BIM在鋼結構工程量統計中的運用研究

(1.中國汽車工業工程有限公司，天津 300113； 2.西安工程大學，西安 710048)

前言

近年來，隨著BIM技術的不斷發展，越來越多的BIM項目順利實施落地，并且在各工程階段取得了非常多的研究和運用成果。BIM技術在EPC總承包項目中的運用，對EPC精益化管理水平的提升效果顯著，也讓“BIM+EPC”的發展模式逐步得到各參與方的認可。該模式正逐漸成為各總包單位不斷探索的新型發展方向，各級建設行政主管部門也相應出臺了推廣要求和措施，為該技術的發展創建了良好的應用環境。

在此行業發展的大背景下，本文項目結合了傳統的EPC總承包項目優勢，依托BIM技術，嘗試探索了工業項目中“BIM+EPC”的工程總承包管理模式。本文以其中的一個運用點作為論述方向，詳細闡述了在EPC總承包工程項目中，BIM在鋼結構工程量統計方面的運用研究成果； 重點研究了采用Revit軟件進行鋼結構精細化算量的可行性和具體實施方法； 同時與Tekla算量結果和人工算量結果，三者進行了對比； 并且提出了Revit進行精細化算量的解決方法。希望本文中的BIM運用能為同行提供一些參考。

1 Revit鋼結構算量

1.1 Revit算量的方法

明細表統計是Revit提供的自動統計構件工程量的基本方法，而要得到符合工程設計的工程量統計表，則還需要在此基礎上進行設置。

(1)明細表中統計的構件數據

族參數和計算值，其中族參數需要使用共享參數，以方便在項目中統計到明細表； 而計算值是通過族參數或者構件屬性計算得到的各種構件屬性值，例如重量=體積*密度，體積是Revit族實例的屬性，重量通過“體積*密度”的計算值統計在明細表中。如圖1所示，用“計算值”得到了構件重量。

(2)分類統計的方法

工程中需要統計的工程量是分類分項的，例如實際項目中分為：基礎梁、廠房鋼柱、屋面梁、輔房柱、輔房梁等工程量。而Revit明細表提供的功能是按類別統計的，也就是統計到的是項目中所有結構柱的工程量、所有梁的工程量。

為了解決分類分項統計的問題，在所有構件、節點族中添加一個共享參數“S_01族件分類”。通過該參數，根據需要統計的構件分類，在項目中為每類構件賦值，例如基礎梁、廠房鋼柱、輔房鋼柱等，再利用明細表中過濾器的功能，以實現分類統計，這樣保證每一類構件分別單獨地統計到一個材料表里。如圖2～3所示。

圖1 明細表計算值

圖2 明細表過濾器

圖3 分類統計

1.2 節點族的創建

在Revit中工程算量的精確性取決于模型的深度，而模型圖元的深度主要取決于族構件的細度。只有將模型精確到板件、零件、螺栓級別，才能精確地統計出具體的工程量，因此節點族的創建是Revit精確算量的基礎，也是此項工作的最大難點。

在滿足算量精度的前提下，最主要需要解決的是效率的問題，而一個好的族構件能極大地提供工作效率和方便明細表統計。因此確定了做族的3條基本原則如下：

(1)族構件可以變化多樣，滿足類似節點的各種情況；

(2)節點族往往有多塊勁板、螺栓組成，參數繁多，因此可變參數應該力求精簡，含義明確；

(3)靈活運用參數表達式，將節點參數與構件參數關聯，極大地減少控制參數。

圖4 族參數

如圖4所示，[尺寸標注]參數欄為主要的控制參數，[其他]參數欄為通過參數表達式來驅動的參數，這樣通過較少的控制參數可以演變處多種節點族的情況。其中以梁柱節點族為例，可以滿足：柱與1根梁， 2根梁、3根梁、4根梁連接的各種情況，分別2、3、2、1共8種情況。族很復雜，但是因為運用了各種關聯參數，所以調整比較容易。

在上述原則的基礎上，再把握一個核心“化整為零”，具體的做法是將通過分析常用的節點族，將其分解到板件級別，這樣得到的是各種類型的端板、加勁板、連接板、螺栓等零件級別的族，分別建立這些零件級的共享族，然后通過各種組合，將零件族作為共享嵌套族就得到了各種類型的節點族。這種方法極大地提高了建族的效率，便于單獨控制各種節點板，使用方便、便于建模，同時使得Revit中可以實現板件級別的工程量統計。

以拼接節點為例：將節點細化到板件、零件、螺栓級別，每一個板件、螺栓是單獨的嵌套族，做族時可以提高效率，組合在一起做成節點。此節點中的螺栓等級、端板、勁板尺寸都可以調整，螺栓排數與勁板數量關聯，修改螺栓排數，勁板將自動生成。節點的尺寸參數，運用參數表達式與主零件相關，填入主零件參數(梁柱截面參數)，節點尺寸自動調整，這樣修改會非常方便。

圖5 梁柱節點族

圖6 拼接節點

項目運用中通過上述方法累計完成了常用的門式剛架節點族50多個，包括：梁柱節點、拼接節點、勁板節點、雨篷節點、檁條節點、支撐節點、隅撐節點等。圖7所示為實際項目中的部分節點圖。

圖7 Revit中鋼節點

2 Tekla鋼結構算量

Tekla作為專業的鋼結構三維詳圖軟件，對于處理鋼結構節點細部有著明顯的優勢，比如在處理節點板的局部剪切、修剪、開洞、倒角等方面非常的便利，其智能化節點能自適應構件也是一項非常強悍的功能。但是智能化節點掌握有一定的難度，尤其是對于沒有這方面項目積累的單位，前期投入會非常大。由于是首次在工程項目中使用Tekla軟件，因此相比熟練掌握的Revit，使用Tekla相對效率較低，尤其是Tekla軟件沒有編組的功能，修改效率會大大地低于Revit。

