基于BIM的造价软件开发思维与架构

2019-07-02

土木建筑工程信息技术 2019年3期

(四川开禧古建筑园林工程有限公司，成都 610041)

1 引言

BIM技术迈着信息化时代的步伐，不经意间把建筑业从二次元带入了三次元的维度，以至于英国人喊出了“Drawing is Dead - Long Live Modelling(图形已死 - 模型万岁)”的呼声，美国人更是制定了应用BIM技术到2020年节省2 000亿美元建设投资的宏伟目标[1]。BIM技术利用它可视化、协调、模拟、优化、出图的技术特点，能够在规划、设计、施工和运维各建设阶段内减少浪费、缩短工期、降低成本、提高质量和效率，以至最终实现提高投资回报率[2-8]。这一点已经被全行业所一致认同，BIM技术将引发建筑工程项目生命周期内各个阶段中各参与方内部及外部之间的工作方式和方法的深刻变革。

2 BIM造价软件开发的新思维及其优越性

2.1 基本构想

BIM核心建模软件不管是建筑、结构、机电专业，在创建模型的过程中都会先选择一个构成模型基本组件的类型(如：建筑结构的柱、梁、板、墙等，机电的管道、风管、桥架、设备等)，然后编辑类型定义属性(如：材质、尺寸、标高等)，类型属性面板中的最后一项就是“成本”，作者的构想也是从这里开始的，最后把可拾取构件(这里作者把用于单步绘制的构成模型基本组件的类型，称为“可拾取构件”)绘制在指定的标高层平面图中，在平面视图中拾取该对象可在三维视图中查看可拾取构件的外观和空间位置，确认是否创建正确。这样一步步的操作，直到整个模型创建完成。

当然建模的最终完成还要经过本专业审查、多专业综合碰撞检查、多专业协调后各专业修改，循环上述过程到符合各项标准后成活，这里就不深入探讨了。还是回到作者构想(本构想是建立在解决国内造价问题的，可延伸但暂不延伸)开始的地方，如何把建设工程各阶段报批报建或商务活动中符合规范和规则的造价数据(类如：估算、概算、预算、结算、决算、核算[特指企业核算])填进去，成为了本构想进而需要解决的问题。

目前有些工程造价咨询机构急于标榜自己可以用BIM建模软件来做造价，就为工程项目做了一些可载入族或内建族，在族的类型信息中填入了材料或成品的品牌、厂家、价格等信息，利用软件的汇总计算功能得到一个总价，想借此充当工程造价，来博得委托方的青睐[9]。作者说明一下，这个总价只是这个工程的材料费(考虑了工程量计算规则因素，也只能是个不准确的材料费)而已，连直接工程费(包括人工费、材料费和机械费)都算不上，更别想说它是工程造价了。这个例子刚好从反面回答了作者应该填什么数据进去的问题，那一定是“造价”。

这就引出了作者构想中的第一个新概念“可拾取构件造价”，可拾取构件在前面已经定义过了，这里主要说下造价，造价是包括了分部分项及单价措施项目费、总价措施项目费、其他项目费、规费、税金等的建造价格。既然可拾取构件造价包含多项费用，那么就必须设计一套模板来进行计算了，设计模板就必须进行费用划分，由于投资估算、设计概算、工程预结算对费用的划分标准不同，这里作者以使用人群最多、使用范围最广的工程预结算费用划分标准为例，来进行阐述。工程预结算是依据清单计价规范和清单计价定额来编制的，清单计价规范和清单计价定额从初次制定至今已经历了三个版本：2003规范+2005定额、2008规范+2009定额、2013规范+2015定额，2018清单计价规范及九个工程量计算规范正在修编过程中。清单计价规范对工程造价费用划分是：1.分部分项及单价措施项目费；2.总价措施项目费；3.其他项目费；4.规费；5.创优质工程奖补偿奖励费；6.税前工程造价；7.销项增值税额；8.税后工程总造价。这个清单造价计费模板是基于整个工程项目来设计的，而可拾取构件造价计费模板是基于可拾取构件来设计的，这就存在了一个整体和部分的关系问题。作者认为，整体是由部分在一定的规则和流程下构成的，也就是说在一定的规则和流程下：整体可以分解为部分，部分也可以合成整体。清单造价计费模板和可拾取构件造价计费模板之间是存在这样的规则和流程的(在后面2.3节中有详细介绍)，可拾取构件造价费用划分为：1、直接费：1)构件分部分项价格(第二个新概念)；2)构件单价措施项摊销价格(第三个新概念)；2、间接费：1)构件总价措施项目费；2)构件其他项目费；3)构件规费；3、税前税后造价：1)构件税前造价；2)构件销项增值税额；3)构件税后造价。将可拾取构件造价费用划分制成一个计算模板，置于可拾取构件类型信息中以完成可拾取构件造价的计算，等到某类模型的所有可拾取构件造价都计算完毕时，再将每个可拾取构件造价的模板计算明细汇总成清单造价计费模板格式，至此作者的构想得以达成。

