基于BIM 4D技術(shù)的建筑工程計劃成本提取系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

牛立軍 趙儀 周錦安

(華北水利水電大學(xué)水利學(xué)院，河南 鄭州 450046)

0 引言

當前，隨著科學(xué)技術(shù)和工程技術(shù)的發(fā)展，人們對建筑物的功能和質(zhì)量要求越來越高，施工管理難度隨之增加。隨著建筑行業(yè)信息化水平的提升，BIM 4D技術(shù)應(yīng)運而生。BIM 4D技術(shù)不僅包括傳統(tǒng)的進度計劃管理，而且集成了建筑工程造價成本等信息。一方面，有助于實現(xiàn)科學(xué)合理的施工管理，提升項目管理水平；另一方面，能夠節(jié)約項目成本、提高項目利潤。但是，在實際操作中仍存在較多問題。例如，從BIM模型中自動讀取所需參數(shù)信息較為困難，需要技術(shù)人員通過工程進行計量、套取定額、匯總等步驟手動輸入，工作量巨大且存在一定誤差。為了解決這一問題，本文設(shè)計了基于BIM 4D技術(shù)的建筑工程計劃成本信息參數(shù)自動提取系統(tǒng)，可為其他項目的計劃成本管理提供參考。

1 建模前期準備

1.1 建筑工程構(gòu)件分解

BIM模型在軟件中通常以族的集合形式展現(xiàn)。建筑工程主要包括土建和設(shè)備兩大部分。其中，土建部分是指建筑和結(jié)構(gòu)兩個專業(yè)，設(shè)備部分通常包括給排水、采暖通風(fēng)與空調(diào)、電氣等專業(yè)。因此，建筑工程圖樣也代表著各個構(gòu)件的集合，以構(gòu)件的形式對建筑工程項目進行劃分，同時在BIM軟件中以族的形式體現(xiàn)，即通過分解建筑構(gòu)件的方法與BIM模型建立聯(lián)系。建筑工程構(gòu)件分解如圖1所示。

圖1 建筑工程構(gòu)件分解

1.2 工作計劃任務(wù)分解

為了實現(xiàn)模型的參數(shù)化和后續(xù)的工作區(qū)分，首先需要進行工作任務(wù)分解。分解對象是實現(xiàn)項目的最終結(jié)果所需要的工作。通過依次分解，形成更詳細的層級，并對大小不同的項目單元進行編碼。在實際的建筑工程中，通常以施工層為節(jié)點，將鋼筋工程、混凝土工程、木工工程等層級從下向上分解，通過一系列交叉工程，實現(xiàn)各工程節(jié)點的目標。BIM技術(shù)的最終目的是指導(dǎo)實際施工，因此，將鋼筋工程、混凝土工程、木工工程等作為任務(wù)分解目標更加有利于后續(xù)工作的開展。建筑工程工作任務(wù)分解如圖2所示。

圖2 建筑工程工作任務(wù)分解

1.3 成本參數(shù)分析

在BIM構(gòu)件族的設(shè)計階段，為了能夠從不同的建筑構(gòu)件上成功提取成本信息，依據(jù)建筑工程定額標準和清單工程量計算規(guī)則，詳細分析各個構(gòu)件所需的信息，為BIM模型添加相關(guān)的材料種類、性質(zhì)、尺寸、施工工藝等參數(shù)。

2 設(shè)計基于BIM 4D技術(shù)的計劃成本自動化提取系統(tǒng)

2.1 成本參數(shù)自動化提取系統(tǒng)架構(gòu)

當前，建筑行業(yè)常用的4D計劃軟件包括Fuzor、Ynchro、Navisworks、Lumion等。相較于其他軟件，F(xiàn)uzor的功能性更強，能夠?qū)ㄖ镞M行4D計劃的施工模擬，展示人、料、機等資源的消耗等。此外，F(xiàn)uzor還可以添加二次開發(fā)的插件。為了實現(xiàn)基于BIM 4D技術(shù)的建筑工程計劃成本自動化提取，對Revit進行二次開發(fā)成為必要條件。該系統(tǒng)采用Visual Studio 2012開發(fā)工具、Office 2013辦公軟件、NET Frameweork 4.5.2開發(fā)環(huán)境、Fuzor 2018 4D項目軟件。通過對設(shè)計圖樣和技術(shù)文件的分析，構(gòu)建將建筑工程作業(yè)任務(wù)及部件分解而參數(shù)化的BIM模型，通過提取Revit二次開發(fā)的檢索模型參數(shù)將必要的工程信息自動導(dǎo)入Excel，計算得出建筑工程的人、料、機等成本信息。建筑工程成本自動化提取系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 建筑工程成本自動化提取系統(tǒng)架構(gòu)

2.2 BIM模型構(gòu)建

以某商業(yè)樓項目為例。該項目為地上4層，采用獨立基礎(chǔ)形式和框架結(jié)構(gòu)，主要包括墻、柱、梁、板、樓梯等構(gòu)件。根據(jù)項目圖樣、施工技術(shù)、項目工期的具體要求，建立該項目Revit模型，如圖4所示。

