鐵路房屋建筑BIM工程量自動(dòng)統(tǒng)計(jì)研究

劉玉玉

(軌道交通工程信息化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中鐵一院)，西安 710043)

1 概述

BIM技術(shù)的應(yīng)用在逐步改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工及建設(shè)管理理念，使之趨于信息化、精細(xì)化和標(biāo)準(zhǔn)化。當(dāng)前的鐵路BIM 技術(shù)應(yīng)用基本以翻模的形式為主，設(shè)計(jì)者根據(jù)已有的二維設(shè)計(jì)成果創(chuàng)建BIM模型，反向查驗(yàn)設(shè)計(jì)成果，并沒有做到將設(shè)計(jì)中的“差錯(cuò)漏碰”防范于未然，反而給設(shè)計(jì)院帶來了額外的負(fù)擔(dān)[1]。BIM技術(shù)在鐵路工程中的研究應(yīng)用逐步由局部工點(diǎn)應(yīng)用向成段落應(yīng)用轉(zhuǎn)變[2-3]，并且開始探索BIM正向設(shè)計(jì)[4-6]，使BIM技術(shù)真正服務(wù)于鐵路建筑工程設(shè)計(jì)[7-8]。在這樣的技術(shù)背景下，本研究基于大量的鐵路房屋建筑BIM正向設(shè)計(jì)實(shí)踐，探索能夠提高正向設(shè)計(jì)效率的工程量統(tǒng)計(jì)方式。

鐵路沿線房屋建筑工程量龐大， 傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)方式下鐵路房屋建筑工程量統(tǒng)計(jì)依靠設(shè)計(jì)者逐項(xiàng)手工計(jì)算，面對(duì)數(shù)量極大的鐵路沿線站房，工程量統(tǒng)計(jì)耗時(shí)耗力[9]。隨著BIM技術(shù)的發(fā)展，信息模型在工程量統(tǒng)計(jì)方面展現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì)，主要是利用模型構(gòu)件通過篩選構(gòu)件名稱生成明細(xì)表，根據(jù)明細(xì)表數(shù)據(jù)驗(yàn)核工程量的準(zhǔn)確度，這種通過翻模核算工程量的方式仍然存在諸多問題。一方面，在實(shí)際操作過程中，由于模型拆分及構(gòu)件參數(shù)沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，明細(xì)表構(gòu)建很難統(tǒng)一規(guī)范，每個(gè)項(xiàng)目都需要根據(jù)本項(xiàng)目的模型構(gòu)件參數(shù)預(yù)先創(chuàng)建大量明細(xì)表；另一方面，明細(xì)表數(shù)據(jù)的提取仍然通過人工讀取，自動(dòng)化程度較低。在BIM正向設(shè)計(jì)的大趨勢(shì)下[10-11]，為了控制設(shè)計(jì)院出圖時(shí)間，保障項(xiàng)目的有序開展，提高統(tǒng)計(jì)效率是鐵路房屋建筑BIM工程量統(tǒng)計(jì)亟待解決的問題。

2 工程量統(tǒng)計(jì)整體思路

提高當(dāng)前工程量統(tǒng)計(jì)效率，需要解決的關(guān)鍵問題是明細(xì)表構(gòu)建的標(biāo)準(zhǔn)化和明細(xì)表數(shù)據(jù)自動(dòng)提取。通過標(biāo)準(zhǔn)化的明細(xì)表構(gòu)建，能夠在項(xiàng)目開展前預(yù)先創(chuàng)建明細(xì)表，節(jié)約項(xiàng)目時(shí)間成本；實(shí)現(xiàn)明細(xì)表數(shù)據(jù)自動(dòng)提取，能夠縮減后期數(shù)據(jù)整理周期。標(biāo)準(zhǔn)化的明細(xì)表構(gòu)建首先需要將明細(xì)表的創(chuàng)建規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)化，然后置入到企業(yè)樣板文件中，明細(xì)表創(chuàng)建規(guī)則的標(biāo)準(zhǔn)化則需要基于構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化。按照鐵路標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行構(gòu)件劃分并統(tǒng)一為構(gòu)件添加編碼，然后通過編碼篩選創(chuàng)建明細(xì)表，能夠?qū)崿F(xiàn)這一目標(biāo)。明細(xì)表數(shù)據(jù)自動(dòng)提取可以通過軟件二次開發(fā)來實(shí)現(xiàn)[12]。整體思路如圖1所示。

