基于BIM技術(shù)的混凝土工程精細(xì)化算量方法研究
——以沈陽龍湖天街項(xiàng)目為例

蔣靖豪 王本仁 金曉友 劉 威

(中天建設(shè)集團(tuán)有限公司 浙江杭州 310020)

0 引言

近年來，伴隨著社會(huì)需求不斷增加，大型工程建筑項(xiàng)目的數(shù)量與日俱增。

大型項(xiàng)目工程不僅地理環(huán)境非常復(fù)雜，所涉及的各種輔助性工程也較為復(fù)雜，致使對(duì)建筑項(xiàng)目工程施工成本控制的要求也越來越高[1]。隨著技術(shù)的快速發(fā)展，建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM))成為實(shí)踐應(yīng)用工具。而技術(shù)條件的成熟，使得以信息化為基礎(chǔ)的精益造價(jià)管理成為新趨勢(shì)[2]。

在大部分學(xué)者的研究中，提及從設(shè)計(jì)階段的BIM模型中獲取準(zhǔn)確的工程量信息，是實(shí)現(xiàn)精細(xì)化成本管控的關(guān)鍵。但對(duì)如何從BIM模型中提取準(zhǔn)確工程量，并進(jìn)行深入分析卻鮮有研究[3]。謝宏等在BIM技術(shù)在大體積筏板混凝土澆筑施工中的應(yīng)用中提到，Revit軟件具有更精細(xì)化的建模技術(shù)，能很好地表現(xiàn)出工程實(shí)體的實(shí)際形狀，同時(shí)具備材料明細(xì)統(tǒng)計(jì)功能[4]。除了在統(tǒng)計(jì)功能上優(yōu)勢(shì)，原文忽略了BIM技術(shù)與現(xiàn)場(chǎng)管理相結(jié)合帶來的算量方式上的根本改變。又如劉振華等在運(yùn)用 BIM 技術(shù)輔助進(jìn)行工程分區(qū)結(jié)算的研究中提到，在傳統(tǒng)商務(wù)算量中，雖然軟件可以在一定程度上對(duì)構(gòu)件進(jìn)行拆分，但很難快速、準(zhǔn)確提取分區(qū)工程量。而在Revit軟件中，利用已知邊界作為參照，靈活、細(xì)致、快速地對(duì)構(gòu)件進(jìn)行拆分，以及基于構(gòu)件實(shí)例屬性進(jìn)行細(xì)致地篩選歸類，恰恰是其優(yōu)勢(shì)所在[5]。該研究較好地解決大體積混凝土的分區(qū)核算問題，證實(shí)了混凝土精細(xì)算量的有效性，但在施工優(yōu)化、成型差異及Revit工程量輸出復(fù)雜等現(xiàn)場(chǎng)核算中易出現(xiàn)的高頻難題上，沒有提出進(jìn)一步的解決方案。因此，本文在研究當(dāng)前BIM算量狀況的同時(shí)，將基于現(xiàn)實(shí)案例，提出基于BIM技術(shù)，能提高混凝土工程量精細(xì)化計(jì)算的理論、方法與建議。

1 工程背景

沈陽市龍湖天街商業(yè)項(xiàng)目，建設(shè)地點(diǎn)位于遼寧省沈陽市渾南區(qū)。該項(xiàng)目總建筑面積152 549.74 m2，其中地下建筑面積54 969.97 m2。結(jié)構(gòu)類型為框架結(jié)構(gòu)。項(xiàng)目主要包含一期4個(gè)銷售商業(yè)組團(tuán)以及二期商業(yè)綜合體，效果圖如圖1所示。

圖1 龍湖天街項(xiàng)目效果圖

該項(xiàng)目算量難點(diǎn)，在于商業(yè)綜合體地下大體積混凝土用量的控制與異型混凝土構(gòu)件的工程量計(jì)算。

2 前期策劃

根據(jù)以往的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)以及對(duì)應(yīng)用BIM技術(shù)算量的應(yīng)用調(diào)查，若有效實(shí)現(xiàn)精細(xì)化算量，則需滿足以下幾點(diǎn)要求：建模完整度高，可根據(jù)施工計(jì)劃及流水段提取工程量，快速提取及輸出工程量，高效核對(duì)工程量。

結(jié)合本項(xiàng)目特點(diǎn)，通過軟件比選分析，若在不加大投資的情況下，同時(shí)滿足精細(xì)建模及高效提取工程量，只能優(yōu)選建模靈活及實(shí)時(shí)輸出的Revit 2016，作為現(xiàn)場(chǎng)控量的主款軟件。

