韓廣暉

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055)

1 概述

在2D設(shè)計時代，工程數(shù)量計算多以CAD二維圖紙為基礎(chǔ)，計算機(jī)不能直接識別圖中所包含的設(shè)計信息，需要依靠人工或?qū)I(yè)造價軟件進(jìn)行計算[4]。在這個過程中，都需要對設(shè)計信息進(jìn)行一次傳遞，當(dāng)設(shè)計信息發(fā)生變化時，這種傳遞方式會使工程量計算出現(xiàn)滯后，拉長設(shè)計周期。在3D設(shè)計時代，工程數(shù)量計算以模型為基礎(chǔ)，模型承載了設(shè)計信息，這些信息可以被計算機(jī)方便快速地讀取，相較于2D設(shè)計，減少了設(shè)計信息傳遞的環(huán)節(jié)。當(dāng)設(shè)計發(fā)生變化時，模型承載的設(shè)計信息會同時更新[5]。林韓涵等[8]開發(fā)了能夠輸出符合清單規(guī)則的構(gòu)件工程數(shù)量插件，并論證了BIM設(shè)計軟件輸出工程量清單的可行性。楊國偉等研究了基于BIM的軌道交通工程量計算及投資控制方法，實現(xiàn)了工程量的精確計算、工程量可溯源及動態(tài)的投資控制[10-11]。劉為等[12]將BIM算量應(yīng)用于高層住宅樓中，證明應(yīng)用BIM模型算量可以避免工程算量的二次建模。付歡等[13]基于IFC標(biāo)準(zhǔn)，建立構(gòu)件與量、價的關(guān)系，構(gòu)建BIM設(shè)計、BIM預(yù)算與BIM造價管理的完整表達(dá)。王亮等[14]利用Revit模型和“廣聯(lián)達(dá)土建算量軟件”對BIM工程量信息與施工預(yù)算模型的有效對接和傳遞進(jìn)行研究?？锼加鸬萚15]分析了IFC標(biāo)準(zhǔn)中典型梁柱構(gòu)件幾何信息、關(guān)聯(lián)信息的描述方法，借助幾何方程實現(xiàn)節(jié)點重疊體積的計算，得到符合我國計量標(biāo)準(zhǔn)的混凝土工程量。

以模型為基礎(chǔ)的工程量計算方式對模型的精確度和信息的完善度均有較高的要求，如模型不準(zhǔn)確或信息完善程度不夠，將極大地影響工程數(shù)量的計算。故在模型成熟度較高的情況下，BIM信息模型的價值才能真正顯現(xiàn)。若采從二維圖紙翻模到BIM信息模型，而不是設(shè)計之初就采用BIM信息模型，此種工作流程下所經(jīng)歷的數(shù)據(jù)傳遞，比基于圖紙的工程量計算方式還要多一次(從圖紙到模型的轉(zhuǎn)換過程)。隨著信息傳遞環(huán)節(jié)的增加，出錯的風(fēng)險也會成倍增加，信息滯后的情況會越來越凸顯[9]。

為解決模型精度及信息量不足的問題，提出基于橋梁專業(yè)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行工程量計算的解決方案。其主要方法是將信息存儲于結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)中，模型的創(chuàng)建和工程數(shù)量的計算均以帶有專業(yè)屬性的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，即模型作為設(shè)計成果表達(dá)的承載體，工程數(shù)量計算作為設(shè)計成果的一部分。

2 基于結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的工程量計算

以橋梁專業(yè)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)為依托，模型既是結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的實物外現(xiàn)，又是非幾何設(shè)計信息的承載體。參考《鐵路工程信息模型表達(dá)標(biāo)準(zhǔn)》[1]中橋梁模型可拆分系統(tǒng)的分類，對橋梁組成進(jìn)行分解，對橋梁數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和結(jié)構(gòu)化，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行工程數(shù)量的計算和輸出。

