基于BIM技术的混凝土工程精细化算量方法研究——以沈阳龙湖天街项目为例

蒋靖豪 王本仁 金晓友 刘 威

(中天建设集团有限公司 浙江杭州 310020)

0 引言

近年来，伴随着社会需求不断增加，大型工程建筑项目的数量与日俱增。

大型项目工程不仅地理环境非常复杂，所涉及的各种辅助性工程也较为复杂，致使对建筑项目工程施工成本控制的要求也越来越高[1]。随着技术的快速发展，建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM))成为实践应用工具。而技术条件的成熟，使得以信息化为基础的精益造价管理成为新趋势[2]。

在大部分学者的研究中，提及从设计阶段的BIM模型中获取准确的工程量信息，是实现精细化成本管控的关键。但对如何从BIM模型中提取准确工程量，并进行深入分析却鲜有研究[3]。谢宏等在BIM技术在大体积筏板混凝土浇筑施工中的应用中提到，Revit软件具有更精细化的建模技术，能很好地表现出工程实体的实际形状，同时具备材料明细统计功能[4]。除了在统计功能上优势，原文忽略了BIM技术与现场管理相结合带来的算量方式上的根本改变。又如刘振华等在运用 BIM 技术辅助进行工程分区结算的研究中提到，在传统商务算量中，虽然软件可以在一定程度上对构件进行拆分，但很难快速、准确提取分区工程量。而在Revit软件中，利用已知边界作为参照，灵活、细致、快速地对构件进行拆分，以及基于构件实例属性进行细致地筛选归类，恰恰是其优势所在[5]。该研究较好地解决大体积混凝土的分区核算问题，证实了混凝土精细算量的有效性，但在施工优化、成型差异及Revit工程量输出复杂等现场核算中易出现的高频难题上，没有提出进一步的解决方案。因此，本文在研究当前BIM算量状况的同时，将基于现实案例，提出基于BIM技术，能提高混凝土工程量精细化计算的理论、方法与建议。

1 工程背景

沈阳市龙湖天街商业项目，建设地点位于辽宁省沈阳市浑南区。该项目总建筑面积152 549.74 m2，其中地下建筑面积54 969.97 m2。结构类型为框架结构。项目主要包含一期4个销售商业组团以及二期商业综合体，效果图如图1所示。

图1 龙湖天街项目效果图

该项目算量难点，在于商业综合体地下大体积混凝土用量的控制与异型混凝土构件的工程量计算。

2 前期策划

根据以往的项目经验以及对应用BIM技术算量的应用调查，若有效实现精细化算量，则需满足以下几点要求：建模完整度高，可根据施工计划及流水段提取工程量，快速提取及输出工程量，高效核对工程量。

结合本项目特点，通过软件比选分析，若在不加大投资的情况下，同时满足精细建模及高效提取工程量，只能优选建模灵活及实时输出的Revit 2016，作为现场控量的主款软件。

考虑到建模完整度及高效提取工程量，将整个工作分为5个阶段，具体流程如图2所示。

图2 精细化算量流程

(1)深化设计模型阶段

精细化算量依托于精细化深化模型，模型深化程度决定工程量统计的精度。为使建模规范化并提高建模效率，制定专用的精细化算量建模规则来约束建模行为，借此达到易识、互提的目的，从而提高工作效率。

为使后期精准、方便提取工程量，在深化设计阶段即引入施工计划，涉及的施工段、流水划分、统计界面等信息，在模型中做出对应调整，达到模型“所建即所得，所得即所需”的目的。

