基于BIM技術(shù)的安裝工程精細(xì)化算量方法研究

李曄 馬瑞彥 李偉娜 李晶

1.河北工程技術(shù)學(xué)院土木工程學(xué)院 河北石家莊 050091；2.北方工程設(shè)計研究院有限公司 河北石家莊 050000

1 BIM的優(yōu)勢

隨著BIM(建筑信息模型)技術(shù)在中國建筑行業(yè)的出現(xiàn)，BIM技術(shù)在建筑行業(yè)中的應(yīng)用逐漸成為一種熱潮，它是一種應(yīng)用于設(shè)計、建造、管理的數(shù)字化表達(dá)方法，這種方法支持建筑工程項目集成管理環(huán)境，促使建筑工程在其整個進(jìn)程中大幅度提高效率并顯著減少風(fēng)險。

1.1 單一數(shù)據(jù)重復(fù)使用

在傳統(tǒng)建設(shè)流程中，許多建設(shè)項目參與方也重復(fù)地采用類似的項目管理內(nèi)容。同一個消息，把截然不同的參與方注入相應(yīng)的電腦程序和應(yīng)用軟件中。而每一款程序和應(yīng)用軟件的數(shù)據(jù)輸入和輸出都是單獨存在的。這樣的運行方法可能會因為軟件自身原因以及編程人員的人為誤差造成信息在各軟件中的不一致。隨著設(shè)計的進(jìn)展，任何一方提交的項目信息也在變化，而這種變化一旦沒有完成更新或是有輸入上的錯誤，就會形成信息內(nèi)容的不統(tǒng)一，參與方根據(jù)過期的信息內(nèi)容繼續(xù)進(jìn)行操作，也會導(dǎo)致人力資源和成本的損失。BIM技術(shù)由于將項目管理信息集成在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型中，使資料的交換問題以及版本的不同問題大幅度降低。

1.2 設(shè)計效率提高

盡管BIM設(shè)計最大的價值是通過利用工程中各參與者之間的協(xié)同工作能力來獲得的，但BIM設(shè)計卻可以提升傳統(tǒng)工程設(shè)計的質(zhì)量。當(dāng)設(shè)計方案變化很大時，BIM軟件就可以降低準(zhǔn)備2D文件的成本。因此，在Autodesk所提供的RevitArchitecture軟件里，隨著建筑平面設(shè)計的變化，斷面或者立面都會自動變化。在Teklastructures軟件里，一旦設(shè)計的形狀和幾何圖形出現(xiàn)變化后，軟件系統(tǒng)就會自動改變部分節(jié)點的基本結(jié)構(gòu)，以及相應(yīng)的設(shè)計屬性。概念圖、施工圖和竣工圖紙等都可以依附于功能比較豐富的BIM模塊來實現(xiàn)。

1.3 一致的設(shè)計平臺

采用BIM技術(shù)的數(shù)據(jù)模型能夠使項目各主要參與者在一個平臺上獲取信息。但目前的組織方式下，并非每個項目主要參加者可以直接從一個模塊入手開展工作。如果一些參與方采用與資料模式兼容的軟件，則資料模型里的數(shù)據(jù)可以非常便捷地由一方導(dǎo)入至另一方。比如，建筑技術(shù)人員更改設(shè)計的柱子形狀后，BIM模型中的柱子數(shù)據(jù)也隨之改變。

1.4 常見的基于BIM技術(shù)的軟件

BIM技術(shù)不是特指的某一種或某一個軟件技術(shù)，由于僅僅靠一種軟件技術(shù)或某一個軟件技術(shù)無法有效地實現(xiàn)BIM的意義，國內(nèi)BIM技術(shù)領(lǐng)先人何關(guān)培首先按照BIM技術(shù)的應(yīng)用將其進(jìn)行了細(xì)分。

