基于BIM的水利工程概算編制研究

牛立軍，陳慧萍

（華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450046）

目前水利工程概算編制中的工程計(jì)量工作基于二維圖紙進(jìn)行，算量工作繁瑣復(fù)雜，因二維圖紙不利于設(shè)計(jì)理念和工程信息的表達(dá)和傳遞[1]，致使實(shí)際工作中很容易出現(xiàn)計(jì)量誤差。而工程計(jì)價(jià)工作則多通過廣聯(lián)達(dá)、易投等軟件實(shí)現(xiàn)[2]，這些計(jì)價(jià)軟件與傳統(tǒng)Excel計(jì)價(jià)方式相比大大提升了計(jì)價(jià)效率，但算量與計(jì)價(jià)過程割裂，若工程設(shè)計(jì)變更將會(huì)導(dǎo)致算量與計(jì)價(jià)工作反復(fù)進(jìn)行。解決以上技術(shù)難題是當(dāng)前水利工程概算編制的新的研究方向[3]。

BIM（Building Information Modeling）是創(chuàng)建并利用數(shù)字化模型對(duì)建設(shè)工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)營全過程進(jìn)行管理和優(yōu)化的方法和技術(shù)[4]，目前在水利工程概算編制中主要集中在工程算量和工程量傳遞兩方面[5-7]，對(duì)BIM 模型的可視化、模型參數(shù)的深層開發(fā)利用程度較低，未能解決水利工程概算編制中數(shù)據(jù)共享難、計(jì)量計(jì)價(jià)分離、數(shù)字化表達(dá)程度低等問題，也未完全體現(xiàn)BIM 技術(shù)的可視化交互設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)。

針對(duì)當(dāng)前水利工程概算編制中存在的問題以及BIM 技術(shù)在水利工程概算編制中的應(yīng)用現(xiàn)狀，本研究基于BIM 技術(shù)對(duì)Revit進(jìn)行二次開發(fā)，構(gòu)建了基于BIM 的水利工程概算編制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以BIM 模型為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)成果信息的深度讀取與使用，完成項(xiàng)目劃分、工程量統(tǒng)計(jì)、定額套取、綜合計(jì)價(jià)等可視化工程概算編制過程，并將工程概算成果存儲(chǔ)于三維模型，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)成果與概算成果的融合，形成基于BIM模型的數(shù)字資產(chǎn)。

1 研究思路

BIM 技術(shù)在水利工程各環(huán)節(jié)應(yīng)用的基礎(chǔ)為工程參數(shù)化的BIM 模型，即集成建設(shè)工程的尺寸數(shù)據(jù)、約束限制、結(jié)構(gòu)特征等多種信息，是工程設(shè)計(jì)階段成果的數(shù)據(jù)庫，其物理參數(shù)與視圖參數(shù)可以用于統(tǒng)計(jì)、分析、構(gòu)件制作等[8]。根據(jù)水利工程概算編制階段的任務(wù)，基于BIM的水利工程概算編制流程如圖1所示。

圖1 BIM概算編制流程

2 研究方法

2.1 技術(shù)路線

以Visual Studio 為開發(fā)環(huán)境，基于.NET 框架對(duì)Revit進(jìn)行二次開發(fā)，深度挖掘模型數(shù)據(jù)信息，采用C#語言實(shí)現(xiàn)模型信息交互，開發(fā)基于BIM 模型的水利工程概算編制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由項(xiàng)目劃分、基礎(chǔ)單價(jià)編制、定額管理、概算編制4個(gè)核心功能模塊組成。BIM概算編制系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)路線，如圖2所示。

圖2 BIM概算編制系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)路線

系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)步驟為：①在項(xiàng)目劃分模塊將工程模型劃分至最小工程單元，即分項(xiàng)工程；②在基礎(chǔ)單價(jià)編制與定額管理模塊完成基礎(chǔ)單價(jià)、概算定額等工程計(jì)價(jià)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)輸入；③在概算編制模塊依據(jù)項(xiàng)目劃分成果完成分項(xiàng)工程工程量統(tǒng)計(jì)、工程單價(jià)計(jì)算以及總概算表編制；④輸出概算編制成果。

2.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)

基于BIM 技術(shù)進(jìn)行水利工程概算編制，其數(shù)據(jù)來源主要包括模型數(shù)據(jù)與概算數(shù)據(jù)。模型數(shù)據(jù)如族ID、名稱參數(shù)、體積參數(shù)、視圖參數(shù)等可從模型中直接讀取、調(diào)用；概算數(shù)據(jù)主要包括基礎(chǔ)單價(jià)、費(fèi)率、概算定額等。因基礎(chǔ)單價(jià)與費(fèi)率變動(dòng)較大，在BIM 概算編制系統(tǒng)中設(shè)置基礎(chǔ)單價(jià)與費(fèi)率外部導(dǎo)入、更新功能；概算定額變動(dòng)較小，系統(tǒng)中設(shè)置定額庫創(chuàng)建與維護(hù)模塊。定額庫可根據(jù)水利工程實(shí)例有針對(duì)性地進(jìn)行選擇和輸入，主要通過TreeView 與DataGrid-View 結(jié)合呈現(xiàn)。輸入的定額數(shù)據(jù)可用于多項(xiàng)工程概算編制，實(shí)現(xiàn)定額快速查詢與套取。定額庫管理界面，如圖3所示。