每个标高层的所有可拾取构件造价组成标高层造价；每个单位工程的所有标高层造价组成单位工程造价；每个单类室外工程的所有可拾取构件造价组成单类室外工程造价；每个综合室外工程的所有单类室外工程造价组成综合室外工程造价；每个单项工程的所有单位工程造价和综合室外工程造价组成单项工程造价。

2.2 解决算量的问题

BIM核心建模软件对可拾取构件定义类型的工程量是有计算和统计功能的，但这类软件是国外软件，其采用的建筑信息模型分类和编码标准和工程量计算规范与我国使用的不尽相同，其计算出来的工程量也只能作为一个参考，那么BIM造价软件的算量就是一个必不可少的环节。

由于投资估算、设计概算、工程预结算对工程量计算规范的使用深度不同，这里作者以对工程量计算规范使用深度最大的工程预结算为例，来进行阐述。现在在工程预结算中与清单计价规范配套使用的有九类工程工程量计算规范，分别是：1.房屋建筑与装饰工程工程量计算规范；2.仿古建筑工程工程量计算规范；3.通用安装工程工程量计算规范；4.市政工程工程量计算规范；5.园林绿化工程工程量计算规范；6.矿山工程工程量计算规范；7.构筑物工程工程量计算规范；8.城市轨道交通工程工程量计算规范；9.爆破工程工程量计算规范。还有与清单计价规范配套使用的清单计价定额的各分部中也有工程量计算规则，当然这些规则是与九类工程的工程量计算规范相一致的。与工程量计算相伴相生的还有建筑面积计算，目前正在使用的建筑面积计算规范是：《建筑工程建筑面积计算规范(GB/T 50353-2013)》。可能影响工程量计算的因素还有：各类工程的施工规范；各类工程的标准图集；各类工程的工艺工法等。

接下来举一个例子，来描述信息模型中可拾取构件分部分项工程量计算的方法和步骤：现在有一个二层三跨钢筋砼结构六房二厅四卫已完成初装的小别墅模型，可拾取构件选择的是二层楼梯间墙头中柱。首先，要考虑把这根柱子从模型中抽取出来，那么看看前后左右上下六个面有没有和其他构件相连，发现前左两面没有与其他构件相连(可以不用管它)，后右两面有与砖墙相连(边界就是柱砼面与砖墙的接触面)，下面有与一层楼梯间柱相连(边界是一层楼梯间柱与该柱的接触面)，上面与前后左右四根梁、屋面板和屋面楼梯间柱相连(边界是与柱砼面接触的四个梁截面、四个角的屋面板截面和屋面楼梯间柱接触面)，抽取的方法就是有边界的地方沿着边界面切下，此时该柱应处于无束缚的自由状态(请注意抽取出来构件一定是自由状态的，否则该构件不能完成抽取)，将边界面(请注意切面与抹灰面和油漆面都有边界面的)标识为红色(代表边界警示)。接着，用抽取出来已标识边界面的构件作为原型，将分部分项三维图形进行计算或不计算面色标识。最后，用已设定好的算法公式进行分部分项(包括：混凝土、钢筋、抹灰和油漆等四个分部)工程量计算。

