基于BIM的工程量统计实践——以句容市人民医院项目应用为例

(1.句容市城市建设投资有限责任公司,句容 212400； 2.华东建筑设计研究院有限公司,上海 200041)

1 引言

BIM技术在目前建筑工程项目的应用实例越来越多，但大部分项目的应用仅停留在应用研究上，取得显著实际收益的项目较为有限。以BIM的工程量统计为例，在国外项目应用中，一直作为项目成本管控的重要技术手段，与传统计量方式相比具有效率高、算量精度高、与设计同步度高等特点。但在本地化的技术应用过程中，基于BIM的工程量统计并未完全发挥其应用的价值。现有项目大多仅使用BIM辅助验证工程量统计，BIM应用在国内工程量统计方面浮于表面，缺乏系统性的应用思路，在实际项目应用中无法直接替代传统算量，无法直接用于国内的成本管理和成本控制。因此在国内应用及推进过程中，如果没有结合国内具体环境，没有结合本地化的技术体系，BIM工程量统计技术的应用在实际工程中推动必将是流于形式，无法带来明显的效益和改变[1]。

2 技术挑战

示范项目句容市人民医院采用了PPP模式进行建设，成本控制需求比之以往项目更严格。项目类型为医院，定位为医疗、教学、科研为一体的综合性医院，项目面积大，单体建筑多，功能空间复杂，使用传统工程量统计无法满足大体量高标准的成本管控需求，由于成本管控要求的特殊性，对于BIM的工程量统计要求不能流于形式，必须保证高效率和高精确度。因此在此次研究过程中对基于BIM的工程量统计展开了全面的系统性的研究，对BIM的工程量统计技术的各方面进行了有针对性的本地化探索，针对示范项目应用、软件应用、构件分类、编码、属性信息、报表输出等方面进行了专项分析研究，明确BIM的工程量统计应用技术落地面临的诸多挑战和难点。

2.1 BIM数据量庞大分类复杂——项目体量大专业多

示范医院项目存在16个单体， 12个不同功能的单体建筑， 4个连廊。其中1#为门诊医技楼，南侧为门诊急救综合区，东北为医技行政区，西北为医技区， 2#为病房楼住院区。1#、2#之间为连廊连接。配套的单体建筑还包括3#感染病楼、4#值班宿舍楼、6#后勤综合楼以及其他附属建筑。项目整体功能复杂、布局要求严格，涉及到多个功能区块的划分与关联，在总体布局上要满足流程及功能分区的要求，将急诊、门诊、病房及配套用房有机地结合。整体的BIM模型数据大小超过3GB，由251个文件组成。项目整体效果如图1所示。

图1 项目模型示意

医院项目涉及的专业和深化设计内容的数量远较一般公建、住宅项目更复杂。医院深化设计细分分项多，专业数据众多。其中设计常规设计内容涵盖建筑、结构、给排水、暖通、电气五专业，内装、幕墙、景观、钢结构、医用气体、采光顶、液氧罐等设计内容需专项深化设计，共有十三个专业设计内容，按施工图设计说明的构件分类大类数以千计，该项目的BIM数据的分类比较复杂。

2.2 构件分类未本地化

一般在BIM软件中，会内置默认的构件分类体系，各软件有不同的类别定义，与国标构件分类、施工图图元分类、工程量清单分类均有差异，需要进行定制修改才能满足国内工程使用需求。以工程量分类为例，部分BIM建模软件会内置国外的分类体系，但与目前国内的工程量计算体系不匹配。其中Revit默认内置Uniformat分类体系翻译如表1所示。

而国内的工程量统计分类如表2。

表1 Uniformat分类体系原文及翻译示例

表2 国标工程量清单

如上表对比所示，国内外的工程量分类体系在内容和分类逻辑上均存在差异，无法直接满足国内工程量统计的的标准规范要求。因此实现BIM的工程量统计实现的第一步是建立合理的本地化的BIM模型构件分类体系，并根据应用需求，梳理确定不同的分类逻辑。