圖4 某商業(yè)樓項目Revit模型

2.3 BIM模型參數(shù)化

在BIM軟件中，建筑模型往往由大量構(gòu)件族組合而成。這些構(gòu)件族的作用各不相同，若不能將參數(shù)附加在構(gòu)件模型上，那么信息提取將難以符合系統(tǒng)的設(shè)計要求。基于工作任務(wù)的分解，在Revit軟件中分別設(shè)置項目的全局參數(shù)、各個構(gòu)件屬性模塊的標記和注釋等，進行模型參數(shù)化設(shè)計，將具體構(gòu)件對應(yīng)的施工順序、施工部位等進行描述。基于該模型，能夠自動提取所需信息，并通過參數(shù)化的三維模型對項目進行全面管控。模型參數(shù)化示意圖如圖5所示。

圖5 模型參數(shù)化示意圖(截圖)

2.4 BIM模型參數(shù)信息的提取

為了在IE Visual Stdio平臺上進行Revit的二次開發(fā)，首先，調(diào)用Revit API.dll和Revit API.dll的程序組；其次，通過Add-In Manager將用戶開發(fā)的插件加載至Revit平臺，以提取構(gòu)件的材質(zhì)、體積、密度等主要計量信息以及用戶對構(gòu)件本身的標識和注釋等；最后，根據(jù)Revit外部命令，將必要的工程部位、材料的特征、工程量、施工任務(wù)等信息直接輸入Excel表格。

2.5 基于Excel的數(shù)據(jù)存儲及計算

該系統(tǒng)采用的Excel的主要功能包括：①對成本計算所需的定額、單價分析表等信息建庫并進行存儲；②基于Excel的強大計算能力，建立程序的計算規(guī)則；③將BIM模型中的參數(shù)信息按要求提取至Excel表格進行程式化計算。

3 構(gòu)建基于BIM 4D技術(shù)的計劃成本參數(shù)自動化提取系統(tǒng)

3.1 成本參數(shù)自動化提取系統(tǒng)

該系統(tǒng)采用C#語言開發(fā)，利用Visual Studio 2012軟件的Windows form窗體擴展UI界面。UI界面主要包括將模型中的混凝土、鋼筋、砌筑等工程導(dǎo)入Excel表格等功能，能夠?qū)⒎弦蟮墓こ滩课弧⒉牧咸卣鳌⒐こ塘俊⑹┕と蝿?wù)等參數(shù)信息統(tǒng)計至自動打開的Excel表格，由其進行數(shù)據(jù)處理，提取的數(shù)據(jù)可由開發(fā)人員進行驗證和核算。成本自動化提取系統(tǒng)界面如圖6所示，自動提取的工程量數(shù)據(jù)示意圖如圖7所示。

圖6 成本自動化提取系統(tǒng)界面(截圖)

圖7 自動提取的工程量數(shù)據(jù)示意圖(截圖)

3.2 成本核算

在系統(tǒng)自動提取模型工程量后，按照相應(yīng)的清單計價規(guī)則，套取相應(yīng)的定額形成清單工程量。同時，按照該工程對成本核算的要求，對各個單項工程的人、材、機、管、利進行單價分析，再通過清單工程量及單價信息進行計算，得到該4D計劃所需的各個單項工程的人、料、機、管、利等成本信息。

本文將《工程量清單項目計量規(guī)范》(2013版)、《河南省房屋建筑裝飾工程預(yù)算定額》(2016版)作為工程量清單定額的編制依據(jù)，按照工程部位與結(jié)構(gòu)的劃分及計價的要求分別設(shè)置獨立基礎(chǔ)C30(基礎(chǔ)層)、基礎(chǔ)梁C30(基礎(chǔ)層)、矩形柱C30(一層)等單項工程，并對其進行單價分析，最后對項目的混凝土工程成本進行核算。綜合單價分析表如圖8所示，成本信息匯總表如圖9所示。

圖8 綜合單價分析表(截圖)

圖9 成本信息匯總表(截圖)

3.3 成本信息導(dǎo)入

將各單項工程的人、材、機等成本數(shù)據(jù)與項目計劃相結(jié)合，形成符合要求的數(shù)據(jù)文本，通過CSV格式導(dǎo)入Fuzor軟件，實現(xiàn)對建筑工程計劃成本信息的自動化提取。

4 結(jié)語

本文以某商業(yè)樓項目混凝土工程為例，通過建立三維模型、模型參數(shù)化、獲取模型參數(shù)、自動計算成本信息等步驟生成Fuzor所識別的計劃文件，實現(xiàn)了基于BIM 4D技術(shù)的建筑工程計劃成本的自動化提取。主要研究結(jié)論如下：

(1)針對建筑工程計劃成本參數(shù)提取不便的問題，利用C#語言對Revit進行二次開發(fā)，參照建筑工程成本計算規(guī)則，建立建筑工程單價分析表，實現(xiàn)了計劃成本參數(shù)的自動化提取，提高了成本管理效率。

(2)該系統(tǒng)采用Excel表格進行數(shù)據(jù)處理和計算，適用性較強。提取的工程信息還可以應(yīng)用于項目的成本計算、現(xiàn)場成本管理等方面。

(3)通過構(gòu)建基于BIM 4D技術(shù)的建筑工程計劃成本參數(shù)自動提取系統(tǒng)，可為BIM 4D技術(shù)的進一步發(fā)展提供參考。