鐵路房屋建筑BIM工程量自動統(tǒng)計研究

劉玉玉

(軌道交通工程信息化國家重點實驗室(中鐵一院)，西安 710043)

1 概述

BIM技術(shù)的應(yīng)用在逐步改變傳統(tǒng)的設(shè)計、施工及建設(shè)管理理念，使之趨于信息化、精細化和標準化。當前的鐵路BIM 技術(shù)應(yīng)用基本以翻模的形式為主，設(shè)計者根據(jù)已有的二維設(shè)計成果創(chuàng)建BIM模型，反向查驗設(shè)計成果，并沒有做到將設(shè)計中的“差錯漏碰”防范于未然，反而給設(shè)計院帶來了額外的負擔[1]。BIM技術(shù)在鐵路工程中的研究應(yīng)用逐步由局部工點應(yīng)用向成段落應(yīng)用轉(zhuǎn)變[2-3]，并且開始探索BIM正向設(shè)計[4-6]，使BIM技術(shù)真正服務(wù)于鐵路建筑工程設(shè)計[7-8]。在這樣的技術(shù)背景下，本研究基于大量的鐵路房屋建筑BIM正向設(shè)計實踐，探索能夠提高正向設(shè)計效率的工程量統(tǒng)計方式。

鐵路沿線房屋建筑工程量龐大， 傳統(tǒng)二維設(shè)計方式下鐵路房屋建筑工程量統(tǒng)計依靠設(shè)計者逐項手工計算，面對數(shù)量極大的鐵路沿線站房，工程量統(tǒng)計耗時耗力[9]。隨著BIM技術(shù)的發(fā)展，信息模型在工程量統(tǒng)計方面展現(xiàn)出一定的優(yōu)勢，主要是利用模型構(gòu)件通過篩選構(gòu)件名稱生成明細表，根據(jù)明細表數(shù)據(jù)驗核工程量的準確度，這種通過翻模核算工程量的方式仍然存在諸多問題。一方面，在實際操作過程中，由于模型拆分及構(gòu)件參數(shù)沒有統(tǒng)一標準，明細表構(gòu)建很難統(tǒng)一規(guī)范，每個項目都需要根據(jù)本項目的模型構(gòu)件參數(shù)預(yù)先創(chuàng)建大量明細表；另一方面，明細表數(shù)據(jù)的提取仍然通過人工讀取，自動化程度較低。在BIM正向設(shè)計的大趨勢下[10-11]，為了控制設(shè)計院出圖時間，保障項目的有序開展，提高統(tǒng)計效率是鐵路房屋建筑BIM工程量統(tǒng)計亟待解決的問題。

2 工程量統(tǒng)計整體思路

提高當前工程量統(tǒng)計效率，需要解決的關(guān)鍵問題是明細表構(gòu)建的標準化和明細表數(shù)據(jù)自動提取。通過標準化的明細表構(gòu)建，能夠在項目開展前預(yù)先創(chuàng)建明細表，節(jié)約項目時間成本；實現(xiàn)明細表數(shù)據(jù)自動提取，能夠縮減后期數(shù)據(jù)整理周期。標準化的明細表構(gòu)建首先需要將明細表的創(chuàng)建規(guī)則標準化，然后置入到企業(yè)樣板文件中，明細表創(chuàng)建規(guī)則的標準化則需要基于構(gòu)件的標準化。按照鐵路標準進行構(gòu)件劃分并統(tǒng)一為構(gòu)件添加編碼，然后通過編碼篩選創(chuàng)建明細表，能夠?qū)崿F(xiàn)這一目標。明細表數(shù)據(jù)自動提取可以通過軟件二次開發(fā)來實現(xiàn)[12]。整體思路如圖1所示。

圖1 提高工程量統(tǒng)計效率整體思路

3 構(gòu)件劃分及編碼

利用信息模型進行鐵路房屋建筑工程量統(tǒng)計，需要重點把握的關(guān)鍵技術(shù)有兩方面，一是構(gòu)件分類原則，二是編碼方法及編碼管理[13]。構(gòu)件分類與編碼可以提高鐵路工程量統(tǒng)計中數(shù)據(jù)生成、組織、交互與存儲的效率，是實現(xiàn)鐵路房屋建筑標準化設(shè)計的基礎(chǔ)。

3.1 基于鐵路EBS標準的構(gòu)件劃分

統(tǒng)一的構(gòu)件劃分是構(gòu)件標準化的前提，中國鐵路BIM聯(lián)盟2014年發(fā)布了《鐵路工程實體結(jié)構(gòu)分解指南》(1.0版)[14]，即EBS標準，為鐵路工程構(gòu)件分解提供了依據(jù)，為實現(xiàn)基于BIM的工程計價奠定基礎(chǔ)[15]。EBS標準中并未包含房建專業(yè)，房屋建筑可以參照該標準進行構(gòu)件劃分，建立構(gòu)件結(jié)構(gòu)樹，在企業(yè)內(nèi)實現(xiàn)構(gòu)件劃分的統(tǒng)一。