依据上例的描述，BIM造价软件在计算信息模型可拾取构件的分部分项工程量时的过程应该是：

首先，在BIM造价软件中新建工程，在新建工程对话框中录入如：1、工程名称；2、计价种类、工程类别、专业类别；3、结构类型、建筑面积等建设规模信息；4、建设单位等参建各方信息；5、工程所在地、计价时间、开竣工日期；6、应用各种规范、定额、图集、工艺工法等信息；7、确定新建。

接着，将BIM核心建模软件创建的信息模型导入新建工程界面的原始模型界面框中，待模型在原始模型界面框中显示出来后，选中可拾取构件，同时在新建工程下拉列表中自动关联出可拾取构件所在标高层及层下可拾取构件编号。

然后，在原始模型界面框右侧的计算模型界面框上部点击“抽取识别”按钮，待抽取模型显示在计算模型界面框中后，观察其是否抽取正确，若有误可以对抽取模型进行修改。

最后，若抽取模型正确无误，即点击计算模型界面框下部的“开始计算”按钮，进度条显示计算进度，当计算完成时，在进度条下方Excel文本框中显示分部分项工程量计算结果。

重复以上过程，直到该标高层所有可拾取构件抽取识别计算完毕(点击标高层节点，可以看到该层已抽取识别构件的整体计算模型和汇总的分部分项工程量清单)，乃至所有标高层的可拾取构件都抽取识别计算完毕(点击新建工程节点，可以看到该工程已抽取识别构件的整体计算模型和汇总的分部分项工程量清单，可以三维路径巡视计算模型检查是否有错，若检查有错，可以把出错的可拾取构件点取出来，进行修改后再次检查，直到无错为止)。至此，BIM造价软件算量的问题得以解决。

2.3 解决计价的问题

以各类工程的工程预结算为例，它们是依据建筑工程工程量清单计价规范和配套使用的清单计价定额来编制的。目前，我国的清单计价规范是统一使用的，但与之配套使用的清单计价定额，各省级区划内使用的都是各自的版本，还有人工费和材料费的调整、总价措施项目费率、其他项目费用标准、规费费率、增值税税率等都不尽相同。地方政府对工程造价的管理，主要还是通过清单计价规范+本地的(清单计价定额+政府文件规定+价格信息)的方式来进行的。那么，清单计价规范和各地的清单计价定额、政府文件规定、价格信息就要以表单数据库的形式进入BIM造价软件系统中以备调用，即成为了BIM造价软件特有的清单项目库、清单定额库、文件规定库和价格信息库。

在上文2.1节中提到：清单造价计费模板和可拾取构件造价计费模板之间是存在一定的规则和流程的，以至于整体可以分解为部分，部分也可以合成整体。这里的规则就是：

∑构件分部分项价格=分部分项费；∑构件单价措施项摊销价格=单价措施项目费；∑构件分部分项价格+∑构件单价措施项摊销价格=分部分项及单价措施项目费；∑构件总价措施项目费=总价措施项目费；∑构件其他项目费=其他项目费；∑构件规费=规费；∑构件税前造价=税前工程造价；∑构件销项增值税额=销项增值税额；∑构件税后造价=税后工程总造价。

这里的流程是：1、先要算出新建工程总的单价措施项目费；2、按照分层计算汇总的，把每层的分项金额对应分配给每个标高层；不按分层计算汇总的，应用按层计算层间分项金额比例，分配给每个标高层；3、规定每个标高层中摊销每层单价措施项目费的可拾取构件；4、算出每层摊销构件分部分项价格的合计；5、构件单价措施项摊销价格=构件分部分项价格/本层摊销构件分部分项合计×本层摊销单价措施项目费。这个流程对新建工程的总造价没有任何影响，反而它对单价措施项目费的资金流向、控制、测算、企业精细化管理及企业定额的制定，都有着不言而喻的益处。

BIM造价软件在计算信息模型中可拾取构件造价时的过程应该是：

首先，回看到上文2.2节中BIM造价软件在计算信息模型可拾取构件的分部分项工程量时的过程中——“最后，若抽取模型正确无误，即点击计算模型界面框下部的“开始计算”按钮，进度条显示计算进度，当计算完成时，在进度条下方Excel文本框中显示分部分项工程量计算结果。”，此时在原始模型界面框左侧停留着可拾取构件造价界面框，形式如表1所示：