圖3 定額庫管理界面

2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.3.1 主要功能設(shè)計(jì)

（1）項(xiàng)目劃分。在Revit 中創(chuàng)建的BIM 模型，每個(gè)族文件對(duì)應(yīng)項(xiàng)目劃分的最后一級(jí)，即分項(xiàng)工程，基于族文件ID 的唯一性實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目劃分環(huán)節(jié)名稱參數(shù)等數(shù)據(jù)的傳遞。

（2）工程計(jì)量。基于模型本身的參數(shù)信息實(shí)現(xiàn)工程量的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)，主要分為2 類：①對(duì)于可直接利用的體積類工程量，直接讀取模型體積參數(shù)或?qū)w積參數(shù)進(jìn)行基礎(chǔ)運(yùn)算；②對(duì)于需要二次處理的體積數(shù)據(jù)以及非體積類工程量，如模板面積、鋼筋工程量、設(shè)備單體數(shù)量等，基于相關(guān)工程規(guī)范規(guī)定的計(jì)算公式開發(fā)相應(yīng)功能模塊，實(shí)現(xiàn)可視化工程量自動(dòng)統(tǒng)計(jì)。

（3）工程計(jì)價(jià)。①通過編程語言傳遞基礎(chǔ)概算數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)定額的查詢與套取、機(jī)械使用費(fèi)與材料費(fèi)的讀取，完成分項(xiàng)工程直接費(fèi)的計(jì)算，進(jìn)而通過系統(tǒng)內(nèi)置計(jì)算規(guī)則，計(jì)算出分項(xiàng)工程間接費(fèi)、利潤(rùn)、稅金，最終完成分項(xiàng)工程單價(jià)計(jì)算；②通過導(dǎo)入工程計(jì)量數(shù)據(jù)，將分項(xiàng)工程工程量與工程單價(jià)分別相乘，計(jì)算出分項(xiàng)工程合價(jià)，在此基礎(chǔ)上編制工程總概算表。

（4）概算成果輸出。①數(shù)字化表達(dá)：將項(xiàng)目劃分、工程計(jì)量與工程計(jì)價(jià)的每個(gè)環(huán)節(jié)成果信息寫入模型，全過程概算編制完成后，通過查看族文件參數(shù)即可看到對(duì)應(yīng)分項(xiàng)工程的人工、材料、機(jī)械消耗量以及工程單價(jià)等概算信息；②文件輸出：主要是在概算編制過程中形成的各項(xiàng)表格數(shù)據(jù)的導(dǎo)出，結(jié)合對(duì)Excel、Word 進(jìn)行二次開發(fā)將概算數(shù)據(jù)導(dǎo)出為當(dāng)前工程實(shí)際應(yīng)用的規(guī)范格式。

2.3.2 可視化交互設(shè)計(jì)

BIM 概算編制系統(tǒng)可視化交互設(shè)計(jì)主要通過模型視圖參數(shù)的讀取與控制實(shí)現(xiàn)。在項(xiàng)目劃分環(huán)節(jié)，基于族文件視圖的隱藏與恢復(fù)動(dòng)態(tài)演示項(xiàng)目劃分進(jìn)度；在工程量統(tǒng)計(jì)環(huán)節(jié)，通過直觀選擇需要立模的模型面實(shí)現(xiàn)模板面積工程量統(tǒng)計(jì)；在工程計(jì)價(jià)環(huán)節(jié)，對(duì)分項(xiàng)工程進(jìn)行定額套取、工程單價(jià)計(jì)算時(shí)，該分項(xiàng)工程對(duì)應(yīng)族視圖居中顯示；概算編制完成后，模型中寫入概算信息，通過選中模型構(gòu)件便可直觀查看其對(duì)應(yīng)分項(xiàng)工程人工、材料、機(jī)械等的消耗量。

3 實(shí)例驗(yàn)證

以多孔水閘工程為例，創(chuàng)建參數(shù)化三維模型，應(yīng)用本研究開發(fā)的BIM水利工程概算編制系統(tǒng)編制其工程概算。

3.1 參數(shù)化三維模型

通過AutoRevit 軟件建立多孔水閘工程參數(shù)化三維模型，如圖4所示，對(duì)模型中的族和模型整體分別設(shè)置族文件參數(shù)和全局參數(shù)。

圖4 多孔水閘三維模型

3.2 項(xiàng)目劃分

水閘工程項(xiàng)目劃分界面，如圖5 所示。隨著項(xiàng)目劃分的進(jìn)行，已被劃分的分項(xiàng)工程對(duì)應(yīng)族視圖隱藏，尚未被劃分的族視圖完整，項(xiàng)目劃分進(jìn)度動(dòng)態(tài)可視，項(xiàng)目劃分過程未出現(xiàn)缺項(xiàng)、漏項(xiàng)或重復(fù)計(jì)項(xiàng)問題。

