí)即可以獲得工程量信息，無需造價(jià)人員再建模算量，因而在提高算量準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上，還能大量減少工作量。

（4）BIM模型和工程量具有統(tǒng)一性。BIM模型一旦確定，設(shè)計(jì)人員、施工單位、業(yè)主或者咨詢公司得到的工程量都將是一樣的。工程藍(lán)圖上的工程量在理論上是個定量，但是由于不同造價(jià)人員對圖紙的理解深度不同，會得到不同工程量，而BIM技術(shù)的運(yùn)用將破解這一歷史難題。

（5）實(shí)現(xiàn)全壽命周期工程算量。通過BIM技術(shù)建立建筑三維模型形成龐大的數(shù)據(jù)庫在將會始終貫穿于建筑全壽命周期，可以實(shí)現(xiàn)在項(xiàng)目建設(shè)的全壽命周期對建設(shè)成本進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

3 BIM在鋼筋砼工程算量中的難點(diǎn)

目前，BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)的建模分析，尤其是節(jié)點(diǎn)的分析，已經(jīng)取得了可觀的成效，但是在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用卻局限于建筑建模階段。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中由于混凝土構(gòu)件扣減關(guān)系復(fù)雜，尤其是鋼筋建模需要在構(gòu)件內(nèi)部操作，造成BIM建模算量工作繁重，困難較大。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中應(yīng)用BIM建模計(jì)算工程量，主要有以下難點(diǎn)：

（1）工程量大。對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)，圖紙往往內(nèi)容繁多、圖紙量大，采用BIM軟件通過導(dǎo)入CAD圖紙進(jìn)行手動建模，往往需要耗費(fèi)較大精力。

（2）鋼筋建模繁瑣。BIM技術(shù)尚不能提供按中國建筑施工平法圖集要求布置鋼筋的快速方式，如在鋼筋搭接和錨固處建立模型繁瑣，并且容易出錯、漏算，導(dǎo)致鋼筋算量不準(zhǔn)確。

（3）混凝土建模規(guī)則不同。采用BIM技術(shù)建立混凝土模型時(shí)，梁、板、柱和墻等構(gòu)件的連接處扣減關(guān)系復(fù)雜，需要準(zhǔn)確考慮構(gòu)件接連接關(guān)系，否則容易造成漏算或多算。

（4）不能提供異形構(gòu)件。Revit中并不能提供異性構(gòu)件，這需要工程師自己創(chuàng)建，間接增大了工作量。

4 基于BIM技術(shù)的二次開發(fā)

BIM軟件可以根據(jù)設(shè)計(jì)模型，直接建模算量，并且可以依據(jù)設(shè)計(jì)變化而變化，實(shí)時(shí)動態(tài)反應(yīng)工程量情況，建模算量方便快捷。但是目前市面上BIM建模的核心軟件Revit尚不夠成熟，難以處理混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間復(fù)雜的扣減關(guān)系,因此為滿足工程算量實(shí)際需要，十分有必要對BIM軟件進(jìn)行二次開發(fā)。

為實(shí)現(xiàn)BIM在鋼筋混土結(jié)構(gòu)建模算量的高效性和準(zhǔn)確性，基于Revit平臺對該軟件進(jìn)一步進(jìn)行開發(fā)，采用C#編程工具，針對結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件YJK的數(shù)據(jù)庫開發(fā)出混凝土結(jié)構(gòu)快速配筋建模軟件，能夠根據(jù)YJK模型或CAD圖紙，自動翻?？焖偕蒖evit模型，自動生成與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一致的Revit模型。自動建模軟件在Revit三維模型上根據(jù)配筋信息隨時(shí)生成梁、柱、樓板及剪力墻的三維實(shí)體鋼筋鋼筋，而且充分考慮鋼筋搭接、錨固和混凝土構(gòu)件扣減等關(guān)系，從而可以快速得到準(zhǔn)確的鋼筋和混凝土工程量。軟件架構(gòu)和建模算量流程如圖1。

圖1 架構(gòu)圖

5 BIM技術(shù)二次開發(fā)工程應(yīng)用

某高層剪力墻結(jié)構(gòu)處于抗震設(shè)防烈度為8度（0.3g）區(qū)，地下2層，地上18層，房屋高度52.5m，建筑面積5540m2。如圖2所示。上部結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。根據(jù)設(shè)計(jì)研究院提供的YJK（營建科）模型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型，采用基于二次開發(fā)的快速建模軟件將其導(dǎo)入Revit中，生成BIM模型(如圖3所示)，并通過讀取鋼筋信息，在REVIT中生成三維實(shí)體鋼筋。限于篇幅，僅展示梁板自動建模情況如圖4、圖5所示；結(jié)構(gòu)混凝土和鋼筋模型建立完成后通過Revit明細(xì)表統(tǒng)計(jì)查看工程量。工程量統(tǒng)計(jì)分析見表1~表2。

表1 鋼筋工程量對比分析（單位kg）

表2 混凝土工程量對比分析（單位:m3）

圖2 某高層剪力墻結(jié)構(gòu)效果圖

圖3 建模軟件生成BIM模型

圖4 自動建模軟件梁構(gòu)件鋼筋模型

圖5 自動建模軟件板構(gòu)件鋼筋模型

經(jīng)上述分析可知：基于BIM技術(shù)二次開發(fā)的自動建模結(jié)構(gòu)算量軟件，高度自動化，建模算量方便快捷，混凝土工程量和鋼筋工程量計(jì)算的誤差率控制在0.3%以內(nèi)，準(zhǔn)確可靠。

6 結(jié)論與展望

本文基于BIM技術(shù)的二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)模型快速準(zhǔn)確地自動生成，解決了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在Revit中建模的難點(diǎn)，并對實(shí)際工程進(jìn)行了算量分析和驗(yàn)證，為未來類似工程算量、造價(jià)分析和投資決策提供了一種有效途徑。BIM技術(shù)在工程算量和造價(jià)分析中的不斷應(yīng)用和推廣，將會極大地提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本，降低投資風(fēng)險(xiǎn)，提升工程價(jià)值。