基于BIM 4D技術的建筑工程計劃成本提取系統設計與應用

牛立軍 趙儀 周錦安

(華北水利水電大學水利學院，河南 鄭州 450046)

0 引言

當前，隨著科學技術和工程技術的發展，人們對建筑物的功能和質量要求越來越高，施工管理難度隨之增加。隨著建筑行業信息化水平的提升，BIM 4D技術應運而生。BIM 4D技術不僅包括傳統的進度計劃管理，而且集成了建筑工程造價成本等信息。一方面，有助于實現科學合理的施工管理，提升項目管理水平；另一方面，能夠節約項目成本、提高項目利潤。但是，在實際操作中仍存在較多問題。例如，從BIM模型中自動讀取所需參數信息較為困難，需要技術人員通過工程進行計量、套取定額、匯總等步驟手動輸入，工作量巨大且存在一定誤差。為了解決這一問題，本文設計了基于BIM 4D技術的建筑工程計劃成本信息參數自動提取系統，可為其他項目的計劃成本管理提供參考。

1 建模前期準備

1.1 建筑工程構件分解

BIM模型在軟件中通常以族的集合形式展現。建筑工程主要包括土建和設備兩大部分。其中，土建部分是指建筑和結構兩個專業，設備部分通常包括給排水、采暖通風與空調、電氣等專業。因此，建筑工程圖樣也代表著各個構件的集合，以構件的形式對建筑工程項目進行劃分，同時在BIM軟件中以族的形式體現，即通過分解建筑構件的方法與BIM模型建立聯系。建筑工程構件分解如圖1所示。

圖1 建筑工程構件分解

1.2 工作計劃任務分解

為了實現模型的參數化和后續的工作區分，首先需要進行工作任務分解。分解對象是實現項目的最終結果所需要的工作。通過依次分解，形成更詳細的層級，并對大小不同的項目單元進行編碼。在實際的建筑工程中，通常以施工層為節點，將鋼筋工程、混凝土工程、木工工程等層級從下向上分解，通過一系列交叉工程，實現各工程節點的目標。BIM技術的最終目的是指導實際施工，因此，將鋼筋工程、混凝土工程、木工工程等作為任務分解目標更加有利于后續工作的開展。建筑工程工作任務分解如圖2所示。

圖2 建筑工程工作任務分解

1.3 成本參數分析

在BIM構件族的設計階段，為了能夠從不同的建筑構件上成功提取成本信息，依據建筑工程定額標準和清單工程量計算規則，詳細分析各個構件所需的信息，為BIM模型添加相關的材料種類、性質、尺寸、施工工藝等參數。

2 設計基于BIM 4D技術的計劃成本自動化提取系統

2.1 成本參數自動化提取系統架構

當前，建筑行業常用的4D計劃軟件包括Fuzor、Ynchro、Navisworks、Lumion等。相較于其他軟件，Fuzor的功能性更強，能夠對建筑物進行4D計劃的施工模擬，展示人、料、機等資源的消耗等。此外，Fuzor還可以添加二次開發的插件。為了實現基于BIM 4D技術的建筑工程計劃成本自動化提取，對Revit進行二次開發成為必要條件。該系統采用Visual Studio 2012開發工具、Office 2013辦公軟件、NET Frameweork 4.5.2開發環境、Fuzor 2018 4D項目軟件。通過對設計圖樣和技術文件的分析，構建將建筑工程作業任務及部件分解而參數化的BIM模型，通過提取Revit二次開發的檢索模型參數將必要的工程信息自動導入Excel，計算得出建筑工程的人、料、機等成本信息。建筑工程成本自動化提取系統如圖3所示。

圖3 建筑工程成本自動化提取系統架構

2.2 BIM模型構建

以某商業樓項目為例。該項目為地上4層，采用獨立基礎形式和框架結構，主要包括墻、柱、梁、板、樓梯等構件。根據項目圖樣、施工技術、項目工期的具體要求，建立該項目Revit模型，如圖4所示。