表1 可拾取构件造价界面框示意表

找到上表中直接费下1.分部分项，在其下套清单项目及定额界面框中右键打开清单项目库，找到相应的项目并双击，清单项目进入界面框中，再在其下套用相应的定额，并输入已算好的分部分项工程量数值，清单项目就会自动生成工程量和综合价格。单价措施项摊销先暂时不做操作。

接着，把间接费和税前税后造价栏目中的费率选择或录入进去。

最后，生成的税后造价是不完整的，因为缺少单价措施项摊销价格。

回到新建工程选择树栏，点击新建工程节点，此时的造价界面框中会有单价措施项工程量计算表格栏、套清单项目及定额界面栏和各标高层单价措施项摊销比例表格栏，完成前二个栏目内容后，摊销比例表格栏数据自动生成。再点击标高层节点，此时的造价界面框中会有分摊到本层的清单项目及定额界面栏、本层何种构件摊销何种单价措施项对应表格栏和待本层构件抽取识别完成时构件编号与摊销单价措施项对应表格栏。

在每个标高层重复构件抽取识别算量和分部分项套价确定费率的操作步骤，直到确定所有构件都操作完成时，点击该标高层节点，查看构件编号与摊销单价措施项对应表格是否已经生成，若是就点击可拾取构件，在单价措施项摊销栏边是否能看到“开始摊销”按钮，若有就点击该按钮，单价措施项摊销清单项就会自动生成，并且可拾取构件造价也会随之变动，得到完整的可拾取构件造价。

重复以上操作，直到所有标高层都得到完整的可拾取构件造价，此时点击标高层节点，可以看到该层的清单造价汇总表，点击新建工程节点，可以看到新建工程的清单造价总表，并且在任意节点都可以输出Excel格式的成果文件。至此，BIM造价软件的计价问题得以解决。

这里说明一下，可拾取构件造价界面框中除了顶部的读取原始模型所带的信息是BIM软件间可以互用的，中间部分造价计费模板中的数据是不能互用的，最下部有一个可拾取构件成本(造价)类型信息栏目，栏目中的数据是可以互用的，格式为：货币种类符号+金额数值(保留两位小数)+[计价种类+工程所在地+计价时间(精确到月份)]。格式中加入了工程所在地和时间信息，那是因为成本(造价)是受地域和时间因素限制的，脱离了地域和时间的成本(造价)是没有任何意义的，也就是造价为什么处于第五维度(5D)的原因。

2.4 采用新思维开发的BIM造价软件具备的优越性

通过上文的阐述，采用新思维开发的BIM造价软件具备以下七个方面的优越性：

(1)造价的概念更具化。现在的各类建设工程造价都是基于分部分项清单综合价格+取费而得来的，是一个整体的概念，管理者甚至造价工作人员都很难把控其中的内含；而BIM造价软件中的可拾取构件造价可以很具像的表达这个整体造价中的组成部分，同时也很容易在人的脑海中形成一个具体的造价概念(如当建造完成时：这根柱子值多少钱，这面墙值多少钱等)。实际上国外很多国家乃至于香港早前就已经用这样的概念在管理工程造价了。

(2)工程量的计算更准确并易于核对。现在各类建设工程造价中的工程量计算(即算量问题)，主要是靠在几款软件(如：广联达、斯维尔、鲁班等)中建模来机算的，虽然能通过Excel表格计算式检查计算过程，但苦于数据太多很难与构件对应；而BIM造价软件可以通过对可拾取构件进行抽取识别(即虚拟分解)，得到构件本体及附着的各结构层的三维立体模型，计算后得到的Excel表格计算式也简单明了、极具对应性，后期通过对抽取构件分部分项实体边界重合性的检查，可以保证计算的准确性，结算双方核对起来也十分直观便易。

(3)更便于工程变更的调整。各类建设工程的工程变更都是针对工程实体局部的和零散的设计或技术变更，结算时多用一单一结的方式来解决，变更工程量要单独再计算一遍，费时费工；而BIM造价软件可以通过对已抽取识别的可拾取构件的分部分项分解模型进行标注、修改及材质变更等来轻松地解决工程变更的实体调整问题，结合合同约定的工程变更价款调整条款来轻松地解决工程变更的价款调整问题。

