鐵路BIM標準與鐵路工程造價標準的模型一體化研究

單向華,江國君

(1.國家鐵路局規劃與標準研究院,北京 100055； 2.中鐵工程設計咨詢集團有限公司,北京 100055)

1 概述

BIM是Building-Information-Modeling建筑-信息-模型的縮寫，從字面意思看，BIM就是帶有信息的工程模型。B是目標實體，M是設計和建造直至運營過程中的被不同用戶使用的可視化模型，I就是在實體形成過程中可以流暢傳遞并被共享的數字化信息，其中數字化信息是BIM的關鍵。BIM技術建立了基于工程實體的一個集成多維度結構化數據庫的數字化模型[1]。這個模型所提供的數據信息，可以達到構件級的精細程度，并可以在設計、施工、運營各個階段中全過程的保持數字化交換和共享。應用BIM技術，傳統的各階段信息交換所依賴的二維圖紙模式將被取代。

要保證各個階段BIM模型數字化信息的一致性，就需要制訂統一的BIM技術標準，包括數據存儲標準、信息語義標準、信息傳遞標準[1]。為保證信息在不同階段應用上的共享性，就需要使BIM標準與各類應用的現行行業標準進行有效對接。因此，BIM技術在工程造價方面要得到廣泛應用，最優解決方式就是在源頭，也就是在標準制訂階段實現BIM標準與工程造價標準在模型構建上的基礎標準一體化。

2 BIM技術在工程造價管理中的應用分析

2.1 BIM技術在工程造價管理中的應用

在傳統手段中，工程造價的編制基礎和前序環節是勘察設計，設計階段工程造價編制流程可分為：(1)勘察、測量；(2)依據功能需求和建設標準開展設計，形成二維圖紙；(3)依據圖紙和工程量計算規則計算工程數量；(4)依據工程造價標準計算形成工程造價。如圖1所示。

圖1 傳統工程造價形成流程

傳統手段中工程造價編制存在兩個問題。一是由于信息載體是二維圖紙，工程數量的計算無法脫離人工干預而實現自動計算，二維圖紙的非數字化增加了算量環節；二是計算得到的工程數量只能以人工的方式與工程造價標準對接，即俗稱的“套定額”工作。這兩個問題以往一直是耗費人力最多，同時容易出現人為錯誤的環節。

在建筑和城市軌道交通行業，BIM技術已經融入很多建設項目的信息化管理平臺，部分領域已經實現了通過BIM模型自動算量的功能，但由于這些領域的造價咨詢社會化服務程度較高，行業獨立性強，造價咨詢普遍采用獨立的工程算量和造價編制軟件，BIM技術在工程造價環節的應用還存在BIM標準欠缺、業主推動不足、工作流程制約和知識產權等不少障礙，還無法有效地實現BIM模型和造價模型的信息交換和匹配[2]。

目前一部分行業BIM應用為了盡快實現在設計階段的造價應用，在設計階段BIM模型完成后，依靠BIM模型輸出的工程數量，通過建立與工程定額的中間過渡接口，對接了工程定額的現有框架結構，實現了傳統意義的“套定額”功能[3]。另一部分BIM應用則考慮各個建設階段的造價需求，根據BIM標準中EBS標準與工程量清單在工程分解結構上都采用線分類法的共同性[4]，提出應建立三級清單體系，將工程量清單計價模式提前到建設前期階段應用，通過重建工程量清單的方法與BIM模型工程數量建立聯系，從表現形式上初步實現了全過程的工程造價[5]。前一類應用目前主要解決設計階段概算編制的工效問題，對定額模型和定額結構層級的分析是應用層面而不是標準層面，應用范圍有限。后一類應用考慮到了全過程造價管理的需求，實現了BIM工程數量到工程量清單的轉換，BIM模型工程數量對清單工程數量起到了復核的作用，但不符合現階段鐵路工程造價管理模式，對清單的應用超越了相關造價標準的規定，滿足不了現階段鐵路建設管理的實際要求。工程造價或清單單價的確定仍需采用行業定額或理論上的企業定額來配套完成[6]。

要使工程造價的編制全部實現自動化，從工程前期設計階段就應建立數字信息一體化解決方案，在一個可傳遞的BIM模型上運行直至運營。在這個模型中的實體分解結構已經和造價標準的工程定額模型一體化設計，模型工程數量數據流可以無縫對接定額實體結構資源消耗模型和工序過程，無論是在前期設計階段還是后期實施階段，都可以結合市場價格信息等資源庫形成動態的工程造價成果，造價成果表現最理想的形式是在BIM可視化模型中所見即所得的即時實現[7]。如圖2所示。