2.3 属性信息不满足专业需求

根据国标工程量计量规范，在确认构件的工程量分类分项后，需根据分项的项目特征进行区分，因此要得到明确的工程量，构件中需包含项目特征等属性信息[4]。 但目前软件内置的构件属性信息相对于工程应用所需数据信息来说，并不完善，缺少必需的项目特征属性信息。当需要计算国内工程量统计规范中砌块墙时，以市面上现有建筑行业常用BIM软件Autodesk公司旗下的Revit为例，墙构件的属性中并不包含砖品种、砌块砖强度等级、砌块规格、墙体类型、砂浆强度等级、配合比等属性。如图2为工程量成本清单的特征需求，图3为revit默认墙构件的属性信息[7]。

图2 墙体工程量清单项目特征[7]

图3 Revit软件中墙类别自带属性信息

由上图对比，可知在默认Revit配置下，Revit中墙构件缺少工程量计算必需的项目特征属性信息，在此情况下是无法直接通过BIM软件中的表格统计工具统计计算得到准确的工程量的。因此需要对构件的属性信息进行定制添加，以Revit为例可以使用自带的项目参数功能，添加工程量统计需求的各类属性信息，如砖品种、砌块砖强度等级、砌块规格、墙体类型、砂浆强度等级、配合比等属性。以此类推所有构件类别，也应根据相应的构件分类分项的工程量项目特征，编制分类的属性信息标准模板，使所有的构件分类都包含满足标准要求的项目特征项，才能保证在项目实施过程中，能正确根据项目特征区分不同分类分项的工程量。

图5 工程量计算路线[9]

2.4 扣减逻辑不符合工程要求[1]

在分类和项目特征都满足工程量统计要求的情况下，还应保证不同构件之间的扣减连接逻辑关系满足国标工程量标准要求，当建模的扣减连接逻辑不满足要求时，工程量统计会出现误差。如图4所示，以Revit中板柱连接为例，Revit默认会用板剪切柱，和实际工程不符，会导致板的工程量计算变大，柱的工程量计算比实际小。因此需对建模方法进行标准化，或者必须使用相关工具对扣减连接关系进行统一规范处理。

图4 Revit默认板柱扣减方式

3 本地化解决方案

针对项目特征及前文所提难点，参照上海市地方BIM应用标准和指南，针对工程量应用建立可执行的数据标准和架构[8]。

制定技术路线如图5所示：

如图所示，在项目技术应用前期准备阶段，先进行工程数据的整理与归纳，根据设计资料整理分析得到工程量的类目范围，并按照工程量范围建立构件分类的框架。按照定制的构件分类，形成对应的分类编码体系，并在项目模型搭建前，在构件中录入编码，完善所有构件类别对应的属性信息模板，建立适配项目的模型样板文件，使模型生成的明细表单能与工程量清单直接挂钩。

3.1 构件信息分类命名本地化[1]

在句容市人民医院项目的标准建设阶段，明确了构件分类方法，并规范了构件命名标准。构件分类以国标编码标准14表元素表、30表产品表为基础，并结合《建设工程工程量清单计价规范》(GB50500-2013)，按照施工图说明、图纸设备材料选型的分类逻辑进行逐层级调整和细化。以墙体为例，按施工图设计说明逻辑，句容人民医院的墙体分类按照外墙、内墙进行区分，其中内墙按照房间功能需求，可分为普通房间隔墙、楼梯间隔墙、管道井墙、放射用房隔墙，但若完全按照国标编码的构件分类下墙的“外墙、内墙、特殊墙体”的分法，则不能完全满足实际工程项目的构件分类需要[6]。 应根据设计说明，在原有分类下，细化为“外墙、内墙(普通内墙、楼梯间隔墙、管道井墙)、特殊墙体(放射用房隔墙)”的分类结构，如图6所示。依据设计说明及工程做法表等内容，对诸如屋面、门窗、楼地面、管道、风管、设备等构件进行分类修改及细化，完成BIM模型构件类别的本地化。

