基于BIM技术的城市桥梁工程量计算实例

李梦瑶，胡珊珊，叶甘露，项子儒

（南通大学交通与土木工程学院，江苏南通 226019）

0 引言

1975年，Chuck Eastman首次提出建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）概念[1]。随着计算机技术和大数据研究的发展，现今的BIM被定义将建筑全生命周期涉及的所有物理、运作信息，整合为一个统一、可共享的数字化模型，从而为设计、建造、管养等各阶段的决策提供可靠依据。在建筑的全生命周期中，BIM技术展现了极大的先进性，主要体现在以下几方面：

在设计阶段：传统计算机绘图软件如AutoCAD虽然很大程度地提高了工程制图的效率，但作为二维平面内的绘图，其绘制工程量不仅大而且其模型相较于三维视图表现力不足。相较于传统的二维图纸表达方式，BIM的三维可视化表达方式可以清楚地表达设计意图[2]。通过建立三维模型，很大程度上提高了项目的表现力，增强了参与者对项目的整体概念。此外，BIM在优化设计方面也有较多作为，例如利用节能、紧急疏散、等模拟实验可直观地测试建筑的绿色、安全指标；通过管线模拟可优化建筑内部管线布局等[3]。

在施工阶段：BIM平台有效解决了相关人员沟通与交流不足这一问题。它可以将各个环节的数据进行集合、整合及分析，实现信息共享，协同优化施工流程，提高项目的质量，减少不必要的人力成本提高工程施工效率。

在运营阶段：建筑经过长时间服务后，无法掌握其准确信息，而BIM模型可以一站式提供建筑物的实时信息，帮助相关单位掌握建筑演化过程和服务状态，为管养策略提供依据[4]。

本文基于常用的BIM商业软件，探讨了中小型城市桥梁的BIM模型搭建技术；并以南通市某斜拉桥为例，开展了基于BIM模型计算的工程量与实际工程量的对比分析。

1 基于BIM技术的工程量计算

本文基于Autodesk Revit软件，详述了桥梁三维数字化模型的搭建流程和桥梁工程量的初步计算方法。

1.1 运用BIM建立桥梁模型

基于BIM技术计算工程量需要应用到两个模块，首先利用软件进行基础模型的搭建，其次通过构件用量和材料属性计算工程量。以下介绍建立基础模型步骤：

（1）调研桥梁图纸，为运用Revit软件进行三维数字化基础模型的搭建打下基础。

（2）新建“族”文件，画出参照线以及参照平面进行定位。

（3）将结构拆分为不同构建，根据先主体构件后附加构件；先支撑构件后水平构件；先地上构件后地下构件，最后基础的顺序建立模型[5]。

（4）给各部分对应的细部构件赋予相应的材料类型属性。

（5）将使用的混凝土和面层材料悉数进行数据统计和分类，最后建立明细表。

1.2 利用BIM模型中的相关数据来计算材料用量

根据设置的清单和定额工程量计算规则，结合大桥的实际外观形状自动计算其工程量。

1.2.1 混凝土构件量算

利用BIM软件可以较为精确地计算混凝土梁、板、柱和基础的工程量。在计算过程中，注意修改连接命令，根据构件类型修正构件位置，通过连接优先序扣减实体交接处重复工程量，优先保留主构件的工程量，将次构件的统计参数修正，得到扣减后的精确数据，避免构件工程量统计的虚增或减少。

1.2.2 基础算量

利用BIM自带的表单功能，统计出基础的工程量，再通过属性窗口获取任意位置的基础工程量。对于本文所研究的大桥，其部分基础可按特定的基础族模板建模，对于桥梁某些特殊基础，可以通过修改源构件的类别属性进行建模。

1.2.3 其他细部构件的量算

将现有的系统族和创建的新的符合实际细部构件要求的族载入到建筑项目模型中，在计算各个构件的长度和数量过程中，通过各构件的详细布置图进行量算，得到不同区域细部构件的工程量。

2 具体工程实践

本文对南通市某斜拉桥进行了BIM建模，并计算了混凝土和钢材的工程量，如表1所示。该桥前立面图如图1所示，搭建的模型图如图2所示，使用的平台为Autodesk Revit2016。

图1 南通市某大桥前立面

图2 南通市某大桥模型

表1 可知通过BIM模型计算的工程量与实际工程量均保持较高的吻合度，主体用料如混凝土用量的误差仅为0.2%。支座用量的误差较大，在1.5%左右，但根据《建设工程工程量清单计价规范（GB50500—2013）》，该误差在正常误差范围之内。而产生的主要原因可归纳为：

表1 BIM计算工程数量结果与实际量对比

斜拉桥梁的悬索结构在建模设计中采用融合的方式来进行创建，悬索的两个端面均为水平面，悬索和中间竖直结构柱的连接与工程的实际连接情况有细微差别，导致工程量统计的误差。

桥梁的水平路面结构与竖直方向的支撑结构柱的连接以及其他构件的相互连接存在重合的情况，在工程量计算过程中出现多次统计计算，导致得出的工程量普遍偏大。

计算中得出的量都是理论值，也可以说是工程材料的最少用量，一般工程中会因为运输或混凝土强度不达标等诸多原因导致材料的浪费，这样就会使施工中的材料实际使用量偏大。

因此，在计算工程量的过程中，只要将工程量的扣减等规则设置好，在构件连接时扣减实体交界处的重复工程量，不断修正统计参数，即可提高准确度。

3 结论

本文在理论分析的基础上，结合实际案例对BIM软件算量和实际算量进行对比研究。结果表明，通过BIM模型计算的工程量与实际工程量有很高的吻合度，误差在0.0002%～1.5%之间。因此，对于结构较为简单的中小型桥梁，仅用BIM基础模型就能得到较为准确的工程量。对比传统方法，该模型可节省大量计算和时间成本。