1 引言

近年来建筑信息模型 (BIM) 成为我国建筑领域应用和研究的热点。在BIM技术兴起之前, 我国计算工程量普遍采用手工算量和图形算量的方式, 虽然图形算量利用了计算机进行计量, 但是造价人员需要花费大量时间在算量软件中创建算量模型, 相关统计显示成本管理人员有50%~70%的时间花费在算量工作上。随着BIM技术的日益成熟, 如何将其应用到算量中, 将人从繁琐的算量工作中解放出来, 成为业内人士广泛关注的问题。 有研究者研究了施工图设计阶段BIM算量的相关问题, 证明在正确使用BIM建模软件创建BIM模型的基础上, 可以达到直接、快速并准确计算工程量的目的, 且运用BIM算量具有计算能力强、计算质量和计算效率高、附带几何对象的属性能力强的优势;有研究者通过提取BIM模型中的工程信息, 实现利用BIM技术辅助进行混凝土算量工作, 一定程度上控制了人力和资源的浪费;有研究者对比了国内几种BIM算量工具, 证实基于BIM设计软件的二次开发算量软件在工程量计算中更具优势;还有研究者利用二次开发技术对Revit模型构件体积扣减规则重置, 提取出项目工程量, 证实了基于Revit平台工程量提取本地化的可行性。同时, 我国市场上也出现了一系列的BIM算量工具。广联达、鲁班推出了兼容BIM建模平台的算量工具, 实现将BIM模型导入自家算量软件。另外, 一些软件公司也研发了基于Revit平台的算量插件, 比如:新点比目云5D算量、is BIM算量。 然而, 对于建筑专业的算量, 相关研究尚局限在土建算量, 且市场上的BIM算量插件也主要是有效满足土建算量需要, 而缺乏对利用BIM进行装饰工程量计算的研究和产品。将Revit模型导入传统算量软件, 虽然可以计算出部分装饰工程量, 但是仍然不能完全满足使用需求, 实际工作中尚需要结合大量的手工计算作业来完成装饰算量。为此, 本文以装饰工程量作为研究对象, 研究如何利用BIM技术更好地满足装饰工程计量需求, 克服已有算量工具的局限性。

2 BIM在装饰工程量计算中的应用现状分析

2.1 装饰工程的计量项目

建筑装饰工程是指经过细心的装饰设计、施工与目标管理等一系列建造活动, 在建筑物表面, 对其各个不同部位施以不同装饰材料进行装点修饰, 来满足人们生活功能和视觉审美功能等需求的系统工程。建筑装饰按照部位可以分为室内装饰、室外装饰和环境装饰。根据《房屋建筑与装饰工程工程量计算规范》GB 50854-2013, 装饰工程可分为七个分部工程, 每个分部工程又可分为若干个子分部工程, 本文对其进行归纳整理, 如表1所示。

2.2 各类BIM算量工具的不足分析

已有BIM算量工具可分为三类:第一类, 直接使用BIM建模软件本身的一些功能算量, 本文选取Autodesk Revit 2016软件作为研究对象, 分析其局限性;第二类, 基于Revit平台的算量插件, 本文以新点比目云5D算量和is BIM算量为例分析;第三类, 通过数据转换, 将Revit模型导入到传统算量软件平台, 本文以国内广联达公司的产品为例进行分析。从算量的准确度、算量效率以及是否能满足实际需求三个方面, 对三类BIM算量工具进行分析: (1) Revit中本身具备构件的体积、面积、长度等与工程量相关的参数, 利用明细表可以统计这些信息, 在一定程度上可以满足算量的要求。但是, 仅仅利用明细表导出数据, 存在很大的局限性, 其一, Revit中包含的构件信息本身有限, 比如:在装饰工程中多处需要计量构件的表面积, 但是Revit提供的构件表面积指的是总表面积, 无法区分各个面的面积分别是多少;其二, 装饰计量需要考虑工程量的归属问题, 比如:对于天棚上的梁, 其抹灰工程量需要归入天棚抹灰中, 而Revit无法自动处理这类问题, 若靠人工统计需要耗费大量精力;其三, 计量结果的准确性由模型决定, 而模型的质量受主观因素影响大, 且Revit本身的扣减规则与实际不完全一致, 比如:在Revit中建筑构件和结构构件重叠时, 不会扣减;其四, 明细表统计出的数据格式与工程量清单相差甚远, 即使明细表中的数据是可利用的, 也需要再花时间进行数据筛选。 (2) 比目云5D算量和is BIM算量两个Revit平台算量插件采用的思路一致, 即先根据自定义的映射规则, 通过匹配族名, 将Revit模型转换为算量模型, 此时Revit模型中的构件便对应成了各类算量构件, 然后, 依据插件内置的计算规则, 便可一步到位计算出工程量。此类插件利用族名匹配映射模型, 并可依据相应的模型检查规则检查模型, 极大程度地减少了模型质量对计量结果的影响, 另外, 可允许用户自定义计算规则, 三维查看计算过程, 自动导出符合规范格式的工程量清单, 功能十分强大。此类插件可以基本满足土建计量的需要, 但尚无法完全满足装饰工程的计量要求, 装饰部分不能布置上实体, 且只能计算出一部分装饰工程量。 表1 装饰工程计算项目 下载原表 (3) 采用数据转换的方式充分利用了传统算量软件平台的优势, 但是在数据转换上存在一些局限性。以广联达的数据转换GFC插件为例, 为了保证模型转换无误, 不发生数据丢失, 要求建BIM模型时满足一定的建模规则, 这给建模带来了一定约束, 且实际工作中也难以完全保证模型符合要求, 另外, 模型转换后尚需要仔细检查, 尤其检查模型构件映射是否有误。并且传统算量软件在装饰工程计量上也还存在一些不足。在广联达图形算量中, 通过布置房间装修, 可以自动计算出室内的装饰工程量, 但是, 对于室外的装饰工程量, 需要依靠手工计算;另外, 如果需要各个房间的装饰工程量或者为了满足定额或清单中某些计量规则的要求, 则需要人工筛选计量结果。

