基于 BIM 的轨道交通项目算量插件研究

周 敏，陈百会，丘 奇（.上海轨道交通十八号线发展有限公司，上海 000；.上海市隧道工程轨道交通设计研究院，上海 005；.上海建科造价咨询有限公司，上海 000）

0 引 言

2016年9月，住房和城乡建设部印发《2016—2020年建筑业信息化发展纲要》（以下简称《纲要》），旨在增强建筑业信息化发展能力，优化建筑业信息化发展环境，加快推动信息技术与建筑业发展深度融合。《纲要》提出，“十三五”时期，全面提高建筑业信息化水平，着力增强 BIM、大数据、智能化、移动通讯、云计算和物联网等信息技术集成应用能力，建筑业数字化、网络化和智能化取得突破性进展，初步建成一体化行业监管和服务平台，数据资源利用水平和信息服务能力明显提升，形成一批具有较强信息技术创新能力和信息化应用达到国际先进水平的建筑企业及具有关键自主知识产权的建筑业信息技术企业。2018年，住房和城乡建设部发布了《城市轨道交通工程 BIM 应用指南》，进一步明确了轨道交通的建设单位应用 BIM 技术的必要性和应用要求。

由此可见，BIM 技术的推广与应用已经得到政策上的大力扶持，轨道交通行业也应抓住 BIM 技术大力发展的机遇，加快 BIM 技术在行业内的推广与应用。开展符合轨道交通项目 BIM 应用需求的 Revit 插件的开发工作，可以有效减少轨道交通项目 BIM 模型创建过程中的重复工作，提高 Revit 模型工程量提取的效率和准确率，保证 BIM 模型数据的规范性和统一性，并且为后续 BIM 技术在轨道交通各阶段的造价管理应用奠定良好的数据基础。

1 BIM 技术在上海轨道交通工程造价中的应用现状

上海申通地铁集团有限公司积极响应国家及上海市政府的号召，不遗余力地推进 BIM 技术在轨道交通项目建设中的应用，并于 2013年印发《轨道交通项目 BIM 工作相关事宜的指导意见》，明确了对 BIM 工作的要求，提出了应用先进技术提升管理水平和以新技术驱动管理改革等具体方案。贯穿整个项目管理过程的工程造价管理，是项目管理的重中之重。实现项目造价管理工作的标准化和科学化，是实现项目信息化管理的关键所在，而 BIM 技术的应用对工程造价管理有着得天独厚的优势。

从目前上海轨道交通新建线路的开展情况来看，BIM技术在上海轨道交通工程造价中的应用，尚未涉及投资估算、设计概算、施工图预算和工程结算等方面。目前，在轨道交通项目建设中，造价管理人员尚未能根据项目实时形象进度提供完成的投资比例，传统的月度资金支付仍依赖于施工监理对现场完成实物工作量的统计，致使实际支付与项目进度存在一定的偏差，无法实现造价管理工作的精细化和协同化管理。

2 上海市轨道交通项目造价应用插件开发

笔者针对适合于轨道交通行业的验工计价信息化技术进行了理论研究和初期开发。将轨道交通项目在验工计价过程中常用的各项信息和数据与模型相关联，不但可以自动算量和计价，还可以实现建设单位、施工单位和监理单位的多方协同工作，满足工程造价的管理要求。通过基于BIM 的算量插件研究，探索信息化在地铁建设管理方面的实践，最终形成市场认可的行业实施模式。

2.1 项目简介

该项目开发用于上海轨道交通的基于 Revit 模型的算量应用插件，导出可用于辅助工程设计、招标算量和成本控制等多个环节的信息报表，有效避免了针对工程量计算的重复建模工作，大幅度提高了工作效率和工程量计算的精度。插件导出的工程量信息还可为项目的造价管理提供精确的数据支撑，并在造价管理过程中提供辅助决策，实现造价管理的数据化、透明化和精细化。

插件采用模型轻量化技术，去除模型冗余数据，通过构建“模型流”、几何参数化和唯一性表达等技术，大大缩小了轻量化后模型文件的大小，有利于网络传输和物理空间存储。轻量化采用数模分离的方式，将模型数据与属性数据分离，可单独通过属性数据文件进行工程量的提取及各种数据的分析。

