BIM 4D技术的建筑工程计划成本提取系统的设计

王 凯

(黑龙江省政府投资项目建设管理中心,哈尔滨 150001)

BIM 4D技术包含传统的施工进度计划管理功能,将施工项目成本及费用等重要信息整合在一起,通过综合运用,使工程建设管理更为科学化、合理化,在降低工程造价、增加工程效益等方面优势显著,有利于提高工程建设整体管理水平。本研究利用BIM 4D技术,开发出一套能够对施工项目造价参数进行自动提取的软件系统,对BIM建模过程进行分析,提出一种基于BIM技术的工程造价控制方法,大大减少手工作业,有效降低作业中的差错,提高工作效率,节省费用,增加工程效益,促进了建筑业的智能、高效发展。

1 前期准备

1.1 建筑工程构件分解

BIM(Building Information Modeling)模型是建筑工程图样的数字化表示,各个构件以族的形式展现在软件中。这些构件代表了建筑工程中的不同部分,包括土建与设备两大方面。在土建方面,BIM模型涵盖了建筑与结构两个专业。建筑专业包括墙体、地板、门窗等构件,结构专业则包括梁、柱、板等构件。这些构件在BIM模型中以族的形式存在,通过连接关系建立彼此之间的联系。在设备方面,BIM模型包含给排水系统、采暖通风空调系统、电气系统等专业设备。这些设备在建筑项目中起着重要作用,BIM模型能够以三维形式准确呈现它们的位置、布置及连接方式。给排水专业包括水管、下水道等构件,采暖通风与空调专业包括暖气管道、风道等构件,电气专业包括电缆、开关等构件。其通过BIM模型与土建构件相互关联及整合。

建筑工程可划分为以下几方面:①结构方面。包括墙体、柱子、梁、楼板及楼梯等构件,以族的形式展现,与其他构件相互关联。②建筑方面。包括砌体、抹灰层、保温层、门窗及排烟道等构件,以族的形式存在于BIM模型中,与其他构件进行关联及协调。③机电方面。包括水暖管道、设备、消防管道、电器及仪表等构件,以族的形式呈现在BIM模型中,与其他构件相互连接。将建筑工程的各个构件以族的形式展现,实现对建筑工程项目的详细划分及整体管理。BIM模型还可用于协同设计及施工过程中的冲突检测,从而减少错误并改进设计。

1.2 工作任务分解

为了将项目工作分解为可管理的单元,清楚地描述每个任务的细节,需进行工作任务分解。常用的分解方式是按照施工层级逐层分解,将不同工程按照具体的施工层进行划分,每个层级代表特定的工作范围。钢筋工程可进一步分解为钢筋的安装、连接、固定等子任务。混凝土工程可分解为混凝土浇筑、振捣、养护等子任务。木工工程可分解为木材加工、拼装、涂漆等子任务。通过逐步分解及交叉工程的方式,每个工程节点都能被具体描述及管理,有助于后续工作的进行,这样的分解方式与实际施工过程更加匹配,为施工管理提供指导及支持。

1.3 成本参数

在BIM构件族的设计阶段对构件信息进行详细分析,为BIM模型添加相关参数,以便从不同构件中成功提取成本信息,根据建筑工程定额标准及清单工程量计算规则进行计算。根据设计要求及施工需要确定每个构件使用的具体材料种类,如钢筋、混凝土、砖块等。添加材料性质参数,如强度、密度、导热系数等,便于后续的计算及分析。添加每个构件的尺寸信息,包括构件长度、宽度、高度等参数,以便进行材料用量的计算。还需考虑构件形状及几何特征,如曲线形状或特殊的连接方式。添加与施工工艺相关的参数,包括构件施工方法、施工顺序、安装要求等,有助于评估施工的难易程度,对成本进行合理估算,实现对每个构件成本信息的提取及计算,为项目成本控制及预算编制提供有力支持,优化设计及施工过程,提高项目效率及质量。

2 系统设计

2.1 架构成本参数自动提取系统

目前有很多4D规划设计软件,就功能性而言,Fuzor要比其他程序更强大。该系统可对建筑进行四维规划建设仿真,对人员、材料及机械等资源的使用状况进行直观展示。Fuzor可通过增加插件进行二次开发,更加灵活且具有定制功能。在BIM 4D技术基础上对Revit软件进行二次开发,使其能够在施工项目中进行自动抽取。在这个平台上使用Visual Studio 2012、2013 OfficeOffice,4.5.2的.NET框架及2018 4D设计软件,提出了一种基于BIM的施工过程建模方法。通过对Revit的二次开发,对Revit的反求模式进 没耐心行建模,将所需的工程资料输入到Excel中,完成对工程人员、材料、机械等费用的自动化核算。该系统能够高效评估建筑工程成本,做出相应的决策。图1为建筑项目成本自动提取系统。

图1 建筑工程成本自动化提取系统架构Fig.1 Construction engineering cost automatic extraction system architecture

