基于BIM技術的混凝土工程精細化算量方法研究
——以沈陽龍湖天街項目為例

蔣靖豪 王本仁 金曉友 劉 威

(中天建設集團有限公司 浙江杭州 310020)

0 引言

近年來，伴隨著社會需求不斷增加，大型工程建筑項目的數量與日俱增。

大型項目工程不僅地理環境非常復雜，所涉及的各種輔助性工程也較為復雜，致使對建筑項目工程施工成本控制的要求也越來越高[1]。隨著技術的快速發展，建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM))成為實踐應用工具。而技術條件的成熟，使得以信息化為基礎的精益造價管理成為新趨勢[2]。

在大部分學者的研究中，提及從設計階段的BIM模型中獲取準確的工程量信息，是實現精細化成本管控的關鍵。但對如何從BIM模型中提取準確工程量，并進行深入分析卻鮮有研究[3]。謝宏等在BIM技術在大體積筏板混凝土澆筑施工中的應用中提到，Revit軟件具有更精細化的建模技術，能很好地表現出工程實體的實際形狀，同時具備材料明細統計功能[4]。除了在統計功能上優勢，原文忽略了BIM技術與現場管理相結合帶來的算量方式上的根本改變。又如劉振華等在運用 BIM 技術輔助進行工程分區結算的研究中提到，在傳統商務算量中，雖然軟件可以在一定程度上對構件進行拆分，但很難快速、準確提取分區工程量。而在Revit軟件中，利用已知邊界作為參照，靈活、細致、快速地對構件進行拆分，以及基于構件實例屬性進行細致地篩選歸類，恰恰是其優勢所在[5]。該研究較好地解決大體積混凝土的分區核算問題，證實了混凝土精細算量的有效性，但在施工優化、成型差異及Revit工程量輸出復雜等現場核算中易出現的高頻難題上，沒有提出進一步的解決方案。因此，本文在研究當前BIM算量狀況的同時，將基于現實案例，提出基于BIM技術，能提高混凝土工程量精細化計算的理論、方法與建議。

1 工程背景

沈陽市龍湖天街商業項目，建設地點位于遼寧省沈陽市渾南區。該項目總建筑面積152 549.74 m2，其中地下建筑面積54 969.97 m2。結構類型為框架結構。項目主要包含一期4個銷售商業組團以及二期商業綜合體，效果圖如圖1所示。

圖1 龍湖天街項目效果圖

該項目算量難點，在于商業綜合體地下大體積混凝土用量的控制與異型混凝土構件的工程量計算。

2 前期策劃

根據以往的項目經驗以及對應用BIM技術算量的應用調查，若有效實現精細化算量，則需滿足以下幾點要求：建模完整度高，可根據施工計劃及流水段提取工程量，快速提取及輸出工程量，高效核對工程量。

結合本項目特點，通過軟件比選分析，若在不加大投資的情況下，同時滿足精細建模及高效提取工程量，只能優選建模靈活及實時輸出的Revit 2016，作為現場控量的主款軟件。

考慮到建模完整度及高效提取工程量，將整個工作分為5個階段，具體流程如圖2所示。

圖2 精細化算量流程

(1)深化設計模型階段

精細化算量依托于精細化深化模型，模型深化程度決定工程量統計的精度。為使建模規范化并提高建模效率，制定專用的精細化算量建模規則來約束建模行為，借此達到易識、互提的目的，從而提高工作效率。

為使后期精準、方便提取工程量，在深化設計階段即引入施工計劃，涉及的施工段、流水劃分、統計界面等信息，在模型中做出對應調整，達到模型“所建即所得，所得即所需”的目的。

