基于BIM技術的鋼筋砼工程算量研究與應用

吳帆 陳斌

1.咸寧市城發市政工程有限公司 湖北 咸寧 437000

2.咸寧市寧安建筑工程有限公司 湖北 咸寧 437000

BIM(building information modeling，建筑信息模型)技術以三維數字技術為基礎，以模型數據庫為核心，為項目建設的各個專業提供了協同作業的信息交流平臺[1]。BIM技術的協同設計、一體化施工建造和智能化維護管理，使業主、施工單位和運營方能夠無縫對接，實現對建造全生命周期的管理[2]，必將帶來建筑行業新的巨大變革。本文鑒于BIM技術在鋼筋砼結構工程算量的不足，尤其是鋼筋工程的建模繁瑣的問題，通過對BIM建模核心軟件Revit的深入研究，結合工程實際需要，對其進行二次研發 ，開發出快速建模軟件，實現了在Revit自動生成鋼筋混凝土結構完整模型，并通過工程實例對該軟件在鋼筋砼工程中算量的準確性進行了驗證。

1 BIM技術的發展現狀

自20世紀90年代BIM技術在歐美國家興起開始，經過近二十年的發展，BIM技術取得了突飛猛進的發展，并在西方發達國家已經廣泛應用于工程建設中[3]。BIM技術在我國的應用起步較晚，在建設行業中發展緩慢[4]。《中國BIM應用價值研究報告》（2020）中的數據顯示，接近半數（46%）的設計企業目前應用率低（在不到15%的項目中應用BIM），而施工企業中的這一比例不到三分之一（31%），BIM技術的應用率比較低。隨著建筑工業化和信息化程度的不斷提高，BIM技術在工程建設中的優勢也越加明顯,BIM技術的應用給工程建設帶來的顯著的經濟效益、社會效益和環境效益越來越受到政府和業界相關人士的重視和關注。近年來，住建部和各地政府不斷推出BIM新政，促進BIM技術在建筑行業內的推廣和應用?！笆濉币巹澋墓己蛯嵤?，使得BIM技術開始迅猛發展。住建部發布的《關于推進建筑信息模型應用的指導意見》，更為BIM技術在工程量精確計算及造價、投資控制等方面的應用指明方向。經過近些年的不斷發展,BIM技術開始廣泛應用于工程實踐?！吧虾Ｖ行摹?、天津團泊湖網球中心、蘭州國際商貿中心等都是BIM技術的典型應用。而BIM技術在工程量計算及工程成本控制的應用與研究也逐漸受到業界人士和學者的廣泛關注。如黃華[5]從信息技術在工程建設領域中的應用這個角度來分析，指出了在設計階段傳統造價控制方式存在的問題，并從技術角度進一步分析了產生這些問題的原因，提出了基于 BIM的造價管理模式在設計階段從技術上有效地控制造價的新方式，并進一步探討了這種模式的具體實現方案；曹祥軍[6]從工程量軟件算量的實際應用出發,結合 BIM技術在工程造價軟件中的應用，引進 BIM的三維理念和技術手段,結合實際工程的運用，探索了 BIM技術在全生命造價周期中的應用；林韓涵等[7]選擇基于Revit軟件的ODBC開發方法，通過分析并改進Revit軟件中工程量計算規則，建立了構件屬性與插件的數據映射，開發了附加在Revit2013上的算量插件，能夠輸出符合清單規則的構件工程量，論證了BIM設計軟件輸出清單量的可行性，有利于設計與造價BIM信息的對接和互用等。綜合學者們的研究可知，雖然針對BIM技術在工程量計算和造價控制方面的應用與研究日益深入，但是大部分研究還集中在宏觀的管理模式和流程控制上，缺乏精細化和具體化造價控制的技術。特別是針對鋼筋混凝土結構的快速精細化建模算量相關技術和實現路徑的研究還十分缺乏，需要進一步研究。

2 BIM在工程算量中的優勢

建筑工程量計算是工程成本計算的基礎，而工程量的計算卻十分繁雜。傳統基于CAD的工程量計算，需要完整的施工圖紙，然后借助于基于CAD的商業算量軟件，創建算量模型計算工程量，過程十分繁瑣。而BIM技術的三維數字建模的發展使得工程量計算工作更加方便快捷。相對于國內現有的三維算量軟件，BIM技術在工程算量的應用主要有如下優勢：

（1）信息集成共享。BIM技術是在傳統二維CAD技術基礎上發展起來的一種多維模型信息集成技術。應用BIM技術建立的模型，能夠包含建筑結構水暖電等各專業的信息，并且能夠很方便的及時互享和溝通。而算量軟件的三維模型是孤立的，缺乏專業間的互動。

（2）建模迅速精準?；趯ΧSCAD的導入技術，三維可視化BIM軟件建模迅速，模型信息可同時在平面和三維狀態下編輯，而且還能夠檢查各專業之間的碰撞，排錯查漏。

（3）算量準確，工作量減少。BIM技術不但可以計算項目整體工程量，而且還能計算分項工程量，方便進行多算對比，可以有效監控成本。若 BIM 模型包含時間屬性，利用BIM 模型的參數化特點，按照所需條件篩選工程信息，計算機即可自動完成工程量的條件統計并形成報表。應用BIM技術，建模同時即可以獲得工程量信息，無需造價人員再建模算量，因而在提高算量準確的基礎上，還能大量減少工作量。