圖1 提高工程量統(tǒng)計(jì)效率整體思路

3 構(gòu)件劃分及編碼

利用信息模型進(jìn)行鐵路房屋建筑工程量統(tǒng)計(jì)，需要重點(diǎn)把握的關(guān)鍵技術(shù)有兩方面，一是構(gòu)件分類原則，二是編碼方法及編碼管理[13]。構(gòu)件分類與編碼可以提高鐵路工程量統(tǒng)計(jì)中數(shù)據(jù)生成、組織、交互與存儲(chǔ)的效率，是實(shí)現(xiàn)鐵路房屋建筑標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

3.1 基于鐵路EBS標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)件劃分

統(tǒng)一的構(gòu)件劃分是構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化的前提，中國(guó)鐵路BIM聯(lián)盟2014年發(fā)布了《鐵路工程實(shí)體結(jié)構(gòu)分解指南》(1.0版)[14]，即EBS標(biāo)準(zhǔn)，為鐵路工程構(gòu)件分解提供了依據(jù)，為實(shí)現(xiàn)基于BIM的工程計(jì)價(jià)奠定基礎(chǔ)[15]。EBS標(biāo)準(zhǔn)中并未包含房建專業(yè)，房屋建筑可以參照該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行構(gòu)件劃分，建立構(gòu)件結(jié)構(gòu)樹，在企業(yè)內(nèi)實(shí)現(xiàn)構(gòu)件劃分的統(tǒng)一。

鐵路工程實(shí)體結(jié)構(gòu)分解編碼的核心功能在于實(shí)現(xiàn)鐵路工程實(shí)體的分類、檢索、信息傳遞，應(yīng)用于鐵路建設(shè)管理信息化。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，首先要將各專業(yè)模型劃分至專業(yè)最小構(gòu)件單元。專業(yè)最小構(gòu)件單元是指目前本專業(yè)設(shè)計(jì)階段所能交付的最小模型單元，是指設(shè)計(jì)階段本專業(yè)需要進(jìn)行BIM設(shè)計(jì)的最小單元，包含了幾何實(shí)體和信息模型，交付的承接者是指設(shè)計(jì)專業(yè)間的操作者及最終用戶。專業(yè)最小構(gòu)件單元?jiǎng)澐中枰邆浞€(wěn)定性、實(shí)用性、兼容性、邏輯性和可擴(kuò)展性，還應(yīng)當(dāng)遵循3個(gè)原則，一是應(yīng)考慮設(shè)計(jì)階段建模效率，二是應(yīng)能滿足統(tǒng)計(jì)工程量的需求，三是應(yīng)盡量滿足施工階段現(xiàn)場(chǎng)精細(xì)化管理的需要。

基于科學(xué)適用的構(gòu)件劃分，還可以用于企業(yè)構(gòu)件庫(kù)管理。BIM模型構(gòu)件作為工程設(shè)計(jì)企業(yè)BIM技術(shù)應(yīng)用過程中的重要資源，體現(xiàn)了企業(yè)BIM應(yīng)用的成熟度和競(jìng)爭(zhēng)力，BIM構(gòu)件庫(kù)的系統(tǒng)性和完備性對(duì)于建筑企業(yè)BIM模型的創(chuàng)建和應(yīng)用，以及BIM建模的效率起到了非常重要的作用，構(gòu)件劃分的合理性是保障構(gòu)件庫(kù)系統(tǒng)性和完備性的基本條件[16]。

