從基于BIM的工程量計算角度探討智慧建設(shè)的實現(xiàn)

文/中國建筑設(shè)計研究院有限公司 徐 銘 趙 校

0 引言

BIM的核心價值在于全過程、全周期的信息整合與信息共享，并通過信息建立、傳遞、整合、共享和利用，建成智慧招標(biāo)、智慧設(shè)計、智慧建造、智慧運維的智慧建設(shè)體系。在諸多信息整合利用中，最引人關(guān)注也是從目前技術(shù)水平來看最容易達(dá)成的是基于BIM的工程量計算，從模型建立至項目竣工結(jié)算，工程量計算工作幾乎貫穿整個項目建設(shè)周期，無論是便捷性、準(zhǔn)確性還是權(quán)威性均遠(yuǎn)超傳統(tǒng)算量。受益于此，無論是甲方還是施工單位，如果能向其證明基于BIM算量可行，且能帶來直觀的經(jīng)濟效益，將會有越來越多的企業(yè)試行BIM算量，并最終從終端應(yīng)用反推至前端設(shè)計，實現(xiàn)智慧建設(shè)。因此BIM算量被稱為解決BIM普及率的一把“鑰匙”。

1 軟件思路

從理想情況來看，BIM算量的思路與步驟為：構(gòu)件識別—匹配工程量計算規(guī)則—工程特征識別—工程量計算—工程量分類匯總-報表輸出。其中核心技術(shù)是構(gòu)件識別，所有工程量計算規(guī)則、工程量計算及分類匯總均基于構(gòu)件識別的基礎(chǔ)。

但從目前市面上的軟件來看，因構(gòu)件識別率存在一定問題，無法保證100%識別，因此在構(gòu)件識別前均有一個模型修改甚至重新建模的操作。這就帶來一個問題：當(dāng)設(shè)計模型和算量模型存在一定區(qū)別時，不同使用者基于同一軟件的算量結(jié)果也可能不同，這對BIM算量的權(quán)威性是一個很大的挑戰(zhàn)。所以基于BIM的算量軟件首先要解決的問題就是構(gòu)件識別。目前基于BIM的算量軟件其構(gòu)件識別有3種方式：強規(guī)則、弱規(guī)則和無規(guī)則。

1）強規(guī)則 指嚴(yán)格規(guī)定建模規(guī)則，并且不允許例外情況。如計算混凝土墻，規(guī)定只計算“系統(tǒng)墻”族里第3位為“混凝土”的墻體，其他構(gòu)件一律不考慮。同時混凝土強度等級信息在名為“混凝土強度等級”的參數(shù)中尋找，所有如“砼強度等級”或“混凝土標(biāo)號”這些參數(shù)名稱全部非法，也不允許將該信息以類型名稱的方式表達(dá)。這種方式的識別率和計算結(jié)果準(zhǔn)確率非常高，計算速度也很快。但只有當(dāng)模型符合要求時才能正常運行，否則就會造成計算結(jié)果的極大偏差，對建模要求很高，設(shè)計師抵觸較大。

2）弱規(guī)則 指指定一個相對寬松的映射體系，設(shè)計師常用的表達(dá)手法基本都能滿足。同樣以混凝土墻為例，只要“系統(tǒng)墻”族里帶“混凝土”3個字的類型就被判定為混凝土墻，所有名為“混凝土強度等級”“混凝土標(biāo)號”“砼強度等級”等參數(shù)表達(dá)均有效。這種方式因規(guī)則太多，會大大降低軟件運行效率，而且因為容錯率太高，誤識別的可能性很大，如“混凝土砌塊”就會被認(rèn)為是“混凝土墻”，或者同時含有“混凝土強度等級”“混凝土標(biāo)號”2個參數(shù)且參數(shù)內(nèi)容不一致的情況也會發(fā)生。

3）無規(guī)則 指沒有預(yù)置的映射規(guī)則，每計算1個新項目時均需瀏覽一次項目，手動建立1個映射規(guī)則。這種做法靈活性極強，幾乎能識別市面上任何模型，但手動錄入工作量大。

2 代表性軟件簡介

BIM智慧建設(shè)的其他目標(biāo)需特定的BIM軟件承載，BIM智慧算量也需依托相應(yīng)的BIM算量軟件，所有這些軟件共同組成了BIM軟件體系。建模軟件或Web端平臺為該體系的核心和信息交換中樞，可實現(xiàn)信息建立、傳遞、共享和有效利用。由于目前國內(nèi)建筑行業(yè)的核心建模軟件幾乎都是Autodesk的Revit，Bently的Microstation及Dassault的Catia等軟件應(yīng)用率相對較低，下文均以基于Revit的算量軟件進(jìn)行討論。常見基于BIM的算量軟件橫向?qū)Ρ热绫?所示。