圖4 某商業樓項目Revit模型

2.3 BIM模型參數化

在BIM軟件中，建筑模型往往由大量構件族組合而成。這些構件族的作用各不相同，若不能將參數附加在構件模型上，那么信息提取將難以符合系統的設計要求?；诠ぷ魅蝿盏姆纸?，在Revit軟件中分別設置項目的全局參數、各個構件屬性模塊的標記和注釋等，進行模型參數化設計，將具體構件對應的施工順序、施工部位等進行描述?；谠撃Ｐ停軌蜃詣犹崛∷栊畔?，并通過參數化的三維模型對項目進行全面管控。模型參數化示意圖如圖5所示。

圖5 模型參數化示意圖(截圖)

2.4 BIM模型參數信息的提取

為了在IE Visual Stdio平臺上進行Revit的二次開發，首先，調用Revit API.dll和Revit API.dll的程序組；其次，通過Add-In Manager將用戶開發的插件加載至Revit平臺，以提取構件的材質、體積、密度等主要計量信息以及用戶對構件本身的標識和注釋等；最后，根據Revit外部命令，將必要的工程部位、材料的特征、工程量、施工任務等信息直接輸入Excel表格。

2.5 基于Excel的數據存儲及計算

該系統采用的Excel的主要功能包括：①對成本計算所需的定額、單價分析表等信息建庫并進行存儲；②基于Excel的強大計算能力，建立程序的計算規則；③將BIM模型中的參數信息按要求提取至Excel表格進行程式化計算。

3 構建基于BIM 4D技術的計劃成本參數自動化提取系統

3.1 成本參數自動化提取系統

該系統采用C#語言開發，利用Visual Studio 2012軟件的Windows form窗體擴展UI界面。UI界面主要包括將模型中的混凝土、鋼筋、砌筑等工程導入Excel表格等功能，能夠將符合要求的工程部位、材料特征、工程量、施工任務等參數信息統計至自動打開的Excel表格，由其進行數據處理，提取的數據可由開發人員進行驗證和核算。成本自動化提取系統界面如圖6所示，自動提取的工程量數據示意圖如圖7所示。

圖6 成本自動化提取系統界面(截圖)

圖7 自動提取的工程量數據示意圖(截圖)

3.2 成本核算

在系統自動提取模型工程量后，按照相應的清單計價規則，套取相應的定額形成清單工程量。同時，按照該工程對成本核算的要求，對各個單項工程的人、材、機、管、利進行單價分析，再通過清單工程量及單價信息進行計算，得到該4D計劃所需的各個單項工程的人、料、機、管、利等成本信息。

本文將《工程量清單項目計量規范》(2013版)、《河南省房屋建筑裝飾工程預算定額》(2016版)作為工程量清單定額的編制依據，按照工程部位與結構的劃分及計價的要求分別設置獨立基礎C30(基礎層)、基礎梁C30(基礎層)、矩形柱C30(一層)等單項工程，并對其進行單價分析，最后對項目的混凝土工程成本進行核算。綜合單價分析表如圖8所示，成本信息匯總表如圖9所示。

圖8 綜合單價分析表(截圖)

圖9 成本信息匯總表(截圖)

3.3 成本信息導入

將各單項工程的人、材、機等成本數據與項目計劃相結合，形成符合要求的數據文本，通過CSV格式導入Fuzor軟件，實現對建筑工程計劃成本信息的自動化提取。

4 結語

本文以某商業樓項目混凝土工程為例，通過建立三維模型、模型參數化、獲取模型參數、自動計算成本信息等步驟生成Fuzor所識別的計劃文件，實現了基于BIM 4D技術的建筑工程計劃成本的自動化提取。主要研究結論如下：

(1)針對建筑工程計劃成本參數提取不便的問題，利用C#語言對Revit進行二次開發，參照建筑工程成本計算規則，建立建筑工程單價分析表，實現了計劃成本參數的自動化提取，提高了成本管理效率。

(2)該系統采用Excel表格進行數據處理和計算，適用性較強。提取的工程信息還可以應用于項目的成本計算、現場成本管理等方面。

(3)通過構建基于BIM 4D技術的建筑工程計劃成本參數自動提取系統，可為BIM 4D技術的進一步發展提供參考。