3.2 構(gòu)件編碼

為了保證構(gòu)件的識(shí)別具有唯一性，需要在企業(yè)或項(xiàng)目層對(duì)構(gòu)件統(tǒng)一編碼。信息編碼的規(guī)范與否直接影響構(gòu)件的應(yīng)用效果和效率，這是BIM構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化的核心內(nèi)容[17]。編碼賦予構(gòu)件后，后續(xù)還可以被應(yīng)用于模型構(gòu)件層級(jí)管理，即在應(yīng)用平臺(tái)上讓用戶方便地根據(jù)工程專業(yè)、設(shè)施設(shè)備的類型等屬性快速定位到某些相應(yīng)的構(gòu)件上，極大地提升業(yè)務(wù)工作效率。

EBS標(biāo)準(zhǔn)未包含鐵路房屋建筑相關(guān)專業(yè)，可以參照其編碼原則進(jìn)行構(gòu)件編碼。EBS編碼采用層次碼，以編碼集合中的層級(jí)分類為基礎(chǔ)，將編碼對(duì)象編碼成為連續(xù)且遞增的組(類)。位于較高層級(jí)上的每一個(gè)組(類)都包含并且只能包含它下面較低層級(jí)全部的組(類)。EBS層級(jí)碼一般為兩位，在EBS層級(jí)碼中，第一層級(jí)為專業(yè)代碼，其余層級(jí)代碼均為“01～99”的兩位數(shù)，代碼含義及層級(jí)數(shù)量根據(jù)各專業(yè)特點(diǎn)確定。層級(jí)碼采用最后一位序號(hào)碼的方式保證構(gòu)件在自定義編碼下的唯一性和可復(fù)用性[18]。參照EBS編碼規(guī)則，對(duì)房建各專業(yè)構(gòu)件進(jìn)行編碼，各專業(yè)構(gòu)件編碼組成示例如圖2所示。

圖2 房建各專業(yè)構(gòu)件編碼組成示例

參照EBS標(biāo)準(zhǔn)制定的構(gòu)件編碼具有一定的靈活性和擴(kuò)展性[19]，可以根據(jù)工程需要進(jìn)行擴(kuò)充。為了確保編碼的有效應(yīng)用，建議在企業(yè)或項(xiàng)目構(gòu)件庫(kù)中統(tǒng)一添加，添加編碼后的構(gòu)件屬性如圖3所示。

圖3 編碼屬性在構(gòu)件庫(kù)中的統(tǒng)一添加

以構(gòu)件“燒結(jié)普通磚基礎(chǔ)240 mm”為例，其EBS編碼為“2101010303”。該編碼中“21”表示建筑專業(yè)，第一個(gè)“01”為砌體工程，第二個(gè)“01”表示一般墻體，第一個(gè)“03”為基礎(chǔ)墻，第二個(gè)“03”表示墻體種類為240 mm厚燒結(jié)普通磚。

4 樣板文件中明細(xì)表的標(biāo)準(zhǔn)化創(chuàng)建

利用Revit模型進(jìn)行工程量輸出，主要是通過創(chuàng)建各種明細(xì)表對(duì)建設(shè)項(xiàng)目中的工程量按工經(jīng)專業(yè)要求進(jìn)行精準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)。篩選條件決定了明細(xì)表數(shù)據(jù)輸出的準(zhǔn)確性，在企業(yè)級(jí)別規(guī)范明細(xì)表的篩選條件，有利于明細(xì)表的標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)一勞永逸。

以往設(shè)計(jì)單位創(chuàng)建明細(xì)表大都是通過族類型或名稱進(jìn)行篩選，由于建筑工程的復(fù)雜性，族類型和名稱很難統(tǒng)一規(guī)定，明細(xì)表的規(guī)范性無法得到保障。而EBS編碼可以在企業(yè)級(jí)甚至行業(yè)內(nèi)確立標(biāo)準(zhǔn)，因此基于模型構(gòu)件添加的EBS編碼篩選創(chuàng)建明細(xì)表，有利于嵌入明細(xì)表的樣板文件推廣應(yīng)用。基于EBS編碼篩選的明細(xì)表如圖4所示。

圖4 基于EBS編碼篩選的明細(xì)表

為了提高正向設(shè)計(jì)效率，可以直接在樣板文件中創(chuàng)建所有明細(xì)表。正向設(shè)計(jì)利用企業(yè)族庫(kù)構(gòu)件完成模型建立后，可直接根據(jù)需要讀取相應(yīng)的工程量，如圖5所示。

