基于BIM的水利工程概算編制研究

牛立軍，陳慧萍

（華北水利水電大學，河南 鄭州 450046）

目前水利工程概算編制中的工程計量工作基于二維圖紙進行，算量工作繁瑣復雜，因二維圖紙不利于設計理念和工程信息的表達和傳遞[1]，致使實際工作中很容易出現計量誤差。而工程計價工作則多通過廣聯達、易投等軟件實現[2]，這些計價軟件與傳統Excel計價方式相比大大提升了計價效率，但算量與計價過程割裂，若工程設計變更將會導致算量與計價工作反復進行。解決以上技術難題是當前水利工程概算編制的新的研究方向[3]。

BIM（Building Information Modeling）是創建并利用數字化模型對建設工程項目的設計、建造和運營全過程進行管理和優化的方法和技術[4]，目前在水利工程概算編制中主要集中在工程算量和工程量傳遞兩方面[5-7]，對BIM 模型的可視化、模型參數的深層開發利用程度較低，未能解決水利工程概算編制中數據共享難、計量計價分離、數字化表達程度低等問題，也未完全體現BIM 技術的可視化交互設計優勢。

針對當前水利工程概算編制中存在的問題以及BIM 技術在水利工程概算編制中的應用現狀，本研究基于BIM 技術對Revit進行二次開發，構建了基于BIM 的水利工程概算編制系統。該系統以BIM 模型為基礎，實現對設計成果信息的深度讀取與使用，完成項目劃分、工程量統計、定額套取、綜合計價等可視化工程概算編制過程，并將工程概算成果存儲于三維模型，實現設計成果與概算成果的融合，形成基于BIM模型的數字資產。

1 研究思路

BIM 技術在水利工程各環節應用的基礎為工程參數化的BIM 模型，即集成建設工程的尺寸數據、約束限制、結構特征等多種信息，是工程設計階段成果的數據庫，其物理參數與視圖參數可以用于統計、分析、構件制作等[8]。根據水利工程概算編制階段的任務，基于BIM的水利工程概算編制流程如圖1所示。

圖1 BIM概算編制流程

2 研究方法

2.1 技術路線

以Visual Studio 為開發環境，基于.NET 框架對Revit進行二次開發，深度挖掘模型數據信息，采用C#語言實現模型信息交互，開發基于BIM 模型的水利工程概算編制系統。該系統主要由項目劃分、基礎單價編制、定額管理、概算編制4個核心功能模塊組成。BIM概算編制系統開發技術路線，如圖2所示。

圖2 BIM概算編制系統開發技術路線

系統功能實現步驟為：①在項目劃分模塊將工程模型劃分至最小工程單元，即分項工程；②在基礎單價編制與定額管理模塊完成基礎單價、概算定額等工程計價基礎數據輸入；③在概算編制模塊依據項目劃分成果完成分項工程工程量統計、工程單價計算以及總概算表編制；④輸出概算編制成果。

2.2 系統數據

基于BIM 技術進行水利工程概算編制，其數據來源主要包括模型數據與概算數據。模型數據如族ID、名稱參數、體積參數、視圖參數等可從模型中直接讀取、調用；概算數據主要包括基礎單價、費率、概算定額等。因基礎單價與費率變動較大，在BIM 概算編制系統中設置基礎單價與費率外部導入、更新功能；概算定額變動較小，系統中設置定額庫創建與維護模塊。定額庫可根據水利工程實例有針對性地進行選擇和輸入，主要通過TreeView 與DataGrid-View 結合呈現。輸入的定額數據可用于多項工程概算編制，實現定額快速查詢與套取。定額庫管理界面，如圖3所示。

圖3 定額庫管理界面

2.3 系統設計

2.3.1 主要功能設計

（1）項目劃分。在Revit 中創建的BIM 模型，每個族文件對應項目劃分的最后一級，即分項工程，基于族文件ID 的唯一性實現項目劃分環節名稱參數等數據的傳遞。

（2）工程計量。基于模型本身的參數信息實現工程量的自動統計，主要分為2 類：①對于可直接利用的體積類工程量，直接讀取模型體積參數或對體積參數進行基礎運算；②對于需要二次處理的體積數據以及非體積類工程量，如模板面積、鋼筋工程量、設備單體數量等，基于相關工程規范規定的計算公式開發相應功能模塊，實現可視化工程量自動統計。

（3）工程計價。①通過編程語言傳遞基礎概算數據，實現定額的查詢與套取、機械使用費與材料費的讀取，完成分項工程直接費的計算，進而通過系統內置計算規則，計算出分項工程間接費、利潤、稅金，最終完成分項工程單價計算；②通過導入工程計量數據，將分項工程工程量與工程單價分別相乘，計算出分項工程合價，在此基礎上編制工程總概算表。

