摘要：研究顯示從BIM應用于建筑工程算量的角度，建立工程算量模式評價(jià)標準；采用歸類(lèi)分析、實(shí)例驗證及比較分析等方法，證明在施工圖設計階段合理使用BIM軟件建模，可以直接、快速、精確地計算大多數工程計量項目的工程量。

　　1 引言

　　BIM是建設項目物理和功能特性的數字表達，擁有龐大的資源數據庫。根據BIM理念，包括造價(jià)咨詢(xún)人員在內的項目團隊成員共享一個(gè)BIM模型。若造價(jià)人員能直接利用BIM模型并自動(dòng)提取工程量，則算量效率和質(zhì)量都將比基于CAD或其他平臺開(kāi)發(fā)的算量軟件有大幅度提升。關(guān)于利用BIM模型進(jìn)行工程算量問(wèn)題，業(yè)內大體有兩種觀(guān)點(diǎn)：一種觀(guān)點(diǎn)認為可將BIM模型文件導出到外部算量軟件，利用外部軟件進(jìn)行算量；另一種認為BIM模型可直接作為算量平臺，實(shí)現自動(dòng)化精確的工程算量。

　　就實(shí)踐而言，目前已有軟件企業(yè)研發(fā)出數據接口，將BIM模型導出到現行的計量軟件中進(jìn)行工程算量，但其準確性和可靠性有待檢驗。亦有開(kāi)發(fā)符合國內計量規則的BIM算量插件，但所涉構件范圍較窄，僅限于混凝土結構構件。在BIM模型內直接進(jìn)行工程算量的可能性問(wèn)題，還沒(méi)有得到相對全面的實(shí)證支持。

　　本文預設的工程算量模式是設計人員將BIM模型深化到施工圖設計階段，工程造價(jià)人員利用BIM模型提取工程量。在此模式下，以《房屋建筑與裝飾工程工程量計算規則》（GB50845-2013）為計量標準，采用歸類(lèi)分析、實(shí)例驗證、比較分析等方法，證明合理使用BIM軟件建模，可以直接、快速、精確地計算出大多數工程計量項目的工程量，并同步調整設計變更后的工程量，且無(wú)需借助外部軟件進(jìn)行工程算量。該算量模式在復雜形體工程算量中更具優(yōu)勢。本文采用具有代表性的BIM軟件AutodeskRevit2015版（以下簡(jiǎn)稱(chēng)Revit）作為驗證軟件。因篇幅有限，選取相對機電和鋼結構工程而言比較復雜的建筑和混凝土結構作為劃分和測試對象。

　　2 工程算量模式

　　2.1工程算量模式評價(jià)標準

　　評價(jià)工程算量模式的標準應包括建筑構件幾何對象的計算能力、計算質(zhì)量、計算效率以及附帶幾何對象屬性能力等標準。由于現代工程設計存在很多不規則或復雜的幾何形體，計算能力應體現在計算任意幾何形體的能力。為了準確估算工程造價(jià)，還需要衡量工程算量的準確性和詳細程度，在此將其定義為計算質(zhì)量，例如在幕墻工程中，計算質(zhì)量不僅體現在計算幕墻總體工程量上，還應同時(shí)統計出幕墻所用不同規格嵌板和框材數量，為準確估算幕墻價(jià)格提供基礎。

　　考慮到工程變更要求，工程量計算效率不但要考慮初次計算所消耗的時(shí)間，還應考慮工程變更調整工程量所耗費時(shí)間，這兩部分相加的總時(shí)間就是效率指標。附帶幾何對象的屬性能力反映能載有幾何維度信息以外更多信息的能力，可以為工程造價(jià)管理提供更多有價(jià)值信息，例如通過(guò)設置階段化（Phase）屬性來(lái)定義項目建設進(jìn)程，在后期發(fā)生變更時(shí)，造價(jià)人員可以此來(lái)確定變更后的調整工程量。而工程算量模式在相當程度上決定了上述算量指標的高低。