3 应用BIM计量装饰工程的解决方案分析

3.1 模型数据提取与装饰工程计量的关系

本文以Revit作为BIM建模软件分析如何实现装饰工程量的计量。Revit模型构件包含类型属性和实例属性两类信息, 这两类信息中本身包含一部分计量装饰工程量需要的数据, 另外, 通过Autodesk公司提供的插件Revit Lookup查看API对象发现, 其中包含计量装饰工程量需要的数据, 但是这些数据并不能在属性信息中直接看到。由此可见, 模型本身包含了计量装饰工程量需要的数据, 且可通过二次开发提取所需数据进行计量。 通过提取模型数据进行计量, 模型质量将决定计量结果的准确性。因此, 首先需要考虑如何减小建模对计量的影响。根据计量项目的不同, 可分为三大类考虑: 第一类, 对于装饰工程中的一部分计量项目, 比如抹灰、油漆工程, 实质是计量构件表面积, 利用结构模型便可得到该数据, 不需要利用装饰模型进行计量。但是, 如果对其进行实体建模, 将大大增加建模工作量, 例如创建抹灰层模型就需要在模型构件表面加多一层模型面层, 在处理构件相交处时容易出错, 且这项工作十分繁琐。因此, 对于此类可以通过结构模型做计量的项目, 建议采取非实体模型计量的方法, 即利用结构模型计量, 从而省去装饰建模的时间, 并避免装饰模型实体对计量结果的影响。 第二类, 对于装饰面砖、门窗工程、踢脚线等计量项目, 其与结构模型没有数据上的关联, 不可利用结构模型进行计量, 例如计量墙面饰砖的块数, 必须通过创建实体模型才能计量。 第三类, 对于压条、装饰线、栏板装饰等计量项目, 也不可通过结构模型计算得到, 但是创建其实体模型需要大量时间, 利用模型数据计量的时间甚至比直接读图手算的工作量更大, 因此, 这类项目考虑采用手工计算。

