工程全过程造价BIM精细度研究

2022-10-16罗时朋胡继强李嘉琪王胜明

土木工程与管理学报 2022年4期

罗时朋，胡继强，李嘉琪，姜慧，王胜明

(1. 武汉理工大学土木工程与建筑学院，湖北武汉 430070；2. 中信数智(武汉)科技有限公司，湖北武汉 430010)

由于行业的割裂性，在实际工程管理中，处于行业信息链上游的设计方的BIM模型在建模时往往难以兼顾下游施工管理和造价管理的需要，设计方、施工方、造价方使用的BIM模型在模型构件的划分、模型信息的精细度等方面均不一致，多方主体难以形成统一的BIM数据源，难以信息互用或一模多用，如设计常用的BIM模型往往难以直接用于工程精准提量，这一问题往往制约了BIM在施工和造价管理中的潜力和价值的发挥。造价管理是工程管理的重要目标，满足造价管理需要的BIM建模精细度往往高于设计和施工管理BIM的建模精细度，因此在项目前期对工程全过程造价BIM精细度进行规划对多专业协同具有重要意义。

住房城乡建设部《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》(建质函[2015]159号)提出在招标、工程变更、竣工结算等各个阶段，利用BIM进行工程量及造价的精确计算，并作为投资控制的依据。基于BIM模型单一数据源进行全过程造价精细化、协同化、智能化管理，具有以下优点：

(1)可以复用设计BIM模型中的信息，有效减少造价行业工作量，减少不同工作人员计量造成的工程量不统一，提高工程计量的准确性，设计与造价信息的协同和交互可以减少因设计变更等原因引起的重复计量工作；

(2)多方主体基于单一BIM数据源的共享与协同有利于沟通协作，减少各方之间的信息割裂、信息孤岛、信息不对称等问题，实现信息资源的价值增值，利于项目成本管理的实时化，缩短和简化项目成本管理流程，实现造价管理的主动控制和过程控制；

(3)基于BIM精细化的造价管理可以提高工程造价分析数据的颗粒度，方便项目在空间维度上、时间维度上或工艺维度上进行成本控制和消耗量分析，满足施工过程造价管控的需求；

(4)将造价信息附着于模型构件更有利于造价成果的分析、共享，方便造价信息的积累，形成项目全生命周期造价信息链条、企业数字资产和行业大数据。

为了提高信息传递效率，研究工程不同阶段BIM的精细度对于协调工程各参与方之间的信息交互具有重要意义。为此，美国编制了基于BIM技术的建筑生命周期信息交互标准，NBIMS-US V3《国家BIM标准》[1]中“设计到工料估算”信息交换标准，应用IDM(Information Delivery Manual)方法研究并规定了设计、业主、造价之间信息交换的要求。由于我国与美国的工程计量和成本估算相关规范、方法差异较大，国外的标准并不符合我国国情。ISO 29481-1:2016《建筑信息模型IDM-方法和格式标准》[2]中指出：IDM方法应用中应确保信息规范符合当地工作惯例。因此，为了规范和引导工程管理上下游各参与方之间的BIM创建和应用协作行为，有必要以IDM标准和方法为基础，研究适用于我国工程全过程造价管理的BIM模型精细度，以减少造价人员的低价值二次翻模，提高行业BIM信息的互用，推进基于BIM的工程全过程造价精细化管理。

1 工程全过程造价BIM

1.1 工程全过程造价BIM相关定义

计算与确定工程造价所应用的建筑信息模型，以下简称造价BIM。模型精细度是指建筑信息模型中所容纳的模型内容以及模型构件几何信息和属性信息的详细程度。信息深度是指模型构件承载属性信息详细程度的衡量指标。在项目的不同阶段，造价BIM的建模精细度不同，全过程造价BIM根据精细度不同可分为投资估算造价BIM、设计概算造价BIM、施工图预算造价BIM、施工过程造价BIM、竣工造价BIM。其中竣工造价BIM基于施工过程造价BIM随着项目实施过程同步进行信息采集与造价BIM更新而最终形成。随着项目的进展，造价BIM的模型构件会逐渐丰富，几何信息和属性信息会逐渐精细、准确。

1.2 基于IDM方法的“设计到工料估算”信息交换标准

IDM是对项目生命周期中特定点上业务流程中基于BIM需要交换的特定主题信息需求进行定义的标准和方法。IDM主要组件为交互图/业务图或/和流程图、交换需求[3]。交互图的目的在于定义角色和角色之间的业务。流程图采用Business Process Model and Notation(BPMN)泳道图的方式描述了某个特定主题边界下的活动流程。交换需求综合描述了角色之间信息交换时BIM应包含的信息需求[4～7]。