圖2 基于BIM模型的工程造價形成過程

2.2 BIM軟件在工程造價管理中的應用

BIM技術核心部分是數字化信息，這決定了BIM技術的應用的載體只能是計算機和網絡。BIM應用的多樣性決定了不可能有能夠完成所有BIM任務的大一統BIM軟件，BIM軟件一定是各種完成特定BIM任務的系列軟件的集合[1]。

目前BIM軟件可以分為兩類，一類是基礎和平臺性質的軟件，例如Bentley公司開發的Microstation和Autodesk公司開發的Revit建模軟件，Bentley公司開發的ProjectWise平臺管理軟件等。另一類是二次開發的專業應用軟件。基礎和平臺性質軟件提供了BIM技術的使用基礎。專業應用軟件則根據工程建設需求，結合相關專業標準在基礎軟件上進行二次開發。

目前BIM應用軟件在建筑領域造價算量方面，已可以通過對BIM設計交付模型建立3D關聯數據庫的方式快速計算并提取工程量，提高了工程算量的精度和效率。但目前建筑領域BIM設計交付模型在算量方面還存在與造價需求不一致、定額工程量計算規則不統一等模型構建的基礎標準問題[8]，建筑行業BIM造價應用軟件也沒有完全實現從算量到“套定額”的智能化。鐵路行業的BIM造價應用軟件的開發還缺乏標準方面的支撐。

因此，基于BIM模型二次開發的造價應用軟件，應同時滿足BIM標準和工程造價標準在各個建設階段的要求，提前系統性思考BIM標準和造價標準的模型基礎標準一致性[9]，才能在工程造價管理中應用并充分發揮BIM技術的優勢和效率。

3 BIM標準和造價標準的對比分析

3.1 建筑行業BIM標準的制訂現狀

國外建筑行業BIM標準主要涵蓋三方面的內容。分別為工業基礎類數據標準IFC(Industry Foundation Class)，信息交付手冊IDM(Information Delivery Manual)以及術語詞典國際框架 IFD(International Framework for Dictionaries)[10]。

我國于2011年頒布了《2011～2015建筑業信息化發展綱要》，確定了BIM標準第一層為最高標準：建筑工程信息模型應用統一標準；第二層為基礎數據標準：建筑工程設計信息模型分類和編碼標準，建筑工程信息模型存儲標準；第三層為執行標準：建筑工程設計信息模型交付標準，制造業工程設計信息模型交付標準[1]。地方政府如北京市也發布了《民用建筑信息模型設計標準》等地方標準。

這些國家和地方標準提出了BIM應用的資源要求、模型深度要求、交付要求等設計信息模型交付標準[11]。標準的制訂讓行業標準、地區標準、企業標準都有章可循，方向一致。我國BIM國家標準與其他國家的區別是帶有一定的強制性，對整個建筑行業具有約束力。

3.2 鐵路行業BIM標準制訂現狀

鐵路行業2013年成立了中國鐵路BIM聯盟，目前已經發布了《鐵路工程實體結構分解指南》《鐵路工程信息模型分類和編碼標準》《鐵路工程信息模型數據存儲標準》《鐵路四電工程信息模型數量存儲標準》《鐵路工程信息模型表達標準》《基于信息模型的鐵路工程施工圖設計文件編制辦法》《面向鐵路工程信息模型應用的地理交付標準》《鐵路工程WBS工項分解指南》《鐵路工程數量標準格式編制指南》《鐵路工程信息交換模板編制指南》《鐵路工程信息模型交付精度標準》等一系列的鐵路BIM標準[12-15]。鐵路BIM標準分為技術標準和實施標準兩個層級，也提出了標準設計應考慮與既有鐵路定額體系等相協調的要求[1]。

3.3 鐵路工程造價標準體系現狀

我國的工程造價標準主要由政府有關部門發布實施，有專門部門管理并周期性修訂，用以滿足建設各階段造價確定的需要。目前鐵路行業工程造價標準體系包含的內容可以概括為辦法規則(估、概算編制辦法；工程量計算規則；工程量清單計價規范)、費用定額(費用定額；工、料、設備基期價格；機械臺班費用定額等)；專業定額(專業消耗量定額)等造價標準和信息價格及發布機制等[16]。