　　2.2工程算量模式的特點(diǎn)

　　目前，國內工程算量模式多是依據CAD平臺開(kāi)發(fā)的算量軟件來(lái)實(shí)現。然而，不論是基于二維CAD或是基于三維CAD軟件進(jìn)行的工程算量，其共同前提都必須要重新建立模型。雖然這些軟件都具有對CAD設計文件的識別能力，可以提高計算效率，但是識別預設了很多苛刻條件，若要符合工程計量規范的規定，則需經(jīng)過(guò)很多人工調整。此外，由于設計文件與算量文件不能關(guān)聯(lián)，任何設計上的變更都需要手工錄入和調整，這顯然會(huì )影響工程算量的質(zhì)量和效率。另外，從目前基于CAD平臺的算量軟件應用情況來(lái)看，這些軟件對不規則或復雜的幾何形體計算能力比較弱，甚至無(wú)法計算（如對曲面形體只能采用近似計算方法）。

　　相較于CAD算量軟件，BIM型軟件在工程述算量方面具有顯著(zhù)優(yōu)勢。BIM通過(guò)建立3D關(guān)聯(lián)數據庫，可以準確、快速計算并提取工程量，提高工程算量的精度和效率。BIM遵循面向對象的參數化建模方法，利用模型的參數化特點(diǎn)，在表單域（Field）設置所需條件對構件的工程信息進(jìn)行篩選，并利用軟件自帶表單統計功能（Schedule）完成相關(guān)構件的工程量統計。而且，BIM模型能實(shí)現即時(shí)算量，即設計完成或修改，算量隨之完成或修改。隨著(zhù)工程推進(jìn)、項目參與者信息量的增加，最初的要求會(huì )發(fā)生調整和改變，工程變更必然發(fā)生，BIM模型算量的即時(shí)性大幅度減少變更算量的響應時(shí)間，提高工程算量效率。

　　3 BIM模型內的工程算量

　　建筑構造形式千差萬(wàn)別，難以用歸納法對每個(gè)具體項目進(jìn)行驗證。本文采用歸類(lèi)方法進(jìn)行實(shí)例驗證，即對造價(jià)劃分的某一類(lèi)項目做典型實(shí)例計算測試，據此推論此類(lèi)項目的計算效果。在選擇測試項目之前，需要先行建立BIM分類(lèi)和造價(jià)分類(lèi)的對應關(guān)系，這是因為，BIM的構件劃分思路與國內現行施工圖設計階段的工程造價(jià)劃分并不一致，前者是按建筑構造功能性單元劃分，后者則以建筑施工工種或工作來(lái)劃分項目。

　　3.1土石方工程

　　利用BIM模型可以直接進(jìn)行土石方工程算量。對于平整場(chǎng)地的工程量，可以根據模型中建筑物首層面積計算。挖土方量和回填土量按結構基礎的體積、所占面積以及所處的層高進(jìn)行工程算量。造價(jià)人員在表單屬性中設定計算公式可提取所需工程量信息。例如，利用BIM模型計算某一建筑物中條形基礎的挖基槽土方量，已知挖土深度為1.15m.按照國內工程計量規范中的計算方法，在BIM模型的表單屬性中設置項目參數和計算公式，使用表單直接統計出建筑物挖基槽土方總量。

　　3.2基礎

　　BIM自帶表單功能可以自動(dòng)統計出基礎的工程量，也可以通過(guò)屬性窗口獲取任意位置的基礎工程量。大多類(lèi)型的基礎都可按特定的基礎族模板建模，若某些特殊基礎沒(méi)有特定的建模方式，可利用軟件的基本工具（如梁、板、柱等）變通建模，但需改變這些構件的類(lèi)別屬性，以便與其源建筑類(lèi)型的元素相區分，利于工程量的數據統計。

