符合清單定額規范的大型建筑及交通綜合體BIM 算量平臺研究
——以廈門新機場航站區工程為例

黃清釗 陳迫進 洪棋松 葉鑫 阮聰英

(福建兆翔機場建設有限公司)

建筑業是國民經濟的支柱型產業之一，隨著社會經濟不斷發展，大型建筑及交通綜合體越來越多，投資額達數十億元乃至數百億元。但在其壽命期內，由于其工程規模大、建設周期長、功能復雜、空間多樣、施工工藝復雜、涉及人員眾多等特點，導致其工程管理難度大、工程造價風險較難管控，采用傳統工程量計算方式，在工程量計算的準確性、實現數據共享和提升工程造價管理效率等方面，難以滿足精細化造價管控的目標。

BIM 技術作為可實現建設項目全過程數字化管理的有效手段，可在一定程度上反映工程規劃、設計、交易、施工、運營投入整體工程造價數據情況，有利于提升工程量計算的便利性、控制投資成本及加快結算進度，為開展精確、動態的工程造價管理工作提供有效支撐[1]。

本文提出基于BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技術[2]、MVVM（Model View ViewModel，模型-視圖-視圖模型）架構、造價業務技術和圖數據庫技術，實現圖紙識別、智能建模、智能審查等核心功能，將施工預算圖紙、BIM 模型、BIM 算量三者通過統一的行業規范形成聯動機制，構建符合《建設工程工程量清單計價規范》（GB50500-2013）、《福建省房屋建筑與裝飾工程預算定額》（FJYD-101-2017）、《福建省通用安裝工程預算定額》(FJYD-301-2017～FJYD-311-2017)、《福建省市政工程預算定額》 (FJYD-401-2017～FJYD-409-2017)等標準的BIM 算量平臺，實現大型建筑及交通綜合體的全過程造價管控目標。

1.大型建筑及交通綜合體的實施難點

大型建筑及交通綜合體在全過程造價管理過程中，存在許多實施難點。

1.1 項目總體規模大

大型建筑及交通綜合體一般項目總體規模較大，而且由于功能復雜導致涉及專業眾多，各專業的造價工作關聯度大，參建各方的協調和核算工作量增大，因而對參建各方造價人員的專業素養和經驗要求更高。對于一些特殊的大型項目，建設方要求項目的完成時間短且造價誤差要小，導致造價工作任務緊，對進度、成本、質量之間的協調控制要求更高，項目管理難度更大。以上都是大型建筑及交通綜合體項目在造價工作及實踐應用中經常碰到的難點。

民航機場項目屬于大型交通綜合體，項目的功能復雜、空間多樣、實施要求高、技術難度大，雖然目前國內已有部分民航機場項目采用多種新一代信息技術進行造價管理方面的嘗試，但因實際項目中的成本管控環節實現難度很大且沒有標準化，目前還沒有成熟方案可以借鑒[3]。

1.2 鋼筋計算難度大

一般來說，鋼筋造價占項目總價比重較大，框架結構工程項目的鋼筋造價占比可達30%以上[4]。按傳統BIM 算量方式的要求，需提前進行大量的鋼筋實體建模才能出鋼筋工程量，假設采用Revit 進行建模，一個建筑面積僅3000平方的小型項目就會產生100M 左右的Revit 文件，如果加上鋼筋建模的話文件會增長到300M 以上。所以中等或大型以上項目采用此方式，文件會增長到幾個G 甚至幾十個G，造成建模軟件加載和保存時間達幾分鐘，操作過程中也會產生嚴重卡頓現象，嚴重影響建模軟件的使用，因此采用傳統方式難以滿足大型建筑及交通綜合體的鋼筋工程量計算要求。

1.3 難以符合現行清單定額規范要求

由于以前技術實現難度較大，已有的BIM 算量方式都是實物量計量為主，形成工程量明細表，不符合清單定額規范的計量要求，與工程實際預算量存在差異，無法直接用于工程招標，無法對造價精準管控。而且，以實物量計量的方式，無法計算工程預算中的措施費用、超高增加費等項目，無法支持價差工程量的統計。