(4)更便于造价过程的控制和管理。现在对于各类建设工程施工阶段的造价过程控制，往往会遇到月形象进度实际完成工程量核算无法准确到位的问题，主要是因为施工单位工序流水作业而造成的，如果想把实际完成工程量算准确是相当的麻烦；而BIM造价软件可以通过对已抽取识别的可拾取构件的分部分项分解模型进行选择和取舍，进一步汇总计算，就可以准确的得到月形象进度实际完成工程量，进而依据合同约定汇总计算出月形象进度款。

(5)更便于索赔和反索赔。各类建设工程索赔和反索赔的难点在于索赔和反索赔的标的的界定上，即索赔和反索赔事件中影响工程实体及其他要素的范围和数量的确定。现行的索赔和反索赔活动中对于工程实体要素的工程量计算还是单独拿出来软件或手工计算，费时费工费力；而BIM造价软件在竣工结算模块中针对可拾取构件，单独设计了索赔或反索赔模板，可以对构件的任意分部分项内容提出索赔或反索赔，简单快捷。

(6)更便于定额测算和编制。国家现行的定额测定及编制方式是交由各省级行政区划内的造价总站来完成的，主要采用要求受邀施工企业网上填报定额测算表格的方法来采集数据样本，依据国家清单计价规范，结合旧版定额并考虑各种政策及经济因素的影响，经过综合测算后，编制出各省、自治区、直辖市的清单计价定额。施工企业填报的定额数据也是从经过长期的工程项目积累而测定出的企业定额中提取出来的，企业定额的编制肯定是各有各的方法和样式，各自投入了多少，只有自家最清楚；而BIM造价软件在企业核算模块中针对可拾取构件，设计了企业定额测定模板，可以和清单定额对比生成，统一了方法和样式，在施工管理的同时，就把企业定额编制出来了。

(7)更利于各专业间的信息对称和交流。现在一个建设项目的业主、设计、施工、监理、咨询等各参建单位及其内部的各专业之间，掌握的造价数据是各不相同的，很难通过一个桥梁来进行有效的沟通；而BIM造价软件把各计价种类、各工程类别和各专业类别的新建工程项目下的可拾取构件的类型信息数据中填入了成本(造价)数据信息，也就是说无论是哪个专业的BIM工程师打开了由BIM造价软件经过造价计算作业后的数字模型文件，都可以看到本专业及其他专业的可拾取构件造价数据信息，掌握这些数据信息的意义，最明显的就是体现在限额设计工作当中，有利于各专业设计师之间协调投资份额。同样，各单位的管理者也可以通过BIM工程师了解到相同的造价数据信息。

3 BIM造价软件应具备的功能框架及软件架构

3.1 功能框架

现在我国的造价工作(估算、概算、预算、结算)遵守的规范和规则如下：

(本文主要以国家资金投资的建设项目作为论述对象，民间资金投资的建设项目可以参照理解。)

图1 《中央预算内直接投资项目管理办法》查询截图

图1是国家发改委会令第7号《中央预算内直接投资项目管理办法》的官网查询截图。《中央预算内直接投资项目管理办法》(以下简称“本管理办法”)中：“第十条项目建议书要对项目建设的必要性、主要建设内容、拟建地点、拟建规模、投资匡算、资金筹措以及社会效益和经济效益等进行初步分析，并附相关文件资料。项目建议书的编制格式、内容和深度应当达到规定要求。由国家发展改革委负责审批的项目，其项目建议书应当由具备相应资质的甲级工程咨询机构编制。”说明了投资估算(指文中的“投资匡算”)是在项目建议书阶段由有相应资质的工程咨询机构依据估算指标来编制的。

本管理办法中：“第十九条初步设计应当符合国家有关规定和可行性研究报告批复文件的有关要求，明确各单项工程或者单位工程的建设内容、建设规模、建设标准、用地规模、主要材料、设备规格和技术参数等设计方案，并据此编制投资概算。投资概算应当包括国家规定的项目建设所需的全部费用。由国家发展改革委负责审批的项目，其初步设计应当由具备相应资质的甲级设计单位编制。”说明了投资概算是在初步设计阶段由有相应资质的设计单位依据概算定额来编制的。

