建筑信息模型 (building information modeling, BIM) 技术的理念是创建并利用数字化模型对建设项目设计、建造及运营全过程进行管理和优化^[1]。现阶段, 我国施工企业在施工前计算工程预算量时, 钢筋混凝土、土石方、机电等分部工程使用我国自主研发的算量软件, 通过创建三维模型, 可以完成工程量的自动计算和统计;一些特殊的分部工程通过手工算量结合Excel表格完成工程量计算。以上传统的算量模式需要消耗大量的时间和精力, 并容易造成人为错误, 影响算量的准确性。

为了有效规避传统工程算量模式的不足, 解决工程量信息在传递过程中的间断和分离, 许多学者都致力于研究如何从设计BIM模型中获取完整精确的施工前期工程预算量信息^{[2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12]}。因此, 以可持续性为基础的基于BIM工程量的计算方法成为新模式, 也将是工程算量模式的发展方向。

1) 模式内涵开放数据库互联 (open data base connectivity, ODBC) 是一套与具体数据库管理系统无关的数据库访问方法, 导出的数据可以和不同类型的应用进行集成^[2]。基于ODBC原理, 以BIM设计软件为平台, 研发可以依据我国清单和定额工程量计算规则获取设计BIM模型数据信息的工程算量软件, 从而实现工程量信息从设计阶段到施工阶段的合理传递。

2) 特点开放数据库互联的BIM算量模式需要针对工程项目各分部分项工程开发与ODBC数据库对应的多款算量软件, 相对于其他2种算量模式, 其应用难度大、难以统筹。

3) 应用研究情况2008年, 齐聪等^[3]提出了以Revit为平台开发的工程量计算软件, 有效提高了算量精度;2015年, 林韩涵等^[4]以混凝土框架结构为例, 开发了附加在Revit上的算量插件, 能够输出符合国内清单计算规则的构件工程量;同年, 李志阳等^[5]应用基于Revit平台开发的二次插件斯维尔“比目云”软件进行基础承台、框架梁和剪力墙算量, 对比传统算量软件结果, 验证了基于BIM算量的高效性;2016年, 裴艳等^[6]结合实际案例分析对比各类BIM算量工具的算量能力, 指出了基于BIM设计软件的二次开发算量软件在工程量计算中的优势。

1) 模式内涵应用程序编程接口 (application programming interface, API) 是由BIM软件厂商随BIM软件一起提供的一系列应用程序接口^[2]。

2) 特点该模式可用API接口将设计BIM模型文件格式转换为BIM算量软件可读取的文件格式, 如广联达推出的GFC数据转换插件;或者从BIM设计软件导出国内BIM算量软件可以读取的数据格式, 如广联达可以读取Revit导出的IFC文件, 但由于国外主流BIM设计软件的工程量计算规则与我国清单和定额的规则不匹配, 所开发接口程序的可靠性有待验证。

3) 应用研究情况2013年, 林敏等^[7]通过分析BIM数据信息在设计和造价咨询流转中的实际应用情况, 提出了一些改进方案;2015年, 安培等^[8]基于广联达GFC插件, 研究了将Revit模型导入算量软件进行工程量计算的算量模式;2016年, 闫文凯等^[9]探究BIM模型与常用造价软件的对接模式, 通过广联达GFC插件实现了信息的交互;同年, 赵雪媛等^[10]采用传统手工算量、鲁班算量以及Revit模型导入广联达后算量3种方法, 对比了梁、板、柱、墙的工程量, 并分析了产生量差的原因。

1) 模式内涵该模式利用BIM设计软件 (如Revit) 自身具备的工程量计算和统计功能, 实现自动化工程算量, 输出到Excel, 再进行手工汇总计算。

2) 特点国外主流BIM设计软件的工程量计算规则与我国工程建设领域遵循的计算规则不匹配, BIM设计软件自动算量模式的可靠性需要通过一定的技术处理, 才可有效保证计算精度。

3) 应用研究情况2015年, 张春影等^[11]研究了在施工图设计阶段使用Revit合理建模, 能够计算统计符合我国规范的工程量信息;对比了传统算量结果与Revit明细表, 通过Revit的一些功能设置, 实现BIM软件算量的精度;2016年, 匡思羽^[12]分析了IFC标准中梁、柱构件的几何信息, 借助几何方程得出符合我国计算规则的混凝土工程量。

综上所述, 基于BIM的工程算量模式目前仍处于研究开发阶段, 工程量计算的准确性、适用性以及实现的有效路径都需进一步探索。出于共用工程项目设计BIM模型工程量信息, 实现设计BIM模型向预算BIM模型有效转变的目的, 拟结合某实际工程案例, 针对应用编程接口及BIM设计软件自动算量2种模式 (由于开放数据库互联的BIM算量模式难以统筹, 故不涉及) , 通过计算对比特定指标的方法研究工程量计算结果的可靠性, 明确BIM模型工程量信息从设计阶段至施工阶段延续应用的有效方法, 从而验证其替代传统算量模式的合理性。

选用Revit 2014的BIM设计软件、广联达土建算量软件GCL, 基于BIM工程算量的方式包括以下3种: (1) Revit模型自动统计工程量; (2) Revit模型以IFC格式导入广联达土建算量软件GCL后, 计算统计工程量; (3) Revit模型以GFC格式导入广联达土建算量软件GCL后, 计算统计工程量。此处针对算量模式可靠性的分析方法是在传统算量模式中, 利用广联达土建算量软件建立的GCL模型对应的工程量数据信息为基准, 分别对Revit自身工程量数据信息、Revit模型 (IFC数据格式) 导入GCL后的工程量数据信息以及Revit模型 (GFC数据格式) 导入GCL后的工程量数据信息, 从完整性 (评定指标为转化率p) 和准确性 (评定指标为量差百分比q) 两方面进行对比分析, 如表1所示。

