牛立軍，陳慧萍

（華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450046）

目前水利工程概算編制中的工程計量工作基于二維圖紙進行，算量工作繁瑣復(fù)雜，因二維圖紙不利于設(shè)計理念和工程信息的表達和傳遞[1]，致使實際工作中很容易出現(xiàn)計量誤差。而工程計價工作則多通過廣聯(lián)達、易投等軟件實現(xiàn)[2]，這些計價軟件與傳統(tǒng)Excel計價方式相比大大提升了計價效率，但算量與計價過程割裂，若工程設(shè)計變更將會導(dǎo)致算量與計價工作反復(fù)進行。解決以上技術(shù)難題是當前水利工程概算編制的新的研究方向[3]。

BIM（Building Information Modeling）是創(chuàng)建并利用數(shù)字化模型對建設(shè)工程項目的設(shè)計、建造和運營全過程進行管理和優(yōu)化的方法和技術(shù)[4]，目前在水利工程概算編制中主要集中在工程算量和工程量傳遞兩方面[5-7]，對BIM 模型的可視化、模型參數(shù)的深層開發(fā)利用程度較低，未能解決水利工程概算編制中數(shù)據(jù)共享難、計量計價分離、數(shù)字化表達程度低等問題，也未完全體現(xiàn)BIM 技術(shù)的可視化交互設(shè)計優(yōu)勢。

針對當前水利工程概算編制中存在的問題以及BIM 技術(shù)在水利工程概算編制中的應(yīng)用現(xiàn)狀，本研究基于BIM 技術(shù)對Revit進行二次開發(fā)，構(gòu)建了基于BIM 的水利工程概算編制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以BIM 模型為基礎(chǔ)，實現(xiàn)對設(shè)計成果信息的深度讀取與使用，完成項目劃分、工程量統(tǒng)計、定額套取、綜合計價等可視化工程概算編制過程，并將工程概算成果存儲于三維模型，實現(xiàn)設(shè)計成果與概算成果的融合，形成基于BIM模型的數(shù)字資產(chǎn)。

1 研究思路

BIM 技術(shù)在水利工程各環(huán)節(jié)應(yīng)用的基礎(chǔ)為工程參數(shù)化的BIM 模型，即集成建設(shè)工程的尺寸數(shù)據(jù)、約束限制、結(jié)構(gòu)特征等多種信息，是工程設(shè)計階段成果的數(shù)據(jù)庫，其物理參數(shù)與視圖參數(shù)可以用于統(tǒng)計、分析、構(gòu)件制作等[8]。根據(jù)水利工程概算編制階段的任務(wù)，基于BIM的水利工程概算編制流程如圖1所示。

圖1 BIM概算編制流程

2 研究方法

2.1 技術(shù)路線

以Visual Studio 為開發(fā)環(huán)境，基于.NET 框架對Revit進行二次開發(fā)，深度挖掘模型數(shù)據(jù)信息，采用C#語言實現(xiàn)模型信息交互，開發(fā)基于BIM 模型的水利工程概算編制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由項目劃分、基礎(chǔ)單價編制、定額管理、概算編制4個核心功能模塊組成。BIM概算編制系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)路線，如圖2所示。

圖2 BIM概算編制系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)路線

系統(tǒng)功能實現(xiàn)步驟為：①在項目劃分模塊將工程模型劃分至最小工程單元，即分項工程；②在基礎(chǔ)單價編制與定額管理模塊完成基礎(chǔ)單價、概算定額等工程計價基礎(chǔ)數(shù)據(jù)輸入；③在概算編制模塊依據(jù)項目劃分成果完成分項工程工程量統(tǒng)計、工程單價計算以及總概算表編制；④輸出概算編制成果。

2.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)

