張河山 謝躍文 王昊

(1.濟(jì)南科金信息技術(shù)有限公司；2.住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部信息中心；3.麗山健康（山東）集團(tuán)有限公司)

土建工程計算是工程造價工作中的重要一環(huán)，工程量計算的速度，直接影響工程管理的進(jìn)程。所以，工程量的快速計算是造價工作的重中之重。

傳統(tǒng)手工計算土建工程量的流程為：熟悉建筑和結(jié)構(gòu)的CAD 施工圖，查找圖集和規(guī)范，確定工程量如各種梁、板、柱的數(shù)量，規(guī)格，混凝土標(biāo)號，所在層數(shù)，最后按照土建工程量計算規(guī)則進(jìn)行統(tǒng)計和計量。

目前采用傳統(tǒng)的手工計算工程量的設(shè)計及施工單位仍不在少數(shù)，面對工程量較大、圖紙較為復(fù)雜、構(gòu)建多極設(shè)計方案變更時工程量調(diào)整十分繁瑣，存在工作量大、耗時多，效率低等問題，傳統(tǒng)的手工計算工程量已無法滿足復(fù)雜項目的計量要求，需要進(jìn)行更加精細(xì)化的數(shù)字化成本管控。隨著BIM 技術(shù)不斷發(fā)展，國內(nèi)出現(xiàn)了像廣聯(lián)達(dá)、魯班、神機(jī)妙算等在內(nèi)的工程計量軟件，可提供更加精細(xì)化、全面化、數(shù)字化的成本管控平臺。

BIM 土建算量一體化平臺軟件，除直接建立土建模型，還可智能識別一般項目中的CAD 圖紙，提取圖紙中梁、板、柱、墻、門窗洞等構(gòu)件信息，形成三維模型，并根據(jù)所提取的信息實現(xiàn)估概算、招投標(biāo)預(yù)算、施工過程、竣工結(jié)算全過程土建報表，以及算量、提量、檢查、審核等全流程算量功能，提升操作人員作業(yè)效率與能力，幫助設(shè)計和施工單位做出更加精細(xì)化成本管控。在此，通過對曾參與的山西大同某新建中學(xué)宿舍項目的CAD 圖紙識別和建模算量，梳理土建 BIM 算量軟件在一般項目CAD 圖紙智能識別和建模過程中的思路、方法、流程和主要問題的解決方案，為其他各類一般項目的土建計量工作提供借鑒和參考。

1.項目概況

項目為新建山西大同某中學(xué)項目，總體布局分為教學(xué)區(qū)、餐飲活動區(qū)、宿舍區(qū)三大區(qū)。宿舍區(qū)位于地塊的東南側(cè)，見彩色總圖的紅色區(qū)域，總體呈“Z”字形布局。宿舍一層北側(cè)為統(tǒng)一的主入口，方便管理。宿舍面積約6500 平方米，一共四層，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。均為內(nèi)廊式，北側(cè)設(shè)置盥洗室、衛(wèi)生間、淋浴間等輔助空間，并配有活動室。宿舍為4 層，層高3.6m，并設(shè)置連廊連接北側(cè)圖書行政樓和西側(cè)食堂及風(fēng)雨操場（圖1）。

圖1 新建山西大同某中學(xué)項目，南側(cè)為宿舍樓部分

2.CAD 圖紙智能識別原理及技術(shù)前提

BIM 土建算量一體化平臺軟件基于已有的BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技術(shù)，使設(shè)計、施工、運(yùn)營和建設(shè)單位各方依據(jù)共享的BIM 模型實現(xiàn)項目全周期的協(xié)同合作。軟件除繪制、一鍵導(dǎo)入 BIM 三維設(shè)計模型，還可智能識別一般項目中的CAD 圖紙，通過提取圖紙中構(gòu)件標(biāo)識來確定構(gòu)件信息，同時提取圖紙中的邊框線來確定構(gòu)件位置，完成構(gòu)件的定義和繪制，形成梁、板、柱、墻、門窗洞等構(gòu)件，最終形成三維 BIM 土建計量模型，并根據(jù)所提取的信息實現(xiàn)精細(xì)化算量。對應(yīng)繪制過程的定義、繪制及編輯構(gòu)件，相應(yīng)的智能識別過程為選擇、識別與校核構(gòu)件（圖2）。

圖2 繪制與識別流程的對照

軟件功能的實現(xiàn)基于以下技術(shù)前提：

（1）內(nèi)置計量規(guī)范及規(guī)則：BIM 土建計量平臺軟件內(nèi)置了《房屋建筑與裝飾工程計量規(guī)范》及全國各省市清單定額計算規(guī)則、22G 新平法、過程結(jié)算183、G101 系列平面表示方法鋼筋規(guī)則，包容了工程量計算在不同地區(qū)的差異性。