鐵路造價標準體系的功能定位主要表現在兩個方面，其一是滿足前期的投資決策，其二是服務于后期的投資控制。鐵路前期設計階段是建設項目實施全過程中的龍頭，其決定了工程的規模，影響了70%以上的工程投資[17]，是以工程定額為核心的鐵路工程造價標準主要使用階段。以一整套覆蓋鐵路工程各個專業的定額體系為主體的鐵路工程造價標準是鐵路建設前期工程造價形成的重要依據，起到了確定國有投資的總投資及分項投資規模，調控工程構成的作用。鐵路建設投資管控嚴格、建設管理集中度高的特點，決定了鐵路工程前期設計采用的造價標準體系尤其是定額體系，對其后的交易和實施期持續發揮著重要的影響。在較長的時間內，鐵路建設造價管理模式仍將以定額計價模式為主，與建筑等其他行業普遍應用的工程量清單計價模式差別較大[7]。

3.4 鐵路BIM標準與造價標準的結合點

鐵路行業工程造價標準是我國鐵路工程建設領域的經驗沉積和寶貴財富。其中的工程定額基于鐵路行業特點對單位工程、分部分項實體工程進行了分解，工程類別齊全，條目層次編碼清晰，資源配置及消耗齊備。工程定額的條目層級和編碼規定等體系構架，其實質就是工程實體在資源消耗方面的工程模型。

已經發布的鐵路BIM標準中，《鐵路工程實體結構分解指南》(EBS)、《鐵路工程信息模型分類和編碼標準》(IFD)、《鐵路工程WBS工項分解指南》、《鐵路工程信息模型交付精度標準》等標準[12-15]是與鐵路工程造價標準關系最為密切的BIM標準，BIM標準在實體分解結構和模型交付精度標準上和工程造價標準存在交集。

通過分析，已發布的鐵路BIM標準的EBS、IFD等標準不同程度地對接了造價標準的實體結構分解、模型分類以及信息分類編碼體系[18-19]，但目前看對接還不夠清晰和穩固。原因一是由于BIM模型輸出的工程數量精度高，但因為與工程定額配套的工程量計算規則的存在，BIM輸出的工程數量需要進行大量信息轉換工作，才能在工程造價專用軟件上使用，這與傳統的手段并無本質區別。二是工程造價標準是有時限性的，需要根據工程建設技術和施工手段的進步進行周期性修訂和調整。如果簡單對接或付出很大努力建立了對應關系，一旦工程造價標準進行修改，與之有關的BIM標準及應用就有可能需要再次修改。

無論是BIM標準還是造價標準，如果都在自有的框架體系內發展，不在模型深度和模型語義信息方面進行結合，實現對模型基礎標準一體化，對鐵路行業今后BIM技術的應用和工程造價的有效管理都是不利的。

4 鐵路BIM標準與造價標準的模型一體化研究

4.1 BIM標準與BIM模型分析

BIM標準規范了BIM模型深度等級和模型語義信息，確保各參與方基于統一標準去理解同一深度的模型所含的數據信息。BIM模型是各階段BIM應用的核心交付物，包括完整的專業設計模型、瀏覽模型、延展模型和其他模型。也可分為特定階段模型，如與目前設計階段相匹配的可研模型、初步設計模型、施工圖設計模型，與之對應的估算模型、概算模型、預算模型等。

BIM模型由模型構件構成，模型所有構件都是帶有參數屬性信息的對象。在BIM軟件中構件以圖元和族兩種形式表現。圖元通過面向對象的方法構建，模型圖元將實體部件轉化為模型構件，族是參數屬性相同的圖元的集合。構件參數屬性就是將構件的幾何屬性、物理屬性和功能屬性等參數化，按一定的方式封裝到構件中，形成構件資源數據庫。

鐵路BIM標準對BIM構件進行了標準化，其中EBS分解的構件對象是鐵路建造物實體[4]；WBS面向的是建設項目的工作任務；交付精度標準確定了BIM模型在各個階段的模型精度、幾何精度及信息精度[15]；IFD則建立了數據交換共享的編碼字典[18-19]。

4.2 鐵路造價標準的定額模型分析

鐵路工程造價標準中的預、概算定額子目具有典型的模型深度標準特征，主要體現為定額的章節目次是按照工程實體特征按規定深度劃分的，如橋梁工程預算定額下分為下部工程、上部工程等章，每章關聯著若干小節，每小節都對應著具體的實體或措施。工程量計算規則是定額子目模型層級深度配套的模型語義信息，其對應每條定額子目規定了實體工程數量的計算方法。

