基于BIM技術的軌道交通橋梁工程量計算

韓廣暉

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京 100055)

1 概述

在2D設計時代，工程數量計算多以CAD二維圖紙為基礎，計算機不能直接識別圖中所包含的設計信息，需要依靠人工或專業造價軟件進行計算[4]。在這個過程中，都需要對設計信息進行一次傳遞，當設計信息發生變化時，這種傳遞方式會使工程量計算出現滯后，拉長設計周期。在3D設計時代，工程數量計算以模型為基礎，模型承載了設計信息，這些信息可以被計算機方便快速地讀取，相較于2D設計，減少了設計信息傳遞的環節。當設計發生變化時，模型承載的設計信息會同時更新[5]。林韓涵等[8]開發了能夠輸出符合清單規則的構件工程數量插件，并論證了BIM設計軟件輸出工程量清單的可行性。楊國偉等研究了基于BIM的軌道交通工程量計算及投資控制方法，實現了工程量的精確計算、工程量可溯源及動態的投資控制[10-11]。劉為等[12]將BIM算量應用于高層住宅樓中，證明應用BIM模型算量可以避免工程算量的二次建模。付歡等[13]基于IFC標準，建立構件與量、價的關系，構建BIM設計、BIM預算與BIM造價管理的完整表達。王亮等[14]利用Revit模型和“廣聯達土建算量軟件”對BIM工程量信息與施工預算模型的有效對接和傳遞進行研究。匡思羽等[15]分析了IFC標準中典型梁柱構件幾何信息、關聯信息的描述方法，借助幾何方程實現節點重疊體積的計算，得到符合我國計量標準的混凝土工程量。

以模型為基礎的工程量計算方式對模型的精確度和信息的完善度均有較高的要求，如模型不準確或信息完善程度不夠，將極大地影響工程數量的計算。故在模型成熟度較高的情況下，BIM信息模型的價值才能真正顯現。若采從二維圖紙翻模到BIM信息模型，而不是設計之初就采用BIM信息模型，此種工作流程下所經歷的數據傳遞，比基于圖紙的工程量計算方式還要多一次(從圖紙到模型的轉換過程)。隨著信息傳遞環節的增加，出錯的風險也會成倍增加，信息滯后的情況會越來越凸顯[9]。

為解決模型精度及信息量不足的問題，提出基于橋梁專業結構化數據進行工程量計算的解決方案。其主要方法是將信息存儲于結構化的數據中，模型的創建和工程數量的計算均以帶有專業屬性的結構化數據為基礎，即模型作為設計成果表達的承載體，工程數量計算作為設計成果的一部分。

2 基于結構化數據的工程量計算

以橋梁專業結構化數據為依托，模型既是結構化數據的實物外現，又是非幾何設計信息的承載體。參考《鐵路工程信息模型表達標準》[1]中橋梁模型可拆分系統的分類，對橋梁組成進行分解，對橋梁數據進行分類和結構化，并在此基礎上進行工程數量的計算和輸出。

2.1 橋梁數據結構化

按照常規橋梁的組成，結合橋梁結構對工程數量項進行劃分，主要分為：上部結構、下部結構、附屬工程、施工輔助四個部分。依據橋梁結構的特點，主要抽象出梁部、墩臺、基礎三大主要組成類(如圖1所示)。橋梁結構的每個工程數量項均圍繞三大主要構件展開，構件可作為數量項的掛接點和計算的歸結點。采用編程的方法實現橋梁數據結構化[3]，其構成如圖2所示。

梁部·梁、拱、柱、索塔、斜拉索、吊桿、纜索等墩臺·橋臺、橋墩、蓋梁、系梁等基礎·樁基礎、沉井基礎、挖井基礎、明挖擴大基礎等

圖1 橋梁結構主要組成構件

圖2 橋梁結構化數據構成

2.2 工程數量的計算方式

以構件為依托[7]，從結構化的數據中獲得計算信息，采用編寫程序計算模塊的方式對工程數量進行計算。在數量計算的過程中，采用編碼與工程數量項進行關聯、在工程數量清單中預設編碼的方式進行工程數量的輸出。