表1 常見基于BIM的算量軟件橫向?qū)Ρ?/p>

2.1 Revit

1）算量規(guī)則差異較大 Revit自帶工程量統(tǒng)計功能，即軟件的“工程量明細(xì)表”。這也是很多人理解的一個誤區(qū)：既然Revit能夠自行統(tǒng)計工程量，是不是有了模型就能自動出量？答案是否定的。首先Revit的算量規(guī)則與我國通行的工程量算量規(guī)則差異很大。其思路是板的優(yōu)先級最高，而國內(nèi)的算量規(guī)則是板的優(yōu)先級最低。不同的算量規(guī)則導(dǎo)致Revit的工程量統(tǒng)計功能只能作為參照，不能直接用于工程計價。從理論上講，能夠逐一根據(jù)節(jié)點的相關(guān)優(yōu)先級進(jìn)行手工修正，但Revit未提供可自定義優(yōu)先級的批量修改功能，手動修改項目所有節(jié)點是不可能完成的任務(wù)。

2）Revit的工程量顯示頁面不友好 Revit沒有集中的工程量統(tǒng)計功能，雖然能根據(jù)不同類別的構(gòu)件編制工程量報表，如“柱工程量明細(xì)表”“墻工程量明細(xì)表”，但默認(rèn)的項目樣板中沒有這些工程量報表，所有報表均需手工添加，這本身就是一個比較復(fù)雜的工作，而且每類別構(gòu)件的添加方法不一樣。更為關(guān)鍵的是，使用者不知道項目中具體有哪些構(gòu)件，因此不知道該添加哪些類型的表格，稍不注意就會漏項。而且Revit的統(tǒng)計報表不能自由縮放，導(dǎo)出Excel的方法也稍顯麻煩，對入門者不是很友好。

3）不能提供計算式底稿與工程量反查 從理論上講，Revit軟件中的工程量反查也能做到，可查看每個構(gòu)件的ID，然后按照ID號進(jìn)行搜索，但效率不高。

2.2 廣聯(lián)達(dá)算量軟件

廣聯(lián)達(dá)計價軟件在建筑行業(yè)中的優(yōu)勢明顯，但其算量軟件并未形成絕對的優(yōu)勢，特別是BIM算量。目前廣聯(lián)達(dá)的算量軟件體系分為土建（含鋼筋）、機電、精裝修、鋼結(jié)構(gòu)及市政（主要是大市政）5個軟件。算量結(jié)果均能導(dǎo)入計價軟件中。其中土建、機電軟件支持從Revit軟件導(dǎo)出的GFC中間交換文件進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)入；精裝修、市政只支持從dwg格式圖紙在廣聯(lián)達(dá)自有平臺中生成三維模型并算量，是傳統(tǒng)做法，可稱之為“準(zhǔn)三維”或“偽三維”；鋼結(jié)構(gòu)軟件除支持上述“準(zhǔn)三維”方式外，還支持識別Tekla模型，不支持Revit模型。因此只有土建、機電能夠進(jìn)行基于BIM的算量。

由于RVT格式文件通過GFC文件導(dǎo)入廣聯(lián)達(dá)算量軟件時會存在一定程度的信息丟失，丟失率與模型質(zhì)量相關(guān)。因此要用廣聯(lián)達(dá)系統(tǒng)，一定要保證模型質(zhì)量，這里的模型質(zhì)量是指模型是否滿足廣聯(lián)達(dá)的建模標(biāo)準(zhǔn)。由于施工單位建模進(jìn)行BIM算量大多是基于CAD進(jìn)行翻模，并沒有成型的建模標(biāo)準(zhǔn)，所以對此并不抵觸；市場上一些專門承接翻模的公司或BIM設(shè)計院本身的翻模團(tuán)隊出于效率考慮，可能有自己的大量族庫，這些族庫不可能全部滿足廣聯(lián)達(dá)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，勢必需對這些族庫進(jìn)行修正；而大多數(shù)正向設(shè)計的設(shè)計院都有自己成型的建模標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)更多是從形體表達(dá)的準(zhǔn)確性、出圖便利性、信息傳遞的有效性等角度出發(fā)，較少考慮算量這一配合專業(yè)的需求，因此會對廣聯(lián)達(dá)的建模標(biāo)準(zhǔn)較為抗拒。

