铁路BIM标准与铁路工程造价标准的模型一体化研究

单向华,江国君

(1.国家铁路局规划与标准研究院,北京 100055； 2.中铁工程设计咨询集团有限公司,北京 100055)

1 概述

BIM是Building-Information-Modeling建筑-信息-模型的缩写，从字面意思看，BIM就是带有信息的工程模型。B是目标实体，M是设计和建造直至运营过程中的被不同用户使用的可视化模型，I就是在实体形成过程中可以流畅传递并被共享的数字化信息，其中数字化信息是BIM的关键。BIM技术建立了基于工程实体的一个集成多维度结构化数据库的数字化模型[1]。这个模型所提供的数据信息，可以达到构件级的精细程度，并可以在设计、施工、运营各个阶段中全过程的保持数字化交换和共享。应用BIM技术，传统的各阶段信息交换所依赖的二维图纸模式将被取代。

要保证各个阶段BIM模型数字化信息的一致性，就需要制订统一的BIM技术标准，包括数据存储标准、信息语义标准、信息传递标准[1]。为保证信息在不同阶段应用上的共享性，就需要使BIM标准与各类应用的现行行业标准进行有效对接。因此，BIM技术在工程造价方面要得到广泛应用，最优解决方式就是在源头，也就是在标准制订阶段实现BIM标准与工程造价标准在模型构建上的基础标准一体化。

2 BIM技术在工程造价管理中的应用分析

2.1 BIM技术在工程造价管理中的应用

在传统手段中，工程造价的编制基础和前序环节是勘察设计，设计阶段工程造价编制流程可分为：(1)勘察、测量；(2)依据功能需求和建设标准开展设计，形成二维图纸；(3)依据图纸和工程量计算规则计算工程数量；(4)依据工程造价标准计算形成工程造价。如图1所示。

图1 传统工程造价形成流程

传统手段中工程造价编制存在两个问题。一是由于信息载体是二维图纸，工程数量的计算无法脱离人工干预而实现自动计算，二维图纸的非数字化增加了算量环节；二是计算得到的工程数量只能以人工的方式与工程造价标准对接，即俗称的“套定额”工作。这两个问题以往一直是耗费人力最多，同时容易出现人为错误的环节。

在建筑和城市轨道交通行业，BIM技术已经融入很多建设项目的信息化管理平台，部分领域已经实现了通过BIM模型自动算量的功能，但由于这些领域的造价咨询社会化服务程度较高，行业独立性强，造价咨询普遍采用独立的工程算量和造价编制软件，BIM技术在工程造价环节的应用还存在BIM标准欠缺、业主推动不足、工作流程制约和知识产权等不少障碍，还无法有效地实现BIM模型和造价模型的信息交换和匹配[2]。

目前一部分行业BIM应用为了尽快实现在设计阶段的造价应用，在设计阶段BIM模型完成后，依靠BIM模型输出的工程数量，通过建立与工程定额的中间过渡接口，对接了工程定额的现有框架结构，实现了传统意义的“套定额”功能[3]。另一部分BIM应用则考虑各个建设阶段的造价需求，根据BIM标准中EBS标准与工程量清单在工程分解结构上都采用线分类法的共同性[4]，提出应建立三级清单体系，将工程量清单计价模式提前到建设前期阶段应用，通过重建工程量清单的方法与BIM模型工程数量建立联系，从表现形式上初步实现了全过程的工程造价[5]。前一类应用目前主要解决设计阶段概算编制的工效问题，对定额模型和定额结构层级的分析是应用层面而不是标准层面，应用范围有限。后一类应用考虑到了全过程造价管理的需求，实现了BIM工程数量到工程量清单的转换，BIM模型工程数量对清单工程数量起到了复核的作用，但不符合现阶段铁路工程造价管理模式，对清单的应用超越了相关造价标准的规定，满足不了现阶段铁路建设管理的实际要求。工程造价或清单单价的确定仍需采用行业定额或理论上的企业定额来配套完成[6]。

要使工程造价的编制全部实现自动化，从工程前期设计阶段就应建立数字信息一体化解决方案，在一个可传递的BIM模型上运行直至运营。在这个模型中的实体分解结构已经和造价标准的工程定额模型一体化设计，模型工程数量数据流可以无缝对接定额实体结构资源消耗模型和工序过程，无论是在前期设计阶段还是后期实施阶段，都可以结合市场价格信息等资源库形成动态的工程造价成果，造价成果表现最理想的形式是在BIM可视化模型中所见即所得的即时实现[7]。如图2所示。