　　3.3混凝土構件

　　BIM軟件能夠精確計算混凝土梁、板、柱和墻的工程量且與國內工程計量規范基本一致。對單個(gè)混凝土構件，BIM能直接根據表單得出相應工程量。但對混凝土板和墻進(jìn)行算量時(shí)，其預留孔洞所占體積均被扣除。當梁、板、柱發(fā)生交接時(shí)，國內計量規范規定三者的扣減優(yōu)先序為柱＞梁＞板（“＞”表示優(yōu)先于），即交接處工程量部分，優(yōu)先計算柱工程量，其次為梁，最后為板工程量。使用BIM軟件內修改工具中的連接（Join）命令，根據構件類(lèi)型修正構件位置并通過(guò)連接優(yōu)先序扣減實(shí)體交接處重復工程量，優(yōu)先保留主構件的工程量，將次構件的統計參數修正為扣減后的精確數據，避免了構件工程量統計的虛增或減少?！　?/p>

　　3.4混凝土模板

　　混凝土模板雖然為非實(shí)體工程項目，但卻是重要的計量項目?，F行BIM并沒(méi)有設置混凝土模板建模專(zhuān)用工具，采用一般建模工具雖然可建立模板模型，但需要耗費大量的時(shí)間，因此需要其它途徑來(lái)提高模板建模效率?？梢酝ㄟ^(guò)編程BIM軟件插件解決快速建立模板模型問(wèn)題，這樣就可以在軟件內自動(dòng)提取模板工程量，達到像前述構件在BIM軟件內一樣的算量效果。

　　3.5鋼筋

　　BIM結構設計軟件提供了用于為混凝土柱、梁、墻、基礎和結構樓板中的鋼筋建模的工具，可以調入鋼筋系統族或創(chuàng )建新的族來(lái)選擇鋼筋類(lèi)型。計算鋼筋質(zhì)量所需要的長(cháng)度都是按照考慮鋼筋量度差值的精確長(cháng)度。圖3為部分構件內部鋼筋布置圖，這一部分的鋼筋算量，不僅能計算出不同類(lèi)型的鋼筋總長(cháng)度，還能通過(guò)設置分區（Partition）得出不同區域的鋼筋工程量。

　　3.6樓梯

　　在BIM模型內，能直接計算出樓梯的實(shí)際踏步高度、深度和踏面數量，還能得出混凝土樓梯的體積。對于樓梯欄桿的算量，可以按照設計圖示尺寸對欄桿族進(jìn)行編輯，進(jìn)而通過(guò)表單統計出欄桿長(cháng)度。經(jīng)測試，采用BIM內部增強性插件（BuildingbookExtension）來(lái)提取樓梯工程量，得到的數據及信息更符合實(shí)際需求。

　　3.7墻體

　　通過(guò)設置，BIM可以精確計算墻體面積和體積。墻體有多種建模方式。一種是在已知結構構件位置和尺寸的情況下，以墻體實(shí)際設計尺寸進(jìn)行建模，將墻體與結構構件邊界線(xiàn)對齊，但這種方式有悖常規建筑設計順序，并且建模效率很低，出現誤差的機率較大。另一種方式是直接將墻體設置到樓層建筑或結構標高處，如同結構構件“嵌入”到墻體內，這樣可大幅度提升建模速度，見(jiàn)圖4（左）。前者在實(shí)際建模中少見(jiàn)。后者需要通過(guò)設置才能計算墻體準確的工程量?？赏ㄟ^(guò)“連接”命令，實(shí)現墻體對這些構件工程量的扣減。圖4（右）為墻體內部放置柱、梁構件的節點(diǎn)圖，不做任何處理時(shí)，墻體的體積為1.160m³，將梁、柱與墻體通過(guò)連接命令進(jìn)行設置后，墻體的體積變?yōu)?.653m³，為準確的墻體體積。