NBIMS-US V3《国家BZM标准》中“设计到工料估算”信息交换标准采用BPMN流程图绘制了从设计BIM模型提取工程量，形成成本估算以及对工料估算进行分析的详细流程。流程图文件详见http://www.blis-project.org/IAI-MVD/IDM/GSA-004/PM_GSA-004.pdf。采用IDM方法中的ER交换需求组件描述了基于设计BIM模型进行工料估价需要交换的消息，交换需求文件详见http://www.blis-project.org/IAI-MVD/IDM/GSA-004/ER_GSA-004.pdf。

该标准基于IFC标准制定，为美国设计与造价BIM的数字化协同，以及设计BIM与造价BIM软件应用程序之间的互操作提供了一个可靠的信息交换基础，能满足美国工料估算BIM建模精细度的需要，对我国造价BIM建模精细度研究有很重要的借鉴意义。

1.3 我国全过程造价BIM精细度研究存在的主要问题

我国的工程造价管理体系、计量计价规范、BIM设计规范与美国有较大差异，主要体现在以下方面：

(1)GB 50500《建设工程工程量清单计价规范》(以下简称《计价规范》)计量规则中的一些扣减、近似规则导致依据清单规范计量的结果与实物实际工程量有区别，常用设计BIM软件的计量与实际工程量基本一致；

(2)GB/T 51301《建筑信息模型设计交付标准》(以下简称《交付标准》)中模型结构的划分与工程量清单的拆分方式不一致，设计BIM构件类型与清单项目名称在定义上存在大量不一致[8,9]，设计BIM构件颗粒度与清单列项颗粒度不一致；

(3)设计BIM模型构件的属性信息深度不够，设计BIM模型具有几何信息和相关计量单位以及少量的非几何属性，但造价管理需要的构件物理属性、施工要求、安装要求等信息相对较少；

(4)基于IFC的常用设计BIM软件中构件分类、构件之间连接关系和扣减关系与我国计量相关规范不一致。

因此，基于IDM方法以及美国“设计到工料估算”信息交换标准，需要结合我国设计、造价管理相关规范及约定，在业务流程分析和交换需求分析的基础上，研究适应我国国情的工程全过程造价BIM的建模精细度。

2 工程全过程造价管理应用典型流程

在项目的不同阶段，造价BIM管理应用的目标不同，具体见表1所示。

表1 不同阶段造价BIM的管理应用

在广泛调研的基础上，对每个管理应用的业务流程进行了详细分析。本文选取其中2个典型的造价BIM管理应用流程图进行介绍，采用BPMN绘制IDM中流程图，在流程图的绘制中进行了适当简化，主要描述活动流的逻辑顺序、信息交换节点及其输入、输出信息等内容。

2.1 基于施工图预算BIM编制施工图预算

基于施工图预算BIM编制施工图预算的流程如图1所示。

图1 施工图预算BIM在施工图预算编制中的应用

流程描述如下：

(1)模型重构，以符合工程量清单编制要求为目标，在施工图设计BIM或设计概算BIM的基础上进行施工图预算BIM的模型重构，包括二次结构等构件建模，或基于二维设计图纸重新创建，模型中构件的参数设置、构件之间的连接关系及扣减规则应符合《计价规范》及相关规范中工程量计算规则的规定；(2)编码映射，将施工图预算BIM模型中符合工程量计算要求的构件与工程量清单项目进行关联；(3)完善构件属性参数，补充施工图预算BIM模型构件的属性参数，满足构件关联的清单项目特征描述的需要；(4)模型的检查，主要包括模型与工程项目的一致性检查、模型信息计量的准确性和完整性检查、几何表达精度与属性信息深度检查等方面的检查；(5)由施工图预算BIM模型导出模型工程量清单，模型工程量清单应包含项目简述、模型工程量清单的应用目的、模型导出的项目编码、项目名称、项目特征、计量单位、清单工程量等内容[10]；(6)结合定额、价格等信息进行计价工作，将综合单价写入清单项目；(7)依据相关文件取费；(8)形成施工图预算编制说明和预算书。

2.2 基于施工过程造价BIM的工程进度计量与支付

施工阶段基于施工过程造价BIM进行工程进度计量与支付的流程如图2所示。

图2 施工过程造价BIM在计量支付中的应用

施工阶段造价BIM在计量支付中的应用流程描述如下：

(1)在施工图预算BIM的基础上，参考与工程量计量、工程款支付、结算相关的承发包合同信息，将模型和构件拆分到相应的程度，补充进度、成本等相关属性信息，形成施工过程造价BIM；(2)根据施工实施过程中的计划与实际进度，统计当期进度所对应的实际完成清单工程量，辅助造价人员编制已完工工程量报告；(3)参考清单项目的合同价，辅助造价人员进行进度款的计算；(4)进行进度款的审核支付；(5)形成工程款支付台帐；(6)在构件上附加计量支付信息，形成过程结算管理模型。

