基于BIM的水利工程概算编制研究

牛立军，陈慧萍

（华北水利水电大学，河南 郑州 450046）

目前水利工程概算编制中的工程计量工作基于二维图纸进行，算量工作繁琐复杂，因二维图纸不利于设计理念和工程信息的表达和传递[1]，致使实际工作中很容易出现计量误差。而工程计价工作则多通过广联达、易投等软件实现[2]，这些计价软件与传统Excel计价方式相比大大提升了计价效率，但算量与计价过程割裂，若工程设计变更将会导致算量与计价工作反复进行。解决以上技术难题是当前水利工程概算编制的新的研究方向[3]。

BIM（Building Information Modeling）是创建并利用数字化模型对建设工程项目的设计、建造和运营全过程进行管理和优化的方法和技术[4]，目前在水利工程概算编制中主要集中在工程算量和工程量传递两方面[5-7]，对BIM 模型的可视化、模型参数的深层开发利用程度较低，未能解决水利工程概算编制中数据共享难、计量计价分离、数字化表达程度低等问题，也未完全体现BIM 技术的可视化交互设计优势。

针对当前水利工程概算编制中存在的问题以及BIM 技术在水利工程概算编制中的应用现状，本研究基于BIM 技术对Revit进行二次开发，构建了基于BIM 的水利工程概算编制系统。该系统以BIM 模型为基础，实现对设计成果信息的深度读取与使用，完成项目划分、工程量统计、定额套取、综合计价等可视化工程概算编制过程，并将工程概算成果存储于三维模型，实现设计成果与概算成果的融合，形成基于BIM模型的数字资产。

1 研究思路

BIM 技术在水利工程各环节应用的基础为工程参数化的BIM 模型，即集成建设工程的尺寸数据、约束限制、结构特征等多种信息，是工程设计阶段成果的数据库，其物理参数与视图参数可以用于统计、分析、构件制作等[8]。根据水利工程概算编制阶段的任务，基于BIM的水利工程概算编制流程如图1所示。

图1 BIM概算编制流程

2 研究方法

2.1 技术路线

以Visual Studio 为开发环境，基于.NET 框架对Revit进行二次开发，深度挖掘模型数据信息，采用C#语言实现模型信息交互，开发基于BIM 模型的水利工程概算编制系统。该系统主要由项目划分、基础单价编制、定额管理、概算编制4个核心功能模块组成。BIM概算编制系统开发技术路线，如图2所示。

图2 BIM概算编制系统开发技术路线

系统功能实现步骤为：①在项目划分模块将工程模型划分至最小工程单元，即分项工程；②在基础单价编制与定额管理模块完成基础单价、概算定额等工程计价基础数据输入；③在概算编制模块依据项目划分成果完成分项工程工程量统计、工程单价计算以及总概算表编制；④输出概算编制成果。

2.2 系统数据

基于BIM 技术进行水利工程概算编制，其数据来源主要包括模型数据与概算数据。模型数据如族ID、名称参数、体积参数、视图参数等可从模型中直接读取、调用；概算数据主要包括基础单价、费率、概算定额等。因基础单价与费率变动较大，在BIM 概算编制系统中设置基础单价与费率外部导入、更新功能；概算定额变动较小，系统中设置定额库创建与维护模块。定额库可根据水利工程实例有针对性地进行选择和输入，主要通过TreeView 与DataGrid-View 结合呈现。输入的定额数据可用于多项工程概算编制，实现定额快速查询与套取。定额库管理界面，如图3所示。

图3 定额库管理界面

2.3 系统设计

2.3.1 主要功能设计

（1）项目划分。在Revit 中创建的BIM 模型，每个族文件对应项目划分的最后一级，即分项工程，基于族文件ID 的唯一性实现项目划分环节名称参数等数据的传递。

（2）工程计量。基于模型本身的参数信息实现工程量的自动统计，主要分为2 类：①对于可直接利用的体积类工程量，直接读取模型体积参数或对体积参数进行基础运算；②对于需要二次处理的体积数据以及非体积类工程量，如模板面积、钢筋工程量、设备单体数量等，基于相关工程规范规定的计算公式开发相应功能模块，实现可视化工程量自动统计。

（3）工程计价。①通过编程语言传递基础概算数据，实现定额的查询与套取、机械使用费与材料费的读取，完成分项工程直接费的计算，进而通过系统内置计算规则，计算出分项工程间接费、利润、税金，最终完成分项工程单价计算；②通过导入工程计量数据，将分项工程工程量与工程单价分别相乘，计算出分项工程合价，在此基础上编制工程总概算表。