图2 基于BIM模型的工程造价形成过程

2.2 BIM软件在工程造价管理中的应用

BIM技术核心部分是数字化信息，这决定了BIM技术的应用的载体只能是计算机和网络。BIM应用的多样性决定了不可能有能够完成所有BIM任务的大一统BIM软件，BIM软件一定是各种完成特定BIM任务的系列软件的集合[1]。

目前BIM软件可以分为两类，一类是基础和平台性质的软件，例如Bentley公司开发的Microstation和Autodesk公司开发的Revit建模软件，Bentley公司开发的ProjectWise平台管理软件等。另一类是二次开发的专业应用软件。基础和平台性质软件提供了BIM技术的使用基础。专业应用软件则根据工程建设需求，结合相关专业标准在基础软件上进行二次开发。

目前BIM应用软件在建筑领域造价算量方面，已可以通过对BIM设计交付模型建立3D关联数据库的方式快速计算并提取工程量，提高了工程算量的精度和效率。但目前建筑领域BIM设计交付模型在算量方面还存在与造价需求不一致、定额工程量计算规则不统一等模型构建的基础标准问题[8]，建筑行业BIM造价应用软件也没有完全实现从算量到“套定额”的智能化。铁路行业的BIM造价应用软件的开发还缺乏标准方面的支撑。

因此，基于BIM模型二次开发的造价应用软件，应同时满足BIM标准和工程造价标准在各个建设阶段的要求，提前系统性思考BIM标准和造价标准的模型基础标准一致性[9]，才能在工程造价管理中应用并充分发挥BIM技术的优势和效率。

3 BIM标准和造价标准的对比分析

3.1 建筑行业BIM标准的制订现状

国外建筑行业BIM标准主要涵盖三方面的内容。分别为工业基础类数据标准IFC(Industry Foundation Class)，信息交付手册IDM(Information Delivery Manual)以及术语词典国际框架 IFD(International Framework for Dictionaries)[10]。

我国于2011年颁布了《2011～2015建筑业信息化发展纲要》，确定了BIM标准第一层为最高标准：建筑工程信息模型应用统一标准；第二层为基础数据标准：建筑工程设计信息模型分类和编码标准，建筑工程信息模型存储标准；第三层为执行标准：建筑工程设计信息模型交付标准，制造业工程设计信息模型交付标准[1]。地方政府如北京市也发布了《民用建筑信息模型设计标准》等地方标准。

这些国家和地方标准提出了BIM应用的资源要求、模型深度要求、交付要求等设计信息模型交付标准[11]。标准的制订让行业标准、地区标准、企业标准都有章可循，方向一致。我国BIM国家标准与其他国家的区别是带有一定的强制性，对整个建筑行业具有约束力。

3.2 铁路行业BIM标准制订现状

铁路行业2013年成立了中国铁路BIM联盟，目前已经发布了《铁路工程实体结构分解指南》《铁路工程信息模型分类和编码标准》《铁路工程信息模型数据存储标准》《铁路四电工程信息模型数量存储标准》《铁路工程信息模型表达标准》《基于信息模型的铁路工程施工图设计文件编制办法》《面向铁路工程信息模型应用的地理交付标准》《铁路工程WBS工项分解指南》《铁路工程数量标准格式编制指南》《铁路工程信息交换模板编制指南》《铁路工程信息模型交付精度标准》等一系列的铁路BIM标准[12-15]。铁路BIM标准分为技术标准和实施标准两个层级，也提出了标准设计应考虑与既有铁路定额体系等相协调的要求[1]。

3.3 铁路工程造价标准体系现状

我国的工程造价标准主要由政府有关部门发布实施，有专门部门管理并周期性修订，用以满足建设各阶段造价确定的需要。目前铁路行业工程造价标准体系包含的内容可以概括为办法规则(估、概算编制办法；工程量计算规则；工程量清单计价规范)、费用定额(费用定额；工、料、设备基期价格；机械台班费用定额等)；专业定额(专业消耗量定额)等造价标准和信息价格及发布机制等[16]。

铁路造价标准体系的功能定位主要表现在两个方面，其一是满足前期的投资决策，其二是服务于后期的投资控制。铁路前期设计阶段是建设项目实施全过程中的龙头，其决定了工程的规模，影响了70%以上的工程投资[17]，是以工程定额为核心的铁路工程造价标准主要使用阶段。以一整套覆盖铁路工程各个专业的定额体系为主体的铁路工程造价标准是铁路建设前期工程造价形成的重要依据，起到了确定国有投资的总投资及分项投资规模，调控工程构成的作用。铁路建设投资管控严格、建设管理集中度高的特点，决定了铁路工程前期设计采用的造价标准体系尤其是定额体系，对其后的交易和实施期持续发挥着重要的影响。在较长的时间内，铁路建设造价管理模式仍将以定额计价模式为主，与建筑等其他行业普遍应用的工程量清单计价模式差别较大[7]。

3.4 铁路BIM标准与造价标准的结合点

铁路行业工程造价标准是我国铁路工程建设领域的经验沉积和宝贵财富。其中的工程定额基于铁路行业特点对单位工程、分部分项实体工程进行了分解，工程类别齐全，条目层次编码清晰，资源配置及消耗齐备。工程定额的条目层级和编码规定等体系构架，其实质就是工程实体在资源消耗方面的工程模型。

已经发布的铁路BIM标准中，《铁路工程实体结构分解指南》(EBS)、《铁路工程信息模型分类和编码标准》(IFD)、《铁路工程WBS工项分解指南》、《铁路工程信息模型交付精度标准》等标准[12-15]是与铁路工程造价标准关系最为密切的BIM标准，BIM标准在实体分解结构和模型交付精度标准上和工程造价标准存在交集。

通过分析，已发布的铁路BIM标准的EBS、IFD等标准不同程度地对接了造价标准的实体结构分解、模型分类以及信息分类编码体系[18-19]，但目前看对接还不够清晰和稳固。原因一是由于BIM模型输出的工程数量精度高，但因为与工程定额配套的工程量计算规则的存在，BIM输出的工程数量需要进行大量信息转换工作，才能在工程造价专用软件上使用，这与传统的手段并无本质区别。二是工程造价标准是有时限性的，需要根据工程建设技术和施工手段的进步进行周期性修订和调整。如果简单对接或付出很大努力建立了对应关系，一旦工程造价标准进行修改，与之有关的BIM标准及应用就有可能需要再次修改。

无论是BIM标准还是造价标准，如果都在自有的框架体系内发展，不在模型深度和模型语义信息方面进行结合，实现对模型基础标准一体化，对铁路行业今后BIM技术的应用和工程造价的有效管理都是不利的。

4 铁路BIM标准与造价标准的模型一体化研究

4.1 BIM标准与BIM模型分析

BIM标准规范了BIM模型深度等级和模型语义信息，确保各参与方基于统一标准去理解同一深度的模型所含的数据信息。BIM模型是各阶段BIM应用的核心交付物，包括完整的专业设计模型、浏览模型、延展模型和其他模型。也可分为特定阶段模型，如与目前设计阶段相匹配的可研模型、初步设计模型、施工图设计模型，与之对应的估算模型、概算模型、预算模型等。

BIM模型由模型构件构成，模型所有构件都是带有参数属性信息的对象。在BIM软件中构件以图元和族两种形式表现。图元通过面向对象的方法构建，模型图元将实体部件转化为模型构件，族是参数属性相同的图元的集合。构件参数属性就是将构件的几何属性、物理属性和功能属性等参数化，按一定的方式封装到构件中，形成构件资源数据库。

铁路BIM标准对BIM构件进行了标准化，其中EBS分解的构件对象是铁路建造物实体[4]；WBS面向的是建设项目的工作任务；交付精度标准确定了BIM模型在各个阶段的模型精度、几何精度及信息精度[15]；IFD则建立了数据交换共享的编码字典[18-19]。

4.2 铁路造价标准的定额模型分析

铁路工程造价标准中的预、概算定额子目具有典型的模型深度标准特征，主要体现为定额的章节目次是按照工程实体特征按规定深度划分的，如桥梁工程预算定额下分为下部工程、上部工程等章，每章关联着若干小节，每小节都对应着具体的实体或措施。工程量计算规则是定额子目模型层级深度配套的模型语义信息，其对应每条定额子目规定了实体工程数量的计算方法。

通过对定额子目编制特征的分析，定额章节子目主要按五大类基准分类(参数)划分的，分别是几何特征参数、材料种类参数、施工环境参数、施工方式参数和施工工序参数，这五类参数基本上涵盖了工程项目分解至各基本子项的需求，同BIM模型分解至构件后再按WBS进行分解的结果有较大的一致性。

以隧道预算定额第一章为例，对这种定额层级深度标准和分解特征进行分析[20]，如表1所示。

表1 隧道工程预算定额的结构层级分析

4.3 铁路BIM标准与造价标准实现模型一体化的可行性

BIM标准与造价标准对工程特征深度等级和模型语义信息的描述一致性具体到操作层面，可以看作是两者模型建立阶段的标准一致化操作需求。造价标准的预、概算定额模型和工程量计算规则等带有的模型深度等级和模型语义信息，可为BIM标准与工程造价标准对接提供可靠的基础。

在铁路BIM标准的模型基础标准设计中，可优先将铁路定额的模型框架作为带有消耗量信息的构件资源数据库。同时将BIM标准中的模型深度属性与工程造价标准的深度属性进行兼容性处理。

同时，由于现阶段定额的工程量计算规则是在手工算量时代为了简化算量工作而制定的，工程量计算规则有一定的综合性和经验性。未来的工程技术发展不应让BIM造价应用软件回头去适应手工算量时代的计算规则，工程定额的制订也应主动和BIM标准协调一致，细化实体构件层级，简化工程量计算规则，提高语义信息标准化程度。对定额中非实体性资源消耗的摊销和实体资源施工操作损耗等也可以通过一定规则放开，由企业自主报价决定。其他造价标准也需要同步改进以适应BIM技术的发展和应用。

5 铁路BIM标准与造价标准模型一体化的优势和发展路径

5.1 BIM标准与造价标准模型一体化的优势

相对于国内其他行业，铁路行业的工程造价标准与BIM标准模型一体化的优势较大，主要体现在三点：一是管理优势，铁路行业的工程造价标准一直是集中管理，没有如公路工程和城市轨道交通工程一样将管理权限分散到各个省市，与BIM标准的对接工作量相对小于其他行业；二是后发优势，建筑和城市轨道交通领域在BIM应用领域领跑过程中，所发现和解决的问题为铁路工程造价标准与BIM技术的融合提供了宝贵的经验和教训；三是组织优势，铁路BIM联盟有效整合了科研、勘察设计、施工、建设管理等资源。铁路工程造价标准管理部门的加入可以加强整合力度，补齐联盟的短板。

5.2 BIM标准与造价标准的协同发展路径

若要最大限度地发挥BIM技术的优势来为铁路工程建设和造价管理服务，BIM标准在标准的制订过程中应深入考虑工程造价的需求，要确保在得到行业共识的基础上，同步解决两者的适配难度。在铁路工程造价标准的制修订中也应借鉴BIM标准进行标准化改造研究，避免造价标准的修订和调整对BIM标准带来影响，尤其要避免在标准修订和升级过程中对两者结构性的修改，避免资源的浪费。

如果能够实现模型的基础标准一体化，BIM应用将完全覆盖各个建设阶段的工程造价领域，实现BIM数字化信息的全流程无缝化衔接。工程造价标准的修订也就能同时利用BIM数字化信息，提高定额基础数据的测定质量，减少资源投入，进而提高工程造价标准的编制效率、编制质量和可靠性，铁路工程造价从业人员也将享受BIM技术带来的利好。从长远看，可以实现铁路工程造价标准体系管理工作的全面数字信息化，实现铁路工程造价与设计、施工、建设管理全流程的一体化、自动化，将有效提高铁路工程造价管理水平。

6 结论

本文主要针对铁路行业的BIM标准和造价标准进行了对比分析，对两者在模型基础标准的一致性进行了探讨，论证了实现模型基础标准一体化的可行性，如果能协同发展，可以有效扩大BIM应用的范围和有效提升造价管理水平。铁路BIM技术研究还处于起步和发展阶段，对于我国铁路BIM标准和造价标准在模型构建和基础数据标准方面一体化的研究，提供框架和粗线条的建议及思路，希望推动行业内更多的标准管理者和工程造价从业人员深入思考如何利用好BIM技术，使BIM标准和造价标准协同发展，更好地为国家铁路建设服务。