1.4 計算規則不一致

因CAD 圖紙是二維圖紙，表達信息有限，而工程量計算除了需要構件的三維信息外，還需要其他造價相關的信息，如構件的混凝土強度、型號、規格等。故采用CAD 圖紙進行工程量計算的過程中，參建方的造價人員在圖紙理解上容易出現不一致的情況，從而導致不同造價人員套用不同的計算規則，工程量計算結果差異很大，隨之而來的就是反復對量和扯皮，嚴重影響項目進度。

2.平臺架構與實現

廈門新機場航站區工程總占地面積約192.6 萬平方米（不含中央地塊、空管塔臺），總建筑面積約96.9 萬平方米，其中地上建筑面積約為85.2 萬平方米，地下建筑面積約為11.8 萬平方米，該項目是一個典型的大型交通綜合體。

本平臺基于機場航站區工程，研究和開發出符合清單定額規范的 BIM 算量核心技術，利用BIM 技術進行工程造價管理工作。根據現行建設工程工程量清單計價規范及福建省相關定額算量計價規則，進行工程量計算及清單定額套用，完成工程量計算及與造價咨詢工程量核對。在施工招標后與造價咨詢共同與施工單位進行標后核對，完成合同清單及定額單價掛接賦予至模型構件，實現模型算量計價，全過程支持工程進度款計算及設計變更模型算量及計價工作，主要流程如圖1 所示。

BIM 算量技術平臺應嚴格遵循項目的BIM 建模標準[5]，且貫穿智能建模、智能審查和造價業務技術等各個技術應用范疇，在確保信息一致性的前提下，提高建模和算量的效率。

2.1 平臺架構設計

本平臺架構根據國內外的BIM 產品和技術生態情況，采用C#開發語言和基于Revit 平臺進行開發[6]，并根據業務需要設計和實現了一系列技術服務模塊以支撐建模、審模和算量產品的研發，平臺技術架構如圖2 所示。

圖1 BIM算量流程圖

平臺基于福建省清單定額計量規范和機場項目BIM 應用標準，搭建用戶層、應用層、業務支撐層、數據存儲層和基礎設施層五層架構，實現滿足用戶的主要功能需求。

（1）用戶層

平臺的主要用戶是BIM 建模人員和造價工程師，主要工作是建模和算量計價。

（2）應用層

平臺的主要應用是土建建模、機電建模、模型審查和BIM 算量等。

（3）業務支撐層

平臺的主要業務涉及圖紙解釋識別、BIM 智能建模、BIM 智能審模、構件計算引擎、智能統計分析等。

（4）數據存儲層

平臺采用多源異構的數據存儲方式，包括但不限于Revit 模型、預算模型數據庫、配置型數據庫、圖數據庫等。

（5）基礎設施層

平臺的客戶端電腦應配備16G 以上內存、專業圖形顯卡，同時安裝Windows7 及以上的64 位系統。

圖2 平臺技術架構圖

2.2 平臺關鍵技術

平臺所用到的關鍵技術有造價業務技術、圖數據庫技術、CAD 圖紙識別、智能建模和智能審查等。

2.2.1 造價業務技術

基于BIM 的造價業務技術，不僅涉及計量本身，也包括了對BIM 的建模規范的要求。因此，為確保BIM 的造價業務順利實施，需要滿足以下四個技術要求：

（1）建立預算模型。根據各個專業清單定額計量規范要求，建立預算模型的分類框架；再以構件為基本粒度，分析和確定每類構件的清單特征、計算項目以及計量所依賴的數據作為構件的特征參數、計算項目參數以及計算參數。

（2）確立BIM 計量建模規范。根據技術要求（1）輸出的構件參數，確立在構建BIM 模型時需要完善的構件屬性（包括造價計算所需的相關屬性，如構件的混凝土強度、型號、規格等），形成BIM 計量建模規范。通過該規范，指導BIM 工程師在構建BIM 模型時的信息錄入。

（3）建立BIM 模型與預算模型關系。由于不同的BIM建模平臺在構件分類方面存在差異，與當前的清單定額計量規則對構件的分類也存在差異。因此，在基于BIM 計量建模規范的前提下，建立BIM 模型與預算模型的映射關系，為預算模型從BIM 模型中提取計量所依賴的信息提供數據源。