2.2 需求调研

在研发初期，对“鲁班”“广联达”等市面上主流的算量工具软件进行功能分析，归纳出一些市场需求，继而对插件开发进行了可行性分析。

（1）传统算量插件虽然具有通用性，但主要用于民用建筑，缺乏专门应用于轨道交通工程的插件。

（2）传统算量插件使用工程量提取的前提是，必须满足专门匹配的建模规则。

（3）插件成果在轨道交通 BIM 模型工程量统计等方面精确度更高，今后也可符合轨道交通的建模规则。

（4）传统算量插件导出的表单虽然具有通用性，但是本插件可导出的表单与造价管理流程的内容更加匹配。

（5）本插件具有模型轻量化功能，可将 BIM 模型和信息延续到协同管理平台。

（6）本插件具有独立运行界面，无需直接打开Revit，提高了使用效率。

根据插件研发的特点和可行性进行调研，得出了上述市场需求，明确了导出的表单样式、工程量提取需求、现有的相关工作流程和提资要求等。

2.3 研究方法

2.3.1 开发语言和功能的设计方法

（1）需求分析：对调研结果进行分析，确定算量清单格式和建模规则，编写需求规格说明书，并设计原型画面。

（2）概要设计：对 Revit 2016—2018 版本的开发代码进行研究和梳理，划分模块，定义插件功能模块的数据接口、数据结构和独立运行方式。

（3）详细设计：确定具体的功能模块，设计插件功能界面，实现运算逻辑，编写详细开发任务书。

（4）开发工具：根据详细设计进行编码，使用 C#（.net）语言开发，使用 Git 进行版本管理，采用 NPOI 框架实现 Excel 的读写。

（5）单元测试：以白盒测试为主，保证每个模块的所有功能分支都被覆盖到。

（6）集成测试：以黑盒测试为主，保证每个模块之间能正确调用，数据传输无误，如轻量化模块生成的模型属性文件能被工程提量模块正确读取。

（7）成果验收：在示范项目中进行试运行，使用项目中实际的模型进行轻量化和工程量提取的测试，一旦发现问题，便立即进行版本优化更新。

2.3.2 工程量提取功能的研究方法

工程量提取功能是指基于轨道交通用 Revit 软件绘制的BIM 模型，通过编程语言，实现模型构件工程量一键快速提取和导出表单。具体方法如下。

（1）直接选择运用招标建模规则的 Revit 模型，通过轻量化工具实现轻量化。

（2）在轻量化的同时，对模型进行全界面的属性信息检索，找到符合 GB 50500—2013《建设工程工程量清单计价规范》（以下简称《计价规范》）对应规则的构件属性信息。信息内容包含族文件命名、实例参数、类型参数和其他参数等。

（3）通过插件编程开发，这些信息能自动匹配 9 位《计价规范》编码，同时找到对应构件的尺寸信息，包含长度、表面积、体积及材质等在内的符合清单规范和项目特征要求的计量数据。

（4）生成符合《计价规范》要求的报表，内容包含清单编码、项目名称、项目特征、工程量、单位、综合单价和合价等信息。

（5）插件可提取的工程量包含建筑、结构和机电安装（动力照明、暖通）等专业的构件工程量。

（6）对于提取结果存在较大差异或与清单项存在映射问题的，应判断其根源所在，并且在过程中不断优化。

（7）对于不同专业的对应规则，可在插件中定制按钮来区分。

2.3.3 轻量化功能的研究方法

（1）研究市面上主流平台都支持哪些文件格式，判断该项目的插件导出的文件格式。经调研发现，Revit 均被目前市面上主流平台所支持；其数据接口具有可开发性，各主流平台对其文件格式没有严格要求。因此，本插件导出的文件格式为独立的“⋆.pr”格式。该格式可以被一些 BIM协同管理平台直接读取。

（2）考虑轻量化的压缩比，对市场上的轻量化插件进行调研分析，判断其压缩比。经综合分析发现，目前模型轻量化的压缩比约为 1/200（即轻量化模型与原模型的对比比例）。基于此比例，对该插件的轻量化模型压缩比进行研究。

（3）对轻量化后保留的数据量进行研究。一般模型在轻量化后会造成数据丢失，本项目的插件开发过程需要考虑保留构件信息中与《计价规范》对应的尺寸和材质等参数。

（4）对多版本的 Revit 支持进行开发。对 2016－2018 版本的 Revit 进行轻量化开发；通过测试后，再对其他的版本进行测试，对压缩比和数据保留部分等指标作综合比较。