(2)参数设计阶段

参数设计是整个精细化算量的核心。参数项应能在满足现场量提取需求的情况下，兼顾满足商务预算工程量的校对，并能按项目施工需求定制，提供多样化的统计参数。

此阶段，为进一步提升工程量统计精度，需对施工计划进一步细化为浇筑计划，将参数项定义为浇筑批，在最大限度上与现场施工流水相匹配。

(3)工程量汇总阶段

在工程量汇总阶段进行预算工程量对比，可实现预算量与BIM量之间的双向校核，使成本控制的依据更为准确、权威。

(4)提资阶段

在施工阶段混凝土提资前，引入需扣除的工程量信息，在BIM模型提取量的基础上，扣除钢筋、开洞、预埋所占的体积，使模型与现场实物相一致，使混凝土提资的理论工程量更加精确，真实还原现场施工计划。

(5)工程量核对阶段

在浇筑完成后，及时进行现场实际工程量的核对，实时统计现场实际工程量与BIM理论量的差值，可以得出施工流水过程中的混凝土损耗指标，实现对混凝土异常损耗的及时预警，助力及时纠偏。

3 实施方案

3.1 精细化建模

相比较于其它算量软件，Revit软件的建模精细程度及完整性更高，能够将整个建造中涉及的构件模型化管理。而只有当模型表达的准确且完整时，才能更好的实现成本管控。

本项目中，将成熟的算量建模规则作为实施框架，统一了建模行为，能有效降低施工过程中的沟通成本，提升建模效率及准确性。

如在本项目中的地下筏板施工中，经常遇到后浇带、膨胀带或流水段划分切割到集水坑或柱墩的情况，且频繁出现多种标高的基础相叠开挖。这些现象均严重影响混凝土的施工用量，具体示意如图3所示。

图3 天街项目后浇带及多叠基坑模型图(局部)

利用BIM技术对后浇带位置进行深化设计，以减少施工不便。但需要在建模前按施工方案确定好统计界面，使浇筑计划与模型提取范围完全匹配，具体基础筏板流水划分情况如图4所示。

图4 天街项目基础底板流水划分图

3.2 精细化算量

项目成本管理的效率高低，与算量清单编制的合理性有很大的关系。与传统工程量清单的编制相比，BIM精细化算量清单通过定制化参数的方法，可在满足按清单项核对工程量的同时，进行子目工程量核对，且能够在查找工程量差异构件的同时，快速定位构件所在，在较大程度上降低工程量清单的核算难度与工作量。

(1)定制化参数

工程量的精细提取固然重要，但要做到快速、完整、准确提取工程量，还需与之适宜的参数，才能实现其价值。为满足精细算量，将参数分为清单类参数，以及根据项目特点定制的辅助参数。

①清单参数

为保证工程量对比工作的承接性，便于清单项的识别，需要在Revit中建立专门用来识别清单项的清单类参数，例如清单编码、项目名称、项目特征、计量单位等明显的识别信息，便于快速查找、对比工程量。

②辅助参数

辅助参数的功能，意在使现场用量与预算工程量核对工作更加快速、准确、完善完成，提高工程量提取的速度与完整性。充分利用Revit强大的模型信息编辑功能，添加参数例如：图像、注释、细分、楼层、区域、施工计划、施工流水段、浇筑日期等，通过优化辅助参数定制功能，可快速完成施工中重要影像留存；快速完成清单子目归类及细分、算量等维度的基准定位；快速完成施工计划工程量与实际施工工程量统计等功能，提高工程量的计算效率。

(2)定制化明细表统计

Revit不仅仅是建模工具，更是算量信息的管理工具。基于构件丰富的参数信息，只需通过简单的参数过滤即可以快速分类、归集构件工程量。而传统统计方式则需另行对工程量进行拆分。BIM建模有助于造价人员快速查找、定位、修改或提取单个构件的工程量信息，并能满足多方面的核对需要，明细表如表1所示。

表1 天街项目基础混凝土清单明细表

3.3 算量准确性与完整性分析

Revit 2016软件与广联达GTJ2018专业算量软件，在可建模性与统计完整性进行对比分析。以本项目商业综合体常见的以悬臂梁为支座的曲线梁为例，如图5所示。广联达算量软件对构件绘制的自由性低，图元不能便利表达出此类构建在现场的实际情况。而Revit则可以很好地处理此类节点，做到模型与现场完全一致。此外，广联达对次梁按净空长的方法进行计算，如梁头斜交而不能很好地界定主次梁分界，会造成工程量上的差异。