（4）實現預算模型計算規則。計算規則是基于預算模型的信息結合清單定額計算邏輯所整理的一套計算方法。這套計算規則通常表現為某些數學表達式或腳本代碼。這些數學表達式或腳本代碼可以從計算框架邏輯中剝離出來，實現不同清單定額計量規則的切換。

2.2.2 圖數據庫技術

建設工程領域的造價業務數據之間關系類似于層次數據模型，同時不同層次數據之間又存在依賴關系。因此傳統的關系型數據庫難于完整表達數據之間的關系以及支持擴展。圖數據庫可以更完整、便捷的實現和保存這些復雜的數據模型關系結構，在節點路徑計算和關系查詢上具有傳統數據庫無法比擬的優勢[7-8]。

VelocityDB[9]是C# .NET NoSQL Object 數據庫，同時也支持通過VelocityGraph 實現圖數據庫模型的相關操作，即同時支持Object 和Graph 的方式管理數據模型，VelocityGraph 為開源項目。VelocityDB 與ArangoDB 相比，單機服務部署簡單、體積更小。采用VelocityDB 來保存和管理工程數據更具優勢。

2.2.3 CAD 圖紙識別

圖3 CAD識別邏輯流程圖

為提高從CAD 圖紙轉為BIM 模型的效率，平臺項目組研究了基于CAD 圖紙的構件識別技術[10]。其技術原理為，根據傳入待識別CAD 構件所在邊線圖層名稱列表、引線和標注圖層名稱列表，經過分析處理，輸出構件形狀名稱、尺寸參數列表、構件布置坐標、構件名稱和旋轉角度等信息；最后根據輸出信息生成BIM 構件模型。識別邏輯流程如圖3 所示。

2.2.4 智能建模

智能建模技術主要有兩個目標，一方面提供快速生成模型的能力，另一方面確保生成的模型滿足BIM 計量規范要求[11]。

快速生成模型方面，分為土建和機電兩部分內容。土建智能建模主要包含按封閉區域自動生成板，自動生成構造柱、圈梁和過梁等二次構件。機電智能建模則更為豐富和復雜，集中在管道類構件的自動識別、連接、打斷和翻彎等處理方面。

智能建模功能在滿足BIM 計量規范要求方面，內置各類構件的參數模板，在生成模型時自動添加和輸入相關參數內容，避免出現遺漏情況，同時提高數據維護效率。

2.2.5 智能審查

智能審查是執行BIM 計量過程的重要環節。智能審查的依據來源于BIM 計量建模規范要求，它為BIM 的建模質量和標準以及為BIM 計量的工作提供保障[12]。

智能審查采用檢查規則庫與腳本技術的結合，在內置現有BIM 計量建模規范要求的基礎上，實現可靈活擴展各種檢查規則。其中，內置的現有BIM 計量建模規范主要以參數信息為主要檢查內容；結合參數信息和規則編輯器功能，用戶可以可視化方式新增或修改檢查規則實現擴展。

用戶可根據檢查內容需要，選中相應的檢查規則進行自動檢查；待檢查完畢，軟件自動列出存在問題的構件列表，用戶可定位構件所在模型位置和查看屬性信息輸入情況。

圖4 符合清單定額規范的大型建筑及交通綜合體BIM算量平臺

2.3 平臺實現

平臺以關鍵技術為支撐，以大型交通綜合體的BIM 工程算量為側重點，借助BIM 技術可視化，可反查，可集成及繼承信息的特性，配合一套基于現行福建省定額算量計價規范為標準、科學、可靠的算量工具，最終形成一套全專業、量價合一的BIM 模型，為施工招標后工程量核對提供檢驗數據。平臺的功能和界面如圖4 所示。

3.項目實施效益分析

本平臺通過在廈門新機場航站區BIM 算量計價項目中進行實踐應用，取得了良好的社會效益和經濟效益。

3.1 社會效益

（1）促進工程造價可持續發展。項目基于BIM 算量平臺在機場航站區工程造價管理中的落地應用，改變了傳統的工程造價管理思維模式與工作方式，使其往精細化、規范化和信息化發展。在工程造價管理過程中建立起模型化思維方式，實現工程造價生命周期的全面工程造價信息化管理，促進工程造價行業的可持續健康發展。