3.2 通过Revit二次开发计量装饰工程的关键问题

通过提取模型数据计量装饰工程量, 需要解决的三个关键问题如下: (1) 相交构件的工程量扣减和归并 在Revit中本身存在一定的扣减规则, 即对于结构构件, 相交时的优先级为墙、板、柱、梁, 建筑构件与结构构件相交时不扣减, 按照这个原则创建出来的BIM模型不能完全与实际相符。因此, 需要改变扣减关系以与实际工程一致。在Revit软件中可通过剪切工具改变相交构件的扣减关系, 但这个方法需要逐个操作, 效率低;通过使用插件 (如橄榄山插件) 可实现批量调整, 此方法效率高且可满足大多数情况的调整。 在得到一个满足扣减规则的模型后, 尚需通过二次开发解决如何处理相交构件的工程量问题, 此类问题在计算抹灰工程量时最为典型, 以抹灰工程量的计算为例进行分析:在构件相交处, 相互重叠的面积需要扣除掉, 即要能找到相交面并将其面积扣除;另外, 需要自动判断数据的归属, 例如需要将天花板上梁的侧面和底面抹灰面积并入到天花抹灰工程量中。 (2) 按照房间划分工程量 装饰工程的计量有时需要以房间为单位进行工程量统计, 而模型构件并不一定是依据房间进行拆分的, 比如一根梁, 当跨过几个房间, 就需要将其工程量分摊到各个房间。如果根据房间对构件进行拆分, 例如将一根横跨几个房间的梁打断为几段, 将增加大量工作量, 因此, 需研究采用二次开发判断构件的房间归属, 实现工程量的划分。 表2 Excel计算模板 下载原表 (3) 创建模型检查规则 计量的数据来源于模型, 因此计量结果的准确性受到模型质量的影响。例如模型中存在构件重叠、相交扣减关系错误等情况, 将导致计量结果出错。因此, 在创建模型后, 需要创建检查规则, 避免模型错误对计量结果产生影响。另外, 在做二次开发时, 尚需考虑模型的创建方法, 因为不同的建模方式可能需要采用不同的方法编写代码。 通过对Revit进行二次开发实现提取模型数据来计量装饰工程量, 可以克服目前BIM算量工具的局限性: (1) 通过自动处理构件的相互扣减关系, 室外的装饰工程量不再需要人工计算; (2) 通过自动将工程量划分到各个房间, 免去了人工再次筛分工程量的工作; (3) 直接在Revit平台进行操作, 避免模型在转换时发生数据丢失和失真。由此, 在提高装饰工程计量效率的同时, 提高计量结果的准确性。

4 案例分析

4.1 案例模型概况及模型处理

本文以港珠澳大桥澳门口岸境外停车库项目中的房间模型 (图1) 为例, 通过二次开发计算其装饰工程量。该模型包含的构件有:建筑墙、墙面抹灰、洞口、楼板、防滑地砖、踢脚线、天花板、龙骨、百叶窗、灯盘。需要计量的装饰项目包括:内墙抹灰面积、地砖面积及块数、踢脚线长度及砖数、天花板面积及天花板块数、地面水泥砂浆找平。 图1 案例模型 本案例的计算模板 (使用Excel表格表示) 包含各构件的基本信息, 并预先编制了工程量计算的公式, 在模型中提取出相关数据填入计算模板相应单元格后, 便可根据Excel中的计算公式自动计算出工程量, 计算模板如表2所示, 表格包含基本信息、计算参数、工程量结果三部分信息。 为了避免建模对计量的影响, 该模型已经过检查, 不存在构件重叠的关系, 且构件之间的位置关系正确无误, 扣减关系与计算规范一致, 即模型楼板边界在墙的内边线, 墙体底标高在楼板表面, 天花板边界在墙体内边线。

4.2 案例模型装饰工程量计量

采用Autodesk Revit 2016作为二次开发的平台。为了保证从模型中提取出计算模板中包含的构件信息, 建模时已将此部分信息通过不同的方式赋给模型, 其对应关系如表3所示。图2为模型中一面墙体的各信息示意。 根据需要提取的信息来源, 使用不同的API进行二次开发, 使用C '#语言编写程序, 每段程序包括的部分有:通过过滤图元找到要进行操作的构件、读取图元参数、将参数写入到Excel计算模板的相应单元格、导出Excel计算结果文件。

4.3 案例模型计量结果分析

将通过二次开发计算的工程量结果与手工计算结果相比较, 两者结果完全一致, 计算结果见表4。由于Revit模型是由单个构件组成的, 故二次开发时计算的对象是每个构件, 表4的计算数据将同类构件进行了汇总。 表3 模型信息录入方式 下载原表 为了保证通过此二次开发的方式计算出的工程量结果准确, 首先需要保证模型正确, 尤其是当模型构件类型较多时, 各类型构件相交时的相互位置关系要正确无误;其次, 保证二次开发所提取的数据无误, 提取的数据源出处准确且保证单位无误。但是, 本案例还存在两点不足:本文模型较为简单, 没有梁和柱, 因此二次开发尚未考虑构件相交的扣减问题;另外, 本案例模型只有一个房间, 故也未考虑将工程量划分到各个房间的问题。这两个问题有待进一步研究解决。 图2 某墙体信息示意 表4 案例模型工程量计算结果 下载原表

5 结语

BIM的应用极大提高了算量效率, 然而现有的BIM算量工具在装饰工程计量上尚存在局限性。由于BIM模型中本身存在计量装饰工程所需的基础数据, 故提出通过二次开发的方式提取出模型中用于计量装饰工程的数据来计算工程量, 其中处理构件相交的扣减问题、按房间划分工程量以及检查模型是二次开发需要解决的三个关键问题。最后成功应用二次开发计算出了一个装饰模型的工程量, 验证了所提方法的可行性, 但是如何利用二次开发解决构件扣减和按房间划分工程量还有待进一步研究。