本管理办法中：“第三十条直接投资项目竣工后，应当按照规定编制竣工决算。项目竣工决算具体审查和审批办法，按照国家有关规定执行。”说明了竣工决算是在竣工交付阶段按照国家有关规定编制的。

图2是国家财政部文告-财建[2016]503号“关于印发《基本建设项目竣工财务决算管理暂行办法》的通知”的官网查询截图。《基本建设项目竣工财务决算管理暂行办法》中：“第二条基本建设项目(以下简称项目)完工可投入使用或者试运行合格后，应当在3个月内编报竣工财务决算，特殊情况确需延长的，中小型项目不得超过2个月，大型项目不得超过6个月”、“第三条项目竣工财务决算未经审核前，项目建设单位一般不得撤销，项目负责人及财务主管人员、重大项目的相关工程技术主管人员、概(预)算主管人员一般不得调离”、“第四条实行代理记账、会计集中核算和项目代建制的，代理记账单位、会计集中核算单位和代建单位应当配合项目建设单位做好项目竣工财务决算工作”、“第六条项目竣工财务决算的编制依据主要包括：国家有关法律法规；经批准的可行性研究报告、初步设计、概算及概算调整文件；招标文件及招标投标书，施工、代建、勘察设计、监理及设备采购等合同，政府采购审批文件、采购合同；历年下达的项目年度财政资金投资计划、预算；工程结算资料；有关的会计及财务管理资料；其他有关资料”说明了以下两层意思：

图2 《基本建设项目竣工财务决算管理暂行办法》查询图

(1)竣工财务决算是在竣工可投入使用或者试运行合格后由项目建设单位依据第六条规定的内容来编制的。

(2)竣工财务决算的编制依据中提到了两个依据：投标书和工程结算资料。实际上投标书中的投标报价就是工程预算；工程结算资料中的工程结算书就是竣工结算。工程预算和竣工结算是分别在招投标阶段和竣工交付阶段由施工单位依据清单计价规范和清单计价定额来编制的。

至于企业核算是施工企业为了方便对项目施工方案和施工管理水平进行后评价、以及编制企业定额的需要，在施工阶段的整体过程中，通过对指定研究对象实际的直接投入(如：人材机消耗、直接措施项消耗、管理消耗等)和间接投入(如：间接措施项消耗、规费、税金等)数据执行收集→整理→分析→综合计算→定值→录入流程操作的整个工作过程。其目的是：为施工企业在项目建设过程中降低成本提高利润，提供内部标准依据。

综上所述，将要开发的BIM造价软件应该具备能够在建设工程项目各阶段利用各阶段建筑信息模型来计算投资估算、设计概算、工程预算、竣工结算以及企业核算的功能(见图3)。

图3 BIM造价软件功能框架图

图3中的模型算量是指带有工程量计算规则并且能够虚拟实体及附着层的三维图形算量；修改模型是指在有设计或技术变更时可对构件类型属性信息进行修改；模板录入是指施工企业按照自行设计用于效益核算或制定企业定额的模板格式将经过收集→整理→分析→综合计算→定值流程的数据录入类型信息中。

3.2 软件架构

BIM造价软件的架构是在遵循BIM标准的前提下，由BIM造价软件的功能需求和应用需求来决定的。这里的BIM标准就是IFC标准体系架构(见图4)，由管理层、核心层、共享层和领域层等四层结构构成。

图4 IFC标准体系架构图

BIM造价软件的功能需求见3.1节中图3 (BIM造价软件功能框架图)，应用需求通过上文中的阐述主要有：各专业BIM模型导入(共享交互)、抽取识别(虚拟分解)、开始计算(图形算量引擎)、套清单及定额(关联数据库)等。那么，通过上面的分析就得到了以下BIM造价软件的架构(见表2)：