（4）BIM模型和工程量具有統一性。BIM模型一旦確定，設計人員、施工單位、業主或者咨詢公司得到的工程量都將是一樣的。工程藍圖上的工程量在理論上是個定量，但是由于不同造價人員對圖紙的理解深度不同，會得到不同工程量，而BIM技術的運用將破解這一歷史難題。

（5）實現全壽命周期工程算量。通過BIM技術建立建筑三維模型形成龐大的數據庫在將會始終貫穿于建筑全壽命周期，可以實現在項目建設的全壽命周期對建設成本進行實時控制。

3 BIM在鋼筋砼工程算量中的難點

目前，BIM技術在鋼結構的建模分析，尤其是節點的分析，已經取得了可觀的成效，但是在鋼筋混凝土結構工程中的應用卻局限于建筑建模階段。鋼筋混凝土結構中由于混凝土構件扣減關系復雜，尤其是鋼筋建模需要在構件內部操作，造成BIM建模算量工作繁重，困難較大。在鋼筋混凝土結構中應用BIM建模計算工程量，主要有以下難點：

（1）工程量大。對于復雜結構，圖紙往往內容繁多、圖紙量大，采用BIM軟件通過導入CAD圖紙進行手動建模，往往需要耗費較大精力。

（2）鋼筋建模繁瑣。BIM技術尚不能提供按中國建筑施工平法圖集要求布置鋼筋的快速方式，如在鋼筋搭接和錨固處建立模型繁瑣，并且容易出錯、漏算，導致鋼筋算量不準確。

（3）混凝土建模規則不同。采用BIM技術建立混凝土模型時，梁、板、柱和墻等構件的連接處扣減關系復雜，需要準確考慮構件接連接關系，否則容易造成漏算或多算。

（4）不能提供異形構件。Revit中并不能提供異性構件，這需要工程師自己創建，間接增大了工作量。

4 基于BIM技術的二次開發

BIM軟件可以根據設計模型，直接建模算量，并且可以依據設計變化而變化，實時動態反應工程量情況，建模算量方便快捷。但是目前市面上BIM建模的核心軟件Revit尚不夠成熟，難以處理混凝土結構構件之間復雜的扣減關系,因此為滿足工程算量實際需要，十分有必要對BIM軟件進行二次開發。

為實現BIM在鋼筋混土結構建模算量的高效性和準確性，基于Revit平臺對該軟件進一步進行開發，采用C#編程工具，針對結構計算軟件YJK的數據庫開發出混凝土結構快速配筋建模軟件，能夠根據YJK模型或CAD圖紙，自動翻?？焖偕蒖evit模型，自動生成與結構設計一致的Revit模型。自動建模軟件在Revit三維模型上根據配筋信息隨時生成梁、柱、樓板及剪力墻的三維實體鋼筋鋼筋，而且充分考慮鋼筋搭接、錨固和混凝土構件扣減等關系，從而可以快速得到準確的鋼筋和混凝土工程量。軟件架構和建模算量流程如圖1。

圖1 架構圖

5 BIM技術二次開發工程應用

某高層剪力墻結構處于抗震設防烈度為8度（0.3g）區，地下2層，地上18層，房屋高度52.5m，建筑面積5540m2。如圖2所示。上部結構采用鋼筋混凝土剪力墻結構，基礎采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁基礎。根據設計研究院提供的YJK（營建科）模型結構設計模型，采用基于二次開發的快速建模軟件將其導入Revit中，生成BIM模型(如圖3所示)，并通過讀取鋼筋信息，在REVIT中生成三維實體鋼筋。限于篇幅，僅展示梁板自動建模情況如圖4、圖5所示；結構混凝土和鋼筋模型建立完成后通過Revit明細表統計查看工程量。工程量統計分析見表1~表2。

表1 鋼筋工程量對比分析（單位kg）

表2 混凝土工程量對比分析（單位:m3）

圖2 某高層剪力墻結構效果圖

圖3 建模軟件生成BIM模型

圖4 自動建模軟件梁構件鋼筋模型

圖5 自動建模軟件板構件鋼筋模型

經上述分析可知：基于BIM技術二次開發的自動建模結構算量軟件，高度自動化，建模算量方便快捷，混凝土工程量和鋼筋工程量計算的誤差率控制在0.3%以內，準確可靠。

6 結論與展望

本文基于BIM技術的二次開發，實現對鋼筋混凝土結構模型快速準確地自動生成，解決了鋼筋混凝土結構在Revit中建模的難點，并對實際工程進行了算量分析和驗證，為未來類似工程算量、造價分析和投資決策提供了一種有效途徑。BIM技術在工程算量和造價分析中的不斷應用和推廣，將會極大地提高生產效率、節約成本，降低投資風險，提升工程價值。