通過對定額子目編制特征的分析，定額章節子目主要按五大類基準分類(參數)劃分的，分別是幾何特征參數、材料種類參數、施工環境參數、施工方式參數和施工工序參數，這五類參數基本上涵蓋了工程項目分解至各基本子項的需求，同BIM模型分解至構件后再按WBS進行分解的結果有較大的一致性。

以隧道預算定額第一章為例，對這種定額層級深度標準和分解特征進行分析[20]，如表1所示。

表1 隧道工程預算定額的結構層級分析

4.3 鐵路BIM標準與造價標準實現模型一體化的可行性

BIM標準與造價標準對工程特征深度等級和模型語義信息的描述一致性具體到操作層面，可以看作是兩者模型建立階段的標準一致化操作需求。造價標準的預、概算定額模型和工程量計算規則等帶有的模型深度等級和模型語義信息，可為BIM標準與工程造價標準對接提供可靠的基礎。

在鐵路BIM標準的模型基礎標準設計中，可優先將鐵路定額的模型框架作為帶有消耗量信息的構件資源數據庫。同時將BIM標準中的模型深度屬性與工程造價標準的深度屬性進行兼容性處理。

同時，由于現階段定額的工程量計算規則是在手工算量時代為了簡化算量工作而制定的，工程量計算規則有一定的綜合性和經驗性。未來的工程技術發展不應讓BIM造價應用軟件回頭去適應手工算量時代的計算規則，工程定額的制訂也應主動和BIM標準協調一致，細化實體構件層級，簡化工程量計算規則，提高語義信息標準化程度。對定額中非實體性資源消耗的攤銷和實體資源施工操作損耗等也可以通過一定規則放開，由企業自主報價決定。其他造價標準也需要同步改進以適應BIM技術的發展和應用。

5 鐵路BIM標準與造價標準模型一體化的優勢和發展路徑

5.1 BIM標準與造價標準模型一體化的優勢

相對于國內其他行業，鐵路行業的工程造價標準與BIM標準模型一體化的優勢較大，主要體現在三點：一是管理優勢，鐵路行業的工程造價標準一直是集中管理，沒有如公路工程和城市軌道交通工程一樣將管理權限分散到各個省市，與BIM標準的對接工作量相對小于其他行業；二是后發優勢，建筑和城市軌道交通領域在BIM應用領域領跑過程中，所發現和解決的問題為鐵路工程造價標準與BIM技術的融合提供了寶貴的經驗和教訓；三是組織優勢，鐵路BIM聯盟有效整合了科研、勘察設計、施工、建設管理等資源。鐵路工程造價標準管理部門的加入可以加強整合力度，補齊聯盟的短板。

5.2 BIM標準與造價標準的協同發展路徑

若要最大限度地發揮BIM技術的優勢來為鐵路工程建設和造價管理服務，BIM標準在標準的制訂過程中應深入考慮工程造價的需求，要確保在得到行業共識的基礎上，同步解決兩者的適配難度。在鐵路工程造價標準的制修訂中也應借鑒BIM標準進行標準化改造研究，避免造價標準的修訂和調整對BIM標準帶來影響，尤其要避免在標準修訂和升級過程中對兩者結構性的修改，避免資源的浪費。

如果能夠實現模型的基礎標準一體化，BIM應用將完全覆蓋各個建設階段的工程造價領域，實現BIM數字化信息的全流程無縫化銜接。工程造價標準的修訂也就能同時利用BIM數字化信息，提高定額基礎數據的測定質量，減少資源投入，進而提高工程造價標準的編制效率、編制質量和可靠性，鐵路工程造價從業人員也將享受BIM技術帶來的利好。從長遠看，可以實現鐵路工程造價標準體系管理工作的全面數字信息化，實現鐵路工程造價與設計、施工、建設管理全流程的一體化、自動化，將有效提高鐵路工程造價管理水平。

6 結論

本文主要針對鐵路行業的BIM標準和造價標準進行了對比分析，對兩者在模型基礎標準的一致性進行了探討，論證了實現模型基礎標準一體化的可行性，如果能協同發展，可以有效擴大BIM應用的范圍和有效提升造價管理水平。鐵路BIM技術研究還處于起步和發展階段，對于我國鐵路BIM標準和造價標準在模型構建和基礎數據標準方面一體化的研究，提供框架和粗線條的建議及思路，希望推動行業內更多的標準管理者和工程造價從業人員深入思考如何利用好BIM技術，使BIM標準和造價標準協同發展，更好地為國家鐵路建設服務。