基于BIM 技術(shù)進行水利工程概算編制，其數(shù)據(jù)來源主要包括模型數(shù)據(jù)與概算數(shù)據(jù)。模型數(shù)據(jù)如族ID、名稱參數(shù)、體積參數(shù)、視圖參數(shù)等可從模型中直接讀取、調(diào)用；概算數(shù)據(jù)主要包括基礎(chǔ)單價、費率、概算定額等。因基礎(chǔ)單價與費率變動較大，在BIM 概算編制系統(tǒng)中設(shè)置基礎(chǔ)單價與費率外部導(dǎo)入、更新功能；概算定額變動較小，系統(tǒng)中設(shè)置定額庫創(chuàng)建與維護模塊。定額庫可根據(jù)水利工程實例有針對性地進行選擇和輸入，主要通過TreeView 與DataGrid-View 結(jié)合呈現(xiàn)。輸入的定額數(shù)據(jù)可用于多項工程概算編制，實現(xiàn)定額快速查詢與套取。定額庫管理界面，如圖3所示。

圖3 定額庫管理界面

2.3 系統(tǒng)設(shè)計

2.3.1 主要功能設(shè)計

（1）項目劃分。在Revit 中創(chuàng)建的BIM 模型，每個族文件對應(yīng)項目劃分的最后一級，即分項工程，基于族文件ID 的唯一性實現(xiàn)項目劃分環(huán)節(jié)名稱參數(shù)等數(shù)據(jù)的傳遞。

（2）工程計量。基于模型本身的參數(shù)信息實現(xiàn)工程量的自動統(tǒng)計，主要分為2 類：①對于可直接利用的體積類工程量，直接讀取模型體積參數(shù)或?qū)w積參數(shù)進行基礎(chǔ)運算；②對于需要二次處理的體積數(shù)據(jù)以及非體積類工程量，如模板面積、鋼筋工程量、設(shè)備單體數(shù)量等，基于相關(guān)工程規(guī)范規(guī)定的計算公式開發(fā)相應(yīng)功能模塊，實現(xiàn)可視化工程量自動統(tǒng)計。

（3）工程計價。①通過編程語言傳遞基礎(chǔ)概算數(shù)據(jù)，實現(xiàn)定額的查詢與套取、機械使用費與材料費的讀取，完成分項工程直接費的計算，進而通過系統(tǒng)內(nèi)置計算規(guī)則，計算出分項工程間接費、利潤、稅金，最終完成分項工程單價計算；②通過導(dǎo)入工程計量數(shù)據(jù)，將分項工程工程量與工程單價分別相乘，計算出分項工程合價，在此基礎(chǔ)上編制工程總概算表。

（4）概算成果輸出。①數(shù)字化表達：將項目劃分、工程計量與工程計價的每個環(huán)節(jié)成果信息寫入模型，全過程概算編制完成后，通過查看族文件參數(shù)即可看到對應(yīng)分項工程的人工、材料、機械消耗量以及工程單價等概算信息；②文件輸出：主要是在概算編制過程中形成的各項表格數(shù)據(jù)的導(dǎo)出，結(jié)合對Excel、Word 進行二次開發(fā)將概算數(shù)據(jù)導(dǎo)出為當前工程實際應(yīng)用的規(guī)范格式。

2.3.2 可視化交互設(shè)計

BIM 概算編制系統(tǒng)可視化交互設(shè)計主要通過模型視圖參數(shù)的讀取與控制實現(xiàn)。在項目劃分環(huán)節(jié)，基于族文件視圖的隱藏與恢復(fù)動態(tài)演示項目劃分進度；在工程量統(tǒng)計環(huán)節(jié)，通過直觀選擇需要立模的模型面實現(xiàn)模板面積工程量統(tǒng)計；在工程計價環(huán)節(jié)，對分項工程進行定額套取、工程單價計算時，該分項工程對應(yīng)族視圖居中顯示；概算編制完成后，模型中寫入概算信息，通過選中模型構(gòu)件便可直觀查看其對應(yīng)分項工程人工、材料、機械等的消耗量。

3 實例驗證

以多孔水閘工程為例，創(chuàng)建參數(shù)化三維模型，應(yīng)用本研究開發(fā)的BIM水利工程概算編制系統(tǒng)編制其工程概算。

3.1 參數(shù)化三維模型

通過AutoRevit 軟件建立多孔水閘工程參數(shù)化三維模型，如圖4所示，對模型中的族和模型整體分別設(shè)置族文件參數(shù)和全局參數(shù)。

