黃 瑩 韋智睿、2

（1.廣西大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，廣西 南寧 545004；2.廣西建工集團(tuán)第五建筑工程有限責(zé)任公司，廣西 南寧 545001）

建筑信息模型技術(shù)的理念是創(chuàng)建并利用數(shù)字化模型對建設(shè)項目設(shè)計、建造及運營全過程進(jìn)行管理和優(yōu)化[1]。許多學(xué)者致力于通過BIM 技術(shù)改善傳統(tǒng)工程算量模式的不足，尤其在設(shè)計階段與工程算量階段的BIM模型互通還不夠完善，因此，本文通過一個大型項目設(shè)計模型與預(yù)算模型的數(shù)據(jù)對比，探尋設(shè)計階段與算量階段的問題所在。

1 BIM下的設(shè)計與算量

1.1 BIM輔助設(shè)計操作流程

BIM在我國發(fā)展迅速，在建筑工程的各個領(lǐng)域都有涉及，以下特別概述BIM在設(shè)計階段和造價中算量階段的運用。

利用BIM 設(shè)計軟件，對于常規(guī)的建設(shè)項目進(jìn)行輔助設(shè)計的操作如下：第一步，在服務(wù)器（或公用電腦）上建立用于交互的中心文件，其余各專業(yè)人員將在中心文件進(jìn)行上傳與提資；第二步，建筑專業(yè)從方案設(shè)計、初步設(shè)計開始，設(shè)計并建立建筑模型后，再設(shè)置好各分專業(yè)的工作集，包括結(jié)構(gòu)、水電暖等設(shè)備專業(yè)；第三步，各專業(yè)完成建模后，互相提資反饋確認(rèn)；最終建筑專業(yè)確認(rèn)后，完成初步設(shè)計模型的建立。

1.2 基于BIM的算量模式

1.2.1 關(guān)于BIM算量的相關(guān)研究

我國諸多學(xué)者致力于對BIM 算量展開研究，侯獻(xiàn)語總結(jié)了BIM 技術(shù)在三維算量過程中存在的問題，針對問題分析了其原因并提出了三維算量發(fā)展的建議措施[2]；在中國市場上主流的支持BIM 算量的軟件分為兩類，一種是基于開放數(shù)據(jù)庫互聯(lián)（open connectivity，ODBC）原理對BIM 軟件二次開發(fā)的算量軟件，如斯維爾；另一種是基于應(yīng)用程序編程接口（application programming interface，API）的模式，將BIM 模型的格式轉(zhuǎn)換為算量軟件自身可識別的格式文件，提取BIM 工程量信息至專業(yè)計價軟件中就算工程量，如廣聯(lián)達(dá)[3]；王亮等針對現(xiàn)有的兩種算量模式的可靠性展開研究，用廣聯(lián)達(dá)土建算量的GCL 模型作為準(zhǔn)確工程的來源，分別于三種方式得到的BIM 模型量值做對比分析[4]。

1.2.2 BIM輔助算量

傳統(tǒng)造價模式的特點是工作量大、業(yè)務(wù)流程煩瑣且計算精度要求高。理論上，通過BIM 設(shè)計模型傳遞至算量階段從而生成的BIM 算量模型，可以將設(shè)計信息比較完整的傳遞至算量階段。造價人員可以直接使用BIM 設(shè)計模型，通過計算機完成工程量的計算工作，在此基礎(chǔ)上掛接施工做法和套相關(guān)定額。減少了重復(fù)建模的步驟，并將機械化的算量過程交予計算機完成，可讓造價人員減少一定的工作量，在一定程度上提高了造價階段的效率。

1.3 設(shè)計算量一體化目前存在的問題

工程造價管理的基本要求是工程計量的準(zhǔn)確性。直接導(dǎo)入BIM設(shè)計模型進(jìn)行算量，與廣聯(lián)達(dá)內(nèi)建模型數(shù)據(jù)相比較，發(fā)現(xiàn)工程量的誤差較大，無法達(dá)到一體化的基本要求。基于此，分析其中存在的問題，優(yōu)化設(shè)計算量一體化的操作模式，就顯得尤為必要。

2 基于BIM算量分析方法與指標(biāo)