廣聯(lián)達(dá)BIM算量最大的一個特點是基于自有平臺制作，其最大的優(yōu)勢是有從計價軟件帶過來的龐大用戶群體，并在此基礎(chǔ)之上研發(fā)完成了自己的5D平臺。同時收購了三維機電設(shè)計軟件MagiCAD，并推廣自己的三維結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件，但市場實際反響不佳，從2018年起，廣聯(lián)達(dá)開始開發(fā)基于Revit的算量插件，將Revit程序與模型部署在服務(wù)器端而非客戶端，能夠在Web端進(jìn)行構(gòu)件的統(tǒng)一維護(hù)，目前已有國內(nèi)大型開發(fā)商與其合作進(jìn)行試探性開發(fā)工作。

2.3 魯班算量軟件

魯班算量軟件在上海地區(qū)占有率較高，其是基于CAD進(jìn)行深度二次開發(fā)的算量軟件，在CAD時代，魯班軟件的操作思路是在CAD底圖上將每個構(gòu)件賦予高度信息進(jìn)行三維計算，所有的非幾何信息如材質(zhì)等均需手動錄入。在Revit時代，魯班軟件在二維算量軟件的基礎(chǔ)上進(jìn)行增量開發(fā)，將Revit文件或IFC文件的幾何信息導(dǎo)入魯班算量軟件中，并且能在同一個算量文件中兼容二維和三維算量。同時魯班軟件對構(gòu)件識別也非常靈活，能夠手動調(diào)整每個識別規(guī)則，對模型兼容性非常好，是典型的“無規(guī)則”軟件思路。

但魯班軟件最大的優(yōu)點也是其最大的缺點。為降低使用門檻，魯班軟件將模型降維到二維操作平面上，非幾何信息全部舍棄，需進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)再錄入工作。此外這直接帶來的是單向信息傳遞，只能從模型接收信息，不能進(jìn)行反寫操作，因此其向上游設(shè)計端、下游施工端拓展的可能性極小。

2.4 思維爾

目前除廣聯(lián)達(dá)軟件外，思維爾是唯一在大型開發(fā)商中得到實際部署的算量軟件，其同時具備土建、機電、鋼筋的算量功能，除內(nèi)建族，基本能保證一般構(gòu)件均能計算。

與魯班軟件思路截然相反，思維爾是典型的“強規(guī)則”思路。如采用思維爾的萬達(dá)集團(tuán)的建模標(biāo)準(zhǔn)，事先規(guī)定了所有可能用到的族，不在族庫里的族寧可修改設(shè)計也不能隨意添加。

這種做法其實是做一套極致的標(biāo)準(zhǔn)化，特別適合標(biāo)準(zhǔn)化程度很高的地產(chǎn)商。目前采用這種做法的也都是大型開發(fā)商。但從實際結(jié)果看，還有進(jìn)一步優(yōu)化的空間。

2.5 品茗

杭州品茗軟件有自主研發(fā)的算量軟件和預(yù)算軟件。HiBIM軟件是基于Revit開發(fā)的一個插件，屬品茗BIM軟件體系的一部分。目前品茗軟件的應(yīng)用偏向于施工，屬于典型的通過算量吸引用戶使用，并借此推廣其設(shè)計軟件思路。所以采用了“強規(guī)則”思路，為保證項目算量的準(zhǔn)確性，需使用品茗提供的族庫。品茗軟件在現(xiàn)場施工這一細(xì)分市場上的能力最強，甚至能夠計算出模板腳手架中鋼管、扣件、木板的量。

目前品茗軟件的HiBIM算量軟件正處于市場推廣前期，正在通過某醫(yī)院項目進(jìn)行論證。因需使用品茗軟件自身的族庫才能出量，因此算量過程其實是用HiBIM的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行重新建模，其短板也是設(shè)計師的使用習(xí)慣。

2.6 新點比目云

新點比目云是基于Revit開發(fā)的一個插件，目前只支持清單與極少量省份的定額算量。其最大的優(yōu)勢是采用規(guī)則映射方式，為保證對模型的最大兼容性，所有規(guī)則均面向用戶開放。新點比目云最大的缺點是算量中調(diào)用的非幾何信息全部為手動添加，除一些結(jié)構(gòu)信息可從模型特定位置提取外，不能利用模型本身已包含的信息。

2.7 isBIM

isBIM算量軟件同樣是基于Revit進(jìn)行的二次開發(fā)，也是采用規(guī)則映射方式，對模型兼容性很好，目前只支持清單工程量計算，不支持定額計算。相較于比目云，除可進(jìn)行構(gòu)件映射外，還可識別模型參數(shù)并進(jìn)行參數(shù)映射，映射關(guān)系可做到構(gòu)件級別。isBIM算量軟件的扣減規(guī)則有一定問題，需借助第三方插件先對模型進(jìn)行實體性扣減才能進(jìn)行計算，使用不便的同時若出現(xiàn)工程量偏差很難定位問題所在。

