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1、引言

BIM是一個(gè)將建筑數(shù)據(jù)共享的軟件，設(shè)計(jì)師、造價(jià)咨詢師、業(yè)主、施工方均可**BIM模型查看建筑物真實(shí)數(shù)據(jù)及效果圖。根據(jù)BIM理念，包括造價(jià)咨詢?nèi)藛T在內(nèi)的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)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(tái)開發(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(nèi)大體有兩種觀點(diǎn)：一種觀點(diǎn)認(rèn)為可將BIM模型文件導(dǎo)出到外部算量軟件，利用外部軟件進(jìn)行算量;另一種認(rèn)為BIM模型可直接作為算量平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)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(shù)據(jù)接口，將BIM模型導(dǎo)出到現(xiàn)行的計(jì)量軟件中進(jìn)行工程算量，但其準(zhǔn)確性和可靠性有待檢驗(yàn)。亦有開發(fā)符合國(guó)內(nèi)計(jì)量規(guī)則的BIM算量插件，但所涉構(gòu)件范圍較窄，僅限于混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件。在BIM模型內(nèi)直接進(jìn)行工程算量的可能性問(wèn)題，還沒有得到相對(duì)全面的實(shí)證支持。

本文預(yù)設(shè)的工程算量模式是設(shè)計(jì)人員將BIM模型深化到施工圖設(shè)計(jì)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(jì)算規(guī)則》(GB50845-2013)為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，采用歸類分析、實(shí)例驗(yàn)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(jì)算出大多數(shù)工程計(jì)量項(xiàng)目的工程量，并同步調(diào)整設(shè)計(jì)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(fù)雜形體工程算量中更具優(yōu)勢(shì)。本文采用具有代表性的BIM軟件Autodesk Revit 2015版(以下簡(jiǎn)稱Revit)作為驗(yàn)證軟件。因篇幅有限，選取相對(duì)機(jī)電和鋼結(jié)構(gòu)工程而言比較復(fù)雜的建筑和混凝土結(jié)構(gòu)作為劃分和測(cè)試對(duì)象。

2 、工程算量模式

2.1、 工程算量模式評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

評(píng)價(jià)工程算量模式的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)包括建筑構(gòu)件幾何對(duì)象的計(jì)算能力、計(jì)算質(zhì)量、計(jì)算效率以及附帶幾何對(duì)象屬性能力等標(biāo)準(zhǔn)。由于現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)存在很多不規(guī)則或復(fù)雜的幾何形體，計(jì)算能力應(yīng)體現(xiàn)在計(jì)算任意幾何形體的能力。為了準(zhǔn)確估算工程造價(jià)，還需要衡量工程算量的準(zhǔn)確性和詳細(xì)程度，在此將其定義為計(jì)算質(zhì)量，例如在幕墻工程中，計(jì)算質(zhì)量不僅體現(xiàn)在計(jì)算幕墻總體工程量上，還應(yīng)同時(shí)統(tǒng)計(jì)出幕墻所用不同規(guī)格嵌板和框材數(shù)量，為準(zhǔn)確估算幕墻價(jià)格提供基礎(chǔ)。

考慮到工程變更要求，工程量計(jì)算效率不但要考慮初次計(jì)算所消耗的時(shí)間，還應(yīng)考慮工程變更調(diào)整工程量所耗費(fèi)時(shí)間，這兩部分相加的總時(shí)間就是效率指標(biāo)。附帶幾何對(duì)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**設(shè)置階段化(Phase)屬性來(lái)定義項(xiàng)目建設(shè)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(diào)整工程量。而工程算量模式在相當(dāng)程度上決定了上述算量指標(biāo)的高低。

2.2 、工程算量模式的特點(diǎn)

