基于BIM的水電工程算量平臺搭建

劉丹 滕彥 錢鋒 王志敏 白青壯

摘要：為提高造價專業(yè)工作效率與質量，促進企業(yè)數(shù)字化轉型，以上?？睖y設計研究院有限公司為例，介紹了其基于BIM的水電工程算量平臺開發(fā)過程?；谠摴驹S設計平臺進行二次開發(fā)，內(nèi)置工程量清單算量計價規(guī)范及全國各地現(xiàn)行定額計算規(guī)則，開發(fā)了工程量清單編制、三維模型自動套用清單定額、快速算量、智能出具清單報表、報表校審流程等功能，使算量數(shù)據(jù)與設計數(shù)據(jù)實現(xiàn)聯(lián)動，快速完成工程計量。工程實例應用表明：基于BIM的算量平臺可快速形成工程量清單，計算的工程量與傳統(tǒng)算法之間的偏差在合理范圍內(nèi)。該平臺推動了造價工作進入新的發(fā)展階段，積極助力設計部門實現(xiàn)數(shù)字化轉型。

關鍵詞：BIM； 工程量計算； 二次開發(fā)； 水電工程； 算量平臺

中圖法分類號： TV61；TP315

文獻標志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.S1.054

0引 言

目前，中國各行業(yè)信息化發(fā)展日新月異，其中三維可視化設計作為一種新型的設計理念，以其直觀性、立體化和智能化，越來越多地應用到工程設計的各個領域［1］。為了在工程設計競爭中取得領先地位，各設計單位越來越重視三維可視化協(xié)同系統(tǒng)研發(fā)及推廣應用。但目前應用三維協(xié)同設計中的專業(yè)大多是傳統(tǒng)的設計專業(yè)，如水工、地質、施工和機電等，造價專業(yè)在三維中的應用十分有限?，F(xiàn)在國內(nèi)已有廣聯(lián)達、魯班等軟件公司針對BIM工程算量開發(fā)了插件［2］，但在應用上均有工程量清單體系不明確、算量主體依舊在傳統(tǒng)算量平臺上等問題。為此，充分挖掘三維協(xié)同設計系統(tǒng)的功能，讓設計鏈上的各專業(yè)都能夠參與到三維協(xié)同設計中來，搭建基于BIM的算量平臺，真正實現(xiàn)三維設計的全協(xié)同，從整體上縮短設計周期，提高設計效率是值得研究的課題。

1工程量計算現(xiàn)狀

工程量計算是工程成本計算的基礎，傳統(tǒng)的工程量計算方法是人工讀取各專業(yè)設計圖紙，一旦發(fā)生變更需修改全套圖紙，根據(jù)工程量計算規(guī)則手工計算工程量，這種傳統(tǒng)的計算方式因為有很多重復低效的圖紙繪制工作，容易出現(xiàn)漏算、誤算或重復計算［3］。為了提高計算效率，市場上相繼出現(xiàn)了一些工程量計算軟件替代手工算量，這類軟件的實現(xiàn)思路主要有兩種：一是識別二維CAD圖紙，軟件提供一些快速翻模工具，將二維圖紙快速生成簡單的三維模型，并附加上計算規(guī)則；二是支持三維模型通過中間格式直接導入，導入后附加計算規(guī)則［4］。在二維設計時代，這類算量工具基本上滿足了工程量計算的需要，提高了造價人員的效率，但對于三維設計來說，如果無法直接利用三維設計成果，三維協(xié)同設計的優(yōu)勢難以發(fā)揮。原因主要有：① 需對照圖紙翻模，且每次發(fā)生變更都需再次建模，費時費力［5］。② 即便可以通過中間格式導入三維模型，由于算量軟件的底層架構不支持三維模型，導入后會出現(xiàn)丟失模型部分屬性的現(xiàn)象，需要人工處理，一旦模型發(fā)生變更，就需要重新導入模型，再次進行人工處理［4］。因此，本文將介紹如何基于三維設計模型進行工程量計算，簡要介紹系統(tǒng)的設計思路和工作流程。