表2 BIM造价软件的架构分析表

表2中位于最底层的是IFC动态链接库(IFC管理层)，它对上面三层提供特性定义和连接支持；接着向上一层是软件的核心层，它分为两块：图形编辑和虚拟分解，图形编辑负责BIM模型的建立，虚拟分解负责对可拾取构件的抽取识别；再向上一层是共享层，主要是负责为BIM软件间的数据交换提供接口；最上面一层是领域层，它也分为两块：图形算量引擎和关联数据库，图形算量引擎负责将诸如各类工程工程量计算规范、建筑面积计算规范、标准图集、施工规范、工艺工法等转换成计算机图形语言和计算公式，并结合虚拟分解可拾取构件得到的分部分项实体模型，最终算出可拾取构件分部分项工程量；关联数据库负责将诸如投资估算指标、概算定额、清单计价规范、清单计价定额、政府文件规定、价格信息以及企业核算时用到的工期定额、劳动定额、机械台班定额等制成表单数据库，在套价计费时关联调用这些表单数据库。

4 BIM造价软件开发的技术实现

4.1 BIM造价软件开发应遵循的标准

IFC、IDM/MVD、IFD标准构成了建设项目信息交换的三个基本支撑，因此也就自然地成为了BIM价值得以最大化实现的三大支柱。

2012年在华盛顿举行的美国建筑师协会AIA(American Institute of Architects)大会上，美国buildingSMART联盟发布了NBIMS-US第二版，包含了BIM参考标准、信息交换标准、指南和应用三大部分。其中BIM参考标准主要是经ISO认证的IFC、XML、Omniclass、IFD等技术标准；信息交换标准包含了CoBie、空间规划复核、能耗分析、工程量和成本分析等；指南和应用指的是最小BIM、BIM项目实施规划和内容指南等。

2008年，中国建筑科学研究院和中国标准化研究院等机构基于IFC共同联合起草了《GB/T 25507-2010 工业基础类平台规范》。

2009年，国家住宅工程中心、清华大学、中建国际设计顾问有限公司、欧特克等单位共同开展了中国BIM标准课题的研究，清华大学软件学院BIM课题组在欧特克中国研究院(ACRD)的全程支持和协作下，开展了为期二年的BIM标准研究，在2010年参考NBIMS提出了中国建筑信息模型标准框架CBIMS(China Building Information Model Standard)，框架中包含了CBIMS的技术标准、数据存储标准IFC、信息语义标准IFD与信息传递标准IDM，以及CBIMS实施标准框架，从技术标准上升到了实施标准，从资源标准、行为标准和交付标准三个方面规范建筑设计、施工、运维三个阶段的信息传递。[10-11]

2011年至2017年由中国住房和城乡建设部发布了《2011-2015建筑业信息化发展纲要》(2011年5月10日)、《建筑信息模型应用统一标准(GB/T 51212-2016)》(2017年7月1日起实施)、《建筑信息模型施工应用标准(GB/T51235-2017)》(2018年1月1日起实施)、《建筑信息模型分类和编码标准(GB/T 51269-2017)》(2018年5月1日起实施)，由中国工程建设标准化协会建筑信息模型专业委员会(简称中国BIM标委会)发布了《规划和报建P-BIM软件功能与信息交换标准(T/CECS-CBIMU 1-2017)》等13项协会标准(2017年10月1日起实施)；由中国建筑股份有限公司内部发布的《建筑工程设计BIM应用指南》、《建筑工程施工BIM应用指南》等企业标准；还有国家正在编制过程中的《建筑信息模型设计交付标准》、《建筑信息模型存储标准》，中国BIM标委会立项的《综合管廊运维建筑信息模型应用规程》等一系列BIM标准。

4.2 BIM造价软件的平台属性

功能强大和符合应用习惯的软件工具组成一个统一的符合建筑产业规则应用平台，是BIM技术应用成功的前提和动力[12]。也就是说，BIM软件适宜运行在平台集成软件工作环境下，BIM造价软件亦然。