考慮到建模完整度及高效提取工程量，將整個(gè)工作分為5個(gè)階段，具體流程如圖2所示。

圖2 精細(xì)化算量流程

(1)深化設(shè)計(jì)模型階段

精細(xì)化算量依托于精細(xì)化深化模型，模型深化程度決定工程量統(tǒng)計(jì)的精度。為使建模規(guī)范化并提高建模效率，制定專用的精細(xì)化算量建模規(guī)則來約束建模行為，借此達(dá)到易識(shí)、互提的目的，從而提高工作效率。

為使后期精準(zhǔn)、方便提取工程量，在深化設(shè)計(jì)階段即引入施工計(jì)劃，涉及的施工段、流水劃分、統(tǒng)計(jì)界面等信息，在模型中做出對(duì)應(yīng)調(diào)整，達(dá)到模型“所建即所得，所得即所需”的目的。

(2)參數(shù)設(shè)計(jì)階段

參數(shù)設(shè)計(jì)是整個(gè)精細(xì)化算量的核心。參數(shù)項(xiàng)應(yīng)能在滿足現(xiàn)場(chǎng)量提取需求的情況下，兼顧滿足商務(wù)預(yù)算工程量的校對(duì)，并能按項(xiàng)目施工需求定制，提供多樣化的統(tǒng)計(jì)參數(shù)。

此階段，為進(jìn)一步提升工程量統(tǒng)計(jì)精度，需對(duì)施工計(jì)劃進(jìn)一步細(xì)化為澆筑計(jì)劃，將參數(shù)項(xiàng)定義為澆筑批，在最大限度上與現(xiàn)場(chǎng)施工流水相匹配。

(3)工程量匯總階段

在工程量匯總階段進(jìn)行預(yù)算工程量對(duì)比，可實(shí)現(xiàn)預(yù)算量與BIM量之間的雙向校核，使成本控制的依據(jù)更為準(zhǔn)確、權(quán)威。

(4)提資階段

在施工階段混凝土提資前，引入需扣除的工程量信息，在BIM模型提取量的基礎(chǔ)上，扣除鋼筋、開洞、預(yù)埋所占的體積，使模型與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物相一致，使混凝土提資的理論工程量更加精確，真實(shí)還原現(xiàn)場(chǎng)施工計(jì)劃。

(5)工程量核對(duì)階段

在澆筑完成后，及時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工程量的核對(duì)，實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工程量與BIM理論量的差值，可以得出施工流水過程中的混凝土損耗指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土異常損耗的及時(shí)預(yù)警，助力及時(shí)糾偏。

3 實(shí)施方案

3.1 精細(xì)化建模

相比較于其它算量軟件，Revit軟件的建模精細(xì)程度及完整性更高，能夠?qū)⒄麄€(gè)建造中涉及的構(gòu)件模型化管理。而只有當(dāng)模型表達(dá)的準(zhǔn)確且完整時(shí)，才能更好的實(shí)現(xiàn)成本管控。

本項(xiàng)目中，將成熟的算量建模規(guī)則作為實(shí)施框架，統(tǒng)一了建模行為，能有效降低施工過程中的溝通成本，提升建模效率及準(zhǔn)確性。

如在本項(xiàng)目中的地下筏板施工中，經(jīng)常遇到后澆帶、膨脹帶或流水段劃分切割到集水坑或柱墩的情況，且頻繁出現(xiàn)多種標(biāo)高的基礎(chǔ)相疊開挖。這些現(xiàn)象均嚴(yán)重影響混凝土的施工用量，具體示意如圖3所示。

圖3 天街項(xiàng)目后澆帶及多疊基坑模型圖(局部)

利用BIM技術(shù)對(duì)后澆帶位置進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，以減少施工不便。但需要在建模前按施工方案確定好統(tǒng)計(jì)界面，使?jié)仓?jì)劃與模型提取范圍完全匹配，具體基礎(chǔ)筏板流水劃分情況如圖4所示。

圖4 天街項(xiàng)目基礎(chǔ)底板流水劃分圖

3.2 精細(xì)化算量

項(xiàng)目成本管理的效率高低，與算量清單編制的合理性有很大的關(guān)系。與傳統(tǒng)工程量清單的編制相比，BIM精細(xì)化算量清單通過定制化參數(shù)的方法，可在滿足按清單項(xiàng)核對(duì)工程量的同時(shí)，進(jìn)行子目工程量核對(duì)，且能夠在查找工程量差異構(gòu)件的同時(shí)，快速定位構(gòu)件所在，在較大程度上降低工程量清單的核算難度與工作量。