2BIM應用的限制

目前應用BIM的專業(yè)大多是傳統(tǒng)的設計專業(yè)，如水工、地質、施工和機電等，但在造價專業(yè)的應用十分有限［6］。

從行業(yè)規(guī)范要求來說，各專業(yè)提供的工程量清單因人而異，隨意性較大，項目名稱不規(guī)范、不統(tǒng)一，項目特征不完整、不規(guī)范，達不到規(guī)范要求［7］，為此，借助三維設計系統(tǒng)的推廣實施，制定一套標準化的工程量清單體系，是滿足行業(yè)規(guī)范要求勢在必行的一項舉措。

從設計單位的專業(yè)需求來說，以筆者所在單位上?？睖y設計研究院有限公司為例，其各部門及專業(yè)對于工程量清單標準化均具有迫切的需求，需要各設計專業(yè)快速提供標準化的工程量清單，以便造價專業(yè)計算投資，快速準確做出項目決策［8］。水工、施工、機電等專業(yè)需要一個規(guī)范化、標準化的工程量清單，以減少設計人員編制的隨意性，提高設計、校核以及審查的工作效率。對于造價專業(yè)而言，工程量清單是計算工程投資的基礎，清單的質量制約著投資估算的質量，標準化的工程量清單可以減少造價人員與設計人員的溝通成本，提高工作效率，并且可以提高投資估算編制質量，為各方面決策提供更科學、更準確的信息［9］。為此，標準化的工程量清單是各設計單位業(yè)務發(fā)展迫切的內(nèi)在需求。

從長遠來看，工程量清單的標準化，是實現(xiàn)項目限額設計、項目管理信息化、投資決策輔助系統(tǒng)應用的必要條件［10］。

3統(tǒng)一工程量清單

3.1工作目標

工程量清單的編制是整個工程項目造價的基礎工作。鑒于目前缺乏統(tǒng)一的工程量清單規(guī)范現(xiàn)狀，參考清單算量計價規(guī)范，編制適合三維設計環(huán)境的工程量清單規(guī)范，并內(nèi)置入基于BIM的算量軟件中，在招標、施工詳圖設計等階段的三維設計中能夠實現(xiàn)工程量清單編制的功能，將極大提高造價工作的質量和效率。

3.2工程量清單標準化與智能化編制

通過梳理水電工程在三維協(xié)同設計系統(tǒng)中作圖的工作流程，分析其數(shù)據(jù)庫結構，結合國家能源局頒布的《水電工程設計工程量計算規(guī)定》的要求，在三維協(xié)同設計系統(tǒng)中植入能夠自動抓取工程量特征的模塊，對于不能自動抓取特征值的工程量，將工程量計算中的常用公式和經(jīng)驗做法融入系統(tǒng)中，讓工程量計算過程透明化、可視化、形象化，使得工程量計算結果科學化、客觀化。利用三維協(xié)同設計系統(tǒng)的強大功能，研究水電工程設計流程再造，讓設計人員在繪制圖紙過程中通過設置構建屬性或選擇參數(shù)等簡單的操作，即可在繪圖完成的同時形成標準化、規(guī)范化的工程量清單［11］。

3.3應用軟件開發(fā)

根據(jù)三維協(xié)同設計系統(tǒng)運行分析結果以及水電工程工程量計算的特點，以水電工程可行性研究階段為典型代表，開發(fā)能夠實現(xiàn)工程量清單標準化與智能化編制的應用軟件。軟件分4個子模塊：① 自動計算工程量模塊；② 人工干預計算工程量模塊；③ 標準化工程量清單生成模塊；④ 與造價系統(tǒng)接口。

4基于BIM的算量平臺搭建

4.1平臺主要內(nèi)容

引入Bentley旗下Open Buildings Designer三維設計軟件，開發(fā)水電工程的BIM算量平臺，主要功能包括：① 編輯和配置水電板塊清單庫，進行工程量清單編制；② 算量，基于BIM模型自動完成工程量統(tǒng)計，將數(shù)據(jù)填入工程量清單中［12］；③ 項目管理流程，通過配置基礎項目數(shù)據(jù)，完成工程量報表設校審流程［13］。

為滿足以上要求，基于BIM的算量平臺實施系統(tǒng)基礎配置流程和項目管理流程兩大基本流程的開發(fā)。系統(tǒng)基礎配置流程是實例項目管理流程的先導流程，創(chuàng)建項目實例需要先配置好系統(tǒng)字典和建立工程量清單項目基庫以及專業(yè)分組基庫數(shù)據(jù)，業(yè)務流程及其關系如圖1所示。

