当前, BIM技术在城市轨道交通建设领域使用已日渐深入, 技术应用也趋于广泛。相比于一般建筑工程项目, 城市轨道交通建设项目投资大、建设周期较长, 涉及通风、空调、给排水、消防、综合监控、供电、通信、人防等近三十多个专业, 为确保各专业的一致性。设计阶段往往需要大量的人力进行协同和修整工作, 即便如此, 还是存在一定的不稳定性, 对于预算的控制并不理想。

　　 目前, 通过BIM技术可进行设计协同验证, 在尽可能地消除设计变更后, 利用BIM软件对设计模型进行工程量的导出并与投资监理计算的工程量进行比对, 从而发现问题, 分析并消除错误, 最大程度地精确施工预算, 为施工招投标及整体项目限价设计提供有力的数据支持。BIM技术用于建设项目工程量统计在房建领域中应用的报道较为多见, 然而在城市轨道交通项目中的应用却不多。为此, 本文以上海地铁某线路为例, 阐述BIM在该项目工程量统计中应用的具体实施过程和实施效果。

　　 本项目是上海市城市轨道交通路网中贯穿东北部与东南部的切向线, 与14条轨道交通线形成11个换乘节点。一期工程线路全长约36.8km, 设车站26座, 全部为地下线。车站规模按A型车6节编组设计, 计算站台长度141m, 站台宽度按岛式站台不小于12m、侧式站台不小于2.85m设计。车站设全封闭站台门系统, 全线均考虑无障碍设计。地铁车站建模规模大小不等, 标准站建筑面积在15000m²左右, 3个附属出入口;大型换乘车站将达到20000m²以上, 附属建筑可能多达7个。

　　 基于项目成本控制关键节点的考量, 选取施工图设计阶段后期为考察重点, 以审图版施工图设计模型作为本次BIM技术统计工程量的基础载体。本次工程量核对的主要目标包括:1) 验证设计是否满足限价要求;2) 精确项目预算、控制建造成本;3) 为土建施工总包招投标控价提供基础数据。

　　 本次应用内容参与单位较多, 为更有效地开展本项技术工作, 实施过程中分为组织管理和技术配合两条工作路线。组织管理的参与单位包括:地铁开发集团、地铁项目管理公司、BIM总控方和BIM工点咨询方。技术配合的参与单位包括:设计总控、设计工点院、BIM总控、BIM工点咨询方和投资监理单位。组织架构详见图1所示。

　　 技术条线参与方的工作职责如下:

　　 (1) 设计工点院:作为数据提资方, 提供经审核确认的施工图纸, 作为建立工程量计算的依据。

　　 (2) 投资监理方:在收到提资施工图纸后, 编制《工程量清单样表》, 并将样表提资给BIM工点咨询公司。为确保计算的一致性和同步性, 施工图纸和工程量清单样表应由项目管理公司统一收集, 统一发放。

　　 (3) BIM总控方:组织协调开展BIM技术辅助工程量统计应用, 包括编制建模标准, 应用细则等实施原则。

　　 (4) BIM工点咨询方:进行具体实施, 即根据工程量清单列表中的列项, 对施工图纸进行算量模型创建工作, 最终完成模型并导出工程量, 填入《工程量清单统计表》表格中。

　　 由项目管理方统一组织进行工程量内容的核对, 并由投资监理编制《工程量差异对比表》, 发现超出允许误差范围的内容, 由BIM工点咨询方与投资监理进行修正和完善, 最终形成可供项目预算控制的《工程量清单表》。具体实施流程详见图2。

　　 本文案例中, 数据主要包括前期已完成的设计模型、经审核的设计施工图。为了确保后续项目预算工作的效高效性和准确性, 在建模工作开始前需检查图纸版本、图纸数量、文件格式 (电子版判断是否可导入REVIT软件) 、提资的《工程量清单样表》需结合图纸及模型进行判断是否有漏项。

　　 作为应用实施前的策划准备工作, 应制定明确合理的技术标准。其中编制体现构件特性的“关键字段”的《模型命名规则》是决定后续导出工程量明细表是否顺畅清晰的关键要素。以土建专业为例, 构件命名需表明构件类型、位置、几何特征等, 具体可参见表1。例如, 标高命名需区分建筑标高还是结构标高, 站厅层-结构标高。

　　 目前, 行业内基本以Autodesk Revit为土建专业建模软件 (其中钢筋建模软件可采用Tekla Structure) , 软件本身带有工程量明细表统计功能, 可根据所建模型的构件自动导出相关几何数据, 例如长度、体积、面积等。但所有的数据来源均来自模型本身构件, 所以工程量统计的基础是“算量模型”的创建。本文案例中, 采用Revit 2014、Tekla Structure18等软件创建算量模型。考虑模型在项目全生命周期中的传递性和复用性, 在建立算量模型的同时, 有必要规定建模范围和建模细则。

　　 本文案例的建模范围包括:车站、区间、主变、停车场、控制中心等土建算量模型 (精度达到施工图设计精度) ) 、地下墙标准幅以及内部结构典型段的配筋模型和地下管线细化模型;区间模型, 包含管片 (精度应能反映环号) 旁通道 (土建及设施) 和中间风井 (含纵向平台) 。

　　 模型创建工作总体上需遵循如下原则:

　　 (1) 车站结构施工图主要分为围护结构、主体结构和附属结构三大类, 本项目建模将根据设计图纸设定若干子模型单独建模, 后期通过Revit软件进行子模型合并, 生成整合模型。