圖4 多孔水閘三維模型

3.2 項目劃分

水閘工程項目劃分界面，如圖5 所示。隨著項目劃分的進行，已被劃分的分項工程對應(yīng)族視圖隱藏，尚未被劃分的族視圖完整，項目劃分進度動態(tài)可視，項目劃分過程未出現(xiàn)缺項、漏項或重復(fù)計項問題。

圖5 項目劃分界面

3.3 概算編制

項目劃分完成后，進入概算編制界面，進行工程量統(tǒng)計和工程計價工作。多孔水閘工程概算表編制界面，如圖6所示。

圖6 概算表編制界面

3.3.1 工程量統(tǒng)計

多孔水閘工程進行工程量統(tǒng)計時，對于常規(guī)體積類工程量直接獲取模型中族的體積參數(shù)，對于需要計算超挖、超填量的根據(jù)工程經(jīng)驗乘以階段系數(shù)確定；對于非體積類工程量，分別使用模板面積統(tǒng)計、鋼筋工程量統(tǒng)計及設(shè)備單體數(shù)量統(tǒng)計功能進行工程計量。

3.3.2 工程計價

首先在概算表編制界面選定定額庫，多孔水閘工程概算編制采用現(xiàn)行水利部水利水電工程《水利建筑工程概算定額》（2002），進而選擇定額編號套取定額，進行工程單價計算。以多孔水閘工程閘室段C20 鋼筋混凝土閘底板為例，工程單價計算界面如圖7 所示。在該界面中，定額內(nèi)容從定額庫自動讀取，對照定額選取材料與機械后，工程單價通過內(nèi)置算法自動計算得出，并讀取到概算列表中，用于概算總表數(shù)據(jù)計算。

圖7 工程單價計算界面

3.4 成果輸出

在水利工程概算編制系統(tǒng)中選擇“導(dǎo)出Excel”功能按鈕便將項目劃分、工程計量、工程計價等階段編制的概算總表及概算附表按照程序設(shè)定格式一鍵導(dǎo)出，用于概算文件匯編。

3.5 數(shù)字資產(chǎn)

多孔水閘工程模型在進行前述項目劃分、工程量統(tǒng)計、定額套取、工程單價編制時，其使用定額、費率、工程單價及人工、材料、機械消耗量等概算成果均已寫入對應(yīng)族文件中，并以參數(shù)形式表達，形成數(shù)字資產(chǎn)，可在模型中選中族文件直接查看或在其他工程建設(shè)階段調(diào)用。以水閘模型閘室段C20鋼筋混凝土閘底板為例，工程概算保存成果示例如圖8所示。

圖8 工程概算保存成果示例

4 結(jié)論

本研究針對水利工程概算編制的任務(wù)與現(xiàn)狀，通過對Revit進行二次開發(fā)，構(gòu)建了基于BIM 的水利工程概算編制系統(tǒng)，并將其應(yīng)用于多孔水閘工程。通過實例應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)水利工程概算編制方式相比，基于BIM的水利工程概算編制主要優(yōu)勢如下。

（1）概算編制可視化。可視化是BIM 技術(shù)在工程建設(shè)中應(yīng)用的最普遍優(yōu)勢，基于BIM 技術(shù)進行項目劃分、工程量統(tǒng)計、工程單價計算等概算編制過程時，工作界面伴隨模型演示窗口，隨著模型族視圖的隱藏、恢復(fù)或居中顯示，當前操作對象明確，呈現(xiàn)出可視化的動態(tài)編制過程，有效避免了項目劃分缺項、漏項與重復(fù)計量問題。

（2）工程量統(tǒng)計便捷。在工程計量階段，實現(xiàn)了更為便捷的選擇性工程量統(tǒng)計，提升了工程計量的效率與精度。

（3）計量與計價結(jié)合。在工程計價階段，基于創(chuàng)建的數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)了便捷、可視化的計價過程，并將計量與計價結(jié)合在一起，避免了設(shè)計變更造成的反復(fù)計量，減小了概算編制工作負擔。

（4）概算成果數(shù)字化表達，形成工程數(shù)字資產(chǎn)。工程概算編制成果可直接導(dǎo)出用于概算文件匯編。將工程概算編制信息寫入模型，不僅便于有關(guān)工程參建各方審閱，且結(jié)合設(shè)計成果共同形成了工程數(shù)字資產(chǎn)的數(shù)據(jù)底板。