基于BIM技术的工程量数据共享策略-数字化协同管理

现阶段大规模、超复杂、高投资的工程项目依然采用的是传统的手工算量、Excel算量或借助算量软件来进行,造价人员通过大量的二维图纸进行统计,效率较低且精度不能够保证。

BIM技术通过整合多种工程软件形成一个大的数据系统,大数据的使用能够细化建筑设计流程,从以往的设计方案和问题解决措施中,提取能够辅助当前设计的可行方法,是目前工程设计的最优解,运用BIM大数据的设计系统进行设计分析,从而对工程造价进行测算。在BIM系统运算过程中,可以实时收集市场信息和原材料价格,及时更新影响工程成本的要素,能够以时间为基础推算工程完成后可能遇到的问题。BIM技术具有预测性,能够及时为工程提供参考。

通过在BIM模型中集成符合《建设工程工程量清单计价规范》(GB 50500—2013)(以下简称《规范》)的材料用量清单,在提交模型成果时同时提交数据清单。这种模式确保模型与工程量数据一致,随着设计变更实时更新工程量;同时,基于BIM模型实现数据的完整共享,便于工程总造价的整体控制,如图2-43所示。

图2-43　基于模型的材料量清单

根据实例应用和研究梳理,将部分基于BIM的工程量清单算量方法梳理如下:

1.土石方工程

利用BIM模型可以直接进行土石方工程算量。对于平整场地的工程量,根据模型中建筑物首层面积计算。挖土方量和回填土量按结构基础的体积、所占面积以及所处的层高进行工程算量。造价人员在表单属性中设定计算公式可提取所需工程量信息。例如,利用BIM模型计算某一建筑物中条形基础的挖基槽土方量,已知挖土深度为1.15 m。按照国内工程计量规范中的计算方法,在BIM模型的表单属性中设置项目参数和计算公式,使用表单直接统计出建筑物挖基槽土方总量。

2.基础

BIM自带表单功能自动统计出基础的工程量,也可以通过属性窗口获取任意位置的基础工程量。大多类型的基础都可按特定的基础族模板建模,若某些特殊基础没有特定的建模方式,可利用软件的基本工具(如梁、板、柱等)变通建模,但需改变这些构件的类别属性,以便与其源建筑类型的元素相区分,有利于统计工程量数据。

3.混凝土构件

BIM软件能够精确计算混凝土梁、板、柱和墙的工程量且与国内工程计量规范基本一致。对单个混凝土构件,BIM能直接根据表单得出相应工程量。但对混凝土板和墙进行算量时,其预留孔洞所占体积均被扣除。当梁、板、柱发生交接时,国内计量规范规定三者的扣减优先顺序为柱＞梁＞板(“＞”表示优先于),即交接处工程量部分,优先计算柱工程量,其次为梁,最后为板工程量。使用BIM软件内修改工具中的连接(Join)命令,根据构件类型修正构件位置并通过连接优先顺序扣减实体交接处重复工程量,优先保留主构件的工程量,将次构件的统计参数修正为扣减后的精确数据,避免了构件工程量统计的虚增或减少,如图2-44所示。

图2-44　混凝土构件扣减规则

4.混凝土模板

混凝土模板虽然为非实体工程项目,但却是重要的计量项目。现行BIM并没有设置混凝土模板建模专用工具,采用一般建模工具虽然可建立模板模型,但需要耗费大量的时间,因此需要其他途径提高模板建模效率。可以通过编程BIM软件插件解决快速建立模板模型问题,这样就可以在软件内自动提取模板工程量,达到像前述构件在BIM软件内一样的算量效果。

5.钢筋

BIM结构设计软件提供了用于为混凝土柱、梁、墙、基础和结构楼板中的钢筋建模的工具,可以调入钢筋系统族或创建新的族选择钢筋类型。计算钢筋质量所需要的长度都是按照考虑钢筋量度差值的精确长度。BIM构件内部钢筋布置图的钢筋算量,不仅能计算出不同类型的钢筋总长度,还能通过设置分区(Partition)得出不同区域的钢筋工程量。

6.楼梯

在BIM模型内能直接计算出楼梯的实际踏步高、踏步宽和踏步数量,还能得出混凝土楼梯的体积。对于楼梯栏杆的算量,可以按照设计图示尺寸对栏杆族进行编辑,进而通过表单统计出栏杆长度。经测试,采用BIM内部增强性插件(Buildingbook Extension)提取楼梯工程量,得到的数据及信息更符合实际需求。(www.xing528.com)