從工程項目實際應用來看，Tekla處理鋼結構的功能非常強大，但是需要使用方積累大量的智能化節點庫。基于此基礎上，將大大地提高工程項目的效率。

2.1 Tekla統計方法

Tekla通過創建報告來統計工程量，根據項目工程量統計報表的格式，筆者編制了Tekla報告模板，分別可以用于統計構件工程量和板件工程量。

圖8 Tekla工程量報表

同時為了得到分類分項統計的結果，用到了Tekla的狀態管理功能，筆者在項目中將模型劃分為多個狀態，每個狀態對應于每項要統計的構件，從而可以單獨統計各項工程量。如圖9所示。

圖9 Tekla狀態管理

2.2 Tekla鋼節點

Tekla節點分為智能化節點和普通節點。智能化節點能自適應構件，也就是主次零件截面修改，節點可以自動更改，效率極高； 普通節點不能自適應，主次零件截面修改后，需要再調整節點。本項目積累了部分智能化節點，如下圖中的拼接節點、梁柱節點、隅撐節點等。

圖10 Tekla中鋼節點

3 工程項目實例

3.1 項目介紹

本工程為某汽車工業廠房EPC總承包項目，總包方對于EPC項目定位高，在方案階段演示、設計碰撞檢查、項目施工管理等方面分別嘗試了BIM的各種運用，加深了各參與方對工程項目的了解和對EPC總包方的滿意度。同時，BIM技術精確的工程量統計，為本項目的資金成本控制，項目施工進度等提供真實精確的數據，是項目實施成功的隱性中堅力量之一。為了統計項目的工程量，前期采用了人工計算的方式統計，后續采用Revit、Tekla進行精確統計和驗證。

3.2 結果對比

采用三種統計方式的統計結果對比如表1：

表1 統計結果對比

特別說明，本項目人工統計是在豐富的項目經驗的基礎上，統計過程非常細致，確保統計結果的精確，因此具有很高的對比參照性。從統計結果來看，Revit和Tekla兩款軟件對于鋼結構工程量的統計結果都很精確，與設計人統計相比，三者誤差極小，因此進一步驗證了三者統計結果都是精確的。

而BIM軟件統計的意義就在于，在BIM工程項目運用中，以BIM模型為載體，來實施完成各項BIM技術的運用，而工程量統計僅僅是其中的一項小運用，通過BIM模型自動生成統計結果，并且精確度很高。從而不僅節省了設計人員反復統計工程量的時間，避免不必要的疏漏和錯誤，同時還可以作為項目成本控制、采購、施工進度等的有力的依據，為BIM+EPC的精細化管理提供了有效幫助。

3.3 軟件對比

通過本項目的運用，對這兩款軟件的使用方面做簡單的比較。需要說明的是，這兩款軟件本身差別較大，尤其是運用方向及階段也不相同，Tekla適用于結構專業，特別是鋼結構詳圖設計，鋼節點、詳圖、加工圖方面；而Revit是通用的BIM建模軟件，偏重于主要構件，對于細部節點處理并不擅長，但是其強大的參數化族，可以實現節點建模和工程算量。下面僅從操作層面做一些對比。

Revit軟件：

1)節點族編制時間長，不過靈活性高、通用性很好，多樣多變，通過參數驅動可以滿足多種情況；

2)Revit效率高，操作定位容易，節點布置方便；

3)有編組功能，便于修改。

Tekla軟件：

1)智能化節點編制非常困難，且變化和通用性相對差；節點需指定主次零件，換構件一般不能通用，使用效率降低；

2)項目中操作定位繁瑣，繪制構件麻煩；

3)不能編組，修改工作量大。

4 總結

通過在某EPC項目中使用Revit和Tekla進行鋼結構算量對比，得出以下結論：

(1)在操作效率上Revit占明顯優勢，其參數化族相對容易掌握，在項目中使用也較為靈活；

(2)Tekla定位是鋼結構詳圖設計軟件，在處理放樣、板件零件切割、剪切、加工圖等細節上優勢；

(3)兩款軟件均可以得到非常精確的工程量，誤差很小；說明采用BIM鋼結構算量能滿足統計要求；通過在BIM軟件中設置好統計用的清單樣板，能從BIM模型中提取得到工程項目實際的清單列表，為工程預算、采購以及決算提供有效的數據。

(4)不過，目前BIM鋼節點庫還需要不斷補充完善，節點建模的效率也有待提高；

(5)本項目實踐為Revit實施鋼結構節點級算量的可行性提供了可靠的依據和操作方法，經過項目論證具有實際運用價值。

參考文獻

[1] 《Autodesk Revit Structure 2012運用寶典》. 歐特克軟件(中國)有限公司構件開發組.2012.

[2] 王朝陽,劉星,張臣友.BIM技術在武漢中心項目鋼結構施工管理中的應用[J].施工技術. 2015,44 (6):40-45.

[3] 周淳,趙峰,陳敏.BIM技術在大跨度異形桁架鋼結構項目中的應用研究[J].施工技術. 2016, 45 (21):78-81.

[4] 姚程淵,陳燁,吳宣澤,盧干,王琦. BIM技術在裝配式鋼結構工程中的應用[J].山西建筑.2016,42 (10) :61-62.

[5] 壯真才.BIM技術在鋼結構施工管理中的應用[J].建筑技術開發.2016,43 (9):81-82.

[6] 胡軼敏,洪兵鋒,黃維燕,蔣韜.基于BIM技術的鋼結構柱腳節點模型的建立[J].山西建筑.2017,43 (10):38-39.