建筑行業(yè)常見的軟件有如下幾種：

(1)設(shè)計類軟件。BIM模塊建設(shè)完成后能夠?qū)崟r傳輸?shù)浇Y(jié)構(gòu)專家，可以通過結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件對模型進(jìn)行構(gòu)件分析與設(shè)置，同時結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件也能夠把分析結(jié)果傳遞到模型軟件中去，從而進(jìn)行調(diào)整結(jié)構(gòu)；調(diào)試好的模塊可以再傳輸?shù)焦こ淘O(shè)計專家，進(jìn)行水、暖、電氣等系統(tǒng)的設(shè)置，從而使模塊之間能夠通過碰撞檢測軟件測試空間重疊、結(jié)構(gòu)碰撞、管線沖突等的情況。

(2)施工管理軟件。BIM施工管理軟件(4D應(yīng)用軟件)的運用可以在施工前期找到工程項目面臨的潛在問題，從而有效調(diào)整施工方法，提高進(jìn)度，降低返工次數(shù)。常用的軟件產(chǎn)品有Autodesk企業(yè)的NavisworksManage軟件系統(tǒng)，Bentley企業(yè)的ProjectWise Navigator軟件系統(tǒng)，Innovaya公司VisualSimulation軟件系統(tǒng)，利用上述軟件產(chǎn)品的現(xiàn)場漫游功能，形成接近現(xiàn)實的工地情景，讓工作人員可以非常直觀地掌握工作過程。

(3)造價管理軟件。BIM費用管理工作軟件系統(tǒng)，能夠?qū)σ褎?chuàng)建的BIM模式項目實現(xiàn)工作量計算和費用管理工作，并能夠按照項目的進(jìn)展情況給出費用管理所需信息，目前國內(nèi)外使用較為普遍的費用管理工作軟件系統(tǒng)是廣聯(lián)達(dá)、魯班、清華斯維爾、博奧等，在海外常見的則有Innovaya和Solibri。

(4)運營管理軟件。美國一項調(diào)查數(shù)據(jù)指出，一個建筑的運行管理花費遠(yuǎn)高于建設(shè)期成本，大約是建筑壽命的75%，目前在全美最具效果的運行管理是ArchiBUS。

2 常用的算量必選軟件

(1)廣聯(lián)達(dá)。廣聯(lián)達(dá)圖形算量軟件應(yīng)用時先得到工程量，之后把工程量文件輸入計算軟件系統(tǒng)中，最后通過數(shù)字網(wǎng)站查詢可以得到工程造價報告。

(2)清華斯維爾。清華斯維爾算量軟件的優(yōu)點在于可以把鋼筋直接布置在建筑圖上，在一個軟件中實現(xiàn)鋼筋和工程量的整合，進(jìn)而導(dǎo)出鋼筋施工圖，缺點在于鋼筋、構(gòu)件不能很好地識別，如果預(yù)算員也能承擔(dān)翻樣，那就很好地突破了此技術(shù)難題，反之則會成為一項劣勢。

(3)魯班軟件。魯班計算結(jié)果測量軟件系統(tǒng)包括了混凝土施工計算結(jié)果測量軟件系統(tǒng)、鋼筋混凝土計算結(jié)果測量軟件系統(tǒng)、施工計算結(jié)果測量軟件系統(tǒng)等。利用魯班算量軟件具備的識別二維CAD繪圖功能，迅速將其轉(zhuǎn)換為三維結(jié)構(gòu)，并創(chuàng)建三維模板。魯班算量軟件能夠套取的明細(xì)、定額提供粗造價文檔，BIM建模數(shù)據(jù)及明細(xì)定額可一鍵輸入魯班造價軟件，完成框圖報價，讓造價管理工作變得更為精細(xì)化。

通過上述對比研究得出，這三款計算的應(yīng)用軟件在技術(shù)性能方面都各有所長，而且在工程造價方面也很有競爭力，不過由于清華斯維爾和魯班的穩(wěn)定性比較好，所以基于可靠性等各種原因，最后還是選用了魯班軟件系統(tǒng)。