国标构件分类 细化的模型构件分类图6 构件分类细化示意

3.2 建立本地化编码映射[1]

基于设计说明建立构件的分类后，应根据细化定植后的构件分类建立编码体系，使用编码对模型的构件分类进行管理。以现有国标编码体系为基础，结合国内本地工程量统计方式方法，建立设计和成本双逻辑维度的编码体系，并录入构件中。使构件能直接关联分类成本产品分类逻辑，适配国内的工程量清单分类逻辑[5]。 以编码为统计表格的分类统计的分类依据字段，使BIM模型中的构件能快速分类统计并汇总，按工程量的分类分项自动分类汇总，避免人工提取量出现的偏差，并大幅度提升了工程量计算的效率。以Revit为例，通过Revit的编码功能，可建立定制的本地化成本产品编码数据库文件，并通过BIM软件的关联功能将成本产品编码嵌入项目样板体系中。基于定制化的BIM样板文件建立的BIM模型即可快速区分出不同分类分项的构件。在句容人民医院项目中，建立了双编码关联体系，以墙体为例，除普通内隔墙外，有楼梯间隔墙、管道井墙、放射用房隔墙，依据国标编码体系14表元素表进行对照后，分别编制构件对应的设计元素编码为“楼梯间隔墙——14-01.20.03.09(内墙)”、“管道井墙——14-01.20.03.09(内墙)”、“放射用房隔墙——14-01.20.03.09(特殊墙体)”，并且根据设计说明墙体所用材料，并依据国标编码30表进行对照，楼梯间隔墙、管道井墙采用的都是蒸压加气混凝土砌块，放射用房隔墙采用的是混凝土实心砌块，墙体构件的成本编码为“楼梯间隔墙——30-02.20.30(加气混凝土砌块)”、“管道井墙——30-02.20.30(加气混凝土砌块)”、“放射用房隔墙——30-02.10.20.10(混凝土普通砖)”。而通过编码的关联映射，建立与成本清单的关联关系，例如“楼梯间隔墙——(加气混凝土砌块)(内墙)——空心砖墙”、“管道井墙——(加气混凝土砌块)(内墙)——空心砖墙”、“放射用房隔墙——(混凝土普通砖)(特殊墙体)——实心砖墙”，使得构件能通过内置编码能直接自动关联相关清单项。在部分项目中，可直接采用国标工程量清单的编码体系作为BIM模型的构件编码，本项目未采取的原因主要有：一、本项目BIM应用众多，工程量清单编码逻辑维度单一，仅能作为工程量统计使用，项目存在其他应用需求时，不如构件分类编码体系灵活，不能按照不同应用需求分类维度进行定制； 二、工程量清单编码的拆分维度较为零散，与大部分BIM软件内置的构件的分类维度有较大差异，容易出现大量零碎建模工作，不宜在方案设计阶段、扩初阶段、施工图设计阶段中的模型使用。当项目仅考虑成本计量时，则项目可以套用国标成本清单编码作为项目内构件编码。

3.3 属性信息本地化规范化[1]

完成构件分类、编码定制细化及录入工作后，本项目以工程量统计清单要求的项目特征为基准，形成了不同构件类别的属性信息模板，并建立了完善的构件信息数据规范，形成了基于三维BIM构件的数据库。如图7。

图7 BIM模型导出ODBC数据库示意

图8 BIM构件连接扣减关系对应表(针对特定软件)示意

以墙体为例，分别定制了砌块类型、砂浆等级等属性信息，通过Revit的共享参数功能统一明确了属性信息的格式，并在标准指定限定了属性信息的取值范围，在项目样板中标准化材质库，按照施工图设计说明的术语使用习惯，规范化材质命名，按照设计说明和工程材料做法表中的名称，材质命名需包括材料名称、材料做法、性能参数等内容。并通过ODBC数据库插件[2]，运用数据库管理BIM模型数据信息，建立项目信息数据库，实现构件数据信息的快速录入与变更。