目前，國(guó)內(nèi)工程算量模式多是依據(jù)CAD平臺(tái)開發(fā)的算量軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。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(duì)CAD設(shè)計(jì)文件的識(shí)別能力，可以提高計(jì)算效率，但是識(shí)別預(yù)設(shè)了很多苛刻條件，若要符合工程計(jì)量規(guī)范的規(guī)定，則需經(jīng)過(guò)很多人工調(diào)整。此外，由于設(shè)計(jì)文件與算量文件不能關(guān)聯(lián)，任何設(shè)計(jì)上的變更都需要手工錄入和調(diào)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(tái)的算量軟件應(yīng)用情況來(lái)看，這些軟件對(duì)不規(guī)則或復(fù)雜的幾何形體計(jì)算能力比較弱，甚至無(wú)法計(jì)算(如對(duì)曲面形體只能采用近似計(jì)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優(yōu)勢(shì)。BIM**建立3D關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫(kù)，可以準(zhǔn)確、快速計(jì)算并提取工程量，提高工程算量的精度和效率。BIM遵循面向?qū)ο蟮膮?shù)化建模方法，利用模型的參數(shù)化特點(diǎn)，在表單域(Field)設(shè)置所需條件對(duì)構(gòu)件的工程信息進(jìn)行篩選，并利用軟件自帶表單統(tǒng)計(jì)功能(Schedule)完成相關(guān)構(gòu)件的工程量統(tǒng)計(jì)。而且，BIM模型能實(shí)現(xiàn)即時(shí)算量，即設(shè)計(jì)完成或修改，算量隨之完成或修改。隨著工程推進(jìn)、項(xiàng)目參與者信息量的增加，**初的要求會(huì)發(fā)生調(diào)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(yīng)時(shí)間，提高工程算量效率。

3、 BIM模型內(nèi)的工程算量

建筑構(gòu)造形式千差萬(wàn)別，難以用歸納法對(duì)每個(gè)具體項(xiàng)目進(jìn)行驗(yàn)證。本文采用歸類方法進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證，即對(duì)造價(jià)劃分的某一類項(xiàng)目做典型實(shí)例計(jì)算測(cè)試，據(jù)此推論此類項(xiàng)目的計(jì)算效果。在選擇測(cè)試項(xiàng)目之前，需要先行建立BIM分類和造價(jià)分類的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這是因?yàn)?，BIM的構(gòu)件劃分思路與國(guó)內(nèi)現(xiàn)行施工圖設(shè)計(jì)階段的工程造價(jià)劃分并不一致，前者是按建筑構(gòu)造功能性單元?jiǎng)澐?，后者則以建筑施工工種或工作來(lái)劃分項(xiàng)目，兩種分類體系并非簡(jiǎn)單的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，見圖1。

圖1 清單計(jì)價(jià)與Revit軟件構(gòu)件和項(xiàng)目分類對(duì)應(yīng)關(guān)系

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(duì)于平整場(chǎng)地的工程量，可以根據(jù)模型中建筑物首層面積計(jì)算。挖土方量和回填土量按結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)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(shè)定計(jì)算公式可提取所需工程量信息。例如，利用BIM模型計(jì)算某一建筑物中條形基礎(chǔ)的挖基槽土方量，已知挖土深度為1.15m。按照國(guó)內(nèi)工程計(jì)量規(guī)范中的計(jì)算方法，在BIM模型的表單屬性中設(shè)置項(xiàng)目參數(shù)和計(jì)算公式，使用表單直接統(tǒng)計(jì)出建筑物挖基槽土方總量。

3.2 、基礎(chǔ)

BIM自帶表單功能可以自動(dòng)統(tǒng)計(jì)出基礎(chǔ)的工程量，也可以**屬性窗口獲取任意位置的基礎(chǔ)工程量。大多類型的基礎(chǔ)都可按特定的基礎(chǔ)族模板建模，若某些特殊基礎(chǔ)沒有特定的建模方式，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(gòu)件的類別屬性，以便與其源建筑類型的元素相區(qū)分，利于工程量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

