BIM技術在建筑工程計量中的應用研究

王曉妮

（南京理工大學紫金學院土木交通系， 江蘇 南京 210000）

0 引言

在互聯網+、大數據的時代背景下，BIM 技術的出現掀起了我國建筑行業的巨大變革。傳統的工程造價模式是在二維圖紙的基礎上，運用算量軟件模型計價規則，建立模型套取工程量清單，部分特殊工程需要進行手算工程量，這需要耗費大量的時間和精力。為了解決工程量在計算中信息的中斷和分離，國內的很多學者紛紛對BIM 技術在造價行業的應用展開廣泛深入的研究，但目前的研究成果尚未發揮BIM平臺在全生命周期中的協同性和高效性。打通IFC 標準與我國工程量清單計價規則的通道，建立算量模型標準，是BIM技術在工程造價中廣泛使用的必經之路。

1 BIM 技術在建筑工程計量中的應用現狀

1.1 基于BIM 的工程量計算方法

隨著建筑信息化的發展和國家相關政策的出臺，各大企業加快BIM 技術的研發，基于BIM 技術的各類算量軟件紛紛進入市場。Revit 軟件是目前市場上廣泛使用的三維仿真BIM 軟件，也可進行建筑工程量的計算，利用軟件自帶的構件統計功能、計算規則、統計方式，可集成各構件的工程量信息，輸出工程量統計表，但由于統計方式和計算規則與我國清單計價規則不同，輸出的工程量需要進行人工調整，工作量較大。廣聯達、品茗、比目云、新點等國內軟件通過對數據進行二次開發和轉化模型數據格式兩種方式，可通過第三方插件將Revit 的三維仿真模型導入各自軟件，利用國產軟件計價規則與國家規范吻合的優勢進行工程量的計算和統計，可一模多用，實現工程量的快捷計算及建筑信息的連貫性。但由于不同軟件公司自成系統，建模規范不同，同一模型不同軟件的工程量計算會有較大差異，目前還沒有比較完善的BIM 算量軟件[1]。

1.2 BIM 技術在建筑工程計量中存在的問題[2][3]

BIM 技術起源于國外，它的設計思路是迎合國外的建筑環境的，而我國主要采用清單計價和定額計價兩種工程量計價規則，BIM 模型的直接計量與清單計量規則不一致，這使得BIM 技術在工程造價方面的應用比較有限，仍處于探索和研究階段。

現有BIM 軟件輸出的工程量信息中包含的施工屬性和物理屬性信息較少，而這些是我國工程計量的關鍵信息，比如Revit 導出的ODBC 數據庫中包含大量的分析信息，但用于工程計量的信息卻較少，信息的不完整影響了BIM 模型直接在工程計量中的應用。

國內相關的標準、規范體系尚未完全建立起來，各類應用沒有統一的標準，施工單位和設計單位建模的標準不一致，構件的劃分不同。比如BIM 軟件建模時墻體裝飾層、樓地面裝飾層未單獨創建構件，這使計量時工程量不準確甚至缺項。

2 BIM 模型計量信息的擴展

2.1 工程量清單中的信息

工程量清單的編制內容包含：分部分項工程、措施項目、其它項目、規費和稅金項目清單。BIM 技術主要是計算分部分項工程，根據“房屋建筑與裝飾工程工程量計算規范”分部分項工程的工程量清單應包括：項目編碼、項目名稱、項目特征、計量單位和工程量等信息，比如某辦公樓的部分分部分項工程量清單見表2-1，這些信息是工程量清單的重要組成部分，缺一不可。

表2 -1 某辦公樓部分工程量清單

2.2 BIM 模型信息與工程量信息的比對分析

以Revit 軟件為例，BIM 模型的信息主要包括圖元的名稱、材料、幾何尺寸、位置、標識屬性、圖形顯示的等內容。這些信息與工程量清單的信息相比有一定的差距，需要對BIM 信息進行完善。比如工程量信息，BIM 模型包含構件幾何信息，并可對構件的體積或面積進行統計，但部分構件的信息缺失，以混凝土柱為例，模型的屬性信息有該柱的橫截面尺寸、高度、方位等信息，一鍵準確求出柱的混凝土用量，但缺少模板信息，若直接用柱的表面積來計算模板用量將產生大量的計算誤差，需要對部分信息進行完善，同樣需要對單位信息、材料信息、物理屬性進行部分信息的完善。另外由于BIM模型中不包括施工方法、施工工藝、技術標準等信息，而施工技術會影響到工程計量的算法，同一結構不同施工方法得到的工程量會有差別，因此對于這些信息需要全部進行添加。

2.3 對BIM 模型的信息進行設計

BIM 模型信息的交流和共享是在IFC 標準的基礎上完成的，基于IFC 標準的開放性、屬性擴展性，可進行BIM 模型信息的擴展。目前主要有兩種擴展的方式，第一種是對已有屬性的相關信息進行補充和修改，即在IFC Property Set 基礎上完成，第二種是通過新建實體類型完成擴展，即在IFC Building Element Proxy 基礎上完成，本文主要講述的是基于IFC Building Element Proxy 的信息拓展[3]。