2.1 橋梁數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化

按照常規(guī)橋梁的組成，結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)對工程數(shù)量項進(jìn)行劃分，主要分為：上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、附屬工程、施工輔助四個部分。依據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的特點，主要抽象出梁部、墩臺、基礎(chǔ)三大主要組成類(如圖1所示)。橋梁結(jié)構(gòu)的每個工程數(shù)量項均圍繞三大主要構(gòu)件展開，構(gòu)件可作為數(shù)量項的掛接點和計算的歸結(jié)點。采用編程的方法實現(xiàn)橋梁數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化[3]，其構(gòu)成如圖2所示。

梁部·梁、拱、柱、索塔、斜拉索、吊桿、纜索等墩臺·橋臺、橋墩、蓋梁、系梁等基礎(chǔ)·樁基礎(chǔ)、沉井基礎(chǔ)、挖井基礎(chǔ)、明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)等

圖1 橋梁結(jié)構(gòu)主要組成構(gòu)件

圖2 橋梁結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)構(gòu)成

2.2 工程數(shù)量的計算方式

以構(gòu)件為依托[7]，從結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)中獲得計算信息，采用編寫程序計算模塊的方式對工程數(shù)量進(jìn)行計算。在數(shù)量計算的過程中，采用編碼與工程數(shù)量項進(jìn)行關(guān)聯(lián)、在工程數(shù)量清單中預(yù)設(shè)編碼的方式進(jìn)行工程數(shù)量的輸出。

根據(jù)工程數(shù)量項的特點，可采用不同的計算方法：①對于構(gòu)件本體的工程數(shù)量，常規(guī)設(shè)計中均引用參考圖，此類數(shù)量可通過配置構(gòu)件工程數(shù)量數(shù)據(jù)庫的方式，將主體結(jié)構(gòu)的工程數(shù)量預(yù)設(shè)到數(shù)據(jù)庫中，計算時根據(jù)特定的值(如墩高)進(jìn)行查找。②涉及到基礎(chǔ)開挖的相關(guān)數(shù)量項，因其與地面高程和地質(zhì)信息相關(guān)，可編寫針對性的數(shù)量計算模塊。③涉及到長度、個數(shù)等指標(biāo)信息的數(shù)量，可采用編寫計算模塊的方式進(jìn)行計算。④對于常規(guī)的施工輔助措施，可編寫專門的施工輔助計算模塊進(jìn)行計算；對于非常規(guī)的施工輔助措施，可預(yù)留工程數(shù)量擴(kuò)充接口，進(jìn)行人工干預(yù)。

(1)預(yù)設(shè)工程數(shù)量查找

對于常規(guī)的主體工程數(shù)量，如橋墩的墩身混凝土和鋼筋量，其數(shù)量是一定的，且多數(shù)情況下是標(biāo)準(zhǔn)的(有標(biāo)準(zhǔn)圖可以參考)，只需要把其數(shù)量從圖紙中摘取出來，輸入到數(shù)據(jù)庫中(如圖3所示)，以便使用時查詢引用。

圖3 主體工程量配置

(2)計算模塊編寫

除可以進(jìn)行工程量預(yù)設(shè)的數(shù)量項外，其余數(shù)量項均采用編寫計算模塊的方式進(jìn)行計算。對于土方量、鉆孔信息，需要結(jié)合地質(zhì)情況、土層頂高度和土層分類等參數(shù)進(jìn)行計算。計算過程中，程序可自動根據(jù)性質(zhì)、高程、直徑等信息進(jìn)行編碼，計算完成后得到編碼和數(shù)量的對應(yīng)關(guān)系表，并采用結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)存儲類進(jìn)行工程數(shù)量及編碼的存儲。

3 構(gòu)件與工程數(shù)量的映射關(guān)系組織

橋梁工程數(shù)量的表達(dá)需要分解到針對某構(gòu)件某個部位所用的某種材料，方可滿足工程量計算的要求。如明挖基礎(chǔ)施工展開項如圖4所示。實體橋臺的各部分展開至構(gòu)件級，如圖5所示。