图5 Revit与广联达软件对曲线梁梁头处理的差异对比

除常用构件外，广联达专业算量软件对比专业建模软件，在异型构件的处理上，同样相形见绌。例如该项目多处存在的双向加腋梁型钢混凝土构件,如图6所示。广联达对于此类构建的处理能力较为弱势，不能完整计算及拆分工程量。

图6 Revit对特异性构件的建模处理

3.4 算量差异原因分析

尽管Revit软件在构件建模及算量处理上有诸多优势，但要还原现场，则还需精准计算出理论量，方可指导施工。为此，需要采取针对性手段辅助完成。经过本项目实践，总结出两项基本措施，为减少模型与现场差异提供可靠保障。

(1)移动端检查机制

为确保混凝土浇筑成型前与模型保持一致，在浇筑前，利用移动可视设备，对现场支模情况进行对比调查，及时发现异常并进行模型查改，如图7所示。

图7 移动端检查机制

(2)精准扣除机制

大体量综合体建筑结构相对不具有典型性，常见建筑类型的混凝土控制指标难以对本项目混凝土控制起到参考作用。为消除此部分因素带来的影响，配合该项目精细化钢筋深化，并抛除商务算量中区别计算孔洞的计算规则。相对应扣除构件的钢筋理论体积与所有类型洞口体积，最大限度还原现场混凝土实际理论使用量，如图8所示。

图8 钢筋深化模型

3.5 基于Revit的二次开发功能优化

Revit是由美国欧特克公司所研发的设计软件，在图形算量上优势尽显，但在实际使用过程中，还是出现了“水土不服”的现象。

(1)Revit软件内置的计算规则，和我国现行的GB50500-2013清单规则不同，且不能在Revit软件中直接更改计算规则，而使用API算量插件，难以兼容企业清单，所以，本项目使用Revit软件集成的Dynamo可视化编程开发工具，对计算规则及清单匹配问题进行专项研究，开发出既能匹配国标清单规则又能适用企业清单的程序“节点包”。通过清单项映射图形的逻辑规则，可根据预设报表样式自动计算清单工程量。

(2)Revit存在明细表类别繁多，输出过程繁琐，导出文件数据性差，需要二次完善等问题。利用Dynamo二次开发工具，编写可辅助明细表快速导出的程序“节点包”，并对精准扣除机制进行了优化，研发了可直接在程序内完成钢筋体积换算及扣减的“节点包”，可实现一键输出工程量清单报表，提升效率,如图9所示。

图9 节点包与输出的工程量清单

3.6 控制效果

将BIM净量、预算量以及现场实际量进行对比分析。以地下室局部混凝土台账数据为例。

由表2可以看出，仅通过结余计算(预算量-实际量)，该项目地下混凝土工程出现了混凝土量结余，但却并不能依据此对地下的混凝土浇筑工艺进行评价。使用精细化算量后，则可通过更能贴近现场实际施工情况的BIM净量作为施工指导量，基于此的损耗计算则能真实反映现场混凝土浇筑量控制的好坏，更灵敏地为项目提供预警，而非单一使用结余率进行评价，从而忽略其中的可节约成本。

表2 筏板局部区域混凝土数量统计数据 m3

4 结语

目前国内建筑市场领域中，大型施工项目所占比例越来越高。无论是建设方，亦或是承建方，都要在其中投入大量的资源，任何细节出错都可能将项目的利润吞没，甚至导致亏损。精细化的材料管理是施工企业未来转型的必经之路，见微知著，从细节上体现真功夫，将简单的工作高水准并且持续性完成，才能更好地反映出企业的综合管理水平，最终从管理当中取得效益。