鐵路工程實體結(jié)構(gòu)分解編碼的核心功能在于實現(xiàn)鐵路工程實體的分類、檢索、信息傳遞，應(yīng)用于鐵路建設(shè)管理信息化。為了實現(xiàn)這一目標，首先要將各專業(yè)模型劃分至專業(yè)最小構(gòu)件單元。專業(yè)最小構(gòu)件單元是指目前本專業(yè)設(shè)計階段所能交付的最小模型單元，是指設(shè)計階段本專業(yè)需要進行BIM設(shè)計的最小單元，包含了幾何實體和信息模型，交付的承接者是指設(shè)計專業(yè)間的操作者及最終用戶。專業(yè)最小構(gòu)件單元劃分需要具備穩(wěn)定性、實用性、兼容性、邏輯性和可擴展性，還應(yīng)當遵循3個原則，一是應(yīng)考慮設(shè)計階段建模效率，二是應(yīng)能滿足統(tǒng)計工程量的需求，三是應(yīng)盡量滿足施工階段現(xiàn)場精細化管理的需要。

基于科學(xué)適用的構(gòu)件劃分，還可以用于企業(yè)構(gòu)件庫管理。BIM模型構(gòu)件作為工程設(shè)計企業(yè)BIM技術(shù)應(yīng)用過程中的重要資源，體現(xiàn)了企業(yè)BIM應(yīng)用的成熟度和競爭力，BIM構(gòu)件庫的系統(tǒng)性和完備性對于建筑企業(yè)BIM模型的創(chuàng)建和應(yīng)用，以及BIM建模的效率起到了非常重要的作用，構(gòu)件劃分的合理性是保障構(gòu)件庫系統(tǒng)性和完備性的基本條件[16]。

3.2 構(gòu)件編碼

為了保證構(gòu)件的識別具有唯一性，需要在企業(yè)或項目層對構(gòu)件統(tǒng)一編碼。信息編碼的規(guī)范與否直接影響構(gòu)件的應(yīng)用效果和效率，這是BIM構(gòu)件標準化的核心內(nèi)容[17]。編碼賦予構(gòu)件后，后續(xù)還可以被應(yīng)用于模型構(gòu)件層級管理，即在應(yīng)用平臺上讓用戶方便地根據(jù)工程專業(yè)、設(shè)施設(shè)備的類型等屬性快速定位到某些相應(yīng)的構(gòu)件上，極大地提升業(yè)務(wù)工作效率。

EBS標準未包含鐵路房屋建筑相關(guān)專業(yè)，可以參照其編碼原則進行構(gòu)件編碼。EBS編碼采用層次碼，以編碼集合中的層級分類為基礎(chǔ)，將編碼對象編碼成為連續(xù)且遞增的組(類)。位于較高層級上的每一個組(類)都包含并且只能包含它下面較低層級全部的組(類)。EBS層級碼一般為兩位，在EBS層級碼中，第一層級為專業(yè)代碼，其余層級代碼均為“01～99”的兩位數(shù)，代碼含義及層級數(shù)量根據(jù)各專業(yè)特點確定。層級碼采用最后一位序號碼的方式保證構(gòu)件在自定義編碼下的唯一性和可復(fù)用性[18]。參照EBS編碼規(guī)則，對房建各專業(yè)構(gòu)件進行編碼，各專業(yè)構(gòu)件編碼組成示例如圖2所示。

圖2 房建各專業(yè)構(gòu)件編碼組成示例

參照EBS標準制定的構(gòu)件編碼具有一定的靈活性和擴展性[19]，可以根據(jù)工程需要進行擴充。為了確保編碼的有效應(yīng)用，建議在企業(yè)或項目構(gòu)件庫中統(tǒng)一添加，添加編碼后的構(gòu)件屬性如圖3所示。

圖3 編碼屬性在構(gòu)件庫中的統(tǒng)一添加

以構(gòu)件“燒結(jié)普通磚基礎(chǔ)240 mm”為例，其EBS編碼為“2101010303”。該編碼中“21”表示建筑專業(yè)，第一個“01”為砌體工程，第二個“01”表示一般墻體，第一個“03”為基礎(chǔ)墻，第二個“03”表示墻體種類為240 mm厚燒結(jié)普通磚。