圖4 明挖基礎(chǔ)工項級展開

圖5 實體橋臺展開至構(gòu)件級

工程數(shù)量項的計算依托于構(gòu)件進(jìn)行，故每個工程數(shù)量項可找到其依附的構(gòu)件，與構(gòu)件產(chǎn)生映射關(guān)系。橋梁工程構(gòu)件、程序內(nèi)部編碼、工程數(shù)量清單表、定額編碼、工程數(shù)量交付標(biāo)準(zhǔn)編碼間的組織關(guān)系如圖6所示。程序內(nèi)部編碼對應(yīng)構(gòu)件的工程數(shù)量項，與工程數(shù)量表、定額編碼和交付編碼分別產(chǎn)生一一對應(yīng)的映射關(guān)系，以此來完成工程數(shù)量的計算及BIM模型交付要求的工程數(shù)量表達(dá)。

圖6 構(gòu)件、編碼、清單、定額的組織關(guān)系

4 工程數(shù)量編碼分析

對工程數(shù)量進(jìn)行編碼是為了統(tǒng)一語義表達(dá)標(biāo)準(zhǔn)和方便計算機(jī)識別。根據(jù)程序編制和BIM交付的需求，編碼可分為程序內(nèi)部碼、交付碼和定額編碼。定額編碼與工程數(shù)量的關(guān)系可根據(jù)各行業(yè)和地區(qū)的定額手冊來確定；程序內(nèi)部編碼根據(jù)“構(gòu)件+工項+產(chǎn)品/材料”的組碼原則進(jìn)行編制；交付碼根據(jù)鐵路BIM聯(lián)盟工程量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，采用IFD53編碼、IFD54編碼、IFD59編碼進(jìn)行表達(dá)[2]。在實際操作過程中，對各種交付編碼與程序內(nèi)部碼進(jìn)行映射，最終表現(xiàn)在BIM模型交付物中。

針對程序開發(fā)的內(nèi)部編碼，以編碼組成的方式進(jìn)行分析。以工項編碼為例，如“下部結(jié)構(gòu)-基礎(chǔ)工程-明挖基礎(chǔ)-土方-3.0m以內(nèi)，無擋，無水”編碼為：“BR-FD-OC [橋梁-下部結(jié)構(gòu)-明挖基礎(chǔ)]+DS[土石方工程-挖方-挖土方]”。但此處的工項“挖土方”不能滿足深度要求，需對該項編碼進(jìn)行擴(kuò)充(擴(kuò)充“開挖深度”、“有無水”、“有無擋”、“開挖方式”幾項，直至滿足表達(dá)唯一工程量項要求)，擴(kuò)充后的碼為：“DS-03(開挖深度3 m)-01(無擋)-01(無水)-01(人力開挖)”。以材料編碼為例，如“下部結(jié)構(gòu)-陸上-實體橋臺-臺身-混凝土C30T2泵送” 編碼為：“BR-AB-BO [橋梁-下部結(jié)構(gòu)-墩臺-墩臺身]+CN[非金屬材料-混凝土材料-混凝土]”，構(gòu)件編碼為：“BR-AB-BO-01(陸上)，對材料進(jìn)行編碼：CN-30(混凝土標(biāo)號) T2 (環(huán)境類別)01(泵送)”。

其余數(shù)量項的組碼原則與上述舉例類似。結(jié)合程序使用，可分別截取不同的碼段進(jìn)行對應(yīng)屬性的識別。進(jìn)行BIM正向設(shè)計時，根據(jù)設(shè)計采用的構(gòu)件編碼自動進(jìn)行屬性判別，計算工程量數(shù)據(jù)；將數(shù)據(jù)與編碼進(jìn)行對應(yīng)，進(jìn)行靈活的概預(yù)算估算和數(shù)量表達(dá)。

5 結(jié)束語

將BIM技術(shù)[6]應(yīng)用于工程造價管理，可在項目前期為方案決策提供依據(jù)，在項目實施階段使參建各方快速、準(zhǔn)確地獲取工程數(shù)量和造價數(shù)據(jù)，使工程成本精細(xì)化控制成為可能。提出基于BIM技術(shù)的專業(yè)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)算量解決方案，通過編寫工程量計算程序，結(jié)合多種編碼的方式進(jìn)行工程量的快速計算和全生命周期BIM模型的創(chuàng)建，實現(xiàn)工程量數(shù)據(jù)從設(shè)計向?qū)嵤╇A段的流動。