3.4 标准化建模和扣减连接处理[10]

基于所选的BIM软件体系，结合项目实际工程计量扣减要求，建立完善的构件连接扣减关系对应表，明确各个构件类别之间的扣减连接关系，使构件的扣减连接满足标准要求，保证构件计量的准确性，如图8所示。以墙板为例，在句容人民医院项目标准中，对建筑的隔墙与楼地面的连接和几何关系做出了明确规定，对结构模型的墙梁板柱连接的方式均作出了明确要求，并且按照有梁楼盖体系和无梁楼盖体系区分了不同的连接扣减逻辑顺序。如图9所示。

图9 BIM建筑隔墙几何关系示意

3.5 明细表本地化规范化

在前文的准备工作就绪后，完成全部模型搭建，即可在软件内生成明细表报表。建立标准化的构件明细表模板，使BIM模型可以直接按照分类分项得到相应的工程量数据报表，有助于快速统计和提取数据，如图10。在项目的模型文件中对明细表的格式、字段、排序成组等方式按构件类别分别设定，列明各构件分类分项的项目名称、关键项目特征、计量值等。保证明细表统计数据格式的规范性。当报表的相关属性字段无法通过直接提取构件属性得到时，应根据构件不同的统计逻辑和方式，编写相应的明细表公式，使工程量的数据计算结果符合国内工程量统计清单的计量方式要求。以门为例，防火门的分项名称为构件名，项目特征分别为防火等级、扇数、门大小，在明细表中需将这些属性设置为字段，门的计量单位选择为樘时，按个数统计，无需编写公式； 当计量单位为平米时，应使用门宽度、高度属性进行公式计算得到。

3.6 本地化工程量报表生成

以体积计量、个数计量的大部分构件(如墙、梁、板、柱、门、窗等)可以直接在BIM软件进行直接计量，统计成报表，以保证设计模型与工程量数据的完整联动性。而部分构件类别，例如风管、风管附件，国内计量方式是统计其表面积，国外的BIM设计软件大部分无法支持统计。这些无法直接在BIM设计软件中输出报表的构件类别，应采用算量插件或者外部计量软件的方式辅助统计，并生成工程量报表。如图11所示。

4 结论总结

本文通过实际BIM工程技术应用，结合国家和地方标准指南，归纳总结了工程量技术应用的重难点，形成了经过实践检验的BIM工程量统计技术应用的方法论，为BIM工程量统计后续项目技术应用奠定了理论和实践的基础。

项目研究探索过程中发现，在借鉴国外先进BIM技术理论体系的同时，不能脱离国内工程应用实际环境，必须结合国内的诸多标准规范，对构件分类在国际和国内标准的基础上进行定制与细化，而不是僵化地套用国外BIM构件分类； 应进行编码技术的本地化定制，而非生搬硬套国标和国际编码体系； 应形成标准化规范化BIM模型的本地化工程属性信息模板，建立起完善的构件扣减连接逻辑关系，明确BIM模型输出报表的方式方法，才能逐步形成高效自动化的BIM工程量统计技术体系，才能发挥BIM工程量统计与设计BIM模型联动、快速出量的特性，实现真正的可控成本的BIM正向设计，帮助设计和预算最大限度最快地反应工程项目的成果，辅助建设单位进行决策。只有将理论与实践结合，并充分结合国内现状，不盲目照搬照抄国外技术理论体系，有机学习和消化国外理论知识，结合国情与国内规范标准、技术体系，才能走出适合国内工程行业需求的中国特色BIM应用技术道路，建设BIM自有技术生态体系。

图10 明细表设置示意

图11 算量软件计量示意