(2)參數設計階段

參數設計是整個精細化算量的核心。參數項應能在滿足現場量提取需求的情況下，兼顧滿足商務預算工程量的校對，并能按項目施工需求定制，提供多樣化的統計參數。

此階段，為進一步提升工程量統計精度，需對施工計劃進一步細化為澆筑計劃，將參數項定義為澆筑批，在最大限度上與現場施工流水相匹配。

(3)工程量匯總階段

在工程量匯總階段進行預算工程量對比，可實現預算量與BIM量之間的雙向校核，使成本控制的依據更為準確、權威。

(4)提資階段

在施工階段混凝土提資前，引入需扣除的工程量信息，在BIM模型提取量的基礎上，扣除鋼筋、開洞、預埋所占的體積，使模型與現場實物相一致，使混凝土提資的理論工程量更加精確，真實還原現場施工計劃。

(5)工程量核對階段

在澆筑完成后，及時進行現場實際工程量的核對，實時統計現場實際工程量與BIM理論量的差值，可以得出施工流水過程中的混凝土損耗指標，實現對混凝土異常損耗的及時預警，助力及時糾偏。

3 實施方案

3.1 精細化建模

相比較于其它算量軟件，Revit軟件的建模精細程度及完整性更高，能夠將整個建造中涉及的構件模型化管理。而只有當模型表達的準確且完整時，才能更好的實現成本管控。

本項目中，將成熟的算量建模規則作為實施框架，統一了建模行為，能有效降低施工過程中的溝通成本，提升建模效率及準確性。

如在本項目中的地下筏板施工中，經常遇到后澆帶、膨脹帶或流水段劃分切割到集水坑或柱墩的情況，且頻繁出現多種標高的基礎相疊開挖。這些現象均嚴重影響混凝土的施工用量，具體示意如圖3所示。

圖3 天街項目后澆帶及多疊基坑模型圖(局部)

利用BIM技術對后澆帶位置進行深化設計，以減少施工不便。但需要在建模前按施工方案確定好統計界面，使澆筑計劃與模型提取范圍完全匹配，具體基礎筏板流水劃分情況如圖4所示。

圖4 天街項目基礎底板流水劃分圖

3.2 精細化算量

項目成本管理的效率高低，與算量清單編制的合理性有很大的關系。與傳統工程量清單的編制相比，BIM精細化算量清單通過定制化參數的方法，可在滿足按清單項核對工程量的同時，進行子目工程量核對，且能夠在查找工程量差異構件的同時，快速定位構件所在，在較大程度上降低工程量清單的核算難度與工作量。

(1)定制化參數

工程量的精細提取固然重要，但要做到快速、完整、準確提取工程量，還需與之適宜的參數，才能實現其價值。為滿足精細算量，將參數分為清單類參數，以及根據項目特點定制的輔助參數。

①清單參數

為保證工程量對比工作的承接性，便于清單項的識別，需要在Revit中建立專門用來識別清單項的清單類參數，例如清單編碼、項目名稱、項目特征、計量單位等明顯的識別信息，便于快速查找、對比工程量。

②輔助參數

輔助參數的功能，意在使現場用量與預算工程量核對工作更加快速、準確、完善完成，提高工程量提取的速度與完整性。充分利用Revit強大的模型信息編輯功能，添加參數例如：圖像、注釋、細分、樓層、區域、施工計劃、施工流水段、澆筑日期等，通過優化輔助參數定制功能，可快速完成施工中重要影像留存；快速完成清單子目歸類及細分、算量等維度的基準定位；快速完成施工計劃工程量與實際施工工程量統計等功能，提高工程量的計算效率。

(2)定制化明細表統計

Revit不僅僅是建模工具，更是算量信息的管理工具。基于構件豐富的參數信息，只需通過簡單的參數過濾即可以快速分類、歸集構件工程量。而傳統統計方式則需另行對工程量進行拆分。BIM建模有助于造價人員快速查找、定位、修改或提取單個構件的工程量信息，并能滿足多方面的核對需要，明細表如表1所示。

表1 天街項目基礎混凝土清單明細表

3.3 算量準確性與完整性分析

Revit 2016軟件與廣聯達GTJ2018專業算量軟件，在可建模性與統計完整性進行對比分析。以本項目商業綜合體常見的以懸臂梁為支座的曲線梁為例，如圖5所示。廣聯達算量軟件對構件繪制的自由性低，圖元不能便利表達出此類構建在現場的實際情況。而Revit則可以很好地處理此類節點，做到模型與現場完全一致。此外，廣聯達對次梁按凈空長的方法進行計算，如梁頭斜交而不能很好地界定主次梁分界，會造成工程量上的差異。

