BIM技术在建筑工程计量中的应用研究

2020-11-30王晓妮

四川水泥 2020年12期

王晓妮

（南京理工大学紫金学院土木交通系，江苏南京 210000）

0 引言

在互联网+、大数据的时代背景下，BIM 技术的出现掀起了我国建筑行业的巨大变革。传统的工程造价模式是在二维图纸的基础上，运用算量软件模型计价规则，建立模型套取工程量清单，部分特殊工程需要进行手算工程量，这需要耗费大量的时间和精力。为了解决工程量在计算中信息的中断和分离，国内的很多学者纷纷对BIM 技术在造价行业的应用展开广泛深入的研究，但目前的研究成果尚未发挥BIM平台在全生命周期中的协同性和高效性。打通IFC 标准与我国工程量清单计价规则的通道，建立算量模型标准，是BIM技术在工程造价中广泛使用的必经之路。

1 BIM 技术在建筑工程计量中的应用现状

1.1 基于BIM 的工程量计算方法

随着建筑信息化的发展和国家相关政策的出台，各大企业加快BIM 技术的研发，基于BIM 技术的各类算量软件纷纷进入市场。Revit 软件是目前市场上广泛使用的三维仿真BIM 软件，也可进行建筑工程量的计算，利用软件自带的构件统计功能、计算规则、统计方式，可集成各构件的工程量信息，输出工程量统计表，但由于统计方式和计算规则与我国清单计价规则不同，输出的工程量需要进行人工调整，工作量较大。广联达、品茗、比目云、新点等国内软件通过对数据进行二次开发和转化模型数据格式两种方式，可通过第三方插件将Revit 的三维仿真模型导入各自软件，利用国产软件计价规则与国家规范吻合的优势进行工程量的计算和统计，可一模多用，实现工程量的快捷计算及建筑信息的连贯性。但由于不同软件公司自成系统，建模规范不同，同一模型不同软件的工程量计算会有较大差异，目前还没有比较完善的BIM 算量软件[1]。

1.2 BIM 技术在建筑工程计量中存在的问题[2][3]

BIM 技术起源于国外，它的设计思路是迎合国外的建筑环境的，而我国主要采用清单计价和定额计价两种工程量计价规则，BIM 模型的直接计量与清单计量规则不一致，这使得BIM 技术在工程造价方面的应用比较有限，仍处于探索和研究阶段。

现有BIM 软件输出的工程量信息中包含的施工属性和物理属性信息较少，而这些是我国工程计量的关键信息，比如Revit 导出的ODBC 数据库中包含大量的分析信息，但用于工程计量的信息却较少，信息的不完整影响了BIM 模型直接在工程计量中的应用。

国内相关的标准、规范体系尚未完全建立起来，各类应用没有统一的标准，施工单位和设计单位建模的标准不一致，构件的划分不同。比如BIM 软件建模时墙体装饰层、楼地面装饰层未单独创建构件，这使计量时工程量不准确甚至缺项。

2 BIM 模型计量信息的扩展

2.1 工程量清单中的信息

工程量清单的编制内容包含：分部分项工程、措施项目、其它项目、规费和税金项目清单。BIM 技术主要是计算分部分项工程，根据“房屋建筑与装饰工程工程量计算规范”分部分项工程的工程量清单应包括：项目编码、项目名称、项目特征、计量单位和工程量等信息，比如某办公楼的部分分部分项工程量清单见表2-1，这些信息是工程量清单的重要组成部分，缺一不可。

表2 -1 某办公楼部分工程量清单

2.2 BIM 模型信息与工程量信息的比对分析

以Revit 软件为例，BIM 模型的信息主要包括图元的名称、材料、几何尺寸、位置、标识属性、图形显示的等内容。这些信息与工程量清单的信息相比有一定的差距，需要对BIM 信息进行完善。比如工程量信息，BIM 模型包含构件几何信息，并可对构件的体积或面积进行统计，但部分构件的信息缺失，以混凝土柱为例，模型的属性信息有该柱的横截面尺寸、高度、方位等信息，一键准确求出柱的混凝土用量，但缺少模板信息，若直接用柱的表面积来计算模板用量将产生大量的计算误差，需要对部分信息进行完善，同样需要对单位信息、材料信息、物理属性进行部分信息的完善。另外由于BIM模型中不包括施工方法、施工工艺、技术标准等信息，而施工技术会影响到工程计量的算法，同一结构不同施工方法得到的工程量会有差别，因此对于这些信息需要全部进行添加。

2.3 对BIM 模型的信息进行设计

BIM 模型信息的交流和共享是在IFC 标准的基础上完成的，基于IFC 标准的开放性、属性扩展性，可进行BIM 模型信息的扩展。目前主要有两种扩展的方式，第一种是对已有属性的相关信息进行补充和修改，即在IFC Property Set 基础上完成，第二种是通过新建实体类型完成扩展，即在IFC Building Element Proxy 基础上完成，本文主要讲述的是基于IFC Building Element Proxy 的信息拓展[3]。