某传媒大厦项目地下2层, 地上22层。主楼结构形式为钢筋混凝土框架核心筒体系、裙楼为钢筋混凝土框架结构体系、筏板基础。将由传统算量模式下广联达土建算量软件创建的GCL模型作为标准模型, 汇总计算的工程量作为标准工程量预算信息, 称为标准预算量;利用Revit 2014创建的Revit模型作为设计BIM模型, 进行工程量信息交互应用和延续应用的研究。

1) 分析过程及相关数据Revit可以建立3D关联数据模型, 快速计算并提取工程量, 这种利用BIM设计软件自动算量的模式不涉及模型转化的问题, 故仅需进行准确性对比分析。将Revit模型工程量与GCL模型工程量进行对比分析的计算结果如表2所示。由此可知, 对工程项目的混凝土构件对比标准工程量信息, Revit模型自动计算统计的工程量数据会造成最高20%的计算误差。产生量差是由于Revit模型中混凝土构件交汇处, 默认的扣减处理方法与我国现行的《北京市房屋建筑与装饰工程预算定额计算规则》 (2012) 不匹配。

混凝土墙、梁、板、柱的扣减情况为在清单规范中的优先级别分别为3, 2, 4, 1;在Revit 2014中的优先级别分别为1, 3, 1, 2。

Revit模型和GCL模型各类型构件的计算规则: (1) GCL模型剪力墙中和墙重叠的暗柱不计入墙体积, 凸出部分需另行计算;砌体墙中有混凝土楼板时算至楼板顶, 有框架梁时算至梁底, 有构造柱时扣除构造柱和马牙槎体积;框架梁中梁与柱重叠时, 梁长算至柱侧面;与板连接时, 梁高算至板顶;连梁与板连接时, 梁高算至板顶;结构柱按全高计算体积;构造柱按全高计算体积, 马牙槎并入柱身体积;楼板扣除与其重叠的墙、梁、柱体积。 (2) Revit模型剪力墙中暗柱与墙重叠处计入墙体积, 凸出部分计入柱体积;砌体墙中框架梁、结构柱、构造柱与墙重叠的部分均计入墙体积;框架梁扣除与其重叠的墙、板、柱体积;连梁与板连接时, 梁高算至板底;结构柱扣除与其重叠的墙、板体积;构造柱不能自动计算马牙槎体积;楼板与框架梁、结构柱重叠部分均计入板体积。

2) 分析结论从以上的分析结果可以得出:通过Revit模型自身统计工程量无法有效地从设计BIM模型中提取工程量, 以供施工前期的工程项目预算直接使用。

Revit模型与GCL模型在进行工程量信息交互时, 可以通过IFC和GFC 2种格式的数据信息进行交互。但这2种交互过程的可靠性需要进行验证, 分别从图元转化的完整性和工程量的准确性2个方面进行对比分析。Revit模型通过IFC和GFC 2种格式数据导入GCL后的模型如图1所示。

1) 分析过程及相关数据 (见表3, 4)

2) 分析结论以上对比结果表明:Revit模型通过IFC和GFC数据格式导入GCL中, 其模型图元的转化率都达到了100%, 完整性分析均满足要求;仅当Revit模型以IFC数据格式导出时, 筏板基础被定义为楼板导出, 有可能影响量值准确性。

导入GCL后的构件工程量比构件标准工程量的量差百分比有所下降, 但仍然不可忽视。这是由于Revit模型通过IFC格式数据导入GCL后, 构造柱无法与软件的构件属性相对应;同类型构件、不同图元的属性名称都设有不同的代码。

从表6可以发现:Revit模型通过GFC格式数据导入GCL后, 构件工程量与构件标准工程量的量差百分比已降低到1%以下。因为在Revit模型转换为GFC格式数据的过程中, 利用批量修改族名称以及模型检查等功能, 将建模过程中存在的图元重叠等问题进行了智能或者手动修复, 使得GFC文件导入GCL后与之更加匹配。

2) 分析结论针对土建模型, Revit模型以GFC格式数据导入到广联达BIM土建算量软件中, 计算汇总工程量的算量模式可靠性较高。

针对本工程涉及的剪力墙、砌块墙、框架梁、连梁、过梁、结构柱、构造柱、楼板、筏板基础、门及幕墙等不同构件, 分别依照前述3种计算方式得到其BIM模型工程量, 并与各自GCL模型工程量进行量差对比, 结果如图2所示, 由图2可知, 相比其他两种方式, 将Revit模型以GFC格式导入GCL后, 其与GCL模型工程量的量差波动范围较小, 也反映出此算量模式下模型工程量信息在交互过程中的准确性较高。

BIM的引入不仅避免了施工过程中的重复建模、信息衰减, 而且实现了工程量信息的准确提取、连续应用。研究基于BIM的工程算量模式, 包括直接利用Revit模型自动统计工程量, 以及分别将Revit模型以IFC、GFC格式导入GCL后计算统计工程量。基于某实际工程, 将混凝土和砌体等构件作为研究对象, 以GCL模型工程量作为标准工程量预算信息, 从完整性和准确性2个角度进行分析, 结果表明将Revit模型以GFC格式导入GCL后计算统计工程量, 较其他2种模式可靠性更高。上述对比研究, 从不同角度验证了BIM模型工程量信息从设计阶段至施工阶段延续应用的有效方法, 也进一步明确了其替代传统算量模式的合理性。