圖5 Revit與廣聯達軟件對曲線梁梁頭處理的差異對比

除常用構件外，廣聯達專業算量軟件對比專業建模軟件，在異型構件的處理上，同樣相形見絀。例如該項目多處存在的雙向加腋梁型鋼混凝土構件,如圖6所示。廣聯達對于此類構建的處理能力較為弱勢，不能完整計算及拆分工程量。

圖6 Revit對特異性構件的建模處理

3.4 算量差異原因分析

盡管Revit軟件在構件建模及算量處理上有諸多優勢，但要還原現場，則還需精準計算出理論量，方可指導施工。為此，需要采取針對性手段輔助完成。經過本項目實踐，總結出兩項基本措施，為減少模型與現場差異提供可靠保障。

(1)移動端檢查機制

為確保混凝土澆筑成型前與模型保持一致，在澆筑前，利用移動可視設備，對現場支模情況進行對比調查，及時發現異常并進行模型查改，如圖7所示。

圖7 移動端檢查機制

(2)精準扣除機制

大體量綜合體建筑結構相對不具有典型性，常見建筑類型的混凝土控制指標難以對本項目混凝土控制起到參考作用。為消除此部分因素帶來的影響，配合該項目精細化鋼筋深化，并拋除商務算量中區別計算孔洞的計算規則。相對應扣除構件的鋼筋理論體積與所有類型洞口體積，最大限度還原現場混凝土實際理論使用量，如圖8所示。

圖8 鋼筋深化模型

3.5 基于Revit的二次開發功能優化

Revit是由美國歐特克公司所研發的設計軟件，在圖形算量上優勢盡顯，但在實際使用過程中，還是出現了“水土不服”的現象。

(1)Revit軟件內置的計算規則，和我國現行的GB50500-2013清單規則不同，且不能在Revit軟件中直接更改計算規則，而使用API算量插件，難以兼容企業清單，所以，本項目使用Revit軟件集成的Dynamo可視化編程開發工具，對計算規則及清單匹配問題進行專項研究，開發出既能匹配國標清單規則又能適用企業清單的程序“節點包”。通過清單項映射圖形的邏輯規則，可根據預設報表樣式自動計算清單工程量。

(2)Revit存在明細表類別繁多，輸出過程繁瑣，導出文件數據性差，需要二次完善等問題。利用Dynamo二次開發工具，編寫可輔助明細表快速導出的程序“節點包”，并對精準扣除機制進行了優化，研發了可直接在程序內完成鋼筋體積換算及扣減的“節點包”，可實現一鍵輸出工程量清單報表，提升效率,如圖9所示。

圖9 節點包與輸出的工程量清單

3.6 控制效果

將BIM凈量、預算量以及現場實際量進行對比分析。以地下室局部混凝土臺賬數據為例。

由表2可以看出，僅通過結余計算(預算量-實際量)，該項目地下混凝土工程出現了混凝土量結余，但卻并不能依據此對地下的混凝土澆筑工藝進行評價。使用精細化算量后，則可通過更能貼近現場實際施工情況的BIM凈量作為施工指導量，基于此的損耗計算則能真實反映現場混凝土澆筑量控制的好壞，更靈敏地為項目提供預警，而非單一使用結余率進行評價，從而忽略其中的可節約成本。

表2 筏板局部區域混凝土數量統計數據 m3

4 結語

目前國內建筑市場領域中，大型施工項目所占比例越來越高。無論是建設方，亦或是承建方，都要在其中投入大量的資源，任何細節出錯都可能將項目的利潤吞沒，甚至導致虧損。精細化的材料管理是施工企業未來轉型的必經之路，見微知著，從細節上體現真功夫，將簡單的工作高水準并且持續性完成，才能更好地反映出企業的綜合管理水平，最終從管理當中取得效益。