3 實際算量結(jié)果對比

基于某項目，同時用5款常見的BIM算量軟件進(jìn)行土建建模計算，并對結(jié)果進(jìn)行橫向?qū)Ρ龋绫?所示。

1）由表2可看出，只有魯班軟件和廣聯(lián)達(dá)軟件計算出基礎(chǔ)墊層的工程量。這是因為模型中沒有基礎(chǔ)墊層的實體，所有基于Revit的算量插件只能計算模型中的實體工程量，而魯班軟件和廣聯(lián)達(dá)軟件在導(dǎo)出模型后會對模型進(jìn)行處理，可通過算法生成模型中原本不存在的基礎(chǔ)墊層。

2）混凝土總用量偏差不大，但各分項工程量差異較大。這說明每款軟件在構(gòu)件識別、工程量扣減方面存在差異。目前無法判斷哪個算量軟件的工程量計算是正確的，需通過手算對工程量進(jìn)行進(jìn)一步核對。

表2 基于BIM的算量軟件工程量計算結(jié)果橫向?qū)Ρ?/p>

4 工程量計算結(jié)果在智慧建設(shè)中的應(yīng)用

通過BIM算量軟件得到的工程量可驅(qū)動項目智慧建設(shè)的實現(xiàn)。在智慧建設(shè)全生命周期中涉及基于BIM的工程量計算業(yè)務(wù)范圍如圖1所示。

4.1 智慧設(shè)計階段

傳統(tǒng)業(yè)務(wù)模式中，限額設(shè)計需設(shè)計完成后才能進(jìn)行成本測算，由于初步設(shè)計已完成，修改設(shè)計比較困難。而在基于BIM的智慧設(shè)計模式中，由于工程量測算較方便，通過造價專業(yè)前置，將成本拆解到各子項中，各子項設(shè)計人員在設(shè)計過程中可隨時算量，并通過經(jīng)濟指標(biāo)，快速測算子項成本，通過控制子項成本達(dá)到控制總成本的目的。傳統(tǒng)限額設(shè)計與基于BIM的智慧限額設(shè)計業(yè)務(wù)流程對比如圖2，3所示。

4.2 智慧招投標(biāo)階段

工程量統(tǒng)計完成后可通過傳統(tǒng)方式進(jìn)行招標(biāo)工作，也可通過調(diào)用以往項目的大數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)投標(biāo)文件中的問題，避免不平衡報價和日后可能出現(xiàn)的索賠，實現(xiàn)智能評標(biāo)。

4.3 智慧建造階段

在智慧建造階段，工程量最廣泛的應(yīng)用是在進(jìn)度款的確認(rèn)與支付、變洽簽涉及的成本變化及最終竣工結(jié)算額的確認(rèn)。

圖1 智慧建設(shè)全生命周期涉及基于BIM的工程量計算業(yè)務(wù)

圖2 傳統(tǒng)限額設(shè)計業(yè)務(wù)流程

圖3 基于BIM的智慧限額設(shè)計業(yè)務(wù)流程

除此之外，通過在模型中寫入不同構(gòu)件的預(yù)期完成時間、實際完成時間、結(jié)算完成時間，每項工程量均帶上時間維度，可通過特定軟件直觀地看到項目實際進(jìn)度與預(yù)期進(jìn)度的對比、編制資金使用計劃與勞動力投入計劃，為智慧化項目管理提供數(shù)據(jù)支撐。甚至可通過大數(shù)據(jù)分析，設(shè)立項目駕駛艙，對項目數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化管理，或進(jìn)行同一地區(qū)不同時間、不同地區(qū)同一時間等橫向和縱向的成本對比，或與財務(wù)系統(tǒng)相結(jié)合，設(shè)立項目成本預(yù)警機制等，具有廣闊的應(yīng)用前景。

5 結(jié)語

基于BIM的智慧建設(shè)會使各參與方以更少的信息交換成本更加積極主動地參與到項目建設(shè)中，也會產(chǎn)生包含工程量在內(nèi)的海量數(shù)據(jù)，如何挖掘和應(yīng)用這些數(shù)據(jù)，在人工智能、物聯(lián)網(wǎng)的風(fēng)口迎來新的業(yè)務(wù)增長點，需要進(jìn)一步思考和探索。