　　對于嵌入墻體的過(guò)梁，可通過(guò)共享的嵌入族（NestedFamily）的形式將其綁定在門(mén)、窗族上方，再將門(mén)、窗族載入項目并放置在相應墻體內，此時(shí)的墻體工程量就會(huì )自動(dòng)扣除過(guò)梁體積，且過(guò)梁的體積也能單獨計算出來(lái)。此外，若墻體在施工過(guò)程中發(fā)生改變，還可利用階段（Phase）參數，得出工程變更后的墻體工程量，為施工階段造價(jià)管理帶來(lái)方便。將建立的模型設置不同階段，若需刪除某一部位的墻體，選中該墻體并在屬性窗口中設置其拆除的階段，如階段3，因BIM自帶表單功能與階段化屬性相關(guān)聯(lián)，在表單中選擇階段3，此時(shí)統計的工程量不包含刪除墻體的體積。

　　3.8門(mén)窗工程

　　從BIM模型中可以提取門(mén)窗工程量和其他門(mén)窗構件的附帶信息，包括各種型號的門(mén)窗數量、尺寸規格、板框材面積、門(mén)窗所在墻體的厚度、樓層位置以及其它造價(jià)管理和估價(jià)所需信息（如供應商等）。此外還可以自動(dòng)統計出門(mén)窗五金配件的數量等詳細信息。以門(mén)上執手為例，在BIM模型中分別建立門(mén)和門(mén)執手兩個(gè)族文件，將門(mén)執手以共享的嵌入族的方式加載到門(mén)族中，門(mén)執手即可以單獨調取的族形式出現，利用軟件自帶的表單統計功能，就可得到門(mén)執手的相應數量及信息。

　　3.9幕墻

　　無(wú)論是對普通的平面幕墻還是曲面幕墻的工程量計算，BIM都達到了精確程度，并且還能自動(dòng)統計出幕墻嵌板（Panel）和框材（Mullion）的數量。在BIM建模時(shí)，可以通過(guò)預置的幕墻系統族或通過(guò)自適應族（AdaptiveFamilies）與概念體量（ConceptualMassing）結合，創(chuàng )建出任意形狀的幕墻。在概念體量建模環(huán)境下，創(chuàng )建幕墻結構的整體形狀，可根據幕墻的單元類(lèi)型使用自適應族創(chuàng )建不同單元板塊族文件，每個(gè)單元板塊都能通過(guò)其內置的參數自動(dòng)驅動(dòng)尺寸變化，軟件能自動(dòng)計算出單元板塊的變化數值并調整其形狀及小大。也可將體量與幕墻系統族結合，創(chuàng )建幕墻嵌板和框材。模型建立后，再利用表單統計功能自動(dòng)計算出其相應工程量。

　　3.10裝飾工程

　　同樣，BIM模型也能自動(dòng)計算出裝飾部分的工程量。BIM有多種飾面構造和材料設置方法，可通過(guò)涂刷方式（Paint），或在樓板和墻體等系統族的核心層（Coreboundary）上直接添加飾面構造層，還可以單獨建立飾面構造層。前兩種方法計算的工程量不準確，如在樓板核心層上設置構造層，構造層的面積與結構樓板面積相同，顯然沒(méi)有扣除樓板上墻體所占的面積。為使裝飾工程量計算接近實(shí)際施工，可用基于面（Facebased）的模板族單獨建立飾面層，這種建模方法可以解決模型自身不能為梁、柱覆蓋面層的問(wèn)題，同時(shí)通過(guò)材料表單（Materialtakeoff）提取準確的工程量。對室內裝飾工程量來(lái)說(shuō)，將表單關(guān)鍵詞（Schedulekey）與房間布置插件（RoombookExtension）配合使用，可以迅速準確出計算裝飾工程量。其計算結果可導入到Excel中，便于造價(jià)人員使用。

　　4 BIM工程算量?jì)?yōu)勢及問(wèn)題

　　與獨立建模的算量軟件相比，BIM在工程算量評價(jià)標準中顯示出很多優(yōu)勢，但暫時(shí)還存在一些問(wèn)題。在上述驗證的項目中，同時(shí)采用國內主流算量軟件進(jìn)行相同項目的計算，并對兩者進(jìn)行簡(jiǎn)單指標評分比較。

