在超高层建筑项目中基于BIM的三维算量的研究与应用

摘要：提出并应用了一种基于BIM模型进行工程量快速计算方法，此法可避免工程量计算过程中的二次建模，使传统的算量建模工作变为模型检查、模型完善等。实践证明，所提出的方法可显著提高招投标阶段中工程量计算的效率和精度，并为后续提供准确的模型基础。

引言

近些年来，BIM(buildinginformationmodeling，建筑信息模型)技术的发展和成熟，给整个建筑业带来一场技术革命。行业内已经普遍认识到BIM将逐步成为建筑业的操作系统，越来越多的作业将在基于BIM的系统上完成。国内越来越多的业主和施工方选择利用BIM手段进行项目全生命周期的管理。然而，由于缺乏BIM模型创建标准、BIM软件之间数据无法交换等问题，使基于BIM的工程量计算成为行业的一大难题。本文针对上述难题研究如何应用BIM模型直接进行工程量计算，并以天津高银117大厦项目为实际案例进行验证，效果良好。

一、基于BIM的三维算量技术研究

一是建筑业工程量计算现状工程造价管理周期长，涵盖了工程建设的每个阶段，与每个业务环节息息相关，一直以来都是工程管理中的难点之一。工程造价管理过程中，工程量计算是工作量最大、最繁琐的一项工作，贯穿估算、概算、预算、结算等各环节。

传统方式的算量过程是基于二维图纸的。造价工程师在进行成本计算时，需手工计算工程量，耗费大量的时间和精力。工程量计算的时间在整个造价计算过程中占到50%～80%。因此，软件市场上涌现出了针对土建、钢筋、安装等各专业的工程量计算软件，如广联达、鲁班、神机妙算和清华斯维尔等软件。这些软件内置了国内各地区的清单与定额，相比于手工算量来说大幅提高了造价人员的工作效率，减少人为失误引起的计算误差。

工程量计算软件虽在一定程度上减轻了造价工程师的工作强度，但造价工程师在计算过程中同样需要将图纸重新输入算量软件或基于二维施工图纸在软件中创建三维模型，进而将各模型构件(如墙、梁、板、柱等)与对应的清单进行关联，这种工作方式常常会因人为错误而增加风险。

由于现实情况中施工图滞后的问题，招标预算阶段与工程施工阶段的算量精度并不一样，加上建立算量模型时人为误差等不确定因素的存在，使得开发商招标的工程造价、承包商投标的造价、工程决算的价往往相差很大，直接影响各方的经济效益，甚至影响工程的顺利进展。因此，直接利用贯穿整个建筑生命周期的BIM模型进行算量，成为BIM专业应用中从业者最关心的一环。

二是基于BIM的三维算量优势基于BIM的三维算量与传统方式的建模算量不同，但又密不可分。广义上理解，基于BIM的三维算量就是利用设计院深化设计后的三维模型，直接得到工程量。如果该方法可行，可节省二次建模的时间，在招标阶段即可显著缩短算量周期，提高工程算量精确度，并可随着BIM模型精细程度变化，随时进行工程量的计算。然而目前主流的BIM建模软件，如Revit建筑结构系列，受到扣减规则等本地化的制约，直接得到的实体量不能满足国内本地化的算量需求。

针对上述问题，本文提出并应用了一种基于BIM模型进行工程量快速计算方法:将使用Revit创建的BIM模型，通过接口(插件)的方式导入国内主流算量软件———广联达土建算量GCL中，从而避免二次建模，使传统的算量建模体力劳动转变为基于算量模型规则的模型检查和模型完善(如钢筋模型)等工作。基于上述方法，使得Revit模型在天津高银117大厦项目工程量计算过程中得到有效应用，并为后续的钢筋翻样、施工指导及施工过程管理提供准确的模型基础。

上述快速计算方法主要包含符合工程量计算要求的Revit建模规范和Revit模型导入广联达GCL土建算量软件插件两部分内容。

二、Revit建模规范

目前，虽然国内各设计院都在着手建立自己的三维设计规范，但仍缺乏行业内公认的、可执行的三维设计规范。同时，BIM目前处于快速发展阶段，上游的BIM模型如果不能很好地传递、应用到下游，则会严重阻碍BIM的持续发展。因此，为了有效实现本文提出的三维算量方法，有必要制定相适应的三维建模规范。

由于Revit软件建模自由度很高，模型构件种类繁多，导致不同的设计人员可能使用多种不同的方式表达一样的设计内容。为了保证模型传递的准确性，需要考虑工程量计算要求，对设计人员的建模方式进行额外约束。因此，本文研究制定了《Revit三维设计模型与造价算量模型交互规范》。并通过不断尝试和改进，最终形成了统一的技术文件，以保证模型导出率为100%。

Revit中针对土建专业的构件类别有限，因此实际建模时常常使用替代构件或自定义族进行定义。为了更好地承接到造价算量模型中，根据造价算量国际规范要求对Revit中构件做了相应的规范和要求。该规范对三维设计建模做相应约束，以实现三维设计模型与下游造价模型无缝衔接，并可延续应用到施工及运维阶段，有效实现三维设计模型和造价算量模型的交互承接。

规范包括两大部分：设计图元建模规范(仅限于三维设计和造价算量交互易出问题的部分)和构件定义规范。本规范主要以三维建模工具Revit和造价建模工具GCL2013为基准制定。

三、Revit模型导入GCL算量软件插件

为实现模型在Revit软件和GCL软件之间的传递，本文研究开发了Revit模型导入GCL算量软件插件(简称“插件”)。该插件实现了一键式将Revit模型导入国内专业算量软件(广联达系列算量软件)，用于工程计量、计价。该插件在Revit软件中安装，适用于Revit2013～2015版本，如图1所示。由于IFC标准太过宽泛、针对性不强等问题，同时Ｒevit对IFC标准的支持也不满足工程量计算模型的导出，因此，本文在该插件的开发过程中，使用了广联达标准GFC标准作为Revit和GCL两个软件之间的数据交互格式。广联达GFC数据标准是专门针对造价工程制定的BIM数据格式标准，可以理解为IFC标准的一个子集。

图2所示为使用本文方法进行的两个项目案例测试。从测试结果看，Revit构建图元有效转换率达100%，属性信息转换率达98%以上。

图1Revit模型导出GFC模型插件示意

图2设计模型到算量模型的导入案例