(1)定制化參數(shù)

工程量的精細(xì)提取固然重要，但要做到快速、完整、準(zhǔn)確提取工程量，還需與之適宜的參數(shù)，才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值。為滿足精細(xì)算量，將參數(shù)分為清單類參數(shù)，以及根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)定制的輔助參數(shù)。

①清單參數(shù)

為保證工程量對(duì)比工作的承接性，便于清單項(xiàng)的識(shí)別，需要在Revit中建立專門用來識(shí)別清單項(xiàng)的清單類參數(shù)，例如清單編碼、項(xiàng)目名稱、項(xiàng)目特征、計(jì)量單位等明顯的識(shí)別信息，便于快速查找、對(duì)比工程量。

②輔助參數(shù)

輔助參數(shù)的功能，意在使現(xiàn)場(chǎng)用量與預(yù)算工程量核對(duì)工作更加快速、準(zhǔn)確、完善完成，提高工程量提取的速度與完整性。充分利用Revit強(qiáng)大的模型信息編輯功能，添加參數(shù)例如：圖像、注釋、細(xì)分、樓層、區(qū)域、施工計(jì)劃、施工流水段、澆筑日期等，通過優(yōu)化輔助參數(shù)定制功能，可快速完成施工中重要影像留存；快速完成清單子目歸類及細(xì)分、算量等維度的基準(zhǔn)定位；快速完成施工計(jì)劃工程量與實(shí)際施工工程量統(tǒng)計(jì)等功能，提高工程量的計(jì)算效率。

(2)定制化明細(xì)表統(tǒng)計(jì)

Revit不僅僅是建模工具，更是算量信息的管理工具。基于構(gòu)件豐富的參數(shù)信息，只需通過簡(jiǎn)單的參數(shù)過濾即可以快速分類、歸集構(gòu)件工程量。而傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)方式則需另行對(duì)工程量進(jìn)行拆分。BIM建模有助于造價(jià)人員快速查找、定位、修改或提取單個(gè)構(gòu)件的工程量信息，并能滿足多方面的核對(duì)需要，明細(xì)表如表1所示。

表1 天街項(xiàng)目基礎(chǔ)混凝土清單明細(xì)表

3.3 算量準(zhǔn)確性與完整性分析

Revit 2016軟件與廣聯(lián)達(dá)GTJ2018專業(yè)算量軟件，在可建模性與統(tǒng)計(jì)完整性進(jìn)行對(duì)比分析。以本項(xiàng)目商業(yè)綜合體常見的以懸臂梁為支座的曲線梁為例，如圖5所示。廣聯(lián)達(dá)算量軟件對(duì)構(gòu)件繪制的自由性低，圖元不能便利表達(dá)出此類構(gòu)建在現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況。而Revit則可以很好地處理此類節(jié)點(diǎn)，做到模型與現(xiàn)場(chǎng)完全一致。此外，廣聯(lián)達(dá)對(duì)次梁按凈空長(zhǎng)的方法進(jìn)行計(jì)算，如梁頭斜交而不能很好地界定主次梁分界，會(huì)造成工程量上的差異。

圖5 Revit與廣聯(lián)達(dá)軟件對(duì)曲線梁梁頭處理的差異對(duì)比

除常用構(gòu)件外，廣聯(lián)達(dá)專業(yè)算量軟件對(duì)比專業(yè)建模軟件，在異型構(gòu)件的處理上，同樣相形見絀。例如該項(xiàng)目多處存在的雙向加腋梁型鋼混凝土構(gòu)件,如圖6所示。廣聯(lián)達(dá)對(duì)于此類構(gòu)建的處理能力較為弱勢(shì)，不能完整計(jì)算及拆分工程量。

圖6 Revit對(duì)特異性構(gòu)件的建模處理

3.4 算量差異原因分析

盡管Revit軟件在構(gòu)件建模及算量處理上有諸多優(yōu)勢(shì)，但要還原現(xiàn)場(chǎng)，則還需精準(zhǔn)計(jì)算出理論量，方可指導(dǎo)施工。為此，需要采取針對(duì)性手段輔助完成。經(jīng)過本項(xiàng)目實(shí)踐，總結(jié)出兩項(xiàng)基本措施，為減少模型與現(xiàn)場(chǎng)差異提供可靠保障。

(1)移動(dòng)端檢查機(jī)制

為確保混凝土澆筑成型前與模型保持一致，在澆筑前，利用移動(dòng)可視設(shè)備，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)支模情況進(jìn)行對(duì)比調(diào)查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常并進(jìn)行模型查改，如圖7所示。