根據工程數量項的特點，可采用不同的計算方法：①對于構件本體的工程數量，常規設計中均引用參考圖，此類數量可通過配置構件工程數量數據庫的方式，將主體結構的工程數量預設到數據庫中，計算時根據特定的值(如墩高)進行查找。②涉及到基礎開挖的相關數量項，因其與地面高程和地質信息相關，可編寫針對性的數量計算模塊。③涉及到長度、個數等指標信息的數量，可采用編寫計算模塊的方式進行計算。④對于常規的施工輔助措施，可編寫專門的施工輔助計算模塊進行計算；對于非常規的施工輔助措施，可預留工程數量擴充接口，進行人工干預。

(1)預設工程數量查找

對于常規的主體工程數量，如橋墩的墩身混凝土和鋼筋量，其數量是一定的，且多數情況下是標準的(有標準圖可以參考)，只需要把其數量從圖紙中摘取出來，輸入到數據庫中(如圖3所示)，以便使用時查詢引用。

圖3 主體工程量配置

(2)計算模塊編寫

除可以進行工程量預設的數量項外，其余數量項均采用編寫計算模塊的方式進行計算。對于土方量、鉆孔信息，需要結合地質情況、土層頂高度和土層分類等參數進行計算。計算過程中，程序可自動根據性質、高程、直徑等信息進行編碼，計算完成后得到編碼和數量的對應關系表，并采用結構化的數據存儲類進行工程數量及編碼的存儲。

3 構件與工程數量的映射關系組織

橋梁工程數量的表達需要分解到針對某構件某個部位所用的某種材料，方可滿足工程量計算的要求。如明挖基礎施工展開項如圖4所示。實體橋臺的各部分展開至構件級，如圖5所示。

圖4 明挖基礎工項級展開

圖5 實體橋臺展開至構件級

工程數量項的計算依托于構件進行，故每個工程數量項可找到其依附的構件，與構件產生映射關系。橋梁工程構件、程序內部編碼、工程數量清單表、定額編碼、工程數量交付標準編碼間的組織關系如圖6所示。程序內部編碼對應構件的工程數量項，與工程數量表、定額編碼和交付編碼分別產生一一對應的映射關系，以此來完成工程數量的計算及BIM模型交付要求的工程數量表達。

圖6 構件、編碼、清單、定額的組織關系

4 工程數量編碼分析

對工程數量進行編碼是為了統一語義表達標準和方便計算機識別。根據程序編制和BIM交付的需求，編碼可分為程序內部碼、交付碼和定額編碼。定額編碼與工程數量的關系可根據各行業和地區的定額手冊來確定；程序內部編碼根據“構件+工項+產品/材料”的組碼原則進行編制；交付碼根據鐵路BIM聯盟工程量技術標準，采用IFD53編碼、IFD54編碼、IFD59編碼進行表達[2]。在實際操作過程中，對各種交付編碼與程序內部碼進行映射，最終表現在BIM模型交付物中。

針對程序開發的內部編碼，以編碼組成的方式進行分析。以工項編碼為例，如“下部結構-基礎工程-明挖基礎-土方-3.0m以內，無擋，無水”編碼為：“BR-FD-OC [橋梁-下部結構-明挖基礎]+DS[土石方工程-挖方-挖土方]”。但此處的工項“挖土方”不能滿足深度要求，需對該項編碼進行擴充(擴充“開挖深度”、“有無水”、“有無擋”、“開挖方式”幾項，直至滿足表達唯一工程量項要求)，擴充后的碼為：“DS-03(開挖深度3 m)-01(無擋)-01(無水)-01(人力開挖)”。以材料編碼為例，如“下部結構-陸上-實體橋臺-臺身-混凝土C30T2泵送” 編碼為：“BR-AB-BO [橋梁-下部結構-墩臺-墩臺身]+CN[非金屬材料-混凝土材料-混凝土]”，構件編碼為：“BR-AB-BO-01(陸上)，對材料進行編碼：CN-30(混凝土標號) T2 (環境類別)01(泵送)”。

其余數量項的組碼原則與上述舉例類似。結合程序使用，可分別截取不同的碼段進行對應屬性的識別。進行BIM正向設計時，根據設計采用的構件編碼自動進行屬性判別，計算工程量數據；將數據與編碼進行對應，進行靈活的概預算估算和數量表達。

5 結束語

將BIM技術[6]應用于工程造價管理，可在項目前期為方案決策提供依據，在項目實施階段使參建各方快速、準確地獲取工程數量和造價數據，使工程成本精細化控制成為可能。提出基于BIM技術的專業結構化數據算量解決方案，通過編寫工程量計算程序，結合多種編碼的方式進行工程量的快速計算和全生命周期BIM模型的創建，實現工程量數據從設計向實施階段的流動。