7.墙体

通过设置,在BIM模型内可以精确计算墙体面积和体积。墙体有多种建模方式:一种是在已知结构构件位置和尺寸的情况下,以墙体实际设计尺寸进行建模,将墙体与结构构件边界线对齐,但这种方式有悖于常规建筑设计顺序,并且建模效率很低,出现误差的概率较大。另一种方式是直接将墙体设置到楼层建筑或结构标高处,如同结构构件“嵌入”墙体内,这样可以大幅度提升建模速度。前者在实际建模中少见,后者需要通过设置才能计算墙体准确的工程量。可通过“连接”命令,实现墙体对这些构件工程量的扣减。例如:墙体内部放置柱、梁构件的节点图,不做任何处理时,墙体的体积为1.160 m3,将梁、柱与墙体通过连接命令进行设置后,墙体的体积变为0.653 m3,为准确的墙体体积。

对于嵌入墙体的过梁,可通过共享的嵌入族(Nested Family)的形式将其绑定在门、窗族上方,再将门、窗族载入项目并放置在相应墙体内,此时的墙体工程量就会自动扣除过梁体积,且过梁的体积也能单独计算出来。此外,若墙体在施工过程中发生改变,还可利用阶段(Phase)参数,得出工程变更后的墙体工程量,为施工阶段造价管理带来方便。将建立的模型设置不同阶段,若需删除某一部位的墙体,选中该墙体并在属性窗口中设置其拆除的阶段,如阶段3,因BIM自带表单功能与阶段化属性相关联,在表单中选择阶段3,此时统计的工程量不包含删除墙体的体积。

8.门窗工程

从BIM模型中可以提取门窗工程量和其他门窗构件的附带信息,包括各种型号的门窗数量、尺寸规格、板框材面积、门窗所在墙体的厚度、楼层位置以及其他造价管理和估价所需信息(如供应商等)。此外还可以自动统计出门窗五金配件的数量等详细信息。以门上执手为例,在BIM模型中分别建立门和门执手两个族文件,将门执手以共享嵌入族的方式加载到门族中,门执手以单独调取族的形式出现,利用软件自带的表单统计功能,可得到门执手的相应数量及信息(图2-45)。

图2-45　窗参数设置

9.幕墙

无论是对普通的平面幕墙还是曲面幕墙的工程量计算,在BIM模型内都达到了精确程度,并且还能自动统计出幕墙嵌板(Panel)和框材(Mullion)的数量。在BIM软件中建模时,可以通过预置的幕墙系统族或通过自适应族(Adaptive Families)与概念体量(Conceptual Massing)结合,创建出任意形状的幕墙。在概念体量建模环境下,创建幕墙结构的整体形状,可根据幕墙的单元类型使用自适应族创建不同单元板块族文件,每个单元板块都能通过其内置的参数自动驱动尺寸变化,软件能自动计算出单元板块的变化数值并调整其形状及大小。也可将体量与幕墙系统族结合,创建幕墙嵌板和框材。模型建立后,再利用表单统计功能自动计算出其相应工程量(图2-46)。

图2-46　幕墙统计

10.装饰工程

同样,BIM模型也能自动计算出装饰部分的工程量。BIM有多种饰面构造和材料设置方法,可通过涂刷方式(Paint),或在楼板和墙体等系统族的核心层(Core boundary)上直接添加饰面构造层,还可以单独建立饰面构造层。前两种方法计算的工程量不准确,如在楼板核心层上设置构造层,构造层的面积与结构楼板面积相同,显然没有扣除楼板上墙体所占的面积(图2-47)。

图2-47　装饰材料统计

为使装饰工程量计算接近实际施工,可用基于面(Facebased)的模板族单独建立饰面层,这种建模方法可以解决模型自身不能为梁、柱覆盖面层的问题,同时通过材料表单(Material take off)提取准确的工程量。对室内装饰工程量来说,将表单关键词(Schedule key)与房间布置插件(Roombook Extension)配合使用,可以迅速准确计算出装饰工程量。其计算结果可导入Excel中,便于造价人员使用。

经过课题组研究,将BIM输出的结果与传统二维输出的结果对比,发现整体误差小于3%(图2-48)。

图2-48　BIM与总包工程量计算对比