　　綜合對比分析，利用施工圖設計階段BIM模型進(jìn)行工程算量的優(yōu)勢主要體現在：

　　1）計算能力強，BIM模型提供了建筑物的實(shí)際存在信息，能夠對復雜項目的設計進(jìn)行優(yōu)化，可以快速提取任意幾何形體的相應數據；

　　2）計算質(zhì)量好，可實(shí)現構件的精確算量，并能統計構件子項的相關(guān)數據，有助于準確估算工程造價(jià)；

　　3）計算效率高，設計者對BIM模型深化設計，造價(jià)人員直接進(jìn)行算量，可實(shí)現設計與算量的同步，并且能自動(dòng)更新并統計變更部分的工程量；

　　4）BIM附帶幾何對象的屬性能力強，如通過(guò)設置階段或分區等屬性進(jìn)行施工圖設計進(jìn)度管理，可確定不同時(shí)段或區域的已完工程量，有利于工程造價(jià)管理。

　　BIM模型在工程算量方面存在的問(wèn)題主要是：需求問(wèn)題、構建方法、算量規則不一。由于BIM軟件面向眾多有著(zhù)不同需求的使用者，若要滿(mǎn)足所有使用者需求，則會(huì )導致軟件龐大、運行困難。BIM軟件商提供的一般是通用的平臺軟件，使用者可根據自身的需求通過(guò)編程插件解決專(zhuān)用需求問(wèn)題。類(lèi)似前述混凝土模板建模和工程量計算就是需求問(wèn)題而不是技術(shù)問(wèn)題，已有專(zhuān)業(yè)人員通過(guò)編程解決了混凝土建模問(wèn)題。構建模型方法問(wèn)題則比較復雜，不能通過(guò)技術(shù)解決。典型問(wèn)題如，建筑師可以使用貫通多層的墻體建立外墻，建模速度快，視覺(jué)效果和圖紙要求都能滿(mǎn)足要求。然而，這對統計墻體工程量和進(jìn)行造價(jià)管理帶來(lái)困難，造價(jià)人員無(wú)法直接利用模型分層統計不同強度等級的墻體或為合同管理需要樓層墻體工程量。這類(lèi)問(wèn)題是因建模者和模型使用者目標不一所致，可以通過(guò)項目管理制度安排解決。

　　在掌握BIM技術(shù)的基礎上，模型使用者向建模者提出建模要求，建模者按照要求建立模型。對于算量規則不一問(wèn)題，由于幾何形體在BIM軟件屬性中顯示的是其自然數量，與手工計算工程量年代制定的工程量計算規則肯定會(huì )有所不同，后者考慮到手工計算量的繁瑣，簡(jiǎn)化了計算規則，遵循“細編粗算”原則，如規則對面積較小的洞口做不扣除的規定，對門(mén)窗洞口側邊的抹灰梁等亦不增加。但是，如果讓BIM適應既有規則，會(huì )有“削足適履”效果，使BIM的價(jià)值降低。而現在讓規則完全適應BIM，顯然也不現實(shí)。解決問(wèn)題的對策是改進(jìn)現有規則，讓規則具有適應不同要求的靈活性。

　　5 結語(yǔ)

　　在建筑工程施工圖設計階段合理使用BIM軟件建模，可以直接、快速、精確地計算大多數工程計量項目的工程量，且無(wú)需借助其他外部算量軟件。隨著(zhù)BIM技術(shù)的應用和推廣，其在工程造價(jià)方面的優(yōu)勢也在擴大。造價(jià)人員需要與時(shí)俱進(jìn)地學(xué)習和掌握BIM技術(shù)。同時(shí)，為了更好地利用BIM模型信息，造價(jià)人員應參與委托設計工作，制定BIM建模要求。此外，BIM對既有的工程計價(jià)規則提出了挑戰，為充分利用BIM帶來(lái)的工程量計算優(yōu)勢，需要同步改進(jìn)既有計量規則。

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