3.3、 混凝土構(gòu)件

BIM軟件能夠精確計(jì)算混凝土梁、板、柱和墻的工程量且與國(guó)內(nèi)工程計(jì)量規(guī)范基本一致。對(duì)單個(gè)混凝土構(gòu)件，BIM能直接根據(jù)表單得出相應(yīng)工程量。但對(duì)混凝土板和墻進(jìn)行算量時(shí)，其預(yù)留孔洞所占體積均被扣除。當(dāng)梁、板、柱發(fā)生交接時(shí)，國(guó)內(nèi)計(jì)量規(guī)范規(guī)定三者的扣減優(yōu)先序?yàn)橹?gt;梁>板(“>”表示優(yōu)先于)，即交接處工程量部分，優(yōu)先計(jì)算柱工程量，其次為梁，**后為板工程量。使用BIM軟件內(nèi)修改工具中的連接(Join)命令，根據(jù)構(gòu)件類型修正構(gòu)件位置并**連接優(yōu)先序扣減實(shí)體交接處重復(fù)工程量，優(yōu)先保留主構(gòu)件的工程量，將次構(gòu)件的統(tǒng)計(jì)參數(shù)修正為扣減后的精確數(shù)據(jù)，避免了構(gòu)件工程量統(tǒng)計(jì)的虛增或減少。圖2為一梁、板、柱交接處的節(jié)點(diǎn)圖，使用連接命令設(shè)置后自動(dòng)生成的梁、板、柱體積分別為：0.192m3、0.307m3、0.320m3，即實(shí)現(xiàn)了柱>梁>板的扣減順序。

圖2　某梁板柱交接處節(jié)點(diǎn)圖及樓板工程量

3.4、 混凝土模板

混凝土模板雖然為非實(shí)體工程項(xiàng)目，但卻是重要的計(jì)量項(xiàng)目?，F(xiàn)行BIM并沒有設(shè)置混凝土模板建模專用工具，采用一般建模工具雖然可建立模板模型，但需要耗費(fèi)大量的時(shí)間，因此需要其它途徑來(lái)提高模板建模效率。可以**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(nèi)自動(dòng)提取模板工程量，達(dá)到像前述構(gòu)件在BIM軟件內(nèi)一樣的算量效果。

3.5、 鋼筋

BIM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件提供了用于為混凝土柱、梁、墻、基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)樓板中的鋼筋建模的工具，可以調(diào)入鋼筋系統(tǒng)族或創(chuàng)建新的族來(lái)選擇鋼筋類型。計(jì)算鋼筋質(zhì)量所需要的長(zhǎng)度都是按照考慮鋼筋量度差值的精確長(zhǎng)度。圖3為部分構(gòu)件內(nèi)部鋼筋布置圖，這一部分的鋼筋算量，不僅能計(jì)算出不同類型的鋼筋總長(zhǎng)度，還能**設(shè)置分區(qū)(Partition)得出不同區(qū)域的鋼筋工程量。

圖3 部分結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)內(nèi)部鋼筋布置圖及鋼筋工程量統(tǒng)計(jì)表單

3.6、 樓梯

在BIM模型內(nèi)，能直接計(jì)算出樓梯的實(shí)際踏步高度、深度和踏面數(shù)量，還能得出混凝土樓梯的體積。對(duì)于樓梯欄桿的算量，可以按照設(shè)計(jì)圖示尺寸對(duì)欄桿族進(jìn)行編輯，進(jìn)而**表單統(tǒng)計(jì)出欄桿長(zhǎng)度。經(jīng)測(cè)試，采用BIM內(nèi)部增強(qiáng)性插件(Buildingbook Extension)來(lái)提取樓梯工程量，得到的數(shù)據(jù)及信息更符合實(shí)際需求。

3.7、 墻體

**設(shè)置，BIM可以精確計(jì)算墻體面積和體積。墻體有多種建模方式。一種是在已知結(jié)構(gòu)構(gòu)件位置和尺寸的情況下，以墻體實(shí)際設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行建模，將墻體與結(jié)構(gòu)構(gòu)件邊界線對(duì)齊，但這種方式有悖常規(guī)建筑設(shè)計(jì)順序，并且建模效率很低，出現(xiàn)誤差的機(jī)率較大。另一種方式是直接將墻體設(shè)置到樓層建筑或結(jié)構(gòu)標(biāo)高處，如同結(jié)構(gòu)構(gòu)件“嵌入”到墻體內(nèi)，這樣可大幅度提升建模速度，見圖4(左)。前者在實(shí)際建模中少見。后者需要**設(shè)置才能計(jì)算墻體準(zhǔn)確的工程量?？?*“連接”命令，實(shí)現(xiàn)墻體對(duì)這些構(gòu)件工程量的扣減。圖4(右)為墻體內(nèi)部放置柱、梁構(gòu)件的節(jié)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**連接命令進(jìn)行設(shè)置后，墻體的體積變?yōu)?.653m3，為準(zhǔn)確的墻體體積。