以某商业大厦工程为例,为4层地上建筑,采用独立基础及框架结构,主要由墙体、柱子、梁板及楼梯等构件组成。结合工程图纸、施工工艺及工期等具体要求建立了Revit模型。

2.2 BIM模型参数化

建筑模型一般由多个构件组合而成,不同构件在建筑物模型中起到不同的作用。如果不能在组件模型中附加参数,则很难从组件中提取所需信息。为达到这个目的,在Revit软件中根据工作任务分解设定项目全局参数,通过标记及注释元件的属性,使其参数化,给出各个部件的施工顺序及施工地点等相关信息。通过参数化的三维模型实现对项目信息的自动提取及控制。通过建立组件模型中的参数关系,得到组件的各个属性、特性等细节信息。例如,从零件中提取零件大小、材质、重量、成本等信息,将其用于工程规划、预算及资源管理中,以提高工程效率及可靠性。

在BIM软件中进行参数化设计可实现构件之间的关联及交互,如定义构件之间的连接方式及相互影响等。在设计变更或模型更新时,系统可自动调整相关构件的参数及属性,从而保证模型的正确性,图2为一个模型的参数化示意图。

图2 模型参数化Fig.2 Model parameterization

2.3 提取BIM模型参数信息

在IE Visual Studio平台上进行Revit的二次开发,按照以下步骤进行:

调用Revit API.dll和Revit APIUI.dll程序组,包含Revit软件的应用程序接口。通过引用这些程序组,使用Revit提供的各种类及方法进行二次开发。

使用Add-In Manager,将用户开发的插件加载到Revit平台中。该插件能够按照使用者的要求抽取出与零件有关的主要测量数据,令使用者识别并标注零件。

使用Revit的外部指令,实现直接录入工程部位、材料特性、工程量及施工任务信息等功能。通过与Excel的交互,实现信息自动提取及导出,提高数据处理效率及准确性。

在IE Visual Studio平台上进行Revit的二次开发,满足从Revit模型中提取构件信息并导入Excel的需求,实现信息的自动化处理及管理,提高工作效率,减少错误,为项目管理及决策提供准确的数据支持。

2.4 Excel数据存储及计算

在Excel中实现以下功能:为工程造价核算提供必要的定额及单价分析表,运用Excel软件的运算功能对编程过程进行运算,根据具体需求从BIM建模中抽取相关数据,输入到Excel表单中,供程序运算使用。

3 基于BIM 4D技术的建筑工程计划成本提取系统

3.1 成本参数自动提取系统

利用VisualStudio 2012中的表单,实现对该系统的用户接口扩充。在人机交互中实现对各种施工工序的自动输入,生成Excel表格。对输出资料进行加工后,再由开发者进行校核与会计。成本自动化提取系统的用户界面外观及布局如图3所示。通过自动提取功能展示工程量数据,如图4所示。

图3 成本自动化提取系统界面Fig.3 Cost automatic extraction system interface

图4 工程量示意图Fig.4 Quantity sketch map

3.2 成本核算

根据相关计价规则对已有的计算方法进行比较,对每项单项工程进行成本单价分析。以2013年版《工程量清单项目计量规范》与2016年版《河南省房屋建筑装饰工程预算定额》作为参考,结合清单工程量及单价信息对4D计划中各项工程的人力、材料、机械设备、管道、利润等成本信息进行计算。按照工程部位及不同结构进行划分,按照相关计价要求进行单价分析,包括独立地基C30(地基层)、地基梁C30(地基层)及矩形柱C30(一层)的混凝土造价。综合单价分析(图5)可对每个单项工程的人、料、机、管、利等成本信息进行比较分析。成本信息汇总(图6)直观反映了该工程的总体人、料、机、管、利等成本信息,方便进行成本控制及管理。

图6 成本信息汇总Fig.6 Cost information summary

3.3 成本信息导入

在建设项目中,造价资料与工期安排是很重要的。根据Fuzor软件需求将每个工程的人工、材料费、机器费等成本资料与项目计划进行整合,生成CSV文件。将CSV文档输入到Fuzor软件中,将采集到的数据自动转换成三维模型并进行可视化显示,自动提取施工项目中的造价信息。

4 结论

以某商业楼项目的混凝土工程为研究对象,设计了BIM 4D技术的建筑工程计划成本提取系统,通过建立三维模型、参数化建模、提取模型参数及自动计算成本信息等,成功生成了符合Fuzor软件要求的计划文件,实现了基于BIM 4D技术的建筑工程计划成本自动化提取。通过对Revit的二次开发,结合施工项目费用核算原理,构建了施工项目价格分析表。该系统成功完成了工程造价自动化,使工程造价控制得到了很大程度上的改善。使用 Excel表单对测量结果进行分析,这些数据在工程造价核算、施工现场造价管理中具有重要的作用,对整个造价管理具有重要的指导意义。该系统具有建设项目造价提取及管理功能,能够为决策者提供准确及时的数据支持,提高建筑工程项目成本控制及管理水平,有助于推动BIM技术在建筑工程管理中的应用。