圖7 移動(dòng)端檢查機(jī)制

(2)精準(zhǔn)扣除機(jī)制

大體量綜合體建筑結(jié)構(gòu)相對(duì)不具有典型性，常見建筑類型的混凝土控制指標(biāo)難以對(duì)本項(xiàng)目混凝土控制起到參考作用。為消除此部分因素帶來的影響，配合該項(xiàng)目精細(xì)化鋼筋深化，并拋除商務(wù)算量中區(qū)別計(jì)算孔洞的計(jì)算規(guī)則。相對(duì)應(yīng)扣除構(gòu)件的鋼筋理論體積與所有類型洞口體積，最大限度還原現(xiàn)場(chǎng)混凝土實(shí)際理論使用量，如圖8所示。

圖8 鋼筋深化模型

3.5 基于Revit的二次開發(fā)功能優(yōu)化

Revit是由美國(guó)歐特克公司所研發(fā)的設(shè)計(jì)軟件，在圖形算量上優(yōu)勢(shì)盡顯，但在實(shí)際使用過程中，還是出現(xiàn)了“水土不服”的現(xiàn)象。

(1)Revit軟件內(nèi)置的計(jì)算規(guī)則，和我國(guó)現(xiàn)行的GB50500-2013清單規(guī)則不同，且不能在Revit軟件中直接更改計(jì)算規(guī)則，而使用API算量插件，難以兼容企業(yè)清單，所以，本項(xiàng)目使用Revit軟件集成的Dynamo可視化編程開發(fā)工具，對(duì)計(jì)算規(guī)則及清單匹配問題進(jìn)行專項(xiàng)研究，開發(fā)出既能匹配國(guó)標(biāo)清單規(guī)則又能適用企業(yè)清單的程序“節(jié)點(diǎn)包”。通過清單項(xiàng)映射圖形的邏輯規(guī)則，可根據(jù)預(yù)設(shè)報(bào)表樣式自動(dòng)計(jì)算清單工程量。

(2)Revit存在明細(xì)表類別繁多，輸出過程繁瑣，導(dǎo)出文件數(shù)據(jù)性差，需要二次完善等問題。利用Dynamo二次開發(fā)工具，編寫可輔助明細(xì)表快速導(dǎo)出的程序“節(jié)點(diǎn)包”，并對(duì)精準(zhǔn)扣除機(jī)制進(jìn)行了優(yōu)化，研發(fā)了可直接在程序內(nèi)完成鋼筋體積換算及扣減的“節(jié)點(diǎn)包”，可實(shí)現(xiàn)一鍵輸出工程量清單報(bào)表，提升效率,如圖9所示。

圖9 節(jié)點(diǎn)包與輸出的工程量清單

3.6 控制效果

將BIM凈量、預(yù)算量以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際量進(jìn)行對(duì)比分析。以地下室局部混凝土臺(tái)賬數(shù)據(jù)為例。

由表2可以看出，僅通過結(jié)余計(jì)算(預(yù)算量-實(shí)際量)，該項(xiàng)目地下混凝土工程出現(xiàn)了混凝土量結(jié)余，但卻并不能依據(jù)此對(duì)地下的混凝土澆筑工藝進(jìn)行評(píng)價(jià)。使用精細(xì)化算量后，則可通過更能貼近現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況的BIM凈量作為施工指導(dǎo)量，基于此的損耗計(jì)算則能真實(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)混凝土澆筑量控制的好壞，更靈敏地為項(xiàng)目提供預(yù)警，而非單一使用結(jié)余率進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而忽略其中的可節(jié)約成本。

表2 筏板局部區(qū)域混凝土數(shù)量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) m3

4 結(jié)語

目前國(guó)內(nèi)建筑市場(chǎng)領(lǐng)域中，大型施工項(xiàng)目所占比例越來越高。無論是建設(shè)方，亦或是承建方，都要在其中投入大量的資源，任何細(xì)節(jié)出錯(cuò)都可能將項(xiàng)目的利潤(rùn)吞沒，甚至導(dǎo)致虧損。精細(xì)化的材料管理是施工企業(yè)未來轉(zhuǎn)型的必經(jīng)之路，見微知著，從細(xì)節(jié)上體現(xiàn)真功夫，將簡(jiǎn)單的工作高水準(zhǔn)并且持續(xù)性完成，才能更好地反映出企業(yè)的綜合管理水平，最終從管理當(dāng)中取得效益。