根據(jù)行業(yè)內(nèi)學(xué)者的研究，將Revit 模型轉(zhuǎn)換成GFC 文件格式導(dǎo)入廣聯(lián)達(dá)算量軟件比轉(zhuǎn)換成IFC文件格式更加匹配[4]。所以，此處針對算量模式可靠性的分析方法是：在傳統(tǒng)算量模式中，利用廣聯(lián)達(dá)BIM 土建計量平臺GTJ2018 軟件（后簡稱GTJ）建立GTJ模型，其對應(yīng)的工程量數(shù)據(jù)信息為基準(zhǔn)，對轉(zhuǎn)化成GFC格式的Revit模型導(dǎo)入GTJ后的工程量數(shù)據(jù)信息，用準(zhǔn)確性（評定指標(biāo)為量差百分比q）進(jìn)行對比分析[4]。準(zhǔn)確性公式：

其中q為準(zhǔn)確性；a為直接在GTJ 軟件中建立的GTJ 模型工程量（下述均稱GTJ 模型工程量）；b為Revit 轉(zhuǎn)換成GFC 格式導(dǎo)入GTJ工程量（下述均稱BIM設(shè)計模型工程量）。

3 案例分析

3.1 工程概況

廣西某城市檔案中心地下一層，地上3～16 層，其中地上部分分為ABC 三個區(qū)，A 區(qū)與B 區(qū)為鋼框架結(jié)構(gòu)，C 區(qū)與出地面樓梯為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。將廣聯(lián)達(dá)創(chuàng)建的GTJ 模型作為標(biāo)準(zhǔn)，由傳統(tǒng)算量模式通過施工圖創(chuàng)建該項目的算量模型；利用基于Re?vit的鴻業(yè)插件設(shè)計創(chuàng)建建筑模型，利用盈建科與Tekla進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，并導(dǎo)入Revit 中生成結(jié)構(gòu)模型，將建筑與結(jié)構(gòu)模型合模作為后續(xù)信息交互應(yīng)用和研究。

3.2 BIM設(shè)計模型與GTJ模型工程量對比分析

根據(jù)《廣聯(lián)達(dá)算量模型與Revit 土建、鋼筋三維設(shè)計模型建模交互規(guī)范》對Revit 模型進(jìn)行命名與映射，通過插件將Revit 模型轉(zhuǎn)化成GFC 格式文件，導(dǎo)入廣聯(lián)達(dá)GTJ 軟件生成算量模型。因GTJ 軟件無法對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算，所以將鋼結(jié)構(gòu)部分全部定義為異形截面梁，其混凝土標(biāo)號定義為工程沒有的C80，后續(xù)算量會扣除相應(yīng)的部分。模型的轉(zhuǎn)化率為100%。

將轉(zhuǎn)化好的中間文件導(dǎo)入到GTJ 軟件中，利用軟件中自動檢查功能，自動或簡易的手動修復(fù)部分重疊錯誤。得出設(shè)計模型與GTJ模型工程量準(zhǔn)確性對比分析見表1。

表1 BIM設(shè)計模型與GTJ模型工程量準(zhǔn)確性對比分析

圖1 A1區(qū)Revit模型、BIM設(shè)計算量模型、GTJ算量模型

表2 A1區(qū)域混凝土、模板工程量準(zhǔn)確性對比分析

由表2可見，沒有經(jīng)過系統(tǒng)處理的BIM設(shè)計模型相較于GTJ模型的工程量誤差較大，無法滿足設(shè)計算量一體化的基本要求。

3.3 對比分析小結(jié)

在此過程中，我們發(fā)現(xiàn)造成BIM設(shè)計模型與GTJ模型工程量差異的主要原因有：①BIM 設(shè)計模型中缺失圈梁、過梁、構(gòu)造柱等構(gòu)造，使得混凝土量及模板量減少；②BIM設(shè)計模型中的鋼梁在廣聯(lián)達(dá)軟件中被定義為C80 混凝土構(gòu)件，使混凝土量及模板量增多；③GTJ模型中的女兒墻定義為了剪力墻，使得混凝土工程量增多，砌體工程量減少。

對于交互過程中，還有一些不可忽視的問題：①對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重新命名占用了絕大部分時間；②BIM 設(shè)計模型中柱梁板圖元搭接方式有誤，導(dǎo)入算量軟件時會產(chǎn)生誤差。

4 原因分析

4.1 模型精度問題

BIM的設(shè)計端模型精度要求在LOD250-LOD350之間，相較于算量模型，結(jié)構(gòu)模型會缺失部分構(gòu)件。

由于設(shè)計模型中的結(jié)構(gòu)部分直接由結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件導(dǎo)出，而結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件只進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)的受力計算，部分構(gòu)造構(gòu)件在受力分析中不考慮。如：圈梁一般設(shè)置墻體中以增強磚石結(jié)構(gòu)房屋的整體剛度，在結(jié)構(gòu)整體計算不予考慮；構(gòu)造柱是一種抗震構(gòu)造做法，保證分承重墻的墻體穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)設(shè)計時的布置較為靈活，在結(jié)構(gòu)整體計算不予考慮；過梁為設(shè)置在門窗洞口上支撐其上部荷載的橫梁，在結(jié)構(gòu)整體計算不予考慮。直接將未進(jìn)行深化的初步設(shè)計模型導(dǎo)入造價軟件之中進(jìn)行算量，會導(dǎo)致混凝土工程量、砌體工程量、模板工程量與實際用量不符。