　　 (2) 基于车站的结构形式本项目采用分专业、分区域结合分层的方式进行建模工作, 即车站围护结构为一个独自子模型;车站主体根据楼层分为站厅层和站台层两层, 其中站台层包含中板、站台板及底板区域, 建立分层分专业子模型, 建筑结构合计四个子模型, 后续合模形成车站主体模型;每个附属围护作为一个独立子模型;每个附属结构作为一个独立子模型。

　　 具体而言, 在进行建模拆分子模型时, 还需要注意如下关键内容:

　　 1) 可视化功能:墙、柱、板、梁等主要构件可通过定义RGB颜色, 利用过滤器进行设置, 使整个土建模型表现得更为清晰和直观。

　　 2) 协同化功能:a) 在创建二结构墙体的构件时, 考虑到后续机电管线综合BIM技术应用中防火墙不允许开洞, 模型创建时应区分防火墙与非防火墙, 各自单独命名且使用不同颜色表示。b) 由于车站设备安装的要求, 楼板会有大面积的临时安装洞口, 建模时应注意对于洞口处楼板的单独创建, 避免遗漏此项工程量, 同时也为后续施工安装模拟提供正确的工作环境。

　　 3) 特殊构件处理功能:对于基坑支撑、设备基础、异形构件、混凝土构件加腋、专业设施设备等软件系统族中没有的, 应采用内置构件的方式建立单独的外部族, 同时对于楼梯系统族无法导出体积数据的情况, 亦需要建立内置构件来满足导出工程量的需求。

　　 4) 建模细节:在二结构墙体中应创建圈梁、构造柱、过梁等构造构件;在设备区的楼板建模需要注意局部的夹层标高变化, 以及各种设备用房的架高与卫生间地面的落低;此外, 排水沟、集水坑等也应进行建模。

　　 模型创建过程中的基础单位为构件, 本文案例中根据设计图纸并结合《工程量清单表》中开项, 定义车站工程主要构件按专业分类包括以下内容:

　　 (1) 主体和附属建筑专业:门、窗、电梯、自动扶梯、检票闸机。

　　 (2) 围护结构专业:钻孔灌注桩、坑底加固、旋喷桩、三轴搅拌桩、地下连续墙、地下连续墙标准幅钢筋、混凝土支撑、混凝土导墙、混凝土车行道、混凝土板撑、钢围凛、钢支撑、钢板撑、格构柱、钢系梁。

　　 (3) 主体结构 (包含车站二结构) 专业:混凝土内衬墙、混凝土梁、混凝土柱、混凝土楼板、混凝土楼梯、混凝土墙、车站标准幅钢筋。

　　 (4) 附属结构围护专业:钻孔灌注桩、坑底加固、旋喷桩、三轴搅拌桩、地下连续墙、混凝土支撑、混凝土导墙、混凝土板撑、钢围凛、钢支撑、钢板撑、格构柱、钢系梁。

　　 (5) 附属结构主体 (包含附属二结构) 专业:混凝土梁、混凝土柱、混凝土楼板、混凝土楼梯、混凝土墙。

　　 建模过程中的关键点为构件切割原则, 由于软件中需要人工来定义相交构件的切割关系, 故在绘制前需要明确切割时的优先级, 以避免后续导出构件工程量时产生的误差。本项目的切割关系如下:地下墙优先一级 (不被切割) , 结构柱为优先二级、框架梁为优先三级、楼板为优先四级。

　　 完成模型创建工作后, 通过Revit软件中“明细表”功能, 筛选并导出模型中构件的工程量信息, 例如长度、体积、面积等, 并进行梳理和汇总, 输出的工程量信息应与预决算部门采用统一的计量单位。形成最终项目所需的《工程量清单表》, 清单格式可参见表2。

　　 为了使Revit软件导出的工程量能快速高效地进行梳理和整合, 可以在建模过程中结合信息输出要求在构件信息中添加各类过滤参数。譬如, 对于材料信息, 可添加“混凝土等级、防水等级等”;对于合同界面, 可添加构件分别属于哪个标段的信息;对于区域划分, 可添加“构件所在区域”, 如高架车站:站房结构、桥梁结构等, 地下车站:站厅公共区、1号出入口等;对于资产管理信息, 可添加设备编码, 等等。

　　 BI M软件中导出并整理后的工程量为构件的几何工程量, 生成清单后与投资监理制作的工程量清单进行比对, 发现两者同项的工程量超出设定的偏差范围后, 应由投资监理和BIM工点咨询方进行校验和复算, 直至发现偏差原因, 并解决问题, 最总形成一份精准的工程量清单。表3为本案例中投资监理利用传统算量方式与BIM咨询方利用Revit软件导出工程量的比对表。根据比对结果可知, 偏差都控制在5%以内, 为后续招标预算控制提供了有力的数据基础。

　　 本文以上海地铁某线路车站工程为例, 通过规范构件的命名、拆分和依据清单列项分解并定义等方法, 对城市轨道交通项目BIM辅助工程量统计开展了研究, 并将导出工程量与投资监理采用传统方法计算的工程量进行对比, 基本偏差都控制在5%以内, 可作为预算的数据参考。BIM辅助工程量统计具有效率快、准确性高的特点, 但模型质量的高低对结果的准确性具有较大影响, 模型的生产还主要靠人工完成。随着BIM技术的日益成熟, 各种工具、软件也将逐渐完善, 模型的自动化程度将会有进一步的提高, BIM辅助工程量统计也必将得到更广泛的应用。