（5）在对 Revit 中的链接文件进行轻量化转换时，务必考虑链接文件的版本和参数数据。

2.3.4 其他功能的研究方法

（1）用图表的形式展示不同版本模型的工程量对比样式。在插件开发工程中，尝试用柱状和线形等图表表达方法展现，最终用最合理和人性化的方式表达工程量的指标及其对比情况。

（2）多表单的定制需要结合某线路的造价管理要求，进行相关调研和数据提资；同时要考虑表单是否能导入到原有线上平台的因素。

（3）考虑成果的多种格式导出方式，包含表单的Excel 格式、独立的“⋆.pr”轻量化模型格式和对比分析报告的 Word 格式等。

2.4 插件实际工程应用

2.4.1 前期调研

插件开发完成 V1.0 版本后，选用某站台作为试点项目进行测试。通过初步调研，了解了该站台的建设现状，具体如下：现场缺少信息化造价管理手段，以线下流程为主；对于施工单位上报的工程量缺少验证其正确性的手段，间接造成管理上的不合理和进度的拖延；BIM 模型的建模标准不统一，造成构件命名多样化；BIM 技术更多地用于展示，未涉及造价管理。前期的调研结果表明，开发插件的一个重要目标是，能够方便地统一施工过程某阶段的构件工程量，为进度款支付和工程量校核等提供快速高效的辅助手段，确保插件导出的表单能契合造价管理的需求，最终提高造价流程管理的效率。

2.4.2 对某站台模型数据的梳理

由于该站台的建模规则未完全统一，在开发插件的工程量提取功能之前，需要重新梳理构件的命名规则，将BIM 模型（见图1）的构件名与清单编码一一对应，生成构件名对应表（见图2）；随后与 BIM 设计单位沟通，确认构建命名规则；确认后，先进行一对多的对应，即一个清单项对应多个构件名，进行工程量提取功能的开发；后续根据建模规则的制定情况，及时更改模型中的构件名（见图3），再进行插件功能的测试。

2.4.3 对插件功能的测试

（1）功能测试。插件 V1.0 版本开发完成后，进行工程量提取、表单输出和智能分析等功能的测试。打开插件界面，选择处理后的某站台的模型，生成相关报表（如图4所示）。导出的表单样式为符合国家清单规范要求的工程量清单样式表单（见图5）。导出的工程量与传统算量软件的分部分项工程量误差在 3% 以内。

图1 站台 BIM 模型

图2 插件与模型数据来源对应位置梳理

图3 模型构件名的更改

图4 插件界面

图5 机电安装专业提取结果

（2）施工图校核。基于 Revit 模型的算量，应用插件提取施工图模型属性数据的工程量信息，生成满足招标要求的工程量清单，在此过程中校核施工图，包括复核施工图材料表的准确性，以提高施工图的设计质量。与此同时，利用已生成的满足要求的工程量清单，结合工程量指标分析，对总投资进行初步预判，辅助施工图限额设计优化，以实现项目投资控制目标。

（3）现场运用。分析对比某站台的清单表格中的工程量，判断插件提取成果的准确性。对插件提取出的工程量信息和投资监理的工程量信息进行分析对比，将导出的结果对应相应的流程管理表单，并反馈给现场的施工单位和监理单位。这些成果也为项目进度款的支付和造价管理提供了有效的信息化手段和主要辅助数据。施工单位每月上报进度款工程量时，通过与插件导出的数据进行对比，可有效检验上报量的准确性。监理单位和业主现场项目经理在校验施工单位的上报量时，也可用这些数据进行对比分析，若发现量差较大的分部分项，则可及时与施工单位进行反馈和协调。

插件的功能主要是运用插件对模型进行工程量的快速提取和导出匹配造价管理流程的表单。在运用过程中发现，由插件导出的成果还需要结合一些造价管理流程进度和不同项目现场的实际情况，继续运用于其他造价管理流程；而由插件导出的表单样式只有结合现场的实际需求，并且基于BIM工程量的快速提取，才能更好地服务于项目造价管理。

3 结 语

本文以上海地铁某车站工程为例，通过调研插件开发的市场需求，制定出各功能设计的研究方法，并且对某站台的 BIM 模型成果进行了插件示范应用。插件的开发与应用，使得工程量的统计工作更快、更准确，效率也更高，但模型的质量对结果的准确性有较大影响。随着 BIM 技术的日趋成熟，各种工具和软件也将逐渐得到完善，模型的自动化程度也将有进一步的提高，通过插件进行工程量统计也必将得到更广泛的应用。