依托Bentley三維軟件進行二次開發(fā)，系統(tǒng)架構如圖2所示。

4.2平臺主要功能模塊

平臺功能主要包括系統(tǒng)管理、項目實例管理，報表管理、權限管理4個功能模塊，如圖3所示。

4.2.1系統(tǒng)管理模塊

模塊主要設立工程項目和工程量清單項目兩類關系樹以完成層級關系搭建。其中工程項目分部分項關系樹是一個多級樹狀結構，項目按專業(yè)進行分類，最小項目分項是一個包含一個或多個對應工程量清單項目的子工程，子工程內(nèi)容又依據(jù)工程量清單項目關系樹確定其包含的特征值項內(nèi)容。工程量清單項目關系樹是一個兩級樹狀結構關系樹，葉子節(jié)點包含工程特征值項內(nèi)容。

4.2.2項目實例管理

此模塊分為實例項目維護及工程量計量兩個部分。前者是主要業(yè)務流程，主要包含創(chuàng)建項目信息和配置項目人員權限信息兩個部分；工程量計量分為自動計量、公式計量和手工計量3種。系統(tǒng)主要依據(jù)PW系統(tǒng)三維模型實現(xiàn)工程量清單編制工作，對于一些跨專業(yè)的工程量清單，可以依托三維協(xié)同設計平臺參考其他專業(yè)圖紙進行工程量清單編制。同時，在沒有繪制三維模型的情況下，系統(tǒng)也可以直接編制工程量清單，手工輸入工程量信息。

4.2.3報表管理模塊

報表管理模塊主要包括報表生成和報表導出兩個部分。報表生成是在實例項目構建及錄入完成之后，造價管理員根據(jù)需要對該項目原始清單進行合并項整理，生成同一項目的清單合并列表的管理過程。

系統(tǒng)要求與造價系統(tǒng)數(shù)據(jù)對接，使造價系統(tǒng)中的價格信息能作為一個輔助屬性在對三維構件賦予屬性時賦予，幫助設計人員對工程造價進行評估，及時優(yōu)化方案。系統(tǒng)采取使用數(shù)據(jù)文件共享方式與造價系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互，文件格式符合造價系統(tǒng)清單輸入要求。

4.2.4權限管理模塊

系統(tǒng)讀取PW系統(tǒng)人員列表信息初始化本系統(tǒng)人員信息數(shù)據(jù)，權限信息在系統(tǒng)中自主配置，人員權限依附于角色定義，系統(tǒng)角色權限劃分如下：

（1） 項目管理員，其配置項目清單信息、配置項目參與人員。項目結束后，項目管理可以關閉項目。項目關閉后，此項目將不能再編輯處理。

（2） 造價人員，其負責項目特征值維護及構造、工程量報表輸入。

（3） 設計人員，其負責對項目清單進行編輯。

（4） 專業(yè)管理員，對參與項目的相應專業(yè)數(shù)據(jù)進行編輯，確認本專業(yè)數(shù)據(jù)全部編輯無誤后，點擊【鎖定專業(yè)】按鈕。其后本專業(yè)數(shù)據(jù)被鎖定，不能再編輯處理。

（5） 審核，負責工程量報表審核的人員。

（6） 審定，工程量報表審定人員。

系統(tǒng)人員權限管理分為兩項主要內(nèi)容：① 分配及管理具備新建項目權限的人員列表，只有賦予新建權限的人員才能創(chuàng)建實例項目；② 對實例項目的人員列表管理，項目內(nèi)人員才能查看和修改該項目的信息。

5工程應用

5.1平臺啟動

平臺開發(fā)完成后，點擊Open Buildings Designer CONNECT Edition圖標，啟動OBD界面，彈出PW登錄框，根據(jù)PW配置選擇正確的數(shù)據(jù)源登錄。選擇文件，選擇【工程量清單標準化編制系統(tǒng)】選項進入主界面（圖4）。

5.2工程應用

首先創(chuàng)建工程的BIM模型，基于創(chuàng)建的BIM模型進行工程量統(tǒng)計計算。首先對項目進行維護，包括創(chuàng)建實例項目過程和配置項目人員權限信息兩個部分（圖5）。