4 樣板文件中明細表的標準化創(chuàng)建

利用Revit模型進行工程量輸出，主要是通過創(chuàng)建各種明細表對建設(shè)項目中的工程量按工經(jīng)專業(yè)要求進行精準統(tǒng)計。篩選條件決定了明細表數(shù)據(jù)輸出的準確性，在企業(yè)級別規(guī)范明細表的篩選條件，有利于明細表的標準化，實現(xiàn)一勞永逸。

以往設(shè)計單位創(chuàng)建明細表大都是通過族類型或名稱進行篩選，由于建筑工程的復(fù)雜性，族類型和名稱很難統(tǒng)一規(guī)定，明細表的規(guī)范性無法得到保障。而EBS編碼可以在企業(yè)級甚至行業(yè)內(nèi)確立標準，因此基于模型構(gòu)件添加的EBS編碼篩選創(chuàng)建明細表，有利于嵌入明細表的樣板文件推廣應(yīng)用。基于EBS編碼篩選的明細表如圖4所示。

圖4 基于EBS編碼篩選的明細表

為了提高正向設(shè)計效率，可以直接在樣板文件中創(chuàng)建所有明細表。正向設(shè)計利用企業(yè)族庫構(gòu)件完成模型建立后，可直接根據(jù)需要讀取相應(yīng)的工程量，如圖5所示。

圖5 樣板文件中明細表的預(yù)置

在實際操作過程中，由于設(shè)計階段BIM模型精度一般最多達到LOD300，滿足施工圖出圖要求即可。為了提高設(shè)計效率，部分建筑構(gòu)件并不需要建立模型，部分工程量在建立明細表的時候，可以利用相關(guān)的構(gòu)件數(shù)量間接統(tǒng)計，如不銹鋼票槽的數(shù)量可以利用售票窗數(shù)量間接計算。

5 基于軟件二次開發(fā)的明細表自動讀取

Revit沒有集中的工程量統(tǒng)計功能，直接利用現(xiàn)有軟件進行工程量統(tǒng)計存在諸多問題[20]。鐵路房屋建筑設(shè)計過程中，各專業(yè)需要向工經(jīng)專業(yè)提交工程量資料，在目前的Autodesk平臺軟件下，需要設(shè)計人員讀取明細表數(shù)據(jù)，手動填寫工程量表，在國鐵沿線房屋建筑工程量較大的情況下，無疑帶來不小的工作量，并且容易出錯。基于軟件二次開發(fā)實現(xiàn)明細表自動讀取能夠減輕設(shè)計人員工作量，并且保證了數(shù)據(jù)的準確性。中鐵一院在BIM正向設(shè)計軟件開發(fā)中，增加了工程量統(tǒng)計模塊，該模塊的開發(fā)思路是，通過插入工程量表，將明細表中指定的數(shù)據(jù)與數(shù)量表相關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)明細表與工程量表的實時聯(lián)動。

在項目開始前，各專業(yè)負責人根據(jù)項目特征創(chuàng)建項目樣板文件，在樣板文件中預(yù)置本工程的數(shù)量表，并根據(jù)工經(jīng)專業(yè)要求在Excel中繪制標準格式的工程量表，在二次開發(fā)軟件中通過數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)功能，選取本地工程量加工表，將明細表對應(yīng)單元格與工程量表相應(yīng)的空格關(guān)聯(lián)起來。設(shè)計模型完成后，明細表數(shù)據(jù)將自動關(guān)聯(lián)到對應(yīng)的工程量表中，該表內(nèi)嵌在Revit模型文件中，也可以導(dǎo)出Excel格式文件提交給工經(jīng)專業(yè)。工程量自動統(tǒng)計的軟件操作界面如圖6所示，數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)操作子菜單界面如圖7所示。

圖6 工程量數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的軟件操作界面

圖7 數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)操作子菜單操作界面

6 結(jié)語

BIM正向設(shè)計是在工程設(shè)計階段中利用信息模型進行方案設(shè)計及成果輸出的過程，是BIM技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。基于鐵路EBS標準的構(gòu)件劃分及編碼，建立標準化的構(gòu)件庫，再將以EBS編碼為篩選條件的明細表置入樣板文件中，通過軟件二次開發(fā)實現(xiàn)明細表自動讀取，能夠大量節(jié)省設(shè)計人員的工作量，極大程度上確保統(tǒng)計數(shù)據(jù)的準確性。基于構(gòu)件編碼實現(xiàn)工程量的自動統(tǒng)計，有利于龐大工程量進入計算機信息化時代，從而大大提高統(tǒng)計效率，具有潛在價值。相信隨著正向設(shè)計相關(guān)研究的逐步深入以及鐵路工程領(lǐng)域模型信息置入的規(guī)范化，鐵路房屋建筑BIM設(shè)計的效率也將得到不斷提升，逐漸體現(xiàn)出工程設(shè)計信息化的優(yōu)勢。