（2）客戶端/服務(wù)器架構(gòu)：基于CS 的架構(gòu)，即Client/Server (客戶機(jī)/服務(wù)器) 架構(gòu)。客戶端程序采用了基于內(nèi)核插件的架構(gòu)，主要完成用戶的具體的業(yè)務(wù),能夠?qū)崿F(xiàn)模塊級的快速擴(kuò)展和更新。服務(wù)器端充分利用了云，BIM,大數(shù)據(jù)等技術(shù)，高效提供數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)共享及系統(tǒng)維護(hù)金快速的服務(wù)更新與優(yōu)化。

（3）人工智能算法系統(tǒng)：BIM 土建計量軟件明確定義了與上游三維設(shè)計軟件的接口定義及數(shù)據(jù)規(guī)范，對建筑業(yè)務(wù)進(jìn)行了模型抽象，采用了模式識別等人工智能算法，將二維圖形進(jìn)行三維轉(zhuǎn)化，可快速智能化識別CAD 圖紙中的軸網(wǎng)、柱、梁、板、墻等各類構(gòu)件信息。解決二維到三維，設(shè)計模型到預(yù)算模型的重建，并通過拓?fù)潢P(guān)系有效提升轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確率；通過智能識別CAD 進(jìn)行導(dǎo)圖，可準(zhǔn)確建模、提升建模速度和工程計算的工作效率。

（4）三維顯示引擎：BIM 土建計量軟件采用了公司自主研發(fā)的 GDB（Geometric DataBase）幾何數(shù)據(jù)庫，三維建模及扣減算法，基于功能強(qiáng)大、可方便調(diào)用三維和二維底層圖形庫的專業(yè)的圖形程序接口OpenGL(Open Graphics Library，高性能圖形算法行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）的三維顯示引擎，使用多線程充分挖掘多核芯片的機(jī)器性能，能支持大規(guī)模的復(fù)雜建筑模型場景的構(gòu)造，顯示及運(yùn)算。形成的三維立體BIM 模型便于工程造價領(lǐng)域的單位和從業(yè)者直觀便捷地觀看BIM 土建計量產(chǎn)品，幫助客戶解決項目全過程計量業(yè)務(wù)，持續(xù)提升工作效能。

3.算量識別在項目中的應(yīng)用

CAD 導(dǎo)圖方式智能識別圖紙的思路、流程及方法，包含前期準(zhǔn)備，主體構(gòu)件，獨(dú)立基礎(chǔ)，二次結(jié)構(gòu)，裝修，提效功能的導(dǎo)圖操作。通過實際新建工程-山西大同某中學(xué)這一項目，梳理主要構(gòu)件的識別流程。在進(jìn)行CAD 識別之前，要進(jìn)行的前期準(zhǔn)備流程。首先應(yīng)新建工程，選擇圖紙計算和鋼筋規(guī)則、確定抗震等級等；在圖紙管理中添加項目的CAD 圖紙，并識別樓層表，確定樓層信息；最后提取CAD 平面圖中的軸線和標(biāo)注，進(jìn)行軸網(wǎng)的自動識別。

中學(xué)宿舍這一項目的結(jié)構(gòu)形式鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，本篇主要對結(jié)構(gòu)專業(yè)平面圖中的現(xiàn)澆構(gòu)件梁板柱進(jìn)行討論，暫不考慮砌塊墻和門窗構(gòu)件。識別流程主要按照柱、梁、板的順序進(jìn)行。

3.1 豎向承重構(gòu)件——柱的識別

如圖為中學(xué)宿舍結(jié)構(gòu)平面的第三層，柱子的布置較為規(guī)則，按照柱網(wǎng)規(guī)則布置在連廊、房間、走道和樓梯間四周，連廊與連廊，連廊與宿舍之間設(shè)變形縫。在軟件導(dǎo)航欄“柱選項”中選擇“柱（Z）”，同時在“建模”菜單欄中選擇“識別柱”，按照提示分別進(jìn)行“提取邊線”“提取標(biāo)注”“自動識別”，彈出“識別柱”對話框，即完成了自動識別 CAD 圖中框柱的識別，并彈出校核柱圖元的選項，在柱定義界面顯示完畢。如圖平面圖中的紫色方框即為識別完成的柱，在三位視角下可以看到轉(zhuǎn)換完成的立體柱（圖3-圖5）。同樣，柱表、柱大樣以及細(xì)分類別的暗柱、構(gòu)造柱、砌體柱的識別可以用同樣方法完成。