3 基于魯班安裝軟件的給排水算量

3.1 工程項目概況

本文對住宅樓建筑給排水系統(tǒng)構(gòu)建BIM算量模型，通過該模型統(tǒng)計管材及構(gòu)配件用量，導(dǎo)出工程量計算書。該住宅位于石家莊市，設(shè)計使用年限50年，地上12層，地下2層。小區(qū)給排水管道工程建模分為以下幾步：(1)二維圖形調(diào)入；(2)轉(zhuǎn)化給排水系統(tǒng)；(3)給排水管道設(shè)計；(4)建立標(biāo)準(zhǔn)樓層；(5)管路附件和水管的制作；(6)匯總安裝工程量。

3.2 基于魯班安裝軟件算量

(1)項目準(zhǔn)備。創(chuàng)建模板前一定要進(jìn)行模型前的準(zhǔn)備工作，如模板選取、算量模型選取、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)選擇、樓層數(shù)據(jù)和材質(zhì)尺寸的設(shè)定等。

(2)模型的創(chuàng)建。

①二維圖紙調(diào)入。利用魯班設(shè)置軟件系統(tǒng)為建筑給排水工程量計算建立施工信息模塊的原始文檔，并對這個原始文檔做出建筑給排水信息系統(tǒng)的相應(yīng)設(shè)定，包括對管線屬性、衛(wèi)生器材類型等信息做出設(shè)定，以便準(zhǔn)確地匯總設(shè)置工作量。本章以建筑給排水信息系統(tǒng)設(shè)置為例加以講解。先將界面轉(zhuǎn)移至給排水專業(yè)0級，利用魯班設(shè)置界面菜單欄中“CAD轉(zhuǎn)換”中的“CAD文檔調(diào)入”指令實現(xiàn)圖樣輸入，也可在CAD中將圖樣復(fù)制粘貼到魯班設(shè)置軟件系統(tǒng)中，將二維圖紙順利調(diào)入后，利用多層打印CAD指令將各樓層圖樣一次分類輸入各樓層中。完成制作后，把零層地圖刪掉，值得注意的是，0層并非一種層次的概念，只是一種水平，是最底層“基礎(chǔ)層”，刪掉的目的是避免零層圖影響建模速度和在匯總工作量時，再次估算構(gòu)件量。

圖1 管道布置方法應(yīng)用截圖

圖2 標(biāo)準(zhǔn)房間創(chuàng)建圖

③給排水管道的布置。魯班管施工軟件界面的中文工具欄內(nèi)，有任意布置鋼管、貫通冒口和垂直立管三種管道布設(shè)方法，在屬性中定義所需管道材質(zhì)規(guī)格，同時根據(jù)需求選擇管道布置方式合理布置管道。其中，任意布管道用于水平管道的布置，有任意布置、墻角布置、沿線布置三種方式可供選擇，這三種方式在畫管道時可以隨時切換使用；垂直立管用于不變徑立管設(shè)置，如果是主立管我們就輸入工程相對標(biāo)高，如果是短立管我們就輸入樓層相對標(biāo)高進(jìn)行布置；貫通立管用于變徑立管設(shè)置。

④標(biāo)準(zhǔn)房間創(chuàng)建。標(biāo)準(zhǔn)房間的建立和布局是根據(jù)建筑設(shè)計專業(yè)界面上的，所以首先把專業(yè)確定為“建筑”，以A#樓J-1管道為例，創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)房間。

⑤管道配件及套管的生成。魯班設(shè)計工具欄中管道配件產(chǎn)生方法有三個：樓層產(chǎn)生、工程生成和選擇生成。施工完畢以后我們需要計算整個施工變徑彎頭數(shù)量，單擊“工程生成”按鍵，全部的管道配件將會自動產(chǎn)生，單擊三維顯示按鍵，凡是需要有變徑彎頭的位置都會自動生成?！敖ㄖ圃臁惫τ檬菍⒄w建筑的配套進(jìn)行整個制造，“樓層生成”功用僅制造本層的管路配套，“選擇生成”功用生產(chǎn)了特定的或幾根管路的管路配套。