圖4 結(jié)構(gòu)構(gòu)件“嵌入”墻體的建模示意圖及梁、柱與墻體3D節(jié)點(diǎn)圖

對(duì)于嵌入墻體的過(guò)梁，可**共享的嵌入族(Nested Family)的形式將其綁定在門、窗族上方，再將門、窗族載入項(xiàng)目并放置在相應(yīng)墻體內(nèi)，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(dú)計(jì)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(shù)，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(shè)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(shè)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(tǒng)計(jì)的工程量不包含刪除墻體的體積。

3.8、 門窗工程

從BIM模型中可以提取門窗工程量和其他門窗構(gòu)件的附帶信息，包括各種型號(hào)的門窗數(shù)量、尺寸規(guī)格、板框材面積、門窗所在墻體的厚度、樓層位置以及其它造價(jià)管理和估價(jià)所需信息(如供應(yīng)商等)。此外還可以自動(dòng)統(tǒng)計(jì)出門窗五金配件的數(shù)量等詳細(xì)信息。以門上執(zhí)手為例，在BIM模型中分別建立門和門執(zhí)手兩個(gè)族文件，將門執(zhí)手以共享的嵌入族的方式加載到門族中，門執(zhí)手即可以單獨(dú)調(diào)取的族形式出現(xiàn)，利用軟件自帶的表單統(tǒng)計(jì)功能，就可得到門執(zhí)手的相應(yīng)數(shù)量及信息。

3.9、 幕墻

無(wú)論是對(duì)普通的平面幕墻還是曲面幕墻的工程量計(jì)算，BIM都達(dá)到了精確程度，并且還能自動(dòng)統(tǒng)計(jì)出幕墻嵌板(Panel)和框材(Mullion)的數(shù)量。在BIM建模時(shí)，可以**預(yù)置的幕墻系統(tǒng)族或**自適應(yīng)族(Adaptive Families)與概念體量(ConceptualMassing)結(jié)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(jié)構(gòu)的整體形狀，可根據(jù)幕墻的單元類型使用自適應(yīng)族創(chuàng)建不同單元板塊族文件，每個(gè)單元板塊都能**其內(nèi)置的參數(shù)自動(dòng)驅(qū)動(dòng)尺寸變化，軟件能自動(dòng)計(jì)算出單元板塊的變化數(shù)值并調(diào)整其形狀及小大。也可將體量與幕墻系統(tǒng)族結(jié)合，創(chuàng)建幕墻嵌板和框材。模型建立后，再利用表單統(tǒng)計(jì)功能自動(dòng)計(jì)算出其相應(yīng)工程量。

3.10 、裝飾工程

同樣，BIM模型也能自動(dòng)計(jì)算出裝飾部分的工程量。BIM有多種飾面構(gòu)造和材料設(shè)置方法，可**涂刷方式(Paint)，或在樓板和墻體等系統(tǒng)族的核心層(Core boundary)上直接添加飾面構(gòu)造層，還可以單獨(dú)建立飾面構(gòu)造層。前兩種方法計(jì)算的工程量不準(zhǔn)確，如在樓板核心層上設(shè)置構(gòu)造層，構(gòu)造層的面積與結(jié)構(gòu)樓板面積相同，顯然沒有扣除樓板上墻體所占的面積。