（4）概算成果输出。①数字化表达：将项目划分、工程计量与工程计价的每个环节成果信息写入模型，全过程概算编制完成后，通过查看族文件参数即可看到对应分项工程的人工、材料、机械消耗量以及工程单价等概算信息；②文件输出：主要是在概算编制过程中形成的各项表格数据的导出，结合对Excel、Word 进行二次开发将概算数据导出为当前工程实际应用的规范格式。

2.3.2 可视化交互设计

BIM 概算编制系统可视化交互设计主要通过模型视图参数的读取与控制实现。在项目划分环节，基于族文件视图的隐藏与恢复动态演示项目划分进度；在工程量统计环节，通过直观选择需要立模的模型面实现模板面积工程量统计；在工程计价环节，对分项工程进行定额套取、工程单价计算时，该分项工程对应族视图居中显示；概算编制完成后，模型中写入概算信息，通过选中模型构件便可直观查看其对应分项工程人工、材料、机械等的消耗量。

3 实例验证

以多孔水闸工程为例，创建参数化三维模型，应用本研究开发的BIM水利工程概算编制系统编制其工程概算。

3.1 参数化三维模型

通过AutoRevit 软件建立多孔水闸工程参数化三维模型，如图4所示，对模型中的族和模型整体分别设置族文件参数和全局参数。

图4 多孔水闸三维模型

3.2 项目划分

水闸工程项目划分界面，如图5 所示。随着项目划分的进行，已被划分的分项工程对应族视图隐藏，尚未被划分的族视图完整，项目划分进度动态可视，项目划分过程未出现缺项、漏项或重复计项问题。

图5 项目划分界面

3.3 概算编制

项目划分完成后，进入概算编制界面，进行工程量统计和工程计价工作。多孔水闸工程概算表编制界面，如图6所示。

图6 概算表编制界面

3.3.1 工程量统计

多孔水闸工程进行工程量统计时，对于常规体积类工程量直接获取模型中族的体积参数，对于需要计算超挖、超填量的根据工程经验乘以阶段系数确定；对于非体积类工程量，分别使用模板面积统计、钢筋工程量统计及设备单体数量统计功能进行工程计量。

3.3.2 工程计价

首先在概算表编制界面选定定额库，多孔水闸工程概算编制采用现行水利部水利水电工程《水利建筑工程概算定额》（2002），进而选择定额编号套取定额，进行工程单价计算。以多孔水闸工程闸室段C20 钢筋混凝土闸底板为例，工程单价计算界面如图7 所示。在该界面中，定额内容从定额库自动读取，对照定额选取材料与机械后，工程单价通过内置算法自动计算得出，并读取到概算列表中，用于概算总表数据计算。

图7 工程单价计算界面

3.4 成果输出

在水利工程概算编制系统中选择“导出Excel”功能按钮便将项目划分、工程计量、工程计价等阶段编制的概算总表及概算附表按照程序设定格式一键导出，用于概算文件汇编。

3.5 数字资产

多孔水闸工程模型在进行前述项目划分、工程量统计、定额套取、工程单价编制时，其使用定额、费率、工程单价及人工、材料、机械消耗量等概算成果均已写入对应族文件中，并以参数形式表达，形成数字资产，可在模型中选中族文件直接查看或在其他工程建设阶段调用。以水闸模型闸室段C20钢筋混凝土闸底板为例，工程概算保存成果示例如图8所示。

图8 工程概算保存成果示例

4 结论

本研究针对水利工程概算编制的任务与现状，通过对Revit进行二次开发，构建了基于BIM 的水利工程概算编制系统，并将其应用于多孔水闸工程。通过实例应用发现，与传统水利工程概算编制方式相比，基于BIM的水利工程概算编制主要优势如下。

（1）概算编制可视化。可视化是BIM 技术在工程建设中应用的最普遍优势，基于BIM 技术进行项目划分、工程量统计、工程单价计算等概算编制过程时，工作界面伴随模型演示窗口，随着模型族视图的隐藏、恢复或居中显示，当前操作对象明确，呈现出可视化的动态编制过程，有效避免了项目划分缺项、漏项与重复计量问题。

（2）工程量统计便捷。在工程计量阶段，实现了更为便捷的选择性工程量统计，提升了工程计量的效率与精度。

（3）计量与计价结合。在工程计价阶段，基于创建的数据库实现了便捷、可视化的计价过程，并将计量与计价结合在一起，避免了设计变更造成的反复计量，减小了概算编制工作负担。

（4）概算成果数字化表达，形成工程数字资产。工程概算编制成果可直接导出用于概算文件汇编。将工程概算编制信息写入模型，不仅便于有关工程参建各方审阅，且结合设计成果共同形成了工程数字资产的数据底板。