圖5 智能識別柱-三維視圖

3.2 豎向傳力及承重構(gòu)件——梁的識別

本項目中豎向傳力及承重構(gòu)件梁，沿縱橫軸線布置于房間橫墻和縱墻下，主要有有搭接在柱上的主梁和搭接在主梁上的次梁。在軟件導(dǎo)航欄“梁選項”中選擇“梁（L）”，同時在“建模”菜單欄中選擇“識別梁”，按照提示分別進(jìn)行“提取邊線”“提取標(biāo)注”（包含集中標(biāo)注和原位標(biāo)注），最后“自動識別梁”，可以實現(xiàn)全部梁的識別。梁識別完成，梁構(gòu)件即定義完畢，并自動完成校核。對于CAD 圖紙中無法自動識別的梁，可通過“點(diǎn)選識別梁”，在對話框中輸入尺寸和梁的名稱進(jìn)行手動標(biāo)記。如圖平面圖中的粉色部分即為識別完成的梁，在三位視角下可以看到轉(zhuǎn)換完成的不同尺寸的梁。同樣，連梁、圈梁的識別可以用同樣方法完成。梁的吊筋同樣可通過“識別吊筋”功能進(jìn)行自動識別。

3.3 水平承重構(gòu)件——板的識別

本項目中的水平承重構(gòu)件，現(xiàn)澆樓板搭接于梁上,所有板長邊與短邊長度之比小于2.0，按雙向板計算。在軟件導(dǎo)航欄“板選項”中選擇“現(xiàn)澆板（B）”，同時在“建?！辈藛螜谥羞x擇“識別板”，按照提示分別進(jìn)行“提取板標(biāo)識”“提取板洞線”（可識別樓梯及挑空部分并自動預(yù)留出板洞的位置），最后“自動識別板”，可以實現(xiàn)全部板的識別。板識別完成，板構(gòu)件即定義完畢，并自動完成校核。

3.4 其他構(gòu)件的識別

對于一般項目中，除上述梁板柱構(gòu)件外，還有墻、基礎(chǔ)、門窗洞口、二次結(jié)構(gòu)、裝修等構(gòu)件，也可通過相似的方法，完成對以上構(gòu)件的識別。掌握CAD 處理構(gòu)件的思路和方法，實現(xiàn)快速建模，清晰實際工作中應(yīng)如何應(yīng)用的思路，便于應(yīng)用到實際工作中，提高建模效率。

3.5 匯總計算

通過對中學(xué)宿舍項目的軸網(wǎng)、柱、梁、板的結(jié)構(gòu)構(gòu)件按順序智能識別并形成三維模型后，構(gòu)件信息即存儲于新建工程中。最后，對于CAD 結(jié)構(gòu)圖紙中的梁、板、柱構(gòu)件進(jìn)行工程量的統(tǒng)計。在菜單欄“工程量”選項卡中的“匯總”分組中選擇“匯總計算”功能。選擇樓層或全樓所需統(tǒng)計的構(gòu)件，完成匯總計算。在“工程量”選項卡的“報表”分組中選擇“查看報表”選項，在報表頁面內(nèi)的左側(cè)樹中選擇需要預(yù)覽的“土建報表量”，右側(cè)頁面就會顯示出報表預(yù)覽界面。在構(gòu)件匯總分析中選擇“構(gòu)件繪圖輸入工程量匯總表”，即對剛才識別與定義的梁、現(xiàn)澆板和柱的工程量體積、混凝土強(qiáng)度等級和結(jié)構(gòu)類別進(jìn)行了概括統(tǒng)計；在構(gòu)件匯總分析中選擇“繪圖輸入工程量匯總表”，即對單獨(dú)的柱、梁和現(xiàn)澆板根據(jù)編號進(jìn)行包括體積、底面模板面積、數(shù)量和板厚等的詳細(xì)統(tǒng)計。做法匯總分析還可依次生成清單部位計算書、清單定額匯總表、構(gòu)件做法匯總表等。在不同項目中，設(shè)計和施工單位可以根據(jù)造價文件的實際需要，選擇所需工程量報表類型，以便做出更加精細(xì)化成本管控。

4.結(jié)語

本文以山西大同某新建中學(xué)宿舍實際項目為例，從平面較規(guī)整、功能簡單的宿舍項目出發(fā)，通過BIM 土建算量一體化平臺軟件自動識別提取圖紙中梁、板、柱等構(gòu)件信息，形成三維模型，實現(xiàn)工程量計算，研究BIM 土建算量一體化平臺軟件在CAD 圖紙智能識別中的應(yīng)用。軟件對其他大型公共建筑、地下車庫、超高層等工程量大、審核繁復(fù)、算量周期長的項目，同樣可實現(xiàn)CAD 圖紙智能識別，快速建模及更加精細(xì)化成本管控，實現(xiàn)高效信息溝通和透明化的計量，對技術(shù)及管理層一般及更加復(fù)雜項目的土建算量具有普適意義。