3 全过程造价BIM建模精细度

BIM建模精细度主要包括以下3个方面内容：(1)建筑信息模型中所容纳的模型构件种类；(2)模型构件的几何表达精度；(3)模型整体信息及模型构件几何信息和属性信息的详细程度。

3.1 全过程造价BIM模型构件的种类

造价BIM应包含的模型构件种类和数量应根据建设工程不同阶段设计的深度、造价管理业务流程的信息需要以及具体工程项目的合同约定进行规划。工程不同阶段在《交付标准》中模型结构划分的基础上，为满足相应阶段造价管理应用的需要，需要将设计交付的BIM构件按照国家和地区工程量计算规则和工程量清单计价规范的规定进行造价BIM构件种类的增加、细分与重构，主要包括：

(1)增加设计BIM中未体现的构件，如场地平整、构造柱、过梁等；

(2)细分设计BIM中因做法不同而造价不同的构件，如有梁板、无梁板、平板等，如果在设计阶段通过规范的编码设计、构件命名设计或构件造价属性设置进行细分将大大提高设计BIM复用的效率；

(3)拆分设计BIM模型构件，如将墙的保温、防水、装修等材质层与核心层拆分成不同的构件以方便组价；

(4)为了与我国工程计量相关规范一致，现浇钢筋混凝土模型构件连接关系的优先级宜符合表2的要求，其中优先级较高的模型构件不宜被优先级较低的模型构件重叠或剪切，优先级相同的模型构件不宜重叠，优先级1为最高级，2次之，依此类推。

表2 相同强度的混凝土模型构件优先级

参考《交付标准》中不同阶段设计BIM模型内容的精细度以及《计价规范》中工程量的清单划分规则，不同阶段造价BIM宜建模的构件见表3所示，实际工程管理中根据项目需要可对表中的构件种类进行增减，并写入具体项目的造价BIM模型执行计划。

表3 不同阶段造价BIM模型构件种类

3.2 全过程造价BIM模型构件的几何表达精度

由于各阶段造价BIM的几何信息主要来源于相应阶段的工程设计BIM，《交付标准》将模型构件几何表达精度划分为G1～G4四个等级。投资估算造价BIM的几何表达精度宜参考《交付标准》中有关“方案设计”的规定；设计概算造价BIM模型构件的几何表达精度宜参考《交付标准》中有关“初步设计”的规定；施工图预算造价BIM模型构件的几何表达精度宜参考《交付标准》中有关“施工图设计”的规定。施工过程造价BIM模型构件与竣工造价BIM模型应符合现行国家标准《交付标准》中第4.3节的规定。

3.3 全过程造价BIM的信息深度

造价BIM应包含的项目、建筑场地、建筑整体表达、楼层、空间等建筑对象的造价相关属性信息以及为满足我国计量计价相关规范要求的算量参数信息。基于对标准IFC4建筑对象IfcObject，IfcSite，IfcBuilding，IfcBuildingStorey，IfcSpace属性的分析及定额、清单相关规范的分析，需要的信息如表4所示。

表4 造价BIM模型信息

各阶段造价BIM模型构件的信息主要由两部分组成：(1)设计BIM到造价BIM需要交换的信息；(2)由造价人员或其他技术人员补充的满足该阶段造价管理要求的信息。

第一部分信息需要通过分析IFC标准来定义建筑对象的信息交换需求，可借鉴NBIMS-US V3中“设计到工料估算”信息交换标准，同时考虑工程项目不同阶段各种信息的可获得性而确定。第二部分信息来源于各阶段计量计价依据的相关规范规定以及造价管理的需要。

由图1应用流程图可知，施工图预算造价BIM模型构件信息应满足《计价规范》的规定，主要包括BIM模型构件关联映射的分部分项工程清单编码、计量单位、材料要求、施工要求、安装要求、系统性能、产品设计性能、环境信息，以及关联的措施项目信息等。

由图2应用流程可知，在施工图预算模型构件属性信息的基础上，施工过程造价BIM模型构件的属性信息宜增加构件的施工生产信息、安装信息、产品信息、工程成本计划信息以及与工程量计量、工程款支付、结算相关的承发包合同信息等。施工生产信息主要包括：施工段划分信息、施工工序信息、施工进度信息等；安装信息主要包括：安装工序信息、安装进度信息等；产品信息主要包括：材料参数、技术参数、生产厂家、出厂编号等。

竣工造价BIM建模深度应与施工过程模型保持一致，并附加或关联相关验收资料及信息。

以剪力墙模型构件深度为例，《交付标准》中规定不同设计阶段建模信息深度如表5所示。