（2）減少施工過程經濟糾紛。項目結合BIM 算量技術，深化工程量計算深度至構件級別，同時結合任意構件工程量具體值快速核算及計算過程反查，有效規避因為工程量計算誤差問題引起施工方與建設方的經濟糾紛。

（3）推動復合型人才培養。基于本項目特性，單純僅依靠工程造價人才開展算量計價工作已難在項目創新實踐需要，項目通過結合實際實施需要，在項目準備、推進過程中，完成基于BIM 技術領域的復合型造價人才培養體系搭建，為今后未來BIM 技術在工程造價領域應用夯實堅實的人才基礎。

3.2 經濟效益

以廈門新機場航站區工程為例，通過基于機場項目開發的符合清單定額規范的 BIM 算量技術的應用，大大消減算量、計價過程重復計算工作，縮短工程量清單編制時間,提升招標工程量清單及控制價、工程進度款計算、設計變更費用計算、工程結算效率，減少難以避免的人工計算錯誤，提高工程量計算的準確率和工作效率，同時可有效解決因三維構件扣減規則、異形三維構件計算等問題所導致的工程量計量誤差問題。為進一步確定平臺所提升效率的具體數據，項目組選擇建筑面積約5000 平方米的機場航站區制冷站工程進行測算對比，將項目組成員分為采用傳統方式算量和采用BIM 平臺方式算量兩組，并分別統計實際工作效率。根據測算，項目在以下方面具有顯著經濟效率：

（1）在算量模型搭建方面，借助建模輔助插件，通過智能識圖，完成算量模型快速搭建，整體模型搭建效率提升60%，解決傳統人工建模的效率低、錯誤多等問題，大大降低了傳統方式的建模成本。

（2）在優化各類設計圖紙專業問題方面，通過算量模型搭建，針對設計圖紙進行詳細再論證，可以有效減少圖紙錯誤。根據統計，本項目在實施過程中累計反饋設計圖紙專業問題共計900 余個。這個步驟可以解決因圖紙問題導致的后期圖紙和模型反復修改返工的問題，也避免了后期算量計價反復重新計算和核對的問題。

（3）在造價測算效率方面，通過深入分析現有造價模式，以BIM 模型為基礎，通過造價業務的創新技術，實現圖、模、量、價一體化的新造價工作模式，解決傳統算量、計價過程中的大量重復計算問題，可縮短造價計算耗費時間達80%。而且在項目后期，參與方的造價員也避免了因為對圖紙理解不一致導致的算量結果差異而進行對量和扯皮的問題，明顯地節約了成本，提高了效率。

（4）在計量支付效率方面，通過整合的施工過程各專業BIM 算量計價模型，將施工過程設計變更和施工變更反饋至模型之上，同時根據現行建設工程工程量清單計價規范及清單計量規則對構件按標準規范扣減，真實準確的提供施工過程計價支付所需的工程量信息。施工過程計量支付速度提升約30%。

4.結語

本項目以BIM 工程量計算為側重點，基于MVVM 架構、造價業務技術和圖數據庫技術等軟件框架，探索在大型交通綜合體中借助CAD 圖紙識別、智能建模、智能審查等核心業務功能，使施工預算圖紙、BIM 模型、BIM 算量三者通過統一的行業規范形成聯動機制，構建符合國標清單計價規范和福建省預算定額規范的BIM 算量平臺，提高工程量計算的準確率和核對效率，推進全專業、全流程的算量計價一體化，加強項目成本管控能力，推進企業投資管控水平的提升，實現全過程造價管控目標。

平臺的實施為施工預算階段的工程量計算提供依據，為項目施工期間及竣工后的進度款結算提供工程量核對的檢驗數據基礎，為實現廈門新機場“實體機場”和“數字機場”的數字孿生提供技術基礎，并為后期構建“智慧機場”[13]提供基礎載體，在同類型項目中有典型示范和帶頭作用，具備廣闊的應用前景。