4.2 無法進(jìn)行精確鋼筋算量

使用結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件配置鋼筋，是根據(jù)結(jié)構(gòu)整體計算、構(gòu)件內(nèi)力配筋計算的結(jié)果進(jìn)行配筋的，是軟件結(jié)合選筋參數(shù)設(shè)置自動生成的結(jié)果。然而軟件自動生成的配筋一般滿足不了設(shè)計需求，這就需要結(jié)構(gòu)設(shè)計師在軟件自動生成的成果基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)行迭代式的優(yōu)化設(shè)計，如鋼筋型號的重新選擇、鋼筋歸并等等。

由結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件導(dǎo)出至BIM 軟件的鋼筋模型，只能輸出軟件自動配筋的初步成果，無法輸出結(jié)構(gòu)設(shè)計師調(diào)整后的配筋成果。最后配筋的模型與實際具有較大的差異，所以直接計算由結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件導(dǎo)出的模型中的鋼筋工程量，與實際鋼筋工程量不符。

大多數(shù)算量軟件并不能直接利用BIM模型中的鋼筋工程量進(jìn)行鋼筋計算，各類鋼筋屬性都需要手動輸入，這就大大增加了造價人員的工作量，沒有體現(xiàn)BIM一體化的優(yōu)勢。

4.3 軟件問題

該項目A 區(qū)與B 區(qū)為鋼框架結(jié)構(gòu)，C 區(qū)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。計算AB區(qū)域的鋼框架結(jié)構(gòu)時，發(fā)現(xiàn)造價軟件不能同時計算鋼框架工程量與混凝土工程量，鋼框架會識別成為異形截面混凝土量，從而增加混凝土方量。

直接將未處理的鋼梁模型導(dǎo)入造價軟件之中進(jìn)行算量，會導(dǎo)致混凝土工程量、模板工程量與實際用量不符。

為了使上游的設(shè)計BIM模型更好地傳遞至造價算量模型，需要符合規(guī)范地對模型構(gòu)件進(jìn)行命名，賦予構(gòu)件對應(yīng)的幾何信息和非幾何信息。但是，從結(jié)構(gòu)軟件導(dǎo)出的IFC 文件中的模型命名方式不符合造價模型的命名規(guī)范。為了使造價算量軟件準(zhǔn)確識別設(shè)計BIM 模型的信息，設(shè)計師需要對模型中所有的構(gòu)件進(jìn)行重新命名，此操作浪費了大量的時間，不符合BIM 一體化的思維。

柱梁板墻圖元之間的連接方式問題，在先行的清單規(guī)范和工程預(yù)算定額計算規(guī)則，混凝土墻、梁、板、柱搭接處是以3,2,4,1的優(yōu)先級計算扣減；而從結(jié)構(gòu)計算軟件中導(dǎo)出的結(jié)構(gòu)部分梁板柱的搭接方式與之不匹配。

5 優(yōu)化設(shè)計算量一體化的相關(guān)措施

5.1 提升模型精度的相應(yīng)對策

5.1.1 提升精度的方式

其一，提升導(dǎo)入前設(shè)計模型的精度。對初步設(shè)計BIM 模型進(jìn)行深化設(shè)計，增加設(shè)計端模型精度，增加包括但不限于：構(gòu)造柱、圈梁、過梁等構(gòu)件以及防水保溫做法和裝飾裝修做法。

其二，提升導(dǎo)入后算量模型的精度。將設(shè)計模型導(dǎo)入至造價軟件中，在造價軟件內(nèi)對算量模型進(jìn)行深化。

5.1.2 兩種模式的對比

提升設(shè)計模型精度是更符合一體化思維的做法，提升設(shè)計模型的精度不僅僅能減輕算量造價階段的工作量，更能為后續(xù)的施工階段甚至運維階段提供豐富的信息。與之相比，會在一定程度上增加結(jié)構(gòu)設(shè)計師的工作量，在Revit之中進(jìn)行這類深化工作，操作更繁復(fù)，且豐富信息的同時，模型承載的大體量也會給硬件設(shè)備帶來一定的挑戰(zhàn)。