圖5 樣板文件中明細(xì)表的預(yù)置

在實(shí)際操作過程中，由于設(shè)計(jì)階段BIM模型精度一般最多達(dá)到LOD300，滿足施工圖出圖要求即可。為了提高設(shè)計(jì)效率，部分建筑構(gòu)件并不需要建立模型，部分工程量在建立明細(xì)表的時(shí)候，可以利用相關(guān)的構(gòu)件數(shù)量間接統(tǒng)計(jì)，如不銹鋼票槽的數(shù)量可以利用售票窗數(shù)量間接計(jì)算。

5 基于軟件二次開發(fā)的明細(xì)表自動(dòng)讀取

Revit沒有集中的工程量統(tǒng)計(jì)功能，直接利用現(xiàn)有軟件進(jìn)行工程量統(tǒng)計(jì)存在諸多問題[20]。鐵路房屋建筑設(shè)計(jì)過程中，各專業(yè)需要向工經(jīng)專業(yè)提交工程量資料，在目前的Autodesk平臺(tái)軟件下，需要設(shè)計(jì)人員讀取明細(xì)表數(shù)據(jù)，手動(dòng)填寫工程量表，在國(guó)鐵沿線房屋建筑工程量較大的情況下，無疑帶來不小的工作量，并且容易出錯(cuò)。基于軟件二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)明細(xì)表自動(dòng)讀取能夠減輕設(shè)計(jì)人員工作量，并且保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。中鐵一院在BIM正向設(shè)計(jì)軟件開發(fā)中，增加了工程量統(tǒng)計(jì)模塊，該模塊的開發(fā)思路是，通過插入工程量表，將明細(xì)表中指定的數(shù)據(jù)與數(shù)量表相關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)明細(xì)表與工程量表的實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)。

在項(xiàng)目開始前，各專業(yè)負(fù)責(zé)人根據(jù)項(xiàng)目特征創(chuàng)建項(xiàng)目樣板文件，在樣板文件中預(yù)置本工程的數(shù)量表，并根據(jù)工經(jīng)專業(yè)要求在Excel中繪制標(biāo)準(zhǔn)格式的工程量表，在二次開發(fā)軟件中通過數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)功能，選取本地工程量加工表，將明細(xì)表對(duì)應(yīng)單元格與工程量表相應(yīng)的空格關(guān)聯(lián)起來。設(shè)計(jì)模型完成后，明細(xì)表數(shù)據(jù)將自動(dòng)關(guān)聯(lián)到對(duì)應(yīng)的工程量表中，該表內(nèi)嵌在Revit模型文件中，也可以導(dǎo)出Excel格式文件提交給工經(jīng)專業(yè)。工程量自動(dòng)統(tǒng)計(jì)的軟件操作界面如圖6所示，數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)操作子菜單界面如圖7所示。

圖6 工程量數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的軟件操作界面

圖7 數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)操作子菜單操作界面

6 結(jié)語

BIM正向設(shè)計(jì)是在工程設(shè)計(jì)階段中利用信息模型進(jìn)行方案設(shè)計(jì)及成果輸出的過程，是BIM技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。基于鐵路EBS標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)件劃分及編碼，建立標(biāo)準(zhǔn)化的構(gòu)件庫(kù)，再將以EBS編碼為篩選條件的明細(xì)表置入樣板文件中，通過軟件二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)明細(xì)表自動(dòng)讀取，能夠大量節(jié)省設(shè)計(jì)人員的工作量，極大程度上確保統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。基于構(gòu)件編碼實(shí)現(xiàn)工程量的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)，有利于龐大工程量進(jìn)入計(jì)算機(jī)信息化時(shí)代，從而大大提高統(tǒng)計(jì)效率，具有潛在價(jià)值。相信隨著正向設(shè)計(jì)相關(guān)研究的逐步深入以及鐵路工程領(lǐng)域模型信息置入的規(guī)范化，鐵路房屋建筑BIM設(shè)計(jì)的效率也將得到不斷提升，逐漸體現(xiàn)出工程設(shè)計(jì)信息化的優(yōu)勢(shì)。