考虑到各专业BIM应用软件都会趋于平台化，在BIM造价软件开发时，就要预先设想好以下两点应对措施：

1)不仅要对专业BIM应用软件提供数据交互接口，还要对非专业BIM应用软件提供数据转换接口；

2)不仅具有本软件自身的数据存储格式，还要有能于平台BIM数据库交互的项目数据存储格式。

4.3 BIM造价软件开发的方法及实现难点

BIM造价软件的功能实现是建立在BIM核心建模软件基础之上的，因此采用基于BIM核心建模软件平台二次开发的方法是最为捷径的。可提供用来二次开发的软件平台有：VS+OCC+(Revit、Navisworks……)等。

概括起来说，BIM造价软件的核心功能就是两个：算量和套价。在软件二次开发的过程中，算量的技术实现难点在于虚拟分解，虚拟分解算法有很多种，如：映射法(Mapping Method)和子映射法(Sub-Mapping Method)；扫掠法(Sweeping Method)；四面体分解法(Tetrahedral Splitting)；基于栅格法(Grid-based Method)；中轴面法(Medial Surface Method)；堆砌法(Plastering Algorithm)；弦须编织法(Whisker Weaving)等。其中基于扫掠体识别的虚拟分解算法较为稳定可靠，它首先将复杂实体分解为一定数量的简单扫掠体，然后对每个扫掠体进行六面体网格划分，最后将各个扫掠体的六面体网格转换成全局网格，从而形成复杂实体的整体网格。此种算法的应用，能提高复杂实体六面体网格划分的自动化程度，并且能生成高质量的六面体网格[13]。把分部分项实体模型虚拟分解出来后配合图形算量引擎给出的计算模型进行分部分项工程量的计算。

套价的技术实现难点在于各数据库表单之间的关联计算，制定严谨的关联算法结构是技术实现的关键环节。

5 展望与建议

5.1 展望

(1)造价构件化的意义深远

造价构件化首先它能够使建筑产品价格明细化，其次它更适合于清单计价模式，真正实现全费用工程量清单综合价，可以改变目前用分部分项清单编号定义工程量清单项的模式，改用构件编码来定义工程量清单项，工程量清单项包含分部分项清单项。它对今后的造价计费模式将产生深远的影响。

(2)虚拟分解技术应用于建筑行业意义重大

虚拟分解技术应用于建筑行业，不仅仅体现在本文论述的BIM造价软件开发中，还可用于建筑设计、施工、管理、运维及销售过程中。它不仅能够让人们对建筑产品的构成有更为直观和深刻的理解，而且在建筑业精细化施工、精细化管理领域能够发挥重大的作用。

5.2 建议

目前软件厂商在BIM软件开发过程中的一些困惑：

(1)一些行业标准还未发布到位

我国已发布的BIM标准前文已有介绍，未发布还有《建筑信息模型设计交付标准》、《建筑信息模型存储标准》等，还有受以上标准纵向影响的设计规范、施工规范、清单计价规范等也需要相应完善。

(2)软件开发需要配合，不是软件厂商一家的事

先来看看美国的BIM是怎么发展起来的。他们是靠大量的机构(行业协会、软件厂商、BIM用户、科研机构)使用来自不同渠道的资源(人力、设备、资金)，通过不同类型的计划和项目有效分工(BIM标准、BIM工具、BIM应用)同时又高度合作，持续占领着BIM技术制高点，并引领着全球BIM技术的发展方向。大量的BIM基础研究和应用项目计划是上述不同类型的机构通过纵向或横向合作来进行的，而且这种既各司其职又协同作业的工作方法已经形成了一种必然的机制，真正做到了“融化在血液里，落实在行动上”。我国也有行业协会、软件厂商、BIM用户和科研机构，为什么就没有形成这样有效的合作机制，值得国人深刻地思考了。

(3)软件开发的投入谁来支持

从上面的论述知道了美国软件厂商的软件研发经费是靠有效的合作机制来寻找出处的，但我国的现状是还没有这样的合作机制，那软件的研发经费从何而来，真是个令我国软件厂商头痛的问题。

基于以上软件厂商的困惑，作者提出以下三点建议：

(1)国家应尽快发布和完善国产BIM系列软件研发涉及的建筑业和软件业的各项标准；

(2)国家应考虑建立产、学、研一体的国产BIM系列软件的合作机制；

(3)国家应考虑出台鼓励和支持软件厂商研发国产BIM系列软件的政策。