提升算量模型精度的方式是傳統(tǒng)的做法，是過度至設(shè)計算量一體化妥協(xié)的模式，在造價軟件中，深化工作更便捷，但這類方式仍未完全解放造價人員，且后續(xù)的施工階段與運維階段的深化工作依舊沒有落實。

決策者可以根據(jù)企業(yè)自身的情況選擇上述兩種模式提高模型精度，筆者建議將兩種模式相結(jié)合進(jìn)行使用，如：構(gòu)造柱、圈梁等構(gòu)件的，對后續(xù)施工運維影響大的構(gòu)件可以用方法一在Revit上操作；裝飾裝修這類操作復(fù)雜，對后續(xù)影響小的，可以在造價軟件中進(jìn)行操作。

5.2 處理BIM鋼筋的相應(yīng)對策

雖然結(jié)構(gòu)設(shè)計師可以將優(yōu)化配筋的操作從結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件轉(zhuǎn)移到BIM軟件中，即——在導(dǎo)出軟件自動配筋結(jié)果后在Revit軟件進(jìn)行配筋的優(yōu)化設(shè)計。但是龐大的鋼筋圖元數(shù)量會造成計算機的卡頓，讓結(jié)構(gòu)設(shè)計師的軟件操作舉步維艱，很難進(jìn)行優(yōu)化工作。

結(jié)構(gòu)模型從結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件導(dǎo)出時，其鋼筋信息可以以鋼筋集、鋼筋標(biāo)注的形式進(jìn)行表現(xiàn)，設(shè)計師在此基礎(chǔ)上進(jìn)行修改優(yōu)化，當(dāng)需要檢查鋼筋碰撞時，再調(diào)用生成相關(guān)構(gòu)件的鋼筋三維圖元，這就大大減輕了計算機的運算負(fù)擔(dān)，改善了設(shè)計師的工作環(huán)境。

5.3 BIM軟件開發(fā)的相關(guān)建議

BIM 設(shè)計軟件與造價算量軟件的對接模式尚未成熟，為了更好地實現(xiàn)設(shè)計與造價階段的一體化，應(yīng)針對問題對軟件進(jìn)行完善和開發(fā)：結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件導(dǎo)出接口文件時，命名方式，可按照算量模型與設(shè)計模型建模交互規(guī)范對構(gòu)件進(jìn)行命名，搭接方式，可按照預(yù)算定額計算規(guī)則進(jìn)行搭接；造價算量軟件可以增加相應(yīng)模塊，拓寬可計算工程的種類，提高其算量的準(zhǔn)確性，提高計算的可信度；結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件增加導(dǎo)出鋼筋集模塊，算量軟件增加對應(yīng)讀取鋼筋集信息的模塊，更好地實現(xiàn)BIM 設(shè)計模型與造價算量模型一體化。BIM軟件的開發(fā)與運用是我國發(fā)展BIM的根本，國家可以鼓勵軟件公司對BIM軟件的研發(fā)，相關(guān)企業(yè)使用軟件的同時也應(yīng)積極與軟件公司溝通，促進(jìn)軟件的更新?lián)Q代。

5.4 優(yōu)化項目交互的相關(guān)對策

目前設(shè)計算量一體化還在初步階段，很多細(xì)節(jié)部分把控不到位會大幅度的延長設(shè)計時間，影響交互的質(zhì)量。

a.項目開始前，先在Revit中制訂好項目的樣板文件，統(tǒng)好標(biāo)高及軸網(wǎng)；

b.將各類構(gòu)件按照交互標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行建模，節(jié)省后期命名及修改時間；

c.提前分區(qū)域分樓層的將BIM設(shè)計模型導(dǎo)入算量軟件中進(jìn)行算量，提前發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，避免后期建模遇到相同的錯誤屢次更改；

d.由于設(shè)計模型精度與算量模型精度有差異，對于一些需要增補的構(gòu)件，如圈梁、過梁、構(gòu)造柱、裝飾工程等，需提前規(guī)劃確定提升精度的方式。

6 結(jié)語

本文探尋了普通房建項目的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與算量交互出現(xiàn)的問題，通過實際的項目進(jìn)行分析，針對其中模型精度、鋼筋算量、軟件的問題，提出了一些措施和建議，以供參考。很多學(xué)者認(rèn)為BIM 的引入能讓工程項目信息最大化的保留，避免造價階段施工階段的重復(fù)建模，但目前BIM的一體化只是初步發(fā)展，尤其是設(shè)計與算量一體化尚未成熟，許多問題亟待解決。