為使裝飾工程量計(jì)算接近實(shí)際施工，可用基于面(Facebased)的模板族單獨(dú)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)**材料表單(Material takeoff)提取準(zhǔn)確的工程量。對(duì)室內(nèi)裝飾工程量來(lái)說(shuō)，將表單關(guān)鍵詞(Schedulekey)與房間布置插件(Roombook Extension)配合使用，可以迅速準(zhǔn)確出計(jì)算裝飾工程量。其計(jì)算結(jié)果可導(dǎo)入到Excel中，便于造價(jià)人員使用。

4、 BIM工程算量?jī)?yōu)勢(shì)及問(wèn)題

與獨(dú)立建模的算量軟件相比，BIM在工程算量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中顯示出很多優(yōu)勢(shì)，但暫時(shí)還存在一些問(wèn)題。在上述驗(yàn)證的項(xiàng)目中，同時(shí)采用國(guó)內(nèi)主流算量軟件進(jìn)行相同項(xiàng)目的計(jì)算，并對(duì)兩者進(jìn)行簡(jiǎn)單指標(biāo)評(píng)分比較(表1)。

綜合對(duì)比分析，利用施工圖設(shè)計(jì)階段BIM模型進(jìn)行工程算量的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：

1)計(jì)算能力強(qiáng)，BIM模型提供了建筑物的實(shí)際存在信息，能夠?qū)?fù)雜項(xiàng)目的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，可以快速提取任意幾何形體的相應(yīng)數(shù)據(jù);

2)計(jì)算質(zhì)量好，可實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的精確算量，并能統(tǒng)計(jì)構(gòu)件子項(xiàng)的相關(guān)數(shù)據(jù)，有助于準(zhǔn)確估算工程造價(jià);

3)計(jì)算效率高，設(shè)計(jì)者對(duì)BIM模型深化設(shè)計(jì)，造價(jià)人員直接進(jìn)行算量，可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與算量的同步，并且能自動(dòng)更新并統(tǒng)計(jì)變更部分的工程量;

4)BIM附帶幾何對(duì)象的屬性能力強(qiáng)，如**設(shè)置階段或分區(qū)等屬性進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)進(jìn)度管理，可確定不同時(shí)段或區(qū)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(gòu)建方法、算量規(guī)則不一。由于BIM軟件面向眾多有著不同需求的使用者，若要滿足所有使用者需求，則會(huì)導(dǎo)致軟件龐大、運(yùn)行困難。BIM軟件商提供的一般是通用的平臺(tái)軟件，使用者可根據(jù)自身的需求**編程插件解決專用需求問(wèn)題。類似前述混凝土模板建模和工程量計(jì)算就是需求問(wèn)題而不是技術(shù)問(wèn)題，已有專業(yè)人員**編程解決了混凝土建模問(wèn)題。構(gòu)建模型方法問(wèn)題則比較復(fù)雜，不能**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，視覺效果和圖紙要求都能滿足要求。然而，這對(duì)統(tǒng)計(jì)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(tǒng)計(jì)不同強(qiáng)度等級(jí)的墻體或?yàn)楹贤芾硇枰獦菍訅w工程量。這類問(wèn)題是因建模者和模型使用者目標(biāo)不一所致，可以**項(xiàng)目管理制度安排解決。

在掌握BIM技術(shù)的基礎(chǔ)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(duì)于算量規(guī)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(shù)量，與手工計(jì)算工程量年代制定的工程量計(jì)算規(guī)則肯定會(huì)有所不同，后者考慮到手工計(jì)算量的繁瑣，簡(jiǎn)化了計(jì)算規(guī)則，遵循“細(xì)編粗算”原則，如規(guī)則對(duì)面積較小的洞口做不扣除的規(guī)定，對(duì)門窗洞口側(cè)邊的抹灰梁等亦不增加。但是，如果讓BIM適應(yīng)既有規(guī)則，會(huì)有“削足適履”效果，使BIM的價(jià)值降低。而現(xiàn)在讓規(guī)則完全適應(yīng)BIM，顯然也不現(xiàn)實(shí)。解決問(wèn)題的對(duì)策是改進(jìn)現(xiàn)有規(guī)則，讓規(guī)則具有適應(yīng)不同要求的靈活性。