（4）概算成果輸出。①數字化表達：將項目劃分、工程計量與工程計價的每個環節成果信息寫入模型，全過程概算編制完成后，通過查看族文件參數即可看到對應分項工程的人工、材料、機械消耗量以及工程單價等概算信息；②文件輸出：主要是在概算編制過程中形成的各項表格數據的導出，結合對Excel、Word 進行二次開發將概算數據導出為當前工程實際應用的規范格式。

2.3.2 可視化交互設計

BIM 概算編制系統可視化交互設計主要通過模型視圖參數的讀取與控制實現。在項目劃分環節，基于族文件視圖的隱藏與恢復動態演示項目劃分進度；在工程量統計環節，通過直觀選擇需要立模的模型面實現模板面積工程量統計；在工程計價環節，對分項工程進行定額套取、工程單價計算時，該分項工程對應族視圖居中顯示；概算編制完成后，模型中寫入概算信息，通過選中模型構件便可直觀查看其對應分項工程人工、材料、機械等的消耗量。

3 實例驗證

以多孔水閘工程為例，創建參數化三維模型，應用本研究開發的BIM水利工程概算編制系統編制其工程概算。

3.1 參數化三維模型

通過AutoRevit 軟件建立多孔水閘工程參數化三維模型，如圖4所示，對模型中的族和模型整體分別設置族文件參數和全局參數。

圖4 多孔水閘三維模型

3.2 項目劃分

水閘工程項目劃分界面，如圖5 所示。隨著項目劃分的進行，已被劃分的分項工程對應族視圖隱藏，尚未被劃分的族視圖完整，項目劃分進度動態可視，項目劃分過程未出現缺項、漏項或重復計項問題。

圖5 項目劃分界面

3.3 概算編制

項目劃分完成后，進入概算編制界面，進行工程量統計和工程計價工作。多孔水閘工程概算表編制界面，如圖6所示。

圖6 概算表編制界面

3.3.1 工程量統計

多孔水閘工程進行工程量統計時，對于常規體積類工程量直接獲取模型中族的體積參數，對于需要計算超挖、超填量的根據工程經驗乘以階段系數確定；對于非體積類工程量，分別使用模板面積統計、鋼筋工程量統計及設備單體數量統計功能進行工程計量。

3.3.2 工程計價

首先在概算表編制界面選定定額庫，多孔水閘工程概算編制采用現行水利部水利水電工程《水利建筑工程概算定額》（2002），進而選擇定額編號套取定額，進行工程單價計算。以多孔水閘工程閘室段C20 鋼筋混凝土閘底板為例，工程單價計算界面如圖7 所示。在該界面中，定額內容從定額庫自動讀取，對照定額選取材料與機械后，工程單價通過內置算法自動計算得出，并讀取到概算列表中，用于概算總表數據計算。

圖7 工程單價計算界面

3.4 成果輸出

在水利工程概算編制系統中選擇“導出Excel”功能按鈕便將項目劃分、工程計量、工程計價等階段編制的概算總表及概算附表按照程序設定格式一鍵導出，用于概算文件匯編。

3.5 數字資產

多孔水閘工程模型在進行前述項目劃分、工程量統計、定額套取、工程單價編制時，其使用定額、費率、工程單價及人工、材料、機械消耗量等概算成果均已寫入對應族文件中，并以參數形式表達，形成數字資產，可在模型中選中族文件直接查看或在其他工程建設階段調用。以水閘模型閘室段C20鋼筋混凝土閘底板為例，工程概算保存成果示例如圖8所示。

圖8 工程概算保存成果示例

4 結論

本研究針對水利工程概算編制的任務與現狀，通過對Revit進行二次開發，構建了基于BIM 的水利工程概算編制系統，并將其應用于多孔水閘工程。通過實例應用發現，與傳統水利工程概算編制方式相比，基于BIM的水利工程概算編制主要優勢如下。

（1）概算編制可視化。可視化是BIM 技術在工程建設中應用的最普遍優勢，基于BIM 技術進行項目劃分、工程量統計、工程單價計算等概算編制過程時，工作界面伴隨模型演示窗口，隨著模型族視圖的隱藏、恢復或居中顯示，當前操作對象明確，呈現出可視化的動態編制過程，有效避免了項目劃分缺項、漏項與重復計量問題。

（2）工程量統計便捷。在工程計量階段，實現了更為便捷的選擇性工程量統計，提升了工程計量的效率與精度。

（3）計量與計價結合。在工程計價階段，基于創建的數據庫實現了便捷、可視化的計價過程，并將計量與計價結合在一起，避免了設計變更造成的反復計量，減小了概算編制工作負擔。

（4）概算成果數字化表達，形成工程數字資產。工程概算編制成果可直接導出用于概算文件匯編。將工程概算編制信息寫入模型，不僅便于有關工程參建各方審閱，且結合設計成果共同形成了工程數字資產的數據底板。