圖5 項(xiàng)目劃分界面

3.3 概算編制

項(xiàng)目劃分完成后，進(jìn)入概算編制界面，進(jìn)行工程量統(tǒng)計(jì)和工程計(jì)價(jià)工作。多孔水閘工程概算表編制界面，如圖6所示。

圖6 概算表編制界面

3.3.1 工程量統(tǒng)計(jì)

多孔水閘工程進(jìn)行工程量統(tǒng)計(jì)時(shí)，對(duì)于常規(guī)體積類工程量直接獲取模型中族的體積參數(shù)，對(duì)于需要計(jì)算超挖、超填量的根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)乘以階段系數(shù)確定；對(duì)于非體積類工程量，分別使用模板面積統(tǒng)計(jì)、鋼筋工程量統(tǒng)計(jì)及設(shè)備單體數(shù)量統(tǒng)計(jì)功能進(jìn)行工程計(jì)量。

3.3.2 工程計(jì)價(jià)

首先在概算表編制界面選定定額庫，多孔水閘工程概算編制采用現(xiàn)行水利部水利水電工程《水利建筑工程概算定額》（2002），進(jìn)而選擇定額編號(hào)套取定額，進(jìn)行工程單價(jià)計(jì)算。以多孔水閘工程閘室段C20 鋼筋混凝土閘底板為例，工程單價(jià)計(jì)算界面如圖7 所示。在該界面中，定額內(nèi)容從定額庫自動(dòng)讀取，對(duì)照定額選取材料與機(jī)械后，工程單價(jià)通過內(nèi)置算法自動(dòng)計(jì)算得出，并讀取到概算列表中，用于概算總表數(shù)據(jù)計(jì)算。

圖7 工程單價(jià)計(jì)算界面

3.4 成果輸出

在水利工程概算編制系統(tǒng)中選擇“導(dǎo)出Excel”功能按鈕便將項(xiàng)目劃分、工程計(jì)量、工程計(jì)價(jià)等階段編制的概算總表及概算附表按照程序設(shè)定格式一鍵導(dǎo)出，用于概算文件匯編。

3.5 數(shù)字資產(chǎn)

多孔水閘工程模型在進(jìn)行前述項(xiàng)目劃分、工程量統(tǒng)計(jì)、定額套取、工程單價(jià)編制時(shí)，其使用定額、費(fèi)率、工程單價(jià)及人工、材料、機(jī)械消耗量等概算成果均已寫入對(duì)應(yīng)族文件中，并以參數(shù)形式表達(dá)，形成數(shù)字資產(chǎn)，可在模型中選中族文件直接查看或在其他工程建設(shè)階段調(diào)用。以水閘模型閘室段C20鋼筋混凝土閘底板為例，工程概算保存成果示例如圖8所示。

圖8 工程概算保存成果示例

4 結(jié)論

本研究針對(duì)水利工程概算編制的任務(wù)與現(xiàn)狀，通過對(duì)Revit進(jìn)行二次開發(fā)，構(gòu)建了基于BIM 的水利工程概算編制系統(tǒng)，并將其應(yīng)用于多孔水閘工程。通過實(shí)例應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)水利工程概算編制方式相比，基于BIM的水利工程概算編制主要優(yōu)勢(shì)如下。

（1）概算編制可視化?？梢暬荁IM 技術(shù)在工程建設(shè)中應(yīng)用的最普遍優(yōu)勢(shì)，基于BIM 技術(shù)進(jìn)行項(xiàng)目劃分、工程量統(tǒng)計(jì)、工程單價(jià)計(jì)算等概算編制過程時(shí)，工作界面伴隨模型演示窗口，隨著模型族視圖的隱藏、恢復(fù)或居中顯示，當(dāng)前操作對(duì)象明確，呈現(xiàn)出可視化的動(dòng)態(tài)編制過程，有效避免了項(xiàng)目劃分缺項(xiàng)、漏項(xiàng)與重復(fù)計(jì)量問題。

（2）工程量統(tǒng)計(jì)便捷。在工程計(jì)量階段，實(shí)現(xiàn)了更為便捷的選擇性工程量統(tǒng)計(jì)，提升了工程計(jì)量的效率與精度。

（3）計(jì)量與計(jì)價(jià)結(jié)合。在工程計(jì)價(jià)階段，基于創(chuàng)建的數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)了便捷、可視化的計(jì)價(jià)過程，并將計(jì)量與計(jì)價(jià)結(jié)合在一起，避免了設(shè)計(jì)變更造成的反復(fù)計(jì)量，減小了概算編制工作負(fù)擔(dān)。

（4）概算成果數(shù)字化表達(dá)，形成工程數(shù)字資產(chǎn)。工程概算編制成果可直接導(dǎo)出用于概算文件匯編。將工程概算編制信息寫入模型，不僅便于有關(guān)工程參建各方審閱，且結(jié)合設(shè)計(jì)成果共同形成了工程數(shù)字資產(chǎn)的數(shù)據(jù)底板。