根據(jù)水電工程各分項工程量的特點，利用三維協(xié)同設計系統(tǒng)強大的數(shù)據(jù)處理工程，自動計算土方開挖、石方開挖、混凝土等分項工程的工程量，并智能抓取有三維模型關聯(lián)的相關工程量信息，主要包括：點擊關聯(lián)三維模型自動提取關聯(lián)了三維模型的項目的工程量信息；對于關聯(lián)了三維模型的工程量信息，支持模型修改后手動更新工程量值的過程。

除了自動計算，由于水電工程工程量清單項目繁多，對于系統(tǒng)無法自動計算的工程量，通過開發(fā)將設計人員常用的計算公式以及經(jīng)驗做法融入該模塊。對于不能理出計算公式的，手工填寫工程量。

水電工程各部分工程量計算完成后，按照編制的上海院三維設計環(huán)境的工程量清單規(guī)范要求，通過分析整理，最終得出規(guī)劃化、標準化的工程量清單。同時，可以按照專業(yè)類型條件分專業(yè)選擇性生成報表內(nèi)容。生成的報表可在線發(fā)起校審流程，完成在線審批。

系統(tǒng)與造價系統(tǒng)數(shù)據(jù)對接，使造價系統(tǒng)中的價格信息作為一個輔助屬性在對三維構件賦予屬性時賦予，幫助設計人員對工程造價進行評估，及時優(yōu)化方案。系統(tǒng)采取DBF數(shù)據(jù)文件共享方式與造價系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互。

6結 語

本文介紹了基于BIM軟件二次開發(fā)的算量平臺其開發(fā)過程以及主要功能。首先需編制適合所在設計單位三維設計環(huán)境的工程量清單規(guī)范，并在軟件中實現(xiàn)工程量清單編制功能，然后通過關聯(lián)BIM模型計劃工程量，最后生成的工程量清單報表可在線完成校審流程。

由于人力資源、時間、經(jīng)費等因素限制，此平臺沒有對其他工程領域做過多擴展，今后有待進一步拓展。土方工程量自動統(tǒng)計功能也需進一步完善，為實現(xiàn)造價數(shù)字化轉型奠定基礎。

參考文獻：

［1］田建紅.智能小區(qū)建筑電氣工程設計與實踐［D］.成都：西南交通大學，2012.

［2］王丹.基于BIM技術的項目參與方合作博弈利益分配研究［D］.鄭州：華北水利水電大學，2018.

［3］霍俊宇.工程造價管理中BIM技術的應用［J］.建設科技，2023（10）：98-100.

［4］張雄，朱歡麗.基于Bentley三維設計模型的工程算量系統(tǒng)開發(fā)與應用［J］.工程建設與設計，2017（13）：22-24.

［5］孫權.BIM技術在工程造價成本管控中的應用研究［J］.工程技術研究，2023，8（14）：131-133.

［6］王景剛.造價咨詢企業(yè)應對BIM算量技術升級的SWOT分析及策略研究［J］.建筑經(jīng)濟，2022，43（增2）：360-363.

［7］白一帆，聶常山，田浪，等.BIM在水利工程造價中的應用現(xiàn)狀與發(fā)展對策［J］.人民黃河，2023，45（5）：129-132.

［8］何一林，李露陽，唐濤，等.標準化工程量清單在換流站招標的應用［J］.中國電力企業(yè)管理，2023（15）：68-69.

［9］劉向陽，李軍，隆云國，等.基于公路標準化體系的工程量清單智能編制技術［J］.公路，2016，61（7）：213-219.

［10］田芳.基于BIM的鐵路工程量清單構建及計價方式研究［D］.北京：北京交通大學，2021.

［11］宋勇.工程量清單的標準化管理對控制公路工程造價的作用［J］.交通標準化，2011（7）：167-170.

［12］王英杰.IPD模式下基于BIM的施工成本管理研究［D］.重慶：重慶大學，2016.

［13］王舒.基于BIM5D技術高層框剪項目進度-成本聯(lián)合控制研究［D］.沈陽：沈陽建筑大學，2022.

（編輯：鄭 毅）