目前魯班安裝軟件支持一鍵生成所有套管，套管大小根據(jù)管徑自動調(diào)整，長度直接讀取墻板厚度，還能批量設(shè)置預(yù)留長度，并且增加了穿墻套管、剛性防水套管、柔性防水套管、法蘭套管4種全新類型，套管尺寸根據(jù)防水套管圖集精確定義，點擊“套管生成”按鈕即可完成操作。

以上工作完成之后，點擊“視圖”→“三維顯示”→“整體”，即得給排水系統(tǒng)三維視圖。

(3)給排水系統(tǒng)工程量統(tǒng)計。所有圖形轉(zhuǎn)化完成后，計算項目工程量之前需對各構(gòu)件套取相對應(yīng)的清單或定額，然后形成報表。軟件內(nèi)擁有全國各地清單定額庫，并實時更新，解決了造價區(qū)域性的障礙。

圖3 工程量統(tǒng)計結(jié)果

3.3 碰撞檢查

對管線的碰撞和交叉問題進(jìn)行檢測是構(gòu)建施工信息模型的一項主要目的，魯班軟件的強(qiáng)大之處就是匯總工程量外，還能夠檢測管線碰撞和交叉問題，并加以修正。這也能夠大大減少因工程設(shè)計失敗導(dǎo)致施工方的回歸和設(shè)計方頻繁的設(shè)計變更，大大提高工程效率。

給排水專業(yè)的管道設(shè)計人員在實施管道綜合中很多管道都布設(shè)于同一通道吊頂或設(shè)備空間中，而在有限的空間中布設(shè)了如此多的管道，必然就會產(chǎn)生管線沖突與交錯現(xiàn)象。而通過對BIM技術(shù)的協(xié)同設(shè)計的運用，徹底改變了以往給排水專業(yè)管道組合的運行模式，給排水專業(yè)工程設(shè)計技術(shù)人員在可視化的BIM模式中實施管道組合之后，能夠很直接地看到管道之間的相對位置情況，從而便于在設(shè)計階段識別工程中的矛盾沖突。通過協(xié)同設(shè)計完善了給排水管道控制系統(tǒng)的建設(shè)流程，提高了供水領(lǐng)域的管路系統(tǒng)效率。協(xié)同設(shè)計可以廣泛應(yīng)用于包含供水在內(nèi)的各類相關(guān)設(shè)施中的管路系統(tǒng)設(shè)計過程中，為設(shè)計人員節(jié)省了寶貴的時間與精力。

4 結(jié)果與討論

本文主要內(nèi)容是通過魯班設(shè)計程序?qū)ψ≌瑯琼椖康慕o排水控制系統(tǒng)進(jìn)行建模過程，在模型過程中闡述了軟件的幾個特性和操作方法，給開發(fā)人員帶來一些借鑒。掌握軟件工程中涉及的方法與運用，熟悉軟件的使用方法，以便有效地提升建模質(zhì)量。

項目管理工作中往往需要進(jìn)行對部分樓層、部分結(jié)構(gòu)或部分物料的分項匯總，用手工統(tǒng)計易產(chǎn)生數(shù)據(jù)出錯，而軟件則能夠在數(shù)十秒以內(nèi)精確完成這些功能。由此看出，我們應(yīng)該大力推廣算量軟件在實際工程的造價領(lǐng)域中的應(yīng)用。

以魯班安裝軟件為代表的BIM安裝算量軟件最大的優(yōu)勢主要有：(1)實現(xiàn)相連部件交接點的自動扣減。(2)對完成的工作量自動進(jìn)行數(shù)據(jù)分析總結(jié)，并提供報告。(3)建模初期標(biāo)準(zhǔn)層可一鍵復(fù)制，非標(biāo)準(zhǔn)層可略作調(diào)整再進(jìn)行復(fù)制，極大地提高工效。