BIM 模型中的信息是通過屬性來設置的，IFC 標準中的信息可以通過屬性集來表達。屬性集是創建BIM 構件的基礎，是一種靈活的信息儲存和傳遞的方式。屬性集主要有兩種：靜態屬性集和動態屬性集，靜態屬性集完成某實體的定義后，便于其它屬性毫無關聯。自定義屬性集和預定義屬性集均屬于動態屬性集，自定義屬性集可添加和定義原本屬性集中沒有的屬性，其功能強大，應用靈活，可滿足用戶多方面的要求，預定義屬性集包含“Pest”的前綴，相對于靜態屬性集，預定義屬性集可與其它屬性關聯，并進行數據的傳遞和共享。

IFC 標準是面向對象的語言表達，實體和實體類型是IFC 標準的對象，以Revit 為例，每一個族都有一個或者多個類型，而每種類型都可以有多個實體。每個圖元都是類型下的具體實體。因此，Revit 中的圖元都具有實體和類型兩種屬性，修改實體屬性將僅影響所選擇的圖元。例如，修改窗的“底高度”時，僅修改所選擇的窗對象，而當修改類型參數“寬度”時，所有類型窗的實體，都將自動修改。見圖4-1、圖4-2。IFC 標準中的預定義類型時未定義的實體類型，基于這一特點，可將工程計量所需屬性比如施工工藝、材料屬性、單位信息等進行定義和添加，形成一個具有工程計量功能的實體類型。通過實體類型與實體進行關聯，可實現工程計量信息的擴展，促進模型信息和清單計價信息的統一。

圖4-1 實體類型屬性

圖4-2 實體屬性

3 建筑工程計量規則的改進

3.1 提高計量的精度

工程量清單計價規范中規定了清單計量的規則，很多規則是建立在計算簡便、誤差有限的基礎上，隨著建模精度的提高和施工模擬技術的日益成熟，需要建立更加準確的計量規則。比如樓板、屋面板、墻體及相應的裝飾、防水層等項目的工程量計價規則都規定，扣除單個面積＞3m2的孔洞面積，而小于3m2的孔洞可以不予考慮；比如在計算外墻時，有屋架且室內外均有天棚者外墻高度算至屋架下弦底另加200mm，無天棚者算至屋架下弦底另加300mm，出檐寬度超過600mm 時按實砌高度計算；基礎與墻身使用不同材料時，位于設計室內地面高度≦300mm 時，以不同材料為分界線，高度＞300mm時，以設計室內地面為分界線。這些近似的計價規則是基于手工計算時期提出的，目前隨著BIM 技術的推廣和各專業間通道的打通，這種計量規則已出現了弊端，需要基于BIM 模型對原有計量規則進行改進，利用BIM 技術的一鍵出量，細節精確處理，可以提高精度的同時提高工作效率[4][5]。

3.2 改進計量的方式

一些特殊的構件幾何形狀、材料分布比較復雜，手算工程量比較繁瑣，基于這些因素，在誤差允許的范圍內，工程量計價規則對其計算方法進行了規定，減小手工計算量。比如樓梯的計算可簡化為按設計圖示尺寸以水平投影面積計算，寬度＜500mm 的樓梯井不扣除，深入墻內部分不計算，整體樓梯的水平投影面積包括休息平臺、平臺梁、斜梁和樓梯的連接梁。樓梯實際由多構件澆筑而成，在計算工程量時卻簡化為水平投影直接計算工程量，這種簡化弱化了企業競爭力，不能反應構件的實際情況和施工工藝和方法。通過BIM 模型，可精確求出各構件梯段板、斜梁、平臺梁、休息平臺等構件的混凝土量、鋼筋量及水泥砂漿、裝飾層等材料的準確工程量?；贐IM 模型的工程計量應對這些清單計量的方式進行改進，解決負責構件計量不準的問題[6][7]。

3.3 規范BIM 模型的創建流程

房屋建筑模型由建筑模型、結構模型、暖通模型、給排水模型、電氣模型構成，各種模型的信息共享集成。各種模型的創建順序、模型中構件的分類、構件的創建先后都會影響集成的工程量信息，建模流程的合理性是工程量計量準確的前提。BIM 建模應是先結構再建筑最后機電的順序，建模前應對構件的專業、功能、材質、施工技術進行分析，確保信息的完善、準確，劃分構件時應考慮工程量清單項目，以適應工程量清單規則的計算，提高計算精度。

以結構模型和建筑模型的創建為例，結構建模按照先基礎結構再主體結構最后二次結構的順序進行創建。基礎建模時按照樁、柱下基礎、梁基礎、筏板基礎的順序進行，主體結構按照柱、梁、板、樓梯的順序進行，最后創建二次結構。構件按不同材質、不同的工藝分別創建，最后合成。建筑建模先室外后室內，先外墻后內墻，構件先創建主體后創建裝飾層，比如外墻，應創建4 個以上實體類型，外墻主體（如混凝土砌塊）、室外裝飾層（大理石墻面）、室內裝飾層（涂料）、找平層（水泥砂漿）等。另外板、梁、柱的抹灰等裝飾層應分別設置實體。構件連接處需要再設置屬性和繪制圖元時注意扣減關系，不同構件之間要無縫無重合，避免重復計算、少算漏算。建模時要根據一些基本原則比如：同一構件的混凝土等級必須相同；建模時柱的優先級大于梁，梁的優先級大于板和墻；防水層、保溫層、墊層、找平層要分別創建構件等[8]。

4 結束語

基于BIM 技術的工程計量目前還處于發展研究階段，通過對BIM 信息進行擴展，對工程量清單規則進行改進，可在一定程度上解決BIM 模型在工程計量使用過程中出現的問題，提高工程計量的智能化、信息化，推動BIM 技術在建筑工程全生命周期中的使用。