BIM 模型中的信息是通过属性来设置的，IFC 标准中的信息可以通过属性集来表达。属性集是创建BIM 构件的基础，是一种灵活的信息储存和传递的方式。属性集主要有两种：静态属性集和动态属性集，静态属性集完成某实体的定义后，便于其它属性毫无关联。自定义属性集和预定义属性集均属于动态属性集，自定义属性集可添加和定义原本属性集中没有的属性，其功能强大，应用灵活，可满足用户多方面的要求，预定义属性集包含“Pest”的前缀，相对于静态属性集，预定义属性集可与其它属性关联，并进行数据的传递和共享。

IFC 标准是面向对象的语言表达，实体和实体类型是IFC 标准的对象，以Revit 为例，每一个族都有一个或者多个类型，而每种类型都可以有多个实体。每个图元都是类型下的具体实体。因此，Revit 中的图元都具有实体和类型两种属性，修改实体属性将仅影响所选择的图元。例如，修改窗的“底高度”时，仅修改所选择的窗对象，而当修改类型参数“宽度”时，所有类型窗的实体，都将自动修改。见图4-1、图4-2。IFC 标准中的预定义类型时未定义的实体类型，基于这一特点，可将工程计量所需属性比如施工工艺、材料属性、单位信息等进行定义和添加，形成一个具有工程计量功能的实体类型。通过实体类型与实体进行关联，可实现工程计量信息的扩展，促进模型信息和清单计价信息的统一。

图4-1 实体类型属性

图4-2 实体属性

3 建筑工程计量规则的改进

3.1 提高计量的精度

工程量清单计价规范中规定了清单计量的规则，很多规则是建立在计算简便、误差有限的基础上，随着建模精度的提高和施工模拟技术的日益成熟，需要建立更加准确的计量规则。比如楼板、屋面板、墙体及相应的装饰、防水层等项目的工程量计价规则都规定，扣除单个面积＞3m2的孔洞面积，而小于3m2的孔洞可以不予考虑；比如在计算外墙时，有屋架且室内外均有天棚者外墙高度算至屋架下弦底另加200mm，无天棚者算至屋架下弦底另加300mm，出檐宽度超过600mm 时按实砌高度计算；基础与墙身使用不同材料时，位于设计室内地面高度≦300mm 时，以不同材料为分界线，高度＞300mm时，以设计室内地面为分界线。这些近似的计价规则是基于手工计算时期提出的，目前随着BIM 技术的推广和各专业间通道的打通，这种计量规则已出现了弊端，需要基于BIM 模型对原有计量规则进行改进，利用BIM 技术的一键出量，细节精确处理，可以提高精度的同时提高工作效率[4][5]。

3.2 改进计量的方式

一些特殊的构件几何形状、材料分布比较复杂，手算工程量比较繁琐，基于这些因素，在误差允许的范围内，工程量计价规则对其计算方法进行了规定，减小手工计算量。比如楼梯的计算可简化为按设计图示尺寸以水平投影面积计算，宽度＜500mm 的楼梯井不扣除，深入墙内部分不计算，整体楼梯的水平投影面积包括休息平台、平台梁、斜梁和楼梯的连接梁。楼梯实际由多构件浇筑而成，在计算工程量时却简化为水平投影直接计算工程量，这种简化弱化了企业竞争力，不能反应构件的实际情况和施工工艺和方法。通过BIM 模型，可精确求出各构件梯段板、斜梁、平台梁、休息平台等构件的混凝土量、钢筋量及水泥砂浆、装饰层等材料的准确工程量。基于BIM 模型的工程计量应对这些清单计量的方式进行改进，解决负责构件计量不准的问题[6][7]。

3.3 规范BIM 模型的创建流程

房屋建筑模型由建筑模型、结构模型、暖通模型、给排水模型、电气模型构成，各种模型的信息共享集成。各种模型的创建顺序、模型中构件的分类、构件的创建先后都会影响集成的工程量信息，建模流程的合理性是工程量计量准确的前提。BIM 建模应是先结构再建筑最后机电的顺序，建模前应对构件的专业、功能、材质、施工技术进行分析，确保信息的完善、准确，划分构件时应考虑工程量清单项目，以适应工程量清单规则的计算，提高计算精度。

以结构模型和建筑模型的创建为例，结构建模按照先基础结构再主体结构最后二次结构的顺序进行创建。基础建模时按照桩、柱下基础、梁基础、筏板基础的顺序进行，主体结构按照柱、梁、板、楼梯的顺序进行，最后创建二次结构。构件按不同材质、不同的工艺分别创建，最后合成。建筑建模先室外后室内，先外墙后内墙，构件先创建主体后创建装饰层，比如外墙，应创建4 个以上实体类型，外墙主体（如混凝土砌块）、室外装饰层（大理石墙面）、室内装饰层（涂料）、找平层（水泥砂浆）等。另外板、梁、柱的抹灰等装饰层应分别设置实体。构件连接处需要再设置属性和绘制图元时注意扣减关系，不同构件之间要无缝无重合，避免重复计算、少算漏算。建模时要根据一些基本原则比如：同一构件的混凝土等级必须相同；建模时柱的优先级大于梁，梁的优先级